Nghiên cứu ảnh hưởng cỏa một số thông số đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa

Máy trồng cây con đặc biệt là máy trồng dứa đòi hỏi cơ cấu xuống chồi tương đối phức tạp, việc cắp chồi dứa khi trồng đòi hỏi phải kịp thời phù hợp với thời gian lấp và nén đất, chồi dứa

LÊ THANH TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC

CỦA MÁY TRỒNG DỨA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, năm 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

- -

LÊ THANH TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ

THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC

CỦA MÁY TRỒNG DỨA

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ SỸ HÙNG

Hà Nội, năm 2011

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian làm viêc khẩn trương, nghiêm túc tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa”

Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thiện bản luận án khoa học này

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của TS

Lê Sỹ Hùng, TS Đậu Thế Nhu với những nhận xét, góp ý xác đáng Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Sỹ Hùng, TS Đậu Thế Nhu

Xin chân thành cảm ơn Trung tâm Nghiên cứu máy Nông nghiệp và Thủy khí thuộc Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiệp Nam Bộ

đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian để tôi hoàn thành được đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin cam đoan số liệu thu thập, kết quả tính toán và xử lý là trung thực và được trích dẫn rõ ràng

Cần Thơ, tháng 8 năm 2011

Tác giả

LỜI MỞ ĐẦU

Cây dứa là cây ăn quả và là một trong những cây có vị thế quan trọng trong ngành chế biến rau quả ở nước ta Trong những năm gần đây diện tích dứa ở Việt Nam đã liên tục tăng, từ 37.200 ha năm 2001 lên 47.400 ha năm 2005; năng suất từ 99,3 tạ/ha năm 2001 lên 129,8 tạ/ha năm 2005 (nguồn Tổng cục thống kê), từ đó đã thu được nguồn ngoại tệ khá lớn thông qua việc làm nguyên liệu chế biến cho xuất khẩu (nước dứa, khoanh dứa…) Cùng với giống, phân bón, cơ giới hóa sẽ là động lực quan trọng để thúc đẩy phát triển trồng dứa theo hướng thâm canh, tăng năng suất

Quả dứa được coi là một trong những cây ăn quả nhiệt đới hàng đầu, rất được ưa chuộng tại các nước Quả dứa có mùi thơm mạnh, chứa nhiều đường, lượng calo rất cao, giàu chất khoáng, nhất là Kali; có đủ các loại Vitamin cần thiết như A, B1, B2, PP, C đặc biệt trong cây và quả dứa có chất Bromelin là một loại men thủy phân Protein (giống như chất Papain ở đu đủ), có thể chữa được các bệnh rối loạn tiêu hóa, ức chế phù nề và tụ huyết, làm vết thương mau lành sẹo Trong công nghiệp chất Bromelin dùng làm mềm thịt để chế biến thực phẩm, nước chấm Ngoài ăn tươi, quả dứa được chế biến thành dứa hộp và nước dứa là những mặt hàng xuất khẩu lớn Xác bã quả dứa sau khi chế biến dùng làm thức ăn gia súc và phân bón Thân lá dứa dùng làm bột giấy

Ở nước ta, vấn đề cơ giới hóa canh tác cho cây trồng đã được đặt ra từ những năm 60 (thế kỷ XX), tuy nhiên đến nay máy móc được dùng nhiều để phục vụ cho khâu làm đất là chủ yếu Hiện nay các công đoạn trong quá trình canh tác dứa ở Việt Nam hoàn toàn bằng thủ công (trừ khâu làm đất và rạch hàng), vì vậy nhanh chóng đưa cơ giới hóa vào phục vụ cho quá trình canh tác dứa là rất cần thiết Xác định khâu trồng dứa là một trong những khâu phải vất vả và chiếm nhiều công lao động của nông dân nên nhu cầu nghiên cứu, chế tạo, chuyển giao vào sản xuất máy trồng dứa là rất cần thiết

Hiện nay một số nước phát triển trên thế giới như Nhật, Mỹ, Úc …đã chế tạo

và đưa vào sử dụng máy trồng cây con phục vụ trồng một số giống cây như: cà chua, ớt, mía, thuốc lá….các máy này dưới dạng bán tự động, thực hiện trồng tốt đối với mía, thuốc lá, cà chua…nhưng đối với trồng dứa thì chưa phổ biến Những khâu như: xẻ rãnh trước khi trồng, lấp và nén đất sau khi trồng được thiết kế, chế tạo khá hoàn hảo Tuy vậy khâu xuống chồi (cây con) chưa thật sự tốt và chưa phù hợp với điều kiện trồng cây dứa tại nước ta Tại Nga những năm 60 (thế kỷ XX) từ máy trồng cây con CP-6 (trồng 6 hàng cây) móc sau máy kéo CXT3 có trang bị bộ phận giảm tốc, sau đó được cải tiến thành máy CPHM-4 treo sau máy kéo dùng để trồng cây có bầu hoặc không có bầu, trên máy có gắn các bộ phận tưới nước Tuy vậy máy có kết cấu phức tạp, nặng nề và chưa phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam

Máy trồng cây con đặc biệt là máy trồng dứa đòi hỏi cơ cấu xuống chồi tương đối phức tạp, việc cắp chồi dứa khi trồng đòi hỏi phải kịp thời phù hợp với thời gian lấp và nén đất, chồi dứa khi được trồng tránh bị dập nát, hạn chế độ nghiêng của cây sau khi trồng v.v…là những nội dung nghiên cứu kỹ và đòi hỏi phải chế tạo chính xác, các cơ sở khoa học này sẽ góp phần nâng cao chất lượng làm việc và hoàn thiện máy

Trong thời gian qua Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch

đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy trồng dứa phù hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam”, đã chế tạo thành công mẫu máy, nhìn chung đã đáp ứng được yêu cầu sản xuất, đã giải quyết được các vấn đề sau:

- Nghiên cứu thử nghiệm thành công nguyên lý làm việc của máy trồng dứa

- Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thành công các cụm, bộ phận làm việc của máy trồng dứa

- Thiết kế, chế tạo thành công, chuyển giao vào sản xuất máy trồng dứa phù hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam, với năng suất máy khoảng 0,2 đến 0,3 hecta/giờ

Để nhanh chóng hoàn thiện máy và đưa vào sản xuất, trong đó việc nghiên cứu, cải thiện các bộ phận của máy, nghiên cứu và xác định ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng làm việc của máy là yêu cầu thực tế, cấp bách Đây là tiền

đề đảm bảo cho việc giảm chi phí sản xuất, giảm công lao động góp phần thúc đẩy nâng cao giá trị và giảm giá thành sản xuất

Chính vì vậy việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông

số đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa” là rất cần thiết

- Ý nghĩa khoa học của đề tài: Với việc xây dựng đề cương và tổ chức thực

hiện tốt cho công việc thực hiện đề tài, về mặt khoa học đề tài đã thực hiện được các nội dung khoa học như sau:

+ Ngoài việc thống kê và phân tích ưu điểm, nhược điểm các nguyên lý làm việc của máy trồng cây, đề tài đã phân tích và lựa chọn được nguyên lý làm việc của máy trồng dứa, một loại cây với hình dạng chồi tương đối phức tạp

+ Xây dựng quỹ đạo chuyển động của bộ phận trồng (bộ phận cơ bản trên máy trồng cây), quá đó đã xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy trồng cây (máy trồng dứa)

+ Nghiên cứu, khảo sát vận tốc quay của bánh xe tựa đồng – một trong những bộ phận làm việc quan trọng của máy trồng cây Qua việc nghiên cứu, khảo sát làm việc của bộ phận này đã xác định được đại lượng  - là đại lượng đặc trưng cho động học của quá trình trồng cây Những nội dung nói trên giúp ích cho người tính toán, thiết kế về máy nông nghiệp nói chung và máy trồng cây nói riêng

Ngoài ra người thực hiện đề tài cũng đã tổ chức khảo nghiệm, phân tích số liệu thực nghiệm đơn yếu tố, đa yếu tố; từ đó đã xác định khoảng biến thiên tối ưu các thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy, từ đó giúp cho việc nghiên cứu, chế tạo và cải tiến được nhanh chóng, dễ dàng

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

+ Một phần nội dung nghiên cứu của đề tài để chứng minh nội dung trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp Viện “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy trồng dứa phù

hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam” của Viện Cơ điện Nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, Bộ Nông nghiệp và PTNT

+ Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được đưa vào áp dụng tính toán, thiết kế, chế tạo và ứng dụng tại các cơ sở chế tạo máy trồng cây; trong đó áp dụng

để chế tạo máy trồng dứa

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 2

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC 9

1.1 Tình hình cơ giới hóa khâu trồng dứa ngoài nước 9

1.1.1 Theo nguyên lý tay kẹp 11

1.1.2 Theo nguyên lý cơ cấu hình bình hành 11

1.1.3 Theo nguyên lý băng tải tay kẹp 12

1.1.4 Máy trồng cây con CPHM – 4 13

1.2 Tình hình cơ giới hóa khâu trồng dứa trong nước 16

1.2.1 Máy trồng dứa kiểu đơn giản 17

1.2.2 Máy trồng dứa bán tự động 18

1.3 Lựa chọn, xác định nguyên lý làm việc của máy trồng dứa 19

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Mục tiêu của đề tài 22

2.2 Đối tượng nghiên cứu 22

2.3 Nội dung nghiên cứu 22

2.4 Phương pháp nghiên cứu 22

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 24

2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu 24

2.4.3 Phương pháp xác định chỉ tiêu chất lượng máy 25

2.4.4 Các dụng cụ thiết bị đo 26

2.4.5 Sử dụng các chương trình phần mềm trợ giúp thiết kế 26

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY TRỒNG DỨA 27

3.1 Nghiên cứu, khảo sát quá trình làm việc của đĩa quay 27

3.2 Nghiên cứu, khảo sáy quỹ đạo chuyển động của đĩa quay 31

3.2.1 Ảnh hưởng của đường kính qua 2 tay kẹp đối diện 31

3.2.2 Ảnh hưởng của độ trượt đến quá trình làm việc của đĩa quay 33

3.3 Nghiên cứu, khảo sát tốc độ quay của bộ phận xuống chồi và góc cặp chồi dứa 36

3.3.1 Nghiên cứu, khảo sát tốc độ quay của bộ phận xuống chồi 36

3.3.2 Nghiên cứu góc cặp chồi dứa 38

3.4 Nghiên cứu, khảo sát vận tốc quay của bánh xe tựa đồng 40

3.5 xác định chỉ tiêu chất lượng của cây sau khi trồng 44

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46

4.1 Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 46

4.1.1 Giới thiệu phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 46

4.1.2 Xây dựng nội dung thực nghiệm 47

4.1.3 Chọn kế hoạch thực nghiệm 48

4.1.4 Tổ chức thí nghiệm và xử lý số liệu 48

4.1.5 Xây dựng phương trình hồi quy 48

4.1.6 Nhận dạng mô hình, xác định điểm tối ưu 49

4.1.7 Kết luận phân tích và nhận xét kết quả tính toán 49

4.1.8 Ý nghĩa 49

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 49

4.2.1 Thực nghiệm thí nghiệm với từng thông số thay đổi 49

4.2.2 Xác định độ tin cậy 50

4.2.2.1 Đánh giá tính thuần nhất của phương sai 51

4.2.2.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố 51

4.2.2.3 Xác định mô hình thực nghiệm 53

4.2.2.4 Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số đầu ra 54

4.3 Thực nghiệm đa yếu tố 54

4.3.1 Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm 55

4.3.2 Xác định mô hình toán học 56

4.3.3 Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy 57

4.3.4 Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy 58

4.3.5 Tính lại các hệ số hồi quy 58

4.3.6 Kiểm tra khả năng làm việc của phương trình hồi quy 59

4.3.7 Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 60

4.3.8 Xác định giá trị của các yếu tố đầu vào của hàm mục tiêu 60

4.3.8.1 Phương pháp thứ tự ưu tiên 61

4.3.8.2 Phương pháp hàm trọng lượng 62

4.3.8.3 Phương pháp trao đổi giá trị phụ (p pháp nhân tử La-grăng) 63

4.3.8.4 Phương pháp cực trị nhiều biến 64

4.4 Tổ chức thí nghiệm 65

4.4.1 Góc nghiêng của cây so với hướng kính của tay xuống chồi ( đầu vào X1) 65 4.4.2 Độ trượt hoặc lết của bánh tựa đồng (yếu tố đầu vào X2) 66

4.4.3 Khoảng cách từ tâm bánh xuống chồi tới tâm bánh nén đất theo phương ngang (yếu tố đầu vào X3) 66

Chương 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 68

5.1 Kết quả nghiên cứu 68

5.1.1 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 68

5.1.1.1 Ảnh hưởng của X1 (góc nghiêng so với hướng kính) tới góc đổ của cây 68

5.1.1.2 Ảnh hưởng của X2 (độ trượt danh nghĩa) tới góc đổ của cây 69

5.1.1.3 Ảnh hưởng của X3 (khoảng cách theo chiều tiến từ tâm bánh xe lấp đất đến bánh xe trồng) tới góc đổ của cây 70

5.1.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 72

5.1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng ,múc và khoảng biến thiên 72

5.1.2.2 Kết quả xử lý số liệu 73

5.2 Kết quả xác định mô hình toán 75

5.3 Chuyển phương trình dạng mã sang phương trình hồi quy dạng thực 76

5.4 Dạng chính tắc của mô hình toán 77

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 79

Kết luận 79

Đề nghị 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC

1.1 Tình hình cơ giới hoá khâu trồng dứa ngoài nước

Năm 2007, sản xuất dứa của thế giới đạt 18,9 triệu tấn (theo FAOSTAT 2009

Philippines và Indonesia là những nước sản xuất chính mặt hàng dứa đã chế biến (như nước ép dứa và dứa đóng hộp) cho thị trường xuất khẩu Một thị trường xuất khẩu thường bao gồm 80 % dứa đóng hộp và nước ép, 20 % mặt hàng dứa tươi Ấn

độ và Trung Quốc là những nước xuất khẩu lớn nhưng những nước này có thị trường nội địa lớn và không cung cấp nhiều hàng cho xuất khẩu Nước xuất khẩu lớn nhất hàng dứa tươi là Costa Rica với 47 % thị phần xuất khẩu của cả thế giới Những nước xuất khẩu lớn mặt hàng dứa tươi là Philippines, Bờ Biển ngà, Ecuador, Panama, Ghana và Honduras

Hiện nay ở một số nước phát triển trên thế giới như Nhật, Mỹ, Úc đã áp dụng rất

nhiều máy trồng cây con vào phục vụ cho một số cây trồng như cà chua, ớt, rau màu, mía, v.v nhưng chưa có mẫu máy trồng dứa nào chuyên dùng áp dụng rộng rãi trong sản xuất

Để cơ giới hoá khâu trồng cây người ta đã sử dụng các loại máy trồng từ đơn giản đến phức tạp [1], [2] Theo cơ cấu trồng cây, người ta phân biệt các loại máy trồng đơn giản, máy trồng bán tự động và máy trồng tự động Ở các máy trồng đơn giản, công nhân đặt cây giống vào rãnh đất; máy chỉ thực hiện việc xẻ rãnh trước khi trồng, lấp và nén đất sau khi trồng, ví dụ một số mẫu máy của nước ngoài (hình 1.1)

Hình 1.1 Một số mẫu máy trồng cây đơn giản của nước ngoài

* Hiện nay máy trồng cây thường có các bộ phận sau, bộ phận tạo rãnh, bộ phận vun lấp nén đất vào gốc là giống nhau còn Bộ phận trồng có nguyên lý làm việc khác nhau, máy trồng cây có thể phân loại theo các nguyên lý làm viêc sau:

1.1.1 Theo nguyên lý tay kẹp

Lưỡi rạch 1 tạo rãnh để đặt cây non, các tay kẹp 3 nhận chuyển động truyền

tới từ

Hình 1.2 Sơ đồ máy trồng có bộ phận trồng theo nguyên lý tay kẹp

bánh xe 6 Công nhân đưa cây non vào bộ phận kẹp khi tay kẹp đi gần tới cung dẫn hướng Trong quá trình bộ phận kẹp tựa vào cung dẫn hướng cây non được giữ trong bộ phận kẹp Khi bộ phận kẹp ra khỏi cung dẫn hướng, bộ phận kẹp sẽ tự động nhả cây non vào rãnh trống đã được rạch sẵn Bộ phận lấp đất sẽ lấp đất và nén đất vào gốc cây Máy trồng làm việc theo kiểu này có cấu tạo khá đơn giản nhưng đạt được độ chính xác về khoảng cách cây cao Hiện nay ở một số nước trên thế giới như Nhật, Mỹ phần lớn các máy trồng áp dụng theo nguyên lý kiểu này

1.1.2 Theo nguyên lý cơ cấu hình bình hành

Mỗi một máy có thể gồm nhiều nhánh trồng cây, mỗi nhánh bao gồm vài guồng trồng cây 13 được lắp vào 2 đĩa thép tròn lệch tâm nhau nhưng cùng độ cao (đĩa 13ª

và 13f) Mỗi một guồng trồng cây theo kiểu cơ cấu hình bình hành, chúng có chung một khâu cố định là khâu nối tâm quay của 2 đĩa thép O1O2 -nằm ngang, khâu O1A

là khâu dẫn, khâu O1A và AB được liên kết cứng Khâu O2B có khớp quay tại B Ở mọi vị trí thì khâu AB đều có phương nằm ngang, người ta lắp vào đó kẹp giữ cây 13e mà có thể định vị để cho kẹp luôn giữ cây ở vị trí thẳng đứng phía ngọn lên

trên Kẹp giữ cây gồm 2 má luôn luôn được ép vào nhau nhờ một lò so hình chữ U, điều khiển kẹp giữ cây chặt hay mở là nhờ vào một cam cố định trên AB Máy trồng làm việc theo kiểu này thì máy đạt được độ chính xác cao về vị trí, khoảng cách trồng cây Nhưng kiểu máy này có kết cấu cơ cấu hình bình hành (cơ cấu 4 khâu),

cơ cấu cam phức tạp, và độ ổn định làm việc không cao nên năng xuất của máy trồng có kiểu nguyên lý này không cao Kiểu máy này thường áp dụng cho trồng các loại cây non có bầu, những cây có độ bền cơ học không cao (Hình 1.3)

Hình 1.3 Bộ phận trồng cây theo nguyên lý hình bình hành 1.1.3 Theo nguyên lý băng tải tay kẹp

Hình 1.4 Bộ phận trồng theo nguyên lý băng tải tay kẹp

1 Tay kẹp, 2 Băng tải, 3 Trống tải, 4 Thanh tỳ, 5 Điểm nhận cây, 6 Điểm nhả cây

Công nhân nhặt cây kẹp vào tay kẹp Tay kẹp được gắn trên băng tải 2 chuyển động vận chuyển cây tới điểm P sẽ tì vào thanh tưạ 4 để giữ cây Khi cây đến điểm O tay kẹp mở ra để nhả cây vào rãnh trống Máy trồng theo nguyên lý này đạt được độ chính xác về khoảng cách cây trồng khá cao hơn so với máy trồng

đơn giản; nhưng kết cấu để bố trí băng tải, trống tải khá phức tạp

1.1.4 Máy trồng cây con CPHM-4:

Trên cơ sở yêu cầu kỹ thuật nông học đối với máy trồng cây con, những năm

60 (thế kỷ XX) Liên Xô chế tạo hoàn chỉnh máy CPHM-4 dùng để trồng cây con,

bộ phận trồng được treo sau máy kéo và được phổ biến trong sản xuất tại Nga và một số nước SNG

Do đặc điểm của cây con mềm, dễ dập gãy do đó rất khó cơ giới hóa trong khâu trồng Máy trồng cây hiện nay còn nhờ bàn tay người phụ thêm trong quá trình trồng Trong phạm vi nhiệm vụ của nó, máy trồng cây con cần đạt những yêu cầu nông học sau:

- Cây sau khi trồng phải thẳng đứng hoặc có độ nghiêng đảm bảo, không bị làm cong rễ (nếu có);

- Không làm bị thương cây, không để đất lấp phủ hoàn toàn cây;

- Đảm bảo độ trồng sâu đều và đúng theo quy định;

- Trồng phải nén chặt gốc cây phù hợp; đôi khi trồng xong phải tưới

Máy trồng cây con CPHM-4 (hình 1.5) dùng để trồng cây có bầu hoặc không có bầu Máy vừa trồng vừa tưới nước hoặc phân nước Trang bị chính của máy gồm:

+ Khay đựng cây con 6

+ Guồng đưa cây xuống rãnh Nhưng khâu đưa cây từ khay cho guồng nhờ bàn tay con người

+ Về nguyên lý hoạt động chính như sau:

Guồng đưa cây là bộ phận làm việc chính, có những bộ phận giữ cây 10 đưa cây xuống rãnh Nhờ có cơ cấu hình bình hành mà bộ phận này giữ vị trí cây con luôn luôn đứng thẳng trong quá trình guồng quay Bộ phận giữ cây chỉ mở từ khi nó đặt cây xuống dưới rãnh cho đến khi người công nhân đưa cây vào cho nó

Guồng được truyền động từ bánh xe máy trồng đến và quay với vận tốc sao cho tổng hợp vận tốc tiến của máy và vận tốc quay của guồng tại điểm đặt cây xuống rãnh bằng không để cây trồng được thẳng đứng Thực tế vận tốc quay lớn hơn vận tốc tiến một ít để trừ độ xô cây ra trước do bộ phận lấp gây nên Hộp biến tốc (thay đổi tốc độ truyền từ bánh xe chủ động đến guồng) gồm 2 đĩa 17 và 16 nằm

vuông góc với nhau Đĩa chủ động 17 ép vào đĩa thụ động 16 nhờ lò xo và truyền động bằng ma sát Vị trí đĩa thụ động so với đĩa chủ động điều chỉnh được nhờ vô lăng 3, do đó làm thay đổi tốc độ quay của guồng phù hợp với vận tốc tiến của máy

- Lưỡi rạch 13 và bánh lấp nén 11 Thay đổi vị trí bánh lấp nén so với lưỡi rạch sẽ thay đổi độ sâu trồng

- Bộ phận kiểm tra và điều chỉnh để trồng thẳng hàng ngang Bộ phận kiểm tra gồm hai xích 12 (trái, phải) có các mũi tên 18 Khoảng cách giữa các mũi tên có thể thay đổi được, bằng khoảng cách giữa các cây trong hàng Khi bắt đầu trồng, các bộ phận giữ cây của bốn mảng và mũi tên xích kiểm tra phải nằm trên cùng một đường thẳng ngang

Điều chỉnh vị trí xích do người điều khiển máy thực hiện bằng cách vặn vô lăng 4 Cần điều chỉnh sao cho mũi tên xích kiểm tra trùng với hàng cây ngang đã trồng trước Lúc vô lăng 4 đứng yên, bộ phận kiểm tra hoạt động được nhờ bánh xe máy trồng truyền qua hộp vi sai và đĩa 17

Máy gồm có 04 nhánh Mỗi nhánh trồng 01 hàng Máy có thể trồng với khoảng cách 50; 60 hoặc 70 cm Để thay đổi khoảng cách cây trên hàng ta thay đổi

số bộ phận giữ cây trên guồng

Nước tưới được đưa từ thùng lắp hai bên máy treo đến hộp 15 Lượng nước tưới cho mỗi cây là 0,8 lít Nước này tưới vào gốc khi cây vừa đặt xuống rãnh

Vận tốc máy liên hợp máy 0,9 – 1,7 km/h Máy cần một người lái máy kéo, một người điều khiển máy trồng, bốn người trực tiếp trồng Năng suất máy 0,3 – 0,4 hecta/giờ, khối lượng máy 1200 kg

Về nguyên lý hoạt động của máy khá hoàn hảo, trồng được 04 hàng/lượt, việc điều chỉnh máy dễ dàng, không phức tạp Tuy vậy máy cồng kềnh, nặng nề, không phù hợp với điều kiện đất trồng ở Việt Nam

Hình 1.5 Sơ đồ máy trồng CPHM - 4

1 Thanh kéo dưới; 2 Thanh kéo trên; 3 Vô lăng điều chỉnh đĩa phụ động hộp biến tốc; 4 Vô lăng; 5 Ghế ngồi của người điều khiển máy; 6 Khay để cây con; 7 Đĩa guồng đưa cây; 8 Biên cơ cấu bình hành; 9 Tay quay; 10 Bộ phận giữ cây; 11 Bánh lấp nén; 12 Xích kiểm tra; 13 Lưỡi rạch; 14 Ghế ngồi người đưa cây cho bộ phận giữ; 15 Hộp nước tưới; 16 Đĩa thụ động; 17 Đĩa chủ động; 18 Mũi tên

Tóm lại: Nhu cầu về năng suất và chất lượng xuất khẩu dứa ngày một tăng,

đòi hỏi tăng năng suất và đa dạng sản phẩm chế biến từ quả dứa là nhu cầu bức thiết Ngoài giống thì công tác đẩy mạnh cơ giới hóa khâu trồng dứa để giảm sức lao động và qua đó tăng tính cạnh tranh và góp phần tăng hiệu quả trên một diện tích trồng được đặt lên hàng đầu Rất nhiều nước trên thế giới đã thiết kế, chế tạo được máy trồng cây với nguyên lý từ đơn giản đến phức tạp Tuy vậy việc thiết kế, chế tạo máy trồng dứa phù hợp với các điều kiện canh tác còn rất hạn chế Nguyên

lý làm việc của máy trồng cây có nhiều loại, máy trồng cây của một số nước như

Mỹ, Nhật, Bungari có kết cầu ngày càng nhỏ, gọn phù hợp với điều kiện canh tác của Việt Nam; tuy vậy bộ phận xuống chồi cần phải cải tiến cho phù hợp, nhất là đối với trồng dứa Vì vậy rất cần việc nghiên cứu, cải tiến cho bộ phận xuống chồi

để áp dụng vào việc trồng dứa ở Việt Nam ngày một đạt hiệu quả tốt hơn

1.2 Tình hình cơ giới hoá khâu trồng dứa trong nước

Ở nước ta, dứa được trồng từ Bắc đến Nam, diện tích trồng cả năm, năm

2010 hiện khoảng 40.000 ha với sản lượng khoảng 50.000 tấn, trong đó 90 % ở các tỉnh phía Nam như: Kiên Giang, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Thơ, Long An…(Phụ lục 1)

Trên thế giới cũng như tại Việt Nam nhu cầu về các sản phẩm của dứa ngày một tăng, do vậy tăng năng suất và diện tích trồng dứa là nhu cầu bức thiết Vì vậy ngoài việc cải tiến về giống, đa dạng hóa sản phẩm, tăng diện tích trồng, việc cải tiến khâu trồng dứa nhằm giảm công lao động; cơ giới hóa khâu trồng dứa sẽ góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất, qua đó hạ giá thành sản phẩm và tăng tính cạnh tranh trong khâu sản xuất dứa

Hiện nay khâu trồng dứa trên cả nước ta vẫn hoàn toàn được tiến hành bằng thủ công Chưa có một mẫu máy trồng dứa nào được áp dụng phổ biến ở Việt Nam Đại học nông nghiệp I Hà nội là nơi dày công nghiên cứu thiết kế về máy trồng dứa nhưng đến nay vẫn dừng lại ở 2 máy mẫu chưa được thực tế chấp nhận là máy trồng dứa kiểu đơn giản và máy trồng dứa bán tự động

1.2.1 Máy trồng dứa kiều đơn giản

Một số thông số cấu tạo chính của máy trồng dứa đơn giản:

- Kích thước, dài x rộng x cao (mm): 1780 x 1920 x 1250

- Số hàng trồng (hàng): 4

- Khoảng cách hàng (cm): 40-50

- Liên hợp với máy kéo: MTZ 80/82

- Số người phục vụ: 5

- Năng suất: 0.5 ha/h

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý và máy trồng cây đơn giản

1.Khung máy, 2.Bánh tựa đồng, 3 Thanh điều chỉnh, 4 Bộ phận lấp đất, 5.Bộ phận ống nạp chồi dứa, 6.Bộ phận rạch đất, 7 Khay đựng chồi, 8 Ghế ngồi

Máy có cấu tạo và nguyên lý làm việc đơn giản Máy cũng bao gồm các bộ phận: Khung máy; mũi rẽ rạch hàng, bánh lấp đất nhưng bộ phận trồng cây (chuyển cây) hoàn toàn bằng tay, thủ công; Người công nhân ngồi sau máy, nhặt từng chồi cây trên khay bỏ vào ống nạp và chờ sẵn máy di chuyển đến vị trí cần trồng thì gạt tay mở đáy ống cho chồi cây tự rơi xuống nên độ đồng đều về khoảng cách giữa các cụm là không đảm bảo, nhiều khi còn bị mắc kẹt Đối với chồi dứa bao gồm cả thân

lá nên khả năng măc kẹt là rất lớn Máy có năng xuất thấp và chi phí nhân công lao động lại cao Máy có thể trồng được 4 hàng dứa nhưng cần đến 5 công nhân kèm theo để phục vụ

1.2.2 Máy trồng dứa bán tự động:

Một số thông số cấu tạo chính của máy trồng dứa bán tự động:

- Kích thước, dài x rộng x cao (mm): 2160 x 1300 x 1500

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý và máy trồng dứa bán tự động

1.Khung máy, 2.Bánh xe nén đất, 3.Guồng trồng, 4 Mũi rẽ, 5.Bộ truyền xích dẫn động cho guồng trồng, 6.Bánh xe tựa đồng, 7.Thanh treo, 8.Bộ phận rải phân,

9.Khay đựng cây con, 10.Bộ phận kẹp cây, 11.Ghế ngồi

Máy trồng dứa bán tự động gồm các bộ phận sau: Khung máy, mũi rẽ để tạo rãnh đặt chồi dứa, bánh tựa đồng, khay đựng chồi dứa và ghế ngồi Máy có bộ phận trồng cây theo nguyên lý hình bình hành; Guồng trống chính là cơ cấu bình hành có

6 cánh nhận chồi dứa từ tay công nhân Guồng quay và chuyển động đóng mở bộ phận kẹp chồi được dẫn động từ bánh đồng nhờ bộ phận truyền động xích Máy trồng này có bộ phận trồng theo nguyên lý hình bình hành có cấu tạo cơ cấu lệch tâm, cơ cấu cam đóng mở điều khiển việc kẹp và nhả cây rất phức tạp; Vì máy theo

nguyên lý hình bình hành có cấu tạo phức tạp như vây nên máy mẫu làm việc theo nguyên lý này mới chỉ dừng lại ở mẫu máy đầu tiên được chế tạo mà chưa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật

1.3 Lựa chọn, xác định nguyên ly ́ làm việc của mẫu máy trồng dứa

Từ những phân tích trên nhóm đề tài đã lựa chọn thiết kế mẫu máy trồng dứa

có cơ cấu trồng theo kiểu nguyên lý tay kẹp, theo nguyên lý này có ưu điểm là: Cấu tạo của nguyên lý này đơn giản hơn hẳn so với nguyên lý cơ cấu hình bình hành những vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật là vận chuyển và đặt cây chính xác vào

vị trí cần đặt Ở nguyên lý cơ cấu hình bình hành phải chế tạo 2 phần điều khiển: một cơ cấu lệch tâm có tác dụng giữ cho cây luôn thẳng đứng, một cam có tác có tác dụng đóng mở tay kẹp (đã mô tả cụ thể ở phần trên) Ở cơ cấu tay kẹp thì không cần phải phức tạp mà vẫn có thể điều khiển thời điểm đóng mở tay kẹp chính xác, hơn nữa đối với trồng chồi dứa có thân khá cứng và không có bầu nên không cần thiết phải giữ cây ở tư thế đứng Nguyên lý tay kẹp này rất thuận lợi khi áp dụng cho trồng một số loại cây có thân cứng không bầu như dứa

Máy trồng dứa cần phải đồng thời thực hiện được một số nhiệm vụ sau: Máy phải ta ̣o được rãnh sâu khoảng 15cm, tiếp theo là bỏ chồi dứa xuống vi ̣ trí cần thiết, cuối cùng là lấp và nén đất

Qua khảo sát điều kiê ̣n thực tế cho thấy hiê ̣n nay nguồn đô ̣ng lực chủ yếu ở

các vùng trồng dứa đang sử du ̣ng là loa ̣i máy kéo MTZ-80/82 Vì vâ ̣y khi thiết kế

máy trồng dứa cũng đã liên kết với nguồn đô ̣ng lực này Như vậy hệ số sử dụng thời gian của máy sẽ lớn, tiết kiệm được vốn đầu tư, chăm sóc, sửa chữa máy

Máy trồng dứa gồm 2 hàng trồng, mỗi hàng là mô ̣t mô-đun riêng biê ̣t, khoảng cách giữa 2 hàng ta có thể điều chỉnh được từ 35- 45 cm, khoảng cách khóm

cách khóm là 35-40 cm

Máy trồng dứa bao gồm các bộ phận làm việc chính sau: Bộ phận tạo rãnh,

bộ phận xuống chồi, bộ phận lấp nén đất, và bộ phận bánh tựa đồng Ngoài ra máy còn có một số bộ phận khác như bộ phận chứa chồi, ghế ngồi, v.v Các bộ phận

làm việc được tính hợp bố trí lắp đặt lên một khung chính cứng vững, hai người ngồi điều khiển cung cấp chồi cho máy làm việc

Mô tả quả trình làm việc của máy như sau: Trước tiên bộ phận tạo rãnh bao gồm mũi rạch và 2 cánh diệp làm việc tạo thành rãnh có độ rộng khoảng 8-15 cm,

và độ sâu 120-150 mm tiếp theo người điều khiển thả chồi dứa vào tay kẹp của bộ phận xuống chồi Bộ phận này nhận chuyển động từ bánh tựa đồng truyền lên làm cho nó quay Bộ phận xuống chồi có nhiệm vụ kẹp giữ chồi dứa, vận chuyển chồi dứa đi xuống và thả xuống rãnh tại vị trí và thời điểm hợp lý, lúc này với kết cấu của cánh diệp sẽ làm cho đất từ phía ngoài tự lấp vào rãnh lấp kín gốc dứa Tiếp theo là bộ phận nén đất được bố trí ngay phía sau cánh diệp, nó có nhiệm vun thêm một phần đất vào gốc dứa đồng thời có nhiệm vụ nén chặt đất hai bên gốc chồi dứa

để đảm bảo cây dứa được đứng vững, (hình 1.8)

Hình 1.8 Thiết kế tổng thể máy trồng dứa lần đầu

* Nhận xét:

Từ tổng quan tình hình nghiên cứu trên đây ta có thể nhận xét như sau:

- Dứa là cây ăn quả có giá trị kinh tế cao, dễ trồng và cho năng suất cao; sản phẩm sau khi chế biến từ dứa rất được ưa thích, dễ dùng

- Máy trồng cây con (máy trồng dứa) về nguyên lý chung thì không phức tạp, kết cấu thường gọn, dễ di chuyển Tuy vậy để máy trồng dứa được chuyển giao vào thực tế phù hợp với điều kiện canh tác của Việt Nam rất cần thiết phải nghiên cứu, cải tiến cho phù hợp

- Nâng cao chất lượng làm việc của máy trồng dứa là yêu cầu thực tế, cấp bách cần được nghiên cứu giải quyết đồng bộ để mang lại hiệu quả kinh tế xã hội góp phần công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp, nông thôn

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế chế tạo và xác định nguyên lý làm việc của mẫu máy trồng dứa

Nghiên cứu, xác định ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa

2.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

- Đề tài không đi nghiên cứu trên nhiều đối tượng mà đi sâu nghiên cứu các

bộ phân xuống chồi của máy trồng cây Cụ thể là nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa

- Đối tượng nghiên cứu: máy trồng dứa năng suất 0,2-0,3 hecta/giờ

2.3 Nội dung nghiên cứu:

Để thực hiện mục tiêu trên, đề tài xác định các nội dung nghiên cứu chính:

- Tìm hiểu quy trình kỹ thuật và thiết bị cơ giới hoá phục vụ cho quá trình trồng cây ở trên thế giới và nước ta Phân tích ưu khuyết điểm của từng loại;

- Xác định nguyên lý làm việc máy trồng dứa ở Việt Nam

- Nghiên cứu, khảo sát vận tốc quay của bánh xe tựa đồng, từ đó xác định được quỹ đạo chuyển động của tay kẹp khi trồng và cũng trên cơ sở đó ta xác định được độ trượt  của bánh xe trồng khi máy làm việc

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa

- Thử nghiệm mẫu máy trồng dứa bán tự đồng liên hợp với máy kéo MTZ 80/82 phù hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam; khẳng định lại nguyên lý làm việc của mẫu máy

2.4 Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện mục tiêu đặt ra, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thu thập các dữ liệu điều tra, khảo sát thông tin truy cập từ các kênh trong nước và ngoài nước; trực tiếp khảo sát tại hiện trường và từ tài liệu

- Phương pháp xử lý số liệu bảng toán thống kê

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng trong luận văn lá áp dụng phương pháp nghiên cứu về chuyển động quay của đĩa quay (bộ phận xuống chồi) của máy

Từ quá trình làm việc của thiết bị này, ta xác định cách tính toán thông qua việc vận dụng các công thức toán học liên quan về lực, mô men, phương trình chuyển động, vận tốc, độ trượt v.v…từ đó xác định các thông số cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy trồng cây và rút ra các kết luận cần thiết

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (đơn yếu tố, đa yếu tố): Chất lượng làm việc của máy trồng cây phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Việc khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng bằng phương pháp lý thuyết là rất khó khăn, đòi hỏi khối lượng nghiên cứu rất lớn Chính vì vậy, để giảm bớt khối lượng công việc, luận văn đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng trong luận văn không phải là thực nghiệm thuần túy mà là sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu để giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm, đó là phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm

Theo [7] quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của quy hoạch thực nghiệm là toán thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy Việc lập kế hoạch và tổ chức thực hiện cũng như xử lý các số liệu thí nghiệm được trình bày trong các tài liệu [7], [9]

- Phương pháp đo lường (các dụng cụ đo, thiết bị đo) để đánh giá các chỉ tiêu

về chất lượng làm việc của máy sau khi trồng [10]

Đặc điểm của các phương pháp nghiên cứu được sử dụng khi thực hiện đề tài như sau:

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Thu thập các dữ liệu điều tra, khảo sát thông tin để lựa chọn nguyên lý và xác định các thông số chính của mẫu máy

- Thu thập sử lý thông tin, phân tích số liệu về các mẫu máy thu thập từ trong

và ngoài nước, tham khảo ý kiến chuyên gia

- Nguyên lý làm việc của mẫu máy được nghiên cứu lựa chọn trên cơ sở phân tích tài liệu về các mẫu máy đã có trong và ngoài nước Qua đó phân tích ưu nhược điểm của nó, đồng thời xác định các thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy

- Các thông số chính của bộ phận làm việc được xác định trên cơ sở phân tích, kết hợp tính toán với lựa chọn và nghiên cứu thực nghiệm

2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm và sử lý số liệu

Trong quá trình thử nghiệm máy nông nghiệp nói chung và máy trồng dứa nói riêng cần có phương pháp để bố trí, chuẩn bị những thí nghiệm thích hợp để thu được những số liệu ngẫu nhiên nhưng đáng tin cậy tránh lãnh phí lập lại thí nghiệm quá nhiều lần không cần thiết Sau đó số liệu thu được ta cần phải qua sử lý để loại

bỏ những số liệu nhiễu và tìm ra những số liệu có ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của máy

Các sai số trong quá trình đo đạc phụ thuộc vào độ chính xác của các thiết bị

đo và phương pháp đo.Các số liệu đo đạc được sử lý theo quy tắc của lý thuyết xác suất và thống kê toán học

Sau khi đo n lần lặp lại được các giá trị x1 ( I = 1, 2, 3, ….n) và tính các giá trị trung bình theo công thức:



 n

i i

x x n

n 1

2 2

)(1

1



 biểu thị sự khuếch tán của kết quả đo đạc

2.4.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu chất lượng máy

* Năng suất thuần tuý:

- Tính theo diện tích Ns (ha/h)

Ns = 0,36 b VM (ha/h) Trong đó: b: Bề rộng làm việc của máy (m)

VM: Vận tốc liên hợp máy (m/s)

* Năng suất thực tế:

N = A/ (tt +tv) A-Tổng diện tích trồng được

tt-Thời gian máy trồng

tv-Thời gian máy quay vòng đầu bờ

* Hiệu suất của máy:

100

x t

t FE

t FMI

v t

S S K

K- Hệ số trượt của liên hợp máy

Sk- Quãng đường máy chạy không

St- Quãng đường máy làm việc

2.4.5 Sử dụng các chương trình phần mềm trợ giúp thiết kế

Sử dụng một số phần mềm hỗ trợ thiết kế, mô phỏng thiết kế như Mechanical Desktop, Autodesk Inventor Trong các phần mềm này cung cấp các công cụ cần thiết để thực hiện các dự án thiết kế, từ việc vẽ phác thảo ban đầu cho đến việc hình thành các bản vẽ kỹ thuật cuối cùng (tạo các mô hình 3D, các bản vẽ 2D, tạo các bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp) Trong quá trình thiết kế sau khi thiết kế xây dựng mô hình ta có thể kiểm tra tính toán lại độ bền của chi tiết, đồng thời ta có thể mô phỏng động quá trình làm việc của máy

Sau khi tính toán thiết kế sơ bộ cho đến quá trình kiểm tra lại để chỉnh sửa đưa ra được thiết hoàn thiện nhất phần mềm Autodesk Inventor còn có thể linh với các phần mềm khác như AutoCAD và đặc biệt là nó có thể xuất dữ liệu trực tiếp cho các máy công cụ để chế tạo như CNC

Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu trên đây sẽ được trình bày cụ thể

ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY TRỒNG DỨA

Mục đích của chương này là xây dựng cơ sở lý thuyết cho quá trình làm việc của bộ phận trồng (bộ phận xuống chồi) và một phần của việc nghiên cứu, khảo sát vận tốc quay của bánh xe tựa đồng, từ đó xác định được quỹ đạo chuyển động của tay kẹp khi trồng và cũng trên cơ sở đó ta xác định được độ trượt  của bánh xe trồng khi máy làm việc

Phương pháp chung để nghiên cứu nội dung này là dựa vào nguyên lý chuyển động quay có trượt và không trược của bộ phận xuống chồi và của bánh xe tựa đồng, sử dụng phương pháp phân tích lực và giải tích, từ đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đại lượng nghiên cứu [8]

Nội dung nghiên cứu lý thuyết gồm có các vấn đề sau:

- Nghiên cứu, khảo sát quỹ đạo của bộ phận xuống chồi (đĩa quay)

- Nghiên cứu quá trình làm việc của đĩa quay và từ việc xác định quỹ đạo của đĩa quay ta xác định các thông số cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy trồng dứa

3.1 Khảo sát động học và động lực học của máy trồng dứa

3.1.1 Nghiên cứu, khảo sát quá trình làm việc của đĩa quay

Qua những phân tích và lựa chọn nguyên lý làm việc của bộ phận xuống cây

do chồi dứa có tính chất cơ lý khá cứng và không có bầu đất nên đã chọn kiểu tay trồng dạng tay kẹp (hình 3.1)

Hình 3.1 Mô phỏng hình vẽ bộ phận xuống chồi dạng tay kẹp

Cấu tạo bộ phận này bao gồm một đĩa tròn quay trên trục Trên đĩa có khoan các lỗ, lượng lỗ trên đĩa đó thuận lợi cho ta có thể thay đổi số tay kep trên đĩa tùy vào khoảng cách và giống của cây trồng, máy này ta bắt 10 tay kẹp Bộ phận xuống chồi có đường kính làm việc d = 850 mm, Chu vi P = π*d = 3.14* 850 = 2669 mm Như vậy khi quay khoảng cách giữa 2 chồi dứa trên tay kẹp liền kề là 267 mm Vậy

để đạt được khoảng cách cây 350- 400 mm cần phải giảm tốc bộ phận xuống chồi với tỉ lệ là 1.3-1.5 lần

Công nhân đưa cây non vào bộ phận kẹp khi tay kẹp đi gần tới cung dẫn hướng Trong quá trình bộ phận kẹp tựa vào cung dẫn hướng cây non được giữ trong bộ phận kẹp Khi bộ phận kẹp ra khỏi cung dẫn hướng, bộ phận kẹp sẽ tự động nhả cây non vào rãnh trống đã được rạch sẵn Bộ phận lấp đất sẽ lấp đất và nén đất vào gốc cây

Đĩa quay có gắn tay kẹp được sắp đặt trong cơ cấu xuống chồi của máy, nó

có nhiệm vụ cùng với tay kẹp vận chuyển chồi dứa đi xuống và thả xuống rãnh tại

vị trí với thời điểm hợp Tuy nhiên quá trình làm việc của nó ảnh hưởng lớn đến

khoảng cách cây sau khi trồng, độ nghiêng của cây vì có ảnh hưởng đến thời điểm lấp đất Vì vậy ta cần nghiên cứu kỹ về quá trình làm việc cũng như quỹ đạo chuyển động của nó

Để thuận tiện cho quá trình nghiên cứu, ta xem và mô hình hóa bộ phận xuống chồi, gọi chung là đĩa quay (gồm đĩa quay và trên đó có gắn 10 tay kẹp) như một bánh xe chuyển động trên mặt đồng Lý thuyết động học về nó cũng không quá phức tạp Quá trình làm việc nó có thể lăn theo 03 hình thức sau [8]:

- Thứ nhất, đĩa quay lăn không trượt và không quay trượt Trong sự lăn đó thì đoạn đường mà đĩa quay đĩa quay đi qua bằng chiều dài cung vòng tròn đĩa quay, tương ứng với góc quay của nó trên đoạn đường đã đi qua, nghĩa là đoạn đường đã đi qua S = 2 π r n = r α

Ở đây r là bán kính đĩa quay (bộ phận xuống chồi có D= 850 mm);

α = 2 π n là góc quay của đĩa quay trên đoạn đường S

n số vòng quay của đĩa quay trên đoạn đường S

- Thứ hai, đa số đĩa quay lăn có trượt Khi đĩa quay lăn có trượt, thì sau khi quay được một góc α nào đó, nó sẽ đi qua một đoạn đường lớn hơn chiều dài vòng cung tròn của đĩa quay, tương ứng với góc quay đó của đĩa quay trên đoạn đường đã

đi qua Nếu α được đo bằng radian, thì đoạn đường đã đi qua S > r α, hay là S > 2 r n

- Thứ ba, đĩa quay lăn có quay trượt: khi đó mà đoạn đường mà đĩa quay đi qua sẽ nhỏ hơn chiều dài cung vòng tròn của đĩa quay, tương ứng với góc quay của

nó trên đoạn đường đã đi qua, nghĩa là đĩa quay mất đi một phần đoạn đường S < 2

π r n, nghĩa là S < r α

Hiện tượng rút ngắn đoạn đường đã đi qua gọi là hiện tượng quay trượt V.P Gơriatskin qua sự xác định đơn giản đã đồng ý rằng, trong khi quay có trượt, bánh xe trượt theo đáy vết bánh về phía trước, còn trong khi quay trượt bánh

xe trượt về phía sau Thực tế hiện tượng kéo dài hoặc rút ngắn đoạn đường có liên quan với sự biến dạng của đất trong khi tạo thành vết bánh

Trường hợp khảo sát ở đây, qua thực tế ta xem bộ phận xuống chồi có hiện tượng quay trượt Trường hợp đó xảy ra khi đoạn đường mà đĩa quay (bộ phận xuống chồi) khác chiều dài cung vòng tròn của đĩa quay, tương ứng với góc quay của nó trên đoạn đường đã cho S  2 π r n

là điểm tiếp xúc tức thời của đĩa quay với mặt đất), nghĩa là tương ứng với mặt phẳng lăn, trục quay tức thời đó dịch chuyển với tốc độ dịch chuyển của đĩa quay trên mặt phẳng tại điểm xuống chồi

Sự hiểu biết về vị trí của trục quay tức thời cho phép giải quyết vấn đề đối với hướng của vận tốc thẳng của bất cứ một điểm nào của đĩa quay

Ta chú ý đến những điểm nằm trên vòng tròn của đĩa quay tại các tay kẹp

Để đĩa quay quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, tại thời điểm người thợ thả chồi dứa vào tay kẹp, tay kẹp đi qua cung hướng dẩn ta thấy có tác lực tác dụng cơ bản sau:

- Trị số vận tốc thẳng Va, khi đó Va = r.; P: trọng lượng của chồi dứa;Với  là vận tốc góc của đĩa quay

- Lực ma sát giữa má tay kẹp và cung hướng dẫn

(xem trên hình 3.4)

3.1.2 Nghiên cứu, khảo sát quỹ đạo chuyển động của đĩa quay:

- Ảnh hưởng của đường kính qua 2 tay kẹp đối diện

Xem xét quỹ đạo chuyển động của đĩa quay để xác định sự ảnh hưởng của thông số đường kính qua 02 tay kẹp đối diện trên đĩa quay đối với chất lượng làm việc của máy trồng dứa, ta thấy:

Khi đĩa quay làm việc, diễn ra quá trình tay kẹp kẹp chồi dứa khi bắt đầu và

đi qua cung dẫn hướng khi qua khỏi cung dẫn hướng bộ phận kẹp sẽ tự động nhả chồi dứa vào rãnh trống đã được rạch sẵn Bộ phận lấp đất sẽ lấp đất và nén vào gốc Đặc trưng của quá trình này là bộ phận tay kẹp không cần phải tiếp xúc với mặt đất mà nó có nhiệm vụ kẹp và nhả cây đúng vào vị trí quy định

Theo [11], đại lượng x = 2 (x1 + x2) đặc trưng cho khoảng cách của 02 chồi dứa trên 01 hàng sau khi trồng

Quỹ đạo chuyển động của 02 điểm (1) và (2) có hình dạng như hình vẽ và có phương trình chuyển động như sau: chỉ xét tại điểm (1)

y1 = (1-1) rb - rb cos1

x1 = (1-1) 1rb – rb sin 1

Hình 3.2 Quỹ đạo chuyển động của một tay kẹp

(1) Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tay kẹp (2) Quỹ đạo chuyển động của chân tay kẹp (3) Sơ đồ một tay kẹp (minh họa)

rm : bán kính chân tay kẹp

r0 : bán kính đỉnh tay kẹp

 : góc quay tương ứng với bề rộng tay kẹp

Khi y1 = 0 ; ta có 1 = arccos(1- 1)

Trong đó: 1 - Độ trượt của bộ phận lắp đĩa quay;

1 - Góc quay của đĩa quay

Từ đó tính được x1 = (1-1) arccos(1-1).r0 – r0sin[arccos(1-1)] (3-1) Giá trị của x2 là x2 = rm  (3-2) Trong đó:

rm - bán kính tính từ tâm trục đĩa quay đến chân của tay kẹp

 - Góc quay tương ứng với bề rộng tay kẹp

Như vậy ta có x = 2(x1 + x2)

x = 2[(1-1) arccos(1-1).r0 – r0sin[arccos(1-1)] + rm  ] (3-3)

Từ (3-3) tính toán giá trị x của đĩa quay tại một vị trí tay kẹp, ta thấy: độ lớn giá trị x trong cơ cấu đĩa quay có gắn tay kẹp của chồi dứa (thể hiện qua khoảng cách của 02 chồi dứa sau khi trồng trên một hàng) phụ thuộc vào đường kính qua 02 tay kẹp đối diện trên đĩa quay và độ trượt của đĩa quay

* Kết luận: Trong quá trình làm việc đĩa quay (tay kẹp và thanh gắn tay kẹp)

không tiếp xúc với đất, khi chế tạo bộ phận truyền động để lắp đĩa quay là cơ cấu xích nên ta xem độ trượt trong quá trình làm việc của đĩa quay là không đáng kể (1 = 0) Vậy đường kính qua 02 tay kẹp đối diện trên đĩa quay (thông qua trị số r0

và rm) sẽ là yếu tố ảnh hưởng nhiều đến khoảng cách của 02 chồi dứa trên 01 hàng sau khi trồng

- Ảnh hưởng của độ trượt đến quá trình làm việc của đĩa quay

Xem xét quỹ đạo chuyển động của đĩa quay để xác định sự ảnh hưởng của thông số độ sâu của chồi dứa sau khi trồng (được xác định qua độ trượt và đường kính qua 02 tay kẹp đối diện trên đĩa quay), [11] ta nhận thấy:

Qua thực nghiệm và xem xét kết quả hoạt động của máy khi sản xuất thử, nhận thấy: chất lượng làm việc (trồng) của máy tương đối tốt; trong đó độ sâu trồng khá đảm bảo để chồi dứa sinh trưởng và phát triển tốt sau này Từ thực nghiệm và nghiên cứu lý thuyết xác định: Quỹ đạo chuyển động của tay kẹp trong quá trình làm việc cũng ảnh hưởng nhiều đến độ sâu của chồi dứa sau khi trồng

Hình 3.3 Quỹ đạo chuyển động của 2 tay kẹp liền nhau

y0 : giá trị của tung độ tác dụng khi 0

yk1: giá trị tung độ tính từ điểm cắt nhau của quỹ đạo đỉnh tay kẹp đến tâm quay tức thời của đĩa tay kẹp

yk2: giá trị tung độ tính từ điểm cắt nhau của quỹ đạo chân tay kẹp đến tâm quay tức thời của đĩa tay kẹp (thể hiện ở hình 3.2)

Bộ phận rạch đất sau khi rạch ta có khoảng cách h1 Xét quỹ đạo của 02 tay kẹp kề nhau trong quá trình làm việc ta có:

- Trọng lượng của chồi dứa q (kg)

- Qua xem xét ta thấy: Các điểm giao của quỹ đạo một tay kẹp có quan hệ chặt chẽ với độ sâu của chồi dứa sau khi trồng Để đảm bảo yêu cầu trên thì:

h

k

Trong đó: h1 chiều sâu phần đất được rạch;

y0 – Giá trị của tung độ tác dụng khi  = 0

- Việc xác định y0; yK sẽ xác định được độ sâu của chồi dứa sau khi trồng

Giá trị y0, yK phụ thuộc vào độ trượt của tay kẹp ở chân, đỉnh và bán kính khi làm việc

- Theo lý thuyết tính toán máy kéo đối với việc kéo các bộ phận công tác (bộ phận xới, bộ phận gieo trồng…) thì độ lớn của y0, yK phụ thuộc vào cỡ máy kéo 0,6T; 0,9T; 1,4T Theo [11], giá trị y0; yK xác định theo (phụ lục 2)

Qua thực tế và để thuận tiện cho việc tính toán ta xác định h1 bằng khoảng cách từ mặt đất đến đường kính đỉnh của tay kẹp

Kết luận: Do đặc điểm của bộ phận công tác (bộ phận trồng trên máy trồng

cây) được kéo từ máy kéo nông nghiệp, vì vậy độ trượt trong quá trình làm việc cũng bị ảnh hưởng như đã phân tích ở trên Việc xác định được độ trượt ( ) sẽ giúp nghiên cứu và xác định độ sâu khi trồng thích hợp hơn

3.1.3 Nghiên cứu, khảo sát tốc độ quay của bộ phận xuống chồi và góc cặp chồi dứa:

- Nghiên cứu, khảo sát tốc độ quay của bộ phận xuống chồi

* Phương trình động lực học của đĩa quay:



Hình 3.4 Lực tác dụng trên một tay kẹp lúc làm việc

Như phần trên đã đề cập khi đĩa quay làm việc, tại thời điểm tay kẹp bắt đầu

đi qua cung hướng dẫn (tại A) sẽ có những lực tác dụng như sau:

- Phản lực N của chồi dứa khi đặt vào tay kẹp;

- Trọng lực của chồi dứa P;

- Lực ma sát (Fms) của tay kẹp và cung hướng dẫn;

- Phản lực tác dụng theo phương tiếp tuyến T;

- Va Vận tốc theo phương quay của đĩa

Xét phương trình chuyển động tại điểm A:

Theo hình vẽ 11 ta có phương trình quỹ đạo của một điểm trên tay kẹp là: Trong hệ toạ độ xOy ta có:

vẽ) quyết định rất lớn đến góc cặp chồi dứa vì nó có liên hệ:

a = R cos

* Kết luận:

Theo (3-7) ta xác định ngoài yếu tố ảnh hưởng góc cặp chồi dứa () – sẽ

được xem xét ở phần sau, bán kính đĩa quay R (đã được nghiên cứu ở phần 3.1.);

còn yếu P – Trọng lực của chồi dứa là yếu tố ảnh hưởng đến độ sâu của chồi dứa

sau khi trồng

- Nghiên cứu góc cặp chồi dứa:

Khảo sát sự chuyển động của chồi dứa trong quá trình làm việc : Khi làm

việc thì chồi dứa được kẹp ở tay kẹp và phải quay theo đĩa Để tìm công thức tính

toán và xác định được góc  (góc cặp chồi dứa) ta khảo sát thời điểm chỉ có 01

chồi dứa làm việc và bán kính quay tại điểm kẹp chồi dứa cũng là bán kính của đĩa

quay Để đơn giản hóa ta mô hình hóa bằng hình vẽ (hình 3.4)

- Trọng lượng của chồi dứa G (kg)

- Bán kính đĩa quay (tại A) là R (mm);

- Trọng lực theo phương thẳng đứng của chồi dứa P (N);