Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của buồng đập máy đập đậu tương giống cỡ một tấn giờ

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học nông nghiệp I

môc lôc

Lêi c¶m ¬n

Lêi cam ®oan

Më ®Çu

Ch−¬ng 1: Tæng quan tµi liÖu

1.1 Nguån gèc vµ t×nh h×nh ph¸t triÓn c©y ®Ëu t−¬ng

1.1.1 C©y ®Ëu t−¬ng trªn thÕ giíi

1.1.2 S¶n xuÊt ®Ëu t−¬ng ë ViÖt Nam

1.2 C©y vµ h¹t ®Ëu t−¬ng khi thu ho¹ch

1.2.1 C©y ®Ëu t−¬ng

1.2.2 H¹t ®Ëu t−¬ng

1.3 Thu ho¹ch ®Ëu t−¬ng

1.3.1 Thu ho¹ch ®Ëu t−¬ng trªn thÕ giíi

1.3.2 Thu ho¹ch ®Ëu t−¬ng ë ViÖt Nam

1.3.3 §Ëu t−¬ng gièng ë ViÖt Nam

1.4 Môc tiªu vµ nhiÖm vô nghiªn cøu

3.2 Thử nghiệm đập tách hạt đậu tương bằng máy đập lúa và lựa chọn mô hình máy đập đậu tương

3.2.1 Thử nghiệm đập đậu tương bằng máy đập lúa

3.2.2 Lựa chọn cấu tạo máy đập đậu tương giống

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

4.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

4.1.1 Thực nghiệm đơn yếu tố cách bố trí răng trên trống

4.1.2 Thực nghiệm đơn yếu tố độ ẩm hạt khi đập

4.1.3 Thực nghiệm đơn yếu tố thăm dò ảnh hưởng vận tốc tiếp tuyến

đỉnh răng trống đến chất lượng làm việc

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

4.2.1 Các thông số nghiên cứu và mức biến thiên

4.2.2 Kết quả thí nghiệm

4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến tỷ lệ sót hạt

4.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến tỷ lệ vỡ hạt

4.2.5 Tối ưu tổng quát

Chương 5: Một số kết quả thử nghiệm mẫu máy

5.1 Một số thông số mẫu máy

5.2 Kết quả khảo nghiệm mẫu máy

5.2.1 Kết quả khảo nghiệm mẫu máy trong điều kiện sản xuất

5.2.2 Kết quả kiểm tra tỷ lệ nảy mầm của hạt

mở đầu

Trong những năm gần đây, thực hiện chủ trương của đảng về việc phát triển một nền nông nghiệp toàn diện, cây đậu tương được chú trọng và tăng nhanh trên cả nước về diện tích và sản lượng Không chỉ là một cây có dầu quan trọng, đậu tương

và các sản phẩm chế biến của nó ngày càng quen thuộc trong bữa ăn của người Việt Nam Cây đậu tương có thể trồng xen canh, gối vụ, góp phần chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi, tăng độ phì của đất, giải quyết nguồn thức ăn cho gia súc và xuất khẩu

Thu hoạch đậu tương là khâu rất quan trọng trong việc đảm bảo thời vụ và chất lượng hạt Song hiện nay ở nước ta thu hoạch và đập tách hạt đậu tương chủ yếu vẫn là thủ công ở một số vùng có diện tích gieo trồng và sản lượng lớn nông dân dùng máy đập lúa để đập tách hạt đậu tương

Để tăng năng suất cây trồng, sản xuất giống là khâu có tính chất quyết định

Để sản lượng đậu tương đạt hơn hai trăm nghìn tấn năm (số liệu năm 2002), hàng năm chúng ta cần hàng nghìn tấn hạt giống đảm bảo yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng Vì vậy cơ giới hoá khâu đập tách hạt đậu tương và hạt đậu tương giống đang

là một vấn đề được đặt ra và cần được nghiên cứu nghiêm túc Đề tài KC 07 - 05 thuộc chương trình khoa học cấp nhà nước KC 07 đã tiến hành nghiên cứu các thiết

bị để sản xuất một số giống cây trồng chính Luận văn khoa học: “Nghiên cứu một

số thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của buồng đập máy đập

đậu tương giống cỡ 1 tấn giờ” là cơ sở để chúng tôi thực hiện đề mục: “nghiên

cứu, tuyển chọn, thiết kế và chế tạo máy đập đậu tương giống” thuộc đề tài KC - 07

- 05

Chương I: Tổng quan, mục tiêu và

nhiệm vụ nghiên cứu

1.1 Nguồn gốc và tình hình phát triển cây đậu tương

1.1.1 Cây đậu tương trên thế giới

Cây đậu tương được cho rằng trồng đầu tiên ở đông bắc Trung Quốc vào

khoảng thế kỷ 11 trước công nguyên Châu Âu trồng cây đậu tương đầu tiên ở vườn

thực vật Pari năm 1739 Henry Yon là người đầu tiên trồng đậu tương tại Mỹ năm

1765 [5] Mặc dù xuất hiện muộn hơn nhiều cây trồng khác song hiện nay đậu

tương được trồng phổ biến tại tất cả các châu lục cho năng suất và sản lượng tương

đối cao Hạt đậu tương là một trong những loại cung cấp dầu thực phẩm quan trọng

nên năng suất và sản lượng tăng nhanh trên toàn thế giới trong những năm gần đây

Bảng 1 Diện tích, năng suất và sản lượng đậu tương trên thế giới

Diện tích (1000 ha)

Năng suất (Tạ/ha )

Sản lượng (1000 tấn) Quốc gia

1991 1997 1991 1997 1991 1997 Thế giới 56901 67160 18,69 21,07 106348 141506

Nguồn: Cây đậu tương, Nhà xuất bản Nông nghiệp 1999

Nếu năm 1940 diện tích trồng đậu tương trên toàn thế giới chỉ là 12,44 triệu

ha, năm 1970 diện tích trồng là 29,247 triệu ha và sản lượng 43,487 triệu tấn thì

năm 1997 diện tích trồng đã tăng đến 56,9 triệu ha và đạt sản lượng 141,5 triệu tấn

Như vậy chỉ từ năm 1970 đến năm 1997 diện tích trồng đậu tương trên toàn thế giới

đã tăng gấp đôi và sản lượng đã tăng gấp 3 lần So với sản lượng cây lấy dầu trên

toàn thế giới sản lượng đậu tương tăng ít nhất 2 lần so với các cây khác

1.1.2 Sản xuất đậu tương ở Việt Nam

Năm 1944 diện tích trồng đậu tương cả nước chỉ có 32 ha, năng suất đạt 4,1

tạ/ha Sau khi thống nhất đất nước đậu tương ở Việt Nam tăng nhanh cả về diện tích

Nguồn: Số liệu thống kê nông lâm thuỷ sản Việt Nam 1975 - 2000, NXB Thống Kê

Nông nghiệp, nông thôn Việt Nam thời kỳ đổi mới 1986 - 2000, NXB Thống Kê

Trong đó tình hình sản xuất đậu tương tại các vùng được nêu ở bảng 3

Bảng 3: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương tại các vùng năm 1980 và 1995

1980 1995 Vùng

Diện tích (1000 ha)

NS (tấn/ha)

Sản lượng (1000 tấn)

Diện tích (1000 ha)

NS (tấn/ha)

Sản lượng (1000 tấn)Miền núi và trung

Như vậy cũng như nhiều nước trên thế giới diện tích và năng suất đậu tương ở một số vùng và cả nước tăng nhanh Đậu tương được trồng ở vụ xuân chiếm 14,2% diện tích, vụ hè thu là 31,3%, vụ mùa 2,68%, vụ thu đông 22,1%, vụ đông xuân 29,7% [5] Trong đó ở vùng núi bắc bộ, khu bốn cũ và đồng bằng sông Cửu Long

vụ đông xuân là vụ chính, ở đồng bằng sông Hồng, trung du Bắc Bộ vụ xuân là vụ chính, ở Tây Nguyên và đông Nam bộ trồng vụ hè thu và thu đông Về sản lượng,

ba vùng đồng bằng sông Hồng, đông Nam bộ và đồng bằng sông Cửu Long chiếm 63,8% sản lượng đậu tương cả nước

1.2 Cây và hạt đậu tương khi thu hoạch

1.2.1 Cây đậu tương

Cây đậu tương từ lúc gieo trồng đến khi thu hoạch thời gian sinh trưởng từ

75 đến 100 ngày tuỳ từng giống khác nhau Thân cây mọc thẳng có nhiều cành Quả đậu tương mọc thành chùm ở khoảng giữa thân cây, mỗi cây có từ 10 đến 40 quả Trung bình cây đậu tương giống có 25 đến 35 quả Khi phần lớn lá trên cây chuyển mầu vàng và rụng, đậu tương vào giai đoạn chín sinh lý, đây là thời điểm tốt nhất để thu hoạch [5]

Bảng 4 Đặc điểm một số giống đậu tương chủ yếu

Giống DT - 93 DT - 76 MTĐ - 10 MTĐ - 13

Thời gian sinh trưởng (ngày) 80 - 85 75 - 80 90 - 100 85 - 90 Chiều cao cây (mm) 440 - 540 300 - 500 400 - 600 400 - 550

Trọng lượng 100 hạt (g) 13 - 14 16 - 20 12 - 14 14 - 17 Năng suất (tấn/ha) 1,2 - 1,8 1,5 - 2,0 1,8 - 2,0 1,8 - 2,0

Nguồn: Cây đậu tương, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 1999

1.2.2 Hạt đậu tương

Hạt đậu nằm trong quả, mỗi quả có từ 1 đến 3 hạt, thường là có 2 hạt Vỏ quả gồm 2 mảnh tương đối mỏng, dính liền nhau, phía ngoài bao bọc bởi một lớp lông mỏng Khi quả chín, vỏ quả khô và giòn, đễ nứt đôi, nếu để chín quá hạt có thể rơi ra ngoài gây tổn thất

Hạt đậu tương có dạng gần tròn

hay bầu dục, khối lượng trung bình một

hạt khoảng 120 - 130 mg Đối với một

số giống như DH - 4 khối lượng trung

Phần vỏ hạt: Chiếm khoảng 10% trọng lượng hạt, mau ngấm nước và dễ

bong khi được ngâm vào nước Vỏ hạt bao quanh phôi hạt và dính với phôi ở tề hạt (còn gọi là rốn hạt) ở một đầu tề có một mảnh rất nhỏ nơi vỏ hạt nối với phôi bên trong Lá mầm nằm ở một đầu tề và rễ của cây con sẽ bật ra từ đây khi hạt trương nước Vỏ hạt bảo vệ phôi mầm chống lại nấm và vi khuẩn trước và sau khi gieo trồng Nếu lớp vỏ bị xé rách hạt giống có rất ít hy vọng trở thành cây mầm khoẻ mạnh [6]

Phần phôi hạt: Gồm có hai tử diệp, rễ mầm, trục hạ diệp và trục thượng diệp

Tử diệp chiếm phần lớn khối lượng và trọng lượng hạt, chứa hầu hết chất đạm và chất béo có trong đậu tương Tử diệp cung cấp chất dinh dưỡng cho cây mầm trong khoảng hai tuần đầu tiên kể từ khi hạt bắt đầu nảy mầm Tử diệp có mầu xanh khi hạt sinh trưởng và chuyển vàng khi hạt chín [5]

1.3 Thu hoạch đậu tương

1.3.1 Thu hoạch đậu tương trên thế giới

Quá trình thu hoạch đậu tương bắt đầu từ khi cắt cây trên đồng đến khi tách xong hạt

ở những nước có nền nông nghiệp tiên tiến như Hoa Kỳ, áchentina, Nhật Bản sản xuất đậu tương được cơ giới hoá toàn bộ Khâu thu hoạch thực hiện bằng các liên hợp máy lúc đậu tương bắt đầu chín sinh lý Liên hợp thu hoạch thực hiện lần lượt các khâu cắt cây, đập tách hạt, làm sạch hạt sơ bộ và băm thân cây rải ra

đồng Hạt đậu tương sau đó được làm sạch tinh và phơi sấy, đóng thành bao sản phẩm Tỷ lệ hao hụt trong toàn bộ quá trình thu hoạch này là từ 7 - 10% Hình dưới

là một số mẫu máy thu hoạch đậu tương của Nhật Bản

Hình 1.2 Một số mẫu máy liên hợp thu hoạch đậu tương của Nhật Bản [16]

Trung Quốc thu hoạch đậu tương bằng liên hợp máy hoặc thủ công ở một số nơi Phần lớn diện tích được thu hoạch bằng công nghệ 2 giai đoạn Đầu tiên là cắt

hoặc nhổ cây thủ công và phơi cây trên đồng Sau đó khâu đập tách hạt được thực hiện bằng máy đập Có một số nơi máy đập thực hiện cả việc thu gom cây được phơi rải thành hàng trên đồng Độ hao hụt của công nghệ thu hoach 2 giai đoạn này

từ 5 -7%

1.3.2 Thu hoạch đậu tương ở Việt Nam

Vì đậu tương ở nước ta thường trồng luân canh mỗi năm một vụ nên việc cơ giới hoá khâu thu hoạch còn thấp Đậu tương chủ yếu được thu hoạch thủ công Cây

đậu được cắt về sân phơi lúc đã chín già Sau khi hạ độ ẩm hạt xuống còn khoảng từ

13 - 16%, vỏ quả đã khô giòn hạt sẽ được đập tách bằng công cụ thủ công Dụng cụ

đập tách hạt là 2 đoạn gỗ được nối với nhau bằng một đoạn dây hoặc xích Hình 1.3

và hình 1.4 cho ta thấy hình ảnh nông dân đập đậu tương bằng phương pháp thủ công và dụng cụ tách hạt Khi đập xong hạt được lấy ra bằng cách giũ bỏ thân và lá khô Hạt được làm sạch bằng sàng sảy

Hình 1.3 Nông dân tách hạt đậu tương bằng dụng cụ thủ công

Hình 1.4 Công cụ đập đậu tương thủ công

ở những diện tích trồng đậu tương lớn nông dân đã dùng máy đập lúa để đập tách hạt đậu tương Đậu tương được tách hạt sau khi nông dân cắt cây đậu tương về phơi khô Vì không phải là máy chuyên dùng nên tỷ lệ hạt sót, vỡ và theo cây còn tương đối cao song chấp nhận được Việc đập tách hạt thương phẩm được thực hiện trên sân nên hạt theo cây có thể thu hồi được vì vậy thực chất khối lượng hao hụt chỉ là những hạt non bị đập sót Theo thí nghiệm và khảo sát của chúng tôi (được trình bày kỹ ở phần sau) tỷ lệ sót hạt của máy đập lúa răng bản đang dùng phổ biến

ở nước ta khi đập đậu tương tỷ lệ sót hạt không lớn hơn 1,5% và thấp hơn tách hạt bằng thủ công Hiệu quả kinh tế của máy đập lúa cũng tăng lên và giá thành đập tách hạt cũng hạ vì tăng được thời gian sử dụng trong năm của máy đập lúa chuyên dùng Mặt khác một số mẫu máy đập đậu tương thương phẩm chuyên dùng của IRRI và Trường Đại học Nông nghiệp 4 cũng đã được thử nghiệm trong sản xuất Song do vụ thu hoạch ngắn, nông dân chỉ trồng mỗi năm một vụ đậu tương xen giữa thời vụ gieo trồng các cây trồng khác nên thời gian hoạt động của máy ít, hiệu quả kinh tế của máy chuyên dùng kém, ít được thị trường chấp nhận

1.3.3 Đậu tương giống ở Việt Nam

Trước đây do diện tích trồng đậu tương còn ít nông dân thường chọn hạt tốt trong sản phẩm thu hoạch vụ trước để làm giống cho vụ sau hoặc mua hạt giống nhập ngoại Vì vậy năng suất thu được tương đối thấp Những năm gần đây cùng với khoa học kỹ thuật nông nghiệp ngày càng phát triển, diện tích trồng đậu tương tăng nhanh nên nhiều giống mới do Việt Nam sản xuất đã được đưa ra thị trường Cả nước đã hình thành nhiều trung tâm sản xuất giống đậu tương quy mô công nghiệp, chất lượng cao với nguồn giống bố mẹ do các viện khoa học và các trung tâm nghiên cứu lai tạo giống cung cấp Hàng năm các trung tâm này cung cấp cho thị trường hàng nghìn tấn giống phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam [3] Tại các trung tâm này cây đậu tương giống được trồng liên tục nhiều vụ trong năm, giống được sản xuất theo quy mô công nghiệp nên cơ giới hoá các khâu trong đó có thu hoạch dễ được ứng dụng Mặc dù vậy quy mô sản xuất giống còn chưa lớn, giá thành sản phẩm còn hạn chế nên việc cơ giới hoá đồng bộ tất cả các khâu chưa thể

áp dụng Trong khâu thu hoach đập đậu tương giống là công việc nặng nhọc nhất Máy đập đậu tương giống cỡ năng suất vừa phải được sử dụng nhiều vụ trong năm nếu được giải quyết tốt các vấn đề kỹ thuất sẽ phát huy hiệu quả kinh tế Đây là vấn

đề cần được nghiên cứu giải quyết Vì vậy để cơ giới hoá một phần khâu này chúng tôi tiến hành nghiên cứu máy đập đậu tương giống cỡ nhỏ phù hợp với điều kiện sản xuất ứng dụng tại các trung tâm sản xuất giống

1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn

Nghiên cứu một số thông số chính của trống đập, trên cơ sở đó thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm mẫu máy đập tách hạt đậu tương giống cỡ năng suất 1 tấn cây giờ

Để thực hiện mục tiêu trên, nhiệm vụ của đề tài là:

- Tìm hiểu và xác định một số đặc điểm chính của cây và hạt đậu tương và

đậu tương giống phổ biến ở Việt Nam

- Tìm hiểu về quá trình sản xuất và thu hoạch đậu tương trên Thế giới và ở Việt Nam đặc biệt là khâu đập tách hạt

- Phân tích, đánh giá nguyên lý làm việc các loại trống đập dọc trục đang

được ứng dụng phổ biến ở Việt Nam Trên cơ sở đó đề xuất mô hình máy đập đậu tương giống cỡ 1 tấn giờ

- Lựa chọn các thông số chính cần nghiên cứu và xác định các chỉ tiêu đánh giá mẫu máy

- Tiến hành thực nghiệm thực nghiệm đơn yếu tố xác định một số thông số làm việc của máy và thăm dò khoảng làm việc của vận tốc tiếp tuyến đỉnh răng trống

- Lựa chọn mô hình thực nghiệm đa yếu tố và tiến hành thí nghiệm Xử lý các kết quả thí nghiệm để tìm tối ưu một số thông số của máy

- Từ những thông số đã được xác định bằng thực nghiệm tiến hành thiết kế và chế tạo mẫu máy và khảo nghiệm mẫu trong sản xuất

Chương II: Phương pháp nghiên cứu

Chúng tôi nghiên cứu lựa chọn kết cấu bằng thu thập thông tin và tối ưu các thông số làm việc chính của máy bằng thực nghiệm Vì cây lúa và cây đậu tương trước khi tách hạt có nhiều đặc điểm giống nhau như chiều dài cây khi thu hoạch, kích thước thân cây, tỷ lệ quả (hoặc hạt) trên cây nên chúng tôi tiến hành nghiên cứu máy đập tách hạt đậu tương trên cơ sở các mẫu máy đập lúa hiện có

2.1 Cách lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đập đậu tương giống

Đầu tiên chúng tôi tìm hiểu thông tin về các phương pháp thu hoạch và đập tách hạt đậu tương trên Thế giới và ở Việt Nam, tiếp cận tài liệu và xem xét các mẫu máy đập lúa và đập đậu tương đang được ứng dụng Chúng tôi nghiên cứu kỹ cấu tạo và cách bố trí kiểu hình của các loại trống đập tách hạt dọc trục Sau đó chúng tôi tiến hành thí nghiệm đập tách hạt đậu tương trên một số mẫu máy đập lúa để lựa chọn sơ bộ kết cấu trống đập Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu máy đập lúa phân ly dọc trục, xác định sơ đồ nguyên lý làm việc của máy

Phương pháp điều tra xử lý thống kê: Dùng phương pháp này để xác định các

đặc điểm của cây, quả và hạt khi thu hoạch làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế và khảo nghiệm đánh giá máy

a) Năng suất cây Q c (tấn /h)

Tính năng suất cây thuần túy bằng cách cân lượng đậu tương Gc (tấn) và đo thời gian đập t (giờ):

Q = G /t(tấn giờ) (2.1)

Năng suất hạt (Qh) được đập:

Qh = Qc λ (tấn giờ) (2.2) Trong đó: λ - tỷ lệ hạt trên cây theo khối lượng, %

M

M

Trong đó: - MV: Trọng khối lượng đậu tương vỡ trong mẫu, g;

- MM: Tổng khối lượng đậu tương lấy mẫu, g

Để giảm thời gian và công xác định tỷ lệ hạt vỡ, trong mỗi lần thí nghiệm, lấy ngẫu nhiên mẫu hạt khoảng 300g Sau đó dùng phương pháp thủ công soi kính lúp tách riêng số hạt vỡ, cân lấy tỷ lệ hạt vỡ Trong đó hạt được coi là vỡ là những hạt không còn nguyên vẹn bên ngoài hoặc những hạt có vết nứt vỏ tương đối lớn

d/ Tỷ lệ hạt theo cây Y tc (%)

Ytc được xác định trong mỗi lần thí nghiệm, dùng phương pháp thủ công thu riêng số hạt tự do đã được đập thoát theo cây ở cửa ra buồng đập chia cho tổng khối lượng hạt đưa vào thí nghiệm

M

M

Y (%) (2.5) Trong đó: - Mtc: Khối lượng hạt theo cây, g;

- MH: Tổng khối lượng hạt thí nghiệm, g

e/ Độ ẩm hạt

Độ ẩm hạt đậu tương được xác định bằng thiết bị đo độ ẩm nhanh Grainer 2 của hãng Kett Nhật Bản, có sai số từ 0,2ữ 0,5% Thiết bị này đang được sử dụng phổ biến tại tất cả các cơ sở sản xuất giống [9]

f/ Tỷ lệ hạt nảy mầm

Chúng tôi không xác định trực tiếp tỷ lệ nứt ngầm của hạt khi đập tách hạt bằng máy và so sánh với tách hạt thủ công do có khó khăn về thiết bị và kinh phí Vì vậy chúng tôi xác định và tỷ lệ nảy mầm của hạt sau khi đập tách hạt giống bằng máy và so sánh với việc đập thủ công bằng cách gieo hạt trên các khay thí nghiệm Hạt giống đập máy và thủ công được gieo theo đúng quy trình gieo hạt trên những khay thuỷ tinh khác nhau Chúng tôi xác định và so sánh tỷ lệ nảy mầm và phát triển của hạt sau khi gieo 3, 5 và 7 ngày

Hình 2.1 Hạt nảy mầm trên khay thí nghiệm

Hình 2.2 Đếm số hạt nảy mầm sau thí nghiệm

2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

a/ Phương pháp xử lý thống kê

Phương pháp này áp dụng nghiên cứu trạng thái và một số đặc điểm của cây

đậu tương lúc thu hoạch Các chỉ tiêu cần quan tâm là:

- Chiều dài cây đậu tương

- Số quả trung bình trên cây

- Tỷ lệ hạt trên toàn bộ trọng lượng cây và hạt

b/ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

Chúng tôi áp dụng phương pháp này để nghiên cứu ảnh hưởng của từng yếu

tố riêng biệt đến chất lượng đập tách hạt giống Trên cơ sở kết quả thu được chúng tôi lựa chọn một số thông số của máy và mức biến thiên, khoảng biến thiên, khoảng nghiên cứu thích hợp cho thực nghiệm đa yếu tố Nguyên tắc chung của thực

nghiệm đơn yếu tố là thay đổi một thồng số, cố định các yếu tố khác để xác định

ảnh hưởng của yếu tố thay đổi đến các thông số mục tiêu

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy chúng tôi chỉ chọn một số yếu tố có tác động nhiều nhất đến chất lượng làm việc của máy để nghiên cứu làm cơ sở cho việc nghiên cứu đa yếu tố và thiết kế máy Các yếu tố đó là:

c/ Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố

Để tiện lợi cho việc mô tả các điều kiện thí nghiệm và xử lý số liệu kết quả thực nghiệm trên máy vi tính, người ta sử dụng giá trị mã hoá của các thông số Đặt tâm thực nghiệm là 0, mức trên là +1, mức dưới là -1 Giá trị mã và thực của các thông

số liên hệ theo công thức sau [10]:

i

oi i i

X X x

εi - Khoảng biến thiên của thông số thứ i;

Khoảng biến thiên ε được tính theo công thức [10]:

id it i

Theo phương án QHTN này, với 3 thông số đầu vào cần tiến hành 11 TN, mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần Ma trận thực nghiệm được trình bày ở bảng 2.1

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố được gia công xử lý, phân tích

đánh giá trên máy vi tính theo các trương trình: Quy hoạch hoá thực nghiệm mới 2 (QHH.2), tối ưu hoá (OPTM) ; đã được chuẩn hoá của Viện Cơ điện Nông nghiệp

và Công nghệ Sau Thu hoạch [11] Trong đó có các bước chính sau:

- Đánh giá sai số thí nghiệm bằng phép kiểm tra đồng nhất phương sai;

- Xác định hệ số hồi quy bo, b1, bi của mô hình toán thực nghiệm [10], [14];

i n

i i

i x b x x b

b

1 1

2

11 nn n

s

X B X

=

ư

Υ γ (2.9)

- Tìm toạ độ tối ưu của từng chỉ tiêu đánh giá;

- Phân tích ảnh hưởng của các thông số đến hàm chỉ tiêu nhờ các mô hình hồi quy (2.8) và chính tắc (2.9)

Bảng 2.1 Ma trận thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly 3 thông số vào [10]

d/ Phương pháp tìm tối ưu đa dạng mục tiêu

Thực tế trong nhiều trường hợp, sau khi đã xây dựng được mô hình toán ở dạng phương trình hồi quy và chính tắc, các hệ số chính tắc Bii của các hàm chỉ tiêu vừa có dấu dương vừa có dấu âm, nên bề mặt của hàm chỉ tiêu thường có dạng minmax “hình yên ngựa” Các tâm hình không phải là giá trị cực trị mong muốn Mặt khác các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng làm việc của máy có quan hệ mật thiết với nhau Do vậy các thông số nghiên cứu thường không có tối ưu thực sự, chỉ có

thể xác định được các giá trị tối ưu hợp lý của chúng, trên cơ sở xem xét các hàm chỉ tiêu chính trong bài toán thương lượng đa mục tiêu

Phương pháp thương lượng có điều kiện hàm hợp với các yêu cầu cụ thể của chỉ tiêu tỷ lệ hạt sót và tỷ lệ hạt vỡ, xác định giá trị của các thông số ảnh hưởng, để

có được tỷ lệ hao hụt nhỏ nhất Bài toán này được giải trên máy vi tính theo phần mềm MATLAB đã được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý các số liệu thực nghiệm tại các cơ sở nghiên cứu khoa học

2.4 Xử lý và gia công số liệu

2.4.1 Xử lý số liệu đo đạc

Trong nghiên cứu thực nghiệm máy, các kết quả đo đạc là ngẫu nhiên Trong

kỹ thuật nông nghiệp, xác suất tin cậy thường dùng trong khoảng 0,7 - 0,9, xác suất của dụng cụ đo trong khoảng 0,95 - 0,99 Vì vậy các thí nghiệm cần lặp lại để đảm bảo độ tin cậy của số liệu Trong quá trình thí nghiệm khi thấy các số liệu có sai lệch bất thường chúng tôi tiến hành do lại để đảm bảo độ tin cậy và loại bỏ các kết quả “vênh”

Chúng tôi áp dụng các quy tắc xác suất thống kê toán học trong quá trình tính toán, xử lý số liệu đo đạc Sau khi mỗi thí nghiệm được lặp lại m lần ta được các giá trị Xi (i = 1 ữ m)

- Giá trị trung bình của mỗi lần đo:

∑

=

= m

i i X m

i

σ (2.11)

- Sai số trung bình:

m tb

σ

σ = (2.12) Giá trị độ tin cậy được tính theo chuẩn Student Tra bảng với α = 0,05, bậc tự

do f = m -1, khi đó giá trị độ tin cậy sẽ là: X ±tαδtb

Các số liệu được kiểm tra theo luật phân bố chuẩn (quy tắc 3δ) Nếu sai số giữa số liệu với giá trung bình X lớn hơn 3δ thì loại bỏ Trong trường hợp X là giá trị trung bình của các trị số trung bình thì theo phân bố student so sánh sai số

X

X i ư với sai số trung bình theo tỷ số X X t

tb

i ư =

σ So sánh t với tα, với tα là giá trị

tra bảng Student theo α = 0,05 và bậc tự do m - 1 Nếu t > tα thì loại bỏ Xi [10]

2.4.2 Gia công số liệu

Sau khi có kết quả thí nghiệm chúng tôi dùng thuật toán phân tích phương sai

để xác định:

- Chứng minh độ tin cậy về ảnh hưởng của một số yếu tố không kiểm soát

được tới thông số mục tiêu cần nghiên cứu Ys, Yv, Yc là không đáng kể

- Tính đồng nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm để đánh giá sai

số ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm và mỗi mức biến thiên

Nội dung của thuật toán phân tích phương sai là [1], [10]:

+ Phương sai yếu tố (Syt2) là tổng bình phương sai lệch ở từng thí nghiệm giữa giá trị trung bình Y j và giá trị trung bình tổng thể Y k

S

k j

k j

Với k - 1 là số bậc tự do

+ Phương sai thí nghiệm ( Stn2) là tổng bình phương sai số giữa giá trị trung bình ở từng thí nghiệm Y j của các yếu tố Xi với các giá trị Yij ứng với mỗi lần đo lặp lại của thí nghiệm đó

k N

Y Y

S

k j

j ij

) 1 (

1

2 1

Y Y

k j

j ij

n i

S

F = (2.15)

Đối chiếu với trị số Fb được tra từ bảng tiêu chuẩn Fisher với α = 0,05, bậc tự

do f1 = k - 1, f2 = N - k Nếu F > Fb thì phương sai yếu tố là đáng kể nghĩa là ảnh hưởng của yếu tố đó đến thông số mục tiêu là đáng tin cậy, mô hình thí nghiệm là thích ứng

Để dánh giá tính đồng nhất của phương sai ta phải tính phương sai thí nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm và mỗi mức biến thiên của yếu tố đó theo công thức:

1

1

2 2

S

n i

j ij

j (2.16) Vì số thí nghiệm lớn hơn 2 nên dùng chuẩn Kohren để đánh giá Tính tỷ số G giữa phương sai cực đại Sj2 max với tổng phương sai và so sánh với giá trị tra bảng G

∑

=

k j j S

1 2

1 2

Tất cả các số liệu thí nghiệm của đề tài này đều được gia công theo phương pháp trên

2.5 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm và khảo nghiệm

a/ Mô hình máy đập đậu tương thực nghiệm: theo mục tiêu, nhiệm vụ đặt

ra, chúng tôi chọn mô hình nghiên cứu có kích thước bằng máy thực để làm thực nghiệm

b/ Các thiết bị đo lường

- Máy ảnh, Camera quay hình ảnh

- Khay gieo đo tỷ lệ nảy mầm

Chương iii: lựa chọn mô hình máy

Hiện nay cơ giới hoá việc đập tách hạt ngũ cốc đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã có của thế giới, những năm qua Viện Cơ Điện Nông nghiệp, Khoa Cơ Điện Trường Đại Học Nông nghiệp I Hà Nội, Trường Đại Học Nông nghiệp 4 và một số cơ sở khoa học và sản xuất khác đã nghiên cứu và ứng dụng nhiều mẫu máy đập lúa, tẽ ngô theo nguyên tắc đập dọc trục Theo điều tra của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp máy đập dọc trục đang thực hiện trên 90% việc đập tách hạt tại các vùng trồng lúa trọng điểm ở nước ta

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã có và từ thực tế điều tra khảo sát việc

đập tách hạt đậu tương bằng máy đập lúa, để rút ngắn thời gian và giảm chi phí chúng tôi lựa chọn nguyên lý làm việc, mô hình và một số thông số kỹ thuật của máy đập đậu tương giống dựa tên cơ sở nghiên cứu và thử nghiệm đập đậu tương

đối với các mẫu máy đập lúa hiện có đang ứng dụng trong sản xuất hiện nay Trước hết chúng tôi phân tích đặc điểm cáu tạo và nguyên tắc làm việc của một số mẫu máy đập lúa chính đang ứng dụng rộng rãi trong sản xuất

3.1 Máy đập lúa

3.1.1 Bộ phận đập

Bộ phận đập là bộ phận quan trọng nhất trong tất cả các máy đập tách hạt Bộ phận đập trên máy đập dọc trục đập có 3 phần chính: Trống đập, máng trống và nắp trống

Kết cấu và các thông số làm việc của trống đập quyết định chất lượng làm việc của máy đập Hiện nay trong sản xuất có 3 loại trống đập chính đang được ứng

dụng phổ biến là: trống đập lúa răng bản, trống đập lúa răng ngón tròn và trống đập kết hợp răng bản và ngón

a/ Trống đập răng bản

Là kiểu trống đập lúa được sử dụng rộng rãi trong các máy đập lúa cỡ lớn

Về kết cấu răng bản được bố trí trên trống theo các đường xoắn Răng có bản rộng

từ 60 đến 100mm được lắp nghiêng một góc 150 so với đường sinh trống Răng lắp nghiêng có tác dụng đẩy nhanh khối lúa di chuyển về cuối trống ở cuối trống phía cửa ra có bố trí các cánh hất để đưa rơm ra ngoài (hình3.1)

Hình 3.1 Trống đập răng bản

Khi làm việc các răng bản cuốn lớp lúa chuyển động gây rung động lớn và tạo sự chà sát giữa lúa và máng trống và giữa các lớp lúa với nhau để tách hạt Trống đập răng bản có ưu điểm khi đập lúa là tỷ lệ hạt sót thấp, năng suất làm việc cao, chi phí năng lượng thấp Bên cạnh đó còn tồn tại một số nhược điểm cơ bản là kết cấu trống còn cồng kềnh, để phân ly hết hạt trong rơm thì trống phải tương đối dài, tỷ lệ hạt tróc vỡ tương đối cao Máy đập trống răng bản ứng dụng nhiều bằng các máy cỡ lớn năng suất từ 3 đến 5 tấn lúa giờ và được gắn động cơ từ 12 đến 15 mã lực khi đập lúa thương phẩm ở những vùng trồng tập trung

b/ Trống đập lúa răng ngón tròn

Khắc phục những nhược điểm của trống răng bản Viện Cơ Điện Nông nghiệp

đã đưa vào sản xuất máy đập lúa trống răng ngón tròn Răng trống có đường kính từ

14 đến 16mm, chiều dài từ 5 đến 7 cm được gắn trên các thanh răng và bắt vào trống qua các moay ơ Thông thường mỗi trống được lắp từ 6 đến 8 thanh răng Các vết răng ở các thanh khác nhau xen kẽ nhau (hình 3.2)

Hình 3.2 Trống đập lúa răng tròn

Khi làm việc các răng tròn dễ thâm nhập sâu vào lớp lúa tạo va đập và vơ cuốn lớp lúa, gây chà sát giữa các lớp lúa và giữa lúa với máng trống để tách hạt Mặt khác các răng trống cũng “cào xé” lớp lúa làm tăng khả năng phân ly [17] Vì vậy ưu điểm cơ bản của trống đập lúa răng tròn là tỷ lệ thóc theo rơm thấp, kết cấu máy gọn nhẹ Tuy vậy kết cấu buồng đập trống răng tròn có những hạn chế đặc trưng là tỷ lệ hạt sót còn lớn Nếu giảm khoảng cách vết răng tức là tăng số răng để giảm tỷ lệ sót thì tỷ lệ tróc vỡ hạt lớn Do răng trống hình trụ tròn và được bắt thành hàng thẳng nên khả năng di chuyển khối lúa xuống cuối buồng đập thấp dẫn đến năng suất máy đập loại này thường nhỏ Mặt khác do răng trống đi sâu vào giữa lớp lúa làm thân cây bị nát nhiều dẫn đến lượng tạp chất trong sản phẩm đập tăng Đối với kiểu trống răng tròn chi phí năng lượng cũng lớn hơn do phải tiêu hao một phần

không cần thiết cho làm nát cây Trống đập răng tròn thường được ứng dụng trong các máy đập giống và các máy đập nhỏ năng suất từ 0,8 đến 1,5 tấn lúa giờ

c/ Kiểu trống kết hợp răng bản và ngón tròn

Để tận dụng ưu điểm và khắc phục nhược điểm của hai loại trống đập trên Viện Cơ Điện Nông nghiệp đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng trên máy liên hợp gặt đập loại trống đập răng bản tròn kết hợp Các kết quả nghiên cứu cho thấy đa số hạt thóc được tách khỏi cây lúa (khoảng 80%) ở một phần ba buồng đập phía cửa vào Vì vậy ở phía cửa vào của trống nên bố trí răng bản Phần còn lại của trống có nhiệm vụ đập tách nốt phần còn lại và phân ly hạt thóc khỏi rơm Để nâng cao khả năng phân ly răng tròn nên bố trí ở cuối trống ngay trước cánh hất rơm (hình 3.3)

Hình 3.3 Trống đập kết hợp răng bản và tròn

Ưu điểm cơ bản của trống đập lúa loại này là năng suất cao, kết cấu nhỏ gọn (so với trống răng bản), tỷ lệ hạt sót thấp (so với trống răng tròn) và tỷ lệ theo rơm thấp (so với trống răng bản)

3.1.2 Máng và nắp trống đập

Máng và nắp bao quanh trống đập tạo thành buồng đập, tuỳ theo kích thước của máng và nắp buồng đập có thể có hình trụ hoặc côn Máng trống và nắp trống ảnh hưởng nhiều đến khả năng di chuyển dọc trục của khối lúa trong buồng đập và khả năng phân ly của hỗn hợp đập

- Nắp trống chế tạo kín và bao phần trên của trống đập Có hai loại nắp có

và không có gân dẫn Kết cấu nắp và máng trống ảnh hưởng tới khả năng di chuyển dọc trục của khối lúa trong buồng đập và phân ly hạt khỏi rơm

- Máng trống bao phía dưới trống đập, tác động chủ yếu tới khả năng phân

ly và độ sạch sản phẩm Máng trống có hai loại chính là máng trơn và máng thanh [18]:

+ Máng trơn cấu tạo là các thanh tròn, trơn và thẳng bắt trên các cung tròn bao phía dưới trống

+ Máng thanh gồm nhiều thanh thẳng gắn trên các cung tròn tạo nhiều khe

hở nhỏ bao phía dưới trống

Với trống đập răng bản thông thường lắp máng trơn và nắp không có gân dẫn Để tăng khả năng di chuyển dọc trục của khối lúa trong trống đập răng tròn nắp trống thường có gân dẫn, máng trống là máng thanh [8] ở các máy gặt đập liên hợp trống đập kết hợp răng bản và ngón tròn do Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch thiết kế nắp trống loại có gân dẫn và máng trống là máng thanh

Hình 3.4 Sơ đồ máy đập lúa trống răng bản

Hình 3.5 Sơ đồ máy đập lúa trống răng tròn 1- Bàn cấp liệu; 2 - Trống đập; 3 - Nắp trống; 4 - Máng thanh; 5

- Cửa ra rơm; 6 - Sàng lắc dọc; 7 - Động cơ; 8 - Quạt thổi; 9 - Cửa ra sản phẩm; 10 - Bánh xe; 11 - Càng kéo; 12 - Chân chống

B¶ng 3.1 §Æc tÝnh kü thuËt cña mét sè m¸y ®Ëp lóa [2], [6], [7]

Tªn m¸y Th«ng sè TH - 8 VN - 180 §L - 1400 §LH - 0,8

3.2 Thử nghiệm đập tách hạt đậu tương bằng máy

đập lúa và lựa chọn mô hình máy đập đậu tương

3.2.1 Thử nghiệm đập đậu tương bằng máy đập lúa

Để kiểm tra khả năng đập tách hạt đậu tương bằng máy đập lúa chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với đậu tương thương phẩm tại Xã Trần Phú, Thanh Trì Hà Nội Các mẫu máy được lựa chọn để thử nghiệm là máy đập trống răng tròn TH - 8

và máy đập trống răng bản VN - 180 Các kết quả thử nghiệm được trình bày ở bảng 3.3

Bảng 3.3 Kết quả thử nghiệm đập đậu tương trên máy đập lúa

Từ kết quả trên chúng tôi thấy rằng các máy đập lúa đều có thể sử dụng để

đập tách hạt đậu tương Tuy tổng hao hụt (sót và theo cây) còn cao song việc tách hạt đậu tương thương phẩm bằng máy đập lúa là có thể chấp nhận được vì lượng hạt theo cây có thể thu hồi được do việc đập tách hạt chủ yếu được thực hiện trên sân Song do tỷ lệ hạt nứt vỡ cao ảnh hưởng đến tỷ lệ nảy mầm nên các máy đập lúa trên không thể ứng dụng rộng rãi trong việc đập tách hạt đậu tương giống Vì vậy qua phân tích và thử nghiệm trên chúng tôi lựa chọn một số thông số của máy theo máy

đập lúa cùng cỡ và tiếp tục nghiên cứu bằng thực nghiệm đơn và đa yếu tố các yếu

tố ảnh hưởng quyết định đến chất lượng làm việc của máy

3.2.2 Lựa chọn cấu tạo máy đập đậu tương giống

a Bộ phận đập:

Các thông số của bộ phận đập quyết định chất lượng làm việc của máy đập Trong đó các thông số cơ bản là: đường kính trống, chiều dài và cách bố trí răng trống, loại răng, vận tốc trống, góc bao máng, bề rộng cửa cung cấp và bề rộng cửa

ra Trên cơ sở phân tích cấu tạo, nguyên tắc làm việc cơ bản các mẫu máy đập lúa

và thử nghiệm đập đậu tương bằng máy đập lúa như đã trình bày ở trên Chúng tôi

đã lựa chọn một số thông số của máy và các khoảng giá trị cần tiếp tục nghiên cứu

ở phần thực nghiệm đơn và đa yếu tố

Trống đập có kích thước cơ bản gần với kích thước của máy đập lúa cùng cỡ năng suất: Chiều dài trống 1200 mm ở 200 mm đầu trống phía cửa vào được lắp gân xoắn có tác dụng dẫn hướng khối cây di chuyển dọc trục Phần cửa ra, 200 mm cuối trống được gắn 4 cánh hất để đẩy nhanh khối cây đã tách hạt ra ngoài Phần giữa trống được tiếp tục nghiên cứu các cách bố trí răng và đường kính tối ưu bằng nghiên cứu thực nghiệm đơn và đa yếu tố Đường kính trống đo ở điểm đầu vít xoắn

420 mm Răng bản có bề rộng 80 mm, góc lệch so với đường sinh trống 150 Răng tròn, đường kính răng d = 12 mm, vết răng ak = 30 mm, hệ số chập k = 3, số thanh răng z = 6

Nắp trống là loại có gân dẫn, bán kính vỏ nắp 250mm, số gân dẫn 4, góc giữa gân và mặt cắt ngang buồng đập ở cửa vào là 200, ở giữa trống là 150, ở cửa ra là

240

Máng trống là loại máng trơn, góc bao 1800, khe hở giữa các thanh máng là

16 mm, vách ngăn phía cửa thoát sản phẩm sau đập cao 60 mm, khe hở giữa đầu răng và máng từ 10 đến 30 mm

Vận tốc đầu răng trống từ 11 m/s đến 19 m/s, bề rộng cửa cung cấp B1 = 266 mm,

bề rộng cửa ra B2 = 192 mm

Hình 3.7 Sơ đồ bố trí răng trên trống và gân dẫn hướng ở nắp trống

Bên cạnh đó các yếu tố khác được tiếp tục nghiên cứu là độ ẩm hạt khi đập

tách và lượng cung cấp (năng suất máy)

b Bộ phận làm sạch:

Bộ phận làm sạch được thiết kế theo nguyên lý sàng dao động rung truyền thống kết hợp với quạt thổi được ứng dụng trên tất cả các loại máy đập