Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt hom trên máy trồng khoai mì MTKM 2

Nội dung nghiên cứu đề tài: Nội dung nghiên cứu đề tài gồm: + Nghiên cứu xây dựng lý thuyết cắt thân thực vật kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực h

PHAN QUỐC HÙNG

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM

BỘ PHẬN CẮT HOM TRÊN MÁY TRỒNG KHOAI MÌ MTKM – 2

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2014

PHAN QUỐC HÙNG

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM

BỘ PHẬN CẮT HOM TRÊN MÁY TRỒNG KHOAI MÌ MTKM – 2

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

PGS.TS TRẦN THỊ THANH

Đồng Nai, 2014

MỞ ĐẦU

Nông nghiệp có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nước ta Năm 2008, nông nghiệp đã đóng góp 22,1% GDP, chiếm gần 30% giá trị xuất khẩu và thu hút trên 60% lực lượng lao động Mặc dù thường xuyên gặp những tổn thất nặng nề do thiên tai, nhưng sản xuất nông nghiệp nước ta vẫn là ngành sản xuất tăng trưởng cao và ổn định trong suốt thời gian dài, là lĩnh vực duy nhất trong nền kinh tế liên tục xuất siêu, năm sau cao hơn năm trước, kể cả trong những giai đoạn kinh tế Đất nước gặp nhiều khó khăn do ảnh hưởng của khủng hoảng kinh tế toàn cầu Tuy vậy, nông nghiệp vẫn còn nhiều trở ngại và thách thức: bình quân thu nhập nông dân còn rất thấp; có sự khác biệt lớn giữa các vùng; khoảng cách giàu nghèo có xu hướng ngày càng tăng Nhiều vấn đề bức thiết trong nông nghiệp, nông thôn và nông dân đang tạo áp lực cho tăng trưởng kinh tế và sự ổn định kinh tế xã hội

Sản xuất lương thực là ngành quan trọng nhất của nông nghiệp Việt Nam Lúa là cây lương thực quan trọng nhất, chiếm diện tích gieo trồng lớn nhất Cây lương thực quan trọng thứ hai là ngô đang có xu hướng tăng ở Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long, Tây Nguyên và Duyên hải miền Trung Cây lương thực quan trọng thứ ba là cây khoai mì đang có xu hướng tăng ở vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, vùng núi và trung du Bắc Bộ

Sau 25 năm đổi mới (1986-2010), Việt Nam đã đạt được tốc độ tăng trưởng cao trong nông nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất lương thực Sản lượng lương thực Việt Nam không những đủ cho nhu cầu trong nước mà còn có khối lượng lớn cho xuất khẩu Bình quân lương thực đầu người tăng từ 445 kg năm

2000 lên 501 kg năm 2008 Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu gạo và các sản phẩm khoai mì (tinh bột khoai mì và khoai mì lát) đứng thứ hai trên thế giới sau một thời gian dài thiếu lương thực

Trong sản xuất ở nước ta hiện nay việc canh tác khoai mì chủ yếu vẫn bằng thủ công và là một trong những loại cây trồng có mức độ cơ giới hóa thấp nhất Vì

vậy đã góp phần làm tăng chi phí sản xuất, giảm lợi nhuận và khả năng cạnh tranh sản phẩm từ canh tác khoai mì so với các loại cây trồng khác không chỉ ở thị trường trong nước mà còn ở thị trường xuất khẩu Cho đến thời điểm hiện tại đã có nhiều đề tài khoa học các cấp về cơ giới hóa canh tác cây khoai mì, trong đó có 01

đề tài cấp nhà nước về cơ giới hóa canh tác khoai mì, (thực hiện từ năm 2007 –

2010, nghiệm thu năm 2011) do trường đại học Nông nghiệp Hà Nội là cơ quan chủ trì và TS Hà Đức Thái làm chủ nhiệm đề tài với sản phẩm trong tâm là nghiên cứu về cơ giới hóa và máy trồng khoai mì Tuy nhiên sản phẩm khoa học về cơ giới hóa và máy trồng khoai mì của đề tài mới dừng lại với máy trồng khoai mì bán cơ giới là hai công nhân ngồi phía sau máy thả hom trồng khoai mì đã được chặt sẵn xuống rãnh trồng Vì vậy năng suất máy thấp, chi phí lao động cao vì còn phải chặt hom trước khi trồng, khoảng cách hàng trồng mang tính ngẫu nhiên và cố ý của các công nhân phục vụ thả hom Do đó, sản phẩm của đề tài không thể ứng dụng và phát triển do không thể cạnh tranh với phương pháp trồng thủ công

Khoai mì vốn là cây có yêu cầu kỹ thuật nông học khắt khe khi trồng: hom trồng khi đặt phải có độ dài cần thiết và đảm bảo không bị tổn thương; hom phải được rải và trồng đều trên luống

Mặt khác, thời vụ trồng khoai mì không những trùng thời vụ thu hoạch mà còn trùng thời điểm trồng và thu hoạch nhiều loại cây trồng khác, tạo ra sự “căng thẳng” nhu cầu về lao động, máy móc Nên nhu cầu cơ giới hóa canh tác cây khoai

mì rất cao, đặc biệt là cơ giới hóa khâu trồng khoai mì Mặt khác công đoạn trồng khoai mỳ còn là khâu cơ bản ảnh hưởng đến việc triển khai cơ giới hóa các khâu chăm sóc và thu hoạch tiếp theo Cơ sở để tiến hành cơ giới hóa khâu trồng khoai

mì là mẫu máy trồng khoai mì đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nông học, năng suất cao, chi phí lao động phục vụ thấp Hướng nghiên cứu hoàn thiện máy trồng khoai mì nhằm đảm bảo các yêu cầu này là thiết kế bổ sung bộ phận cắt hom làm việc đồng

bộ với liên hợp máy Tuy nhiên các bộ phận cắt đã biết như các kiểu dao dạng đĩa, dạng trống quay có tấm kê, dao chuyển động tịnh tiến không đảm bảo được yêu cầu cho hom trồng Vì vậy việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt

hom ứng dụng trên máy trồng khoai mì có tính cấp thiết, mang tính thời sự, có ý nghĩa khoa học và kinh tế cao Đây là cơ sở để hoàn thiện máy trồng khoai mì theo hướng nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

Được sự chấp thuận của khoa Sau đại học, Ban Giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Thị Thanh, tôi xin thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt hom trên máy trồng khoai mì MTKM – 2”

rải đều hom trong quá trình trồng

Nội dung nghiên cứu đề tài:

Nội dung nghiên cứu đề tài gồm:

+ Nghiên cứu xây dựng lý thuyết cắt thân thực vật kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên thân thực vật;

+ Thực nghiệm cắt hom mì trên mô hình bộ phận cắt kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom;

+ Tính toán động học và động lực học bộ phận cắt hom trên máy trồng khoai mì

+ Khảo nghiệm máy trồng khoai mì có bộ phận cắt kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây

hom

Tính mới của đề tài:

+ Bộ phận cắt kiểu cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom là nguyên lý cắt mới chưa được biên soạn hay hệ thống thành lý thuyết

+ Các máy trồng khoai mì ở trong nước chưa ứng dụng bộ phận cắt kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom

+ Có sự khác biệt khi ứng dụng nguyên lý cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom giữa cắt hom mía và hom mì về cơ cấu định chiều dài hom

Tính khoa học của đề tài:

Đề tài phát triển các vấn đề khoa học mới cả về lý luận (lý thuyết) và thực tiễn + Đề tài hệ thống và phát triển lý thuyết tính toán bộ phận cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom;

+ Tiến hành kiểm chứng lý thuyết bằng thực nghiệm khoa học

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Đề tài góp phần cơ giới hóa canh tác cây khoai mì theo hướng nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng luận các công trình về máy trồng sắn đã công bố

Trồng sắn bao gồm các công đoạn rạch hàng, bón lót, cắt hom, đặt hom, lấp

và nén đất Cơ giới hóa trồng sắn đã và đang được thực hiện ở các nước có canh tác sắn với nhiều cấp độ khác nhau với các loại máy và công cụ trồng sắn đi kèm

1.1.1 Tổng luận các công trình ở ngoài nước về máy trồng sắn đã công bố

Trồng sắn bằng máy đã được nhiều nước nghiên cứu rất sớm Điển hình là

Ấn Độ, Brazin, Malaisia, Thái Lan và gần đây nhất là Trung Quốc với 3 hướng cơ giới hóa trồng sắn là liên hợp máy rạch hàng trồng hom sắn kết hợp thủ công, liên hợp máy trồng sắn bán tự động và máy trồng sắn tự động (dạng liên hợp máy hoặc máy tự hành) Nhưng cho đến nay chưa thấy có bất kỳ công bố khoa học hay thương mại nào về mẫu máy trồng sắn tự động mà vẫn còn trong các giai đoạn nghiên cứu về nguyên lý, mô hình

Ở liên hợp máy trồng sắn bán tự động gồm có hai loại chính sau là liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động và liên hợp máy trồng từ thân cây sắn bán tự động Với liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động thực hiện công đoạn trồng sắn trên cơ sở hom đã được chuẩn bị (cắt thân cây sắn thành hom), còn với liên hợp máy trồng sắn bán tự động thực hiện công đoạn trồng sắn không cần chuẩn bị hom

1.1.1.1 Liên hợp máy rạch hàng trồng từ hom sắn kết hợp thủ công (Theo [7],

[16])

Việc trồng sắn bằng liên hợp máy rạch hàng trồng từ hom sắn kết hợp thủ công phải tiến hành chuẩn bị hom sắn bằng thủ công (hình 1.1) hay bằng máy cắt hom sắn (hình 1.2) Mức độ cơ giới hóa quá trình trồng chỉ dừng lại là rạch hàng, các khâu còn lại đều là thủ công (kể cả cắt hom, vì việc đưa thân cây sắn vào máy cắt hom cũng bằng thủ công)

Hình 1.1 Cắt hom sắn bằng thủ công

Mọi nghiên cứu theo hướng cơ giới hóa này chỉ nhằm cải tiến khâu rạch hàng và quản lý lao động thủ công Các yêu cầu kỹ thuật trồng bị vi phạm như hom được cắt không đúng quy định, rải hom không đều cả theo hàng hay trên luống trồng, hom lại bị phơi làm ảnh hưởng đến tỉ lệ mọc mầm và phát triển của cây mì, Và hơn cả là chi phí trồng rất cao do chi phí lao động thủ công rất lớn Với nhiều lý do khác nhau mà phương pháp trồng sắn bằng máy rạch hàng trồng hom sắn kết hợp thủ công hiện vẫn còn đang áp dụng phổ biến ở nhiều quốc gia, trong

đó chủ yếu là ở Việt Nam, Trung Quốc, Thái Lan, Cămpuchia, Lào, Mianmar, và nhiều nước thuộc châu Phí, Mỹ – latin khác

Hình 1.2 Trồng sắn bằng thủ công

Với tồn tại như đã phân tích, đề tài không theo hường nghiên cứu cơ giới

hóa trồng sắn theo hướng trồng bằng máy rạch hàng kết hợp thủ công

1.1.1.2 Liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động (Theo [7], [16])

Máy trồng sắn từ hom bán tự động là tổ hợp máy cắt hom sắn và liên hợp trồng hom sắn bán tự động được áp dụng ở nhiều quốc gia có ngành trồng sắn phát triển từ những năm 1960 Trong đó có Thái Lan, Malaisia, Brazin,…Ở Trung Quốc không thấy sử dụng, công bố về loại máy trồng sắn kiểu này Cho đến nay

mô hình này còn áp dụng ở một số quốc gia như ở châu Á, châu Phí và châu Mỹ

Latinh

Hình 1.3 Máy cắt hom sắn của Thái Lan

a Sơ đồ truyền động; b.Máy cắt hom sắn

1.Động cơ truyền động cho cơ cấu cam; 2 Cơ cấu cam; 3 Trục đĩa cắt;

4 Phễu cấp liệu; 5 Đĩa cắt; 6 Đĩa phía dưới;

7.Động cơ truyền động cho đĩa cắt; 8.Trục cam

(Theo Development of a Stem Cutting Unit for a Cassaca Planter, J, Lungkapin,

V.M Solokhe, R Kalsirilp and H Nakashima, 2007)

Cấu tạo của máy cắt hom sắn Thái Lan (hình 1.3) gồm có khung máy, trên

đó lắp đĩa cắt, đĩa đỡ hom, ống nạp hom và ống thoát hom, trục cắt, trục cam, cơ cấu cam Động cơ truyền động cho cơ cấu cam có công suất 0,37 kW, còn cho đĩa cắt có công suất 0,75 kW Bộ phận cắt sử dụng nguyên lý cắt bằng “đĩa cưa”, khi cắt thực hiện hai chuyển động là chuyển động quay tròn và chuyển động tịnh tiến Đĩa cắt quay với vận tốc từ 1.200 ÷ 1.700 vg/ph Thân sắn được thả vào ống nạp

và được chặn lại bởi đĩa đỡ và được cắt bằng đĩa cắt Cơ cấu cam làm nhiệm vụ điều khiển số lần cắt của đĩa cắt Máy thực hiện cắt hom với độ dài từ 150 ÷ 300

mm, năng suất 5.000 hom/h Máy cắt hom của Thái Lan còn một số tồn tại như

trầy xước đầu hom do cắt bằng lưỡi cưa hay dễ vỡ đầu hom do không có bộ phận giữ hom làm thân cây sắn quay lung tung trong quá trình cắt

Hình 1.4 giới thiệu máy cắt hom sắn của Malaysia Cấu tạo máy gồm 7 đĩa cắt sạng đĩa răng cưa (cũng như của Thái Lan), hai bộ truyền động xích có gắn tay gạt làm nhiệm vụ như một băng chuyền gạt thân cây sắn về phía đĩa cắt Hệ thống kẹp cây khi cắt bao gồm phần kẹp và tay kẹp Tay kẹp quay quanh trục và ép thân cây sắn vào lưỡi dao khi cây khoai mì trên băng truyền di chuyển đến đĩa cắt Các

bộ phận cắt được truyền động từ động cơ xăng công suất nhỏ

Hình 1.4 Máy cắt hom sắn của Malayxia

(Theo Mechanization Possibilites for Cassava Production Malaysia H Md Akhir

and A, B Sukra)

Máy cắt hom sắn của Malayxia có nguyện lý làm việc như sau: Cây sắn được đặt trên băng chuyền sẽ được chuyển đến gần phía bộ phận cắt để lưỡi cưa quay cắt cây sắn Hom sắn rơi xuống máng nghiêng và rơi vào thùng chưa hom Với 7 đĩa dao cắt, máy cắt hom cắt đồng thời 6 hom và loại bỏ phần ngọn và gốc than sắn Năng suất máy đạt 3.300 hm/h Mấu máy cắt hom sắn của Malaixia khá giống về cấu tạo và nguyên lý máy cắt hom mía của đề tài cấp Thành phố Hồ Chí Minh do TS Phan Hiếu Hiền và ThS Trần Văn Khanh (trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh) chủ trì Giá chào hàng máy cắt hom sắn của Malaixia là 1.316 USD Máy cắt hom sắn của Malayxia chế tạo còn những tồn tại như máy cắt hom sắn do Thái Lan chế tạo là hom sắn rơi xuống không được xếp theo trật tự đầu đuôi

Máy trồng từ hom sắn của Malaysia (hình 1.5) và Nigeria (hình 1.6) thực hiện trồng sắn 1 hàng

Hình 1.5 Máy trồng từ hom

sắn của Malayxia

Hình 1.6 Máy trồng từ hom sắn của Nigeria

Các máy trồng từ hom sắn của Malaysia và Nigeria có khác biệt nhau là hướng người ngồi thả hom ngược chiều nhau Ở máy trồng từ hom sắn của Malaysia không có bánh lấp đất, nên không đảm bảo độ chặt của đất với hom sắn ảnh hưởng đến khả năng mọc và sinh trường của cây sắn Ngoài ra cả hai loại máy trồng từ hom khoai sắn này có chung những tồn tại như sau:

+ Máy chỉ trồng 1 hàng và dùng lao động thủ công thả hom nên cho năng suất thấp;

+ Vết bánh xe trên mặt ruộng lớn làm ảnh hưởng đến kết cấu đất và sự phát triển của khoai mì;

+ Máy có bề rộng bánh nhỏ làm bánh xe lún sâu, làm ảnh hưởng đến điều khiển độ sâu trồng

+ Không thực hiện tạo luống nên khi mưa to dễ làm úng ngập, gây hư hại cây

Hình 1.7, giới thiệu cấu tạo máy trồng hom mì của Braxin So với máy trồng hom sắn của Malaysia và Nigeria thì máy trồng từ hom sắn của Braxin đã thực hiện trồng hai hàng nên cho năng suất cao hơn Tuy nhiên vẫn còn những tốn tại như đã phân tích

Hình 1.7 Máy trồng từ hom sắn

của Braxin

1.1.1.3 Liên hợp máy trồng khoai mí từ thân sắn bán tự động (Theo [7], [16])

Từ sự giống nhau về hom trồng giữa cây sắn và cây mía cả về kích thước, lẫn cách trồng nên kể từ năm 2008, trên thế giới bắt đầu xuất hiện những mẫu máy trồng sắn có nguyên lý làm việc như máy trồng mía từ nguyên liệu cây hom có nguồn gốc từ Braxin (hình 1.8) và Ấn Độ

Hình 1.8 Máy trồng sắn từ thân cây sắn bán tự động 2 hàng của Braxin

Năm 2012, ở Trung Quốc đã nghiên cứu thành công 2 mẫu máy trồng sắn

từ thân cây sắn hai hàng bán tự động là 2BMSU (hình 1.9) và 2ABMSU (hình

1.10) và nhanh chóng chuyển thành sản phẩm thương mại để xuất khẩu Công ty TNHH Thiết Bị Tân An Phát (Hà Nội ) đã nhập khẩu và thương mại mẫu máy 2BMSU với giá bán 12.000 USD Máy 2BMSU có đặc tính kỹ thuật như bảng 1.1

Hình 1.9 Máy trồng sắn hai hàng bán tự động của Trung Quốc

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật máy trồng sắn hai hàng bán tự động 2BMSU của

Mẫu máy phiên bản 2AMSU có giá rẻ hơn mẫu máy phiên bản 2BMSU (giá

từ 8.300 – 8.552 USD) với tính năng tương đương

Tồn tại chính của mẫu máy trồng sắn hai hàng bán tự động của Trung Quốc

là ở chỗ:

+ Không gian chứa thân cây sắn ít, không đảm bảo cho máy làm việc liên tục trên thửa ruộng có chiều dài lớn

+ Bánh giới hạn độ sâu dạng bánh cao su không phù hợp cho các máy canh tác trên đồng và bảo quản khi hết mùa làm việc

+ Máy không có khả năng trồng trên vùng đất đồi núi, nhiều gốc, rễ cây hay sỏi đá + Giá thành máy cao, nên người sản xuất không có thể đầu tư

+ Mẫu máy mới ra đời nên có nhiều tồn tại cần có thời gian nghiên cứu hoàn thiện

Hình 1.10.Máy trồng sắn hai hàng bán tự động model 2AMSU

Ngoài ra tập đoàn công nghiệp Sheng Qian Thượng Hải Trung Quốc cũng

đã giới thiệu 2 mẫu máy trồng sắn 2 hàng bán tự động model : SQTP01 và SQTP02 (hình 1.11)

Hình 1.11 Máy trồng hom sắn bán tự động model : SQTP01 và SQTP02 Các máy trồng sắn 2 hàng bán tự động SQTP01 và SQTP02 đã khắc phục được nhược điểm như khoang chứa thân sắn lớn hơn, đảm bảo cho máy làm việc

liên tục được trên đồng ruộng có chiều dài lớn 2 mẫu máy có tính năng như ở bảng 1.2

Bảmg 1.2 Đặc tính kỹ thuật máy trồng sắn hai hàng bán tự động SQTP01 và SQTP02 của Trung Quốc

Như vậy liên hợp máy trồng khoai mí từ thân khoai mì bán tự động thực hiện việc trồng khoai mì ngoài cung cấp hom cho bộ phận cắt bằng tay thì các khâu còn lại hoàn toàn là tự động hóa Có sự khác biệt giữa cung cấp hom mì bằng tay và thân cây mì bằng tay trong quá trình trồng là ở chỗ, chiều dài thân cây mì thường chiếm khoảng 6 ÷ 8 lần hom, nên về mặt cung cấp hom thì liên hợp máy trồng khoai mí bán tự động có thể gia tăng năng suất cũng gấp từ 6 ÷ 8 lần so với liên hợp máy trồng hom mí bán tự động Đó là chưa kể đến việc chất hom đơn giản

và năng suất cao hơn nhiều

1.1.2 Tổng luận các công trình ở trong nước về máy trồng sắn đã công bố

Ở trong nước, việc nghiên cứu máy trồng để cơ giới hóa trông sắn đã được

sự quan tâm của nhiều cơ quan nghiên cứu, đào tạo và sản xuất Nhưng cho đến nay, kết quả nghiên cứu vẫn chỉ dừng ở các mô hình tương tự như ở nước ngoài trong những năm 1970 Chủ yếu vẫn dừng lại ở mô hình liên hợp máy trồng sắn bằng liên hợp máy rạch hàng trồng từ hom sắn kiểu thủ công kết hợp cơ giới hoặc cao hơn là máy trồng sắn từ hom sắn bán tự động

Phương pháp trồng sắn bằng máy rạch hàng trồng hom sắn kết hợp thủ công hiện vẫn còn đang áp dụng phổ biến ở nước ta cho chi phí lao động 15 – 17 công/ha, chi phí trồng từ 3.000.000 ÷4.000.000 đồng/ha

Năm 2007 TS Hà Đức Thái (là chủ nhiệm) cùng với tập thể cán bộ giảng dạy khoa Cơ Điện trường đại học Nông nghiệp Hà Nội thực hiện đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết kế, chế tạo các máy để cơ giới hóa canh tác và thu hoạch sắn (khoai mì) ở vùng sản xuất tập trung ” mã số KC.07.07/06-10 [16] Trong đó có nội dung chính là thiết kế, chế tạo máy trồng sắn

Hình 1.12 Máy cắt hom sắn của đề tài khoa học cấp nhà nước mã số KC.07.07/06-10

Đề tài đã lựa chọn mô hình cơ giới hóa công đoạn trồng sắn gồm hai loại máy là máy cắt hom và liên hợp máy trồng hom sắn (máy trồng sắn từ hom) Như vậy so với thế giới, chúng ta đã “sau” hơn bốn mươi năm Các nội dung khoa học của đề tài đều theo hướng thiết kế, chế tạo chép mẫu và thực hiện khảo nghiệm, không có bất cứ công bố nào mới về mô hình, nguyên lý hay phát triển Vì vậy mô hình cơ giới hóa này có đầy đủ các nhược điểm như của nước ngoài, thâm chí còn

có thêm những tồn tại do trình độ sản xuất cơ khí trong nước còn thấp kém Chính

vì vậy mặc dù đã được nghiệm thu đạt loại khá vào năm 2010, nhưng tất cả các sản phẩm của đề tài (trong đó có liên hợp máy trồng hom sắn bán tự động) không được triển khai ứng dụng dù chỉ là 1 đơn vị máy, hay nói khác hơn các kết quả nghiên cứu không được sản xuất quan tâm Dựa trên các mẫu máy cắt hom sắn của nước ngoài cả về nguyên lý làm việc lẫn kết cấu, TS Hà Đức Thái cùng các cộng sự

(2010) đã thiết kế, chế tạo máy cắt hom sắn trong đề tài mã số KC.07.07/06-10 (hình 1.12)

Như phân tích ở hai mẫu máy cắt hom sắn đã nêu, mẫu máy cắt hom sắn của TS Hà Đức Thái cũng có những tồn tại tương tự không thể khắc phục được

Với việc chuẩn bị hom sắn trước khi trồng máy trồng sắn từ hom thực hiện các công đoạn rạch hàng, bón lót, đặt hom, phủ và nén đất

Cũng như mẫu máy cắt hom khoai mì, dựa trên các mẫu máy trồng hom mì của nước ngoài cả về nguyên lý làm việc lẫn kết cấu, TS Hà Đức Thái cùng các cộng sự (2010) đã thiết kế, chế tạo máy trồng hom mì trong đề tài cấp nhà nước mã

số KC.07.07/06-10 (hình 1.13)

Hình 1.13 Máy trồng hom sắn của đề tài cấp nhà nước mã số KC.07.07/06-10 Máy trồng hom sắn của đề tài cấp nhà nước mã số KC.07.07/06-10 ngoài các nhược điểm như đã phân tích ở trên, còn có thêm tồn tại thuộc về công nghệ chế tạo

Từ sự giống nhau về hom trồng giữa cây sắn và cây mía cả về kích thước, lẫn cách trồng nên kể từ năm 2008, sau khi tiếp nhận mẫu máy trồng mía từ thân cây sắn từ Thái Lan nhập vào nước ta, anh Trần Quốc Hải (tỉnh Tây Ninh) đã chế tạo chép mẫu để thử nghiệm trồng sắn từ nguyên liệu cây hom (hình 1.14) [7] Tồn tại của mẫu máy trồng sắn của tác giả Trần Quốc Hải là mẫu máy được chế tạo theo kiểu chép mẫu cho cây mía nên tất cả các thông số hình học, động học, động

lực học và kết cấu của máy không phù hợp Máy không có khả năng trồng theo ý muốn về cách đặt hom (đứng, nghiêng, nằm), khoảng cách cây trên luống và giữa các luống trồng Bộ phận vun tạo luống , lấp và nén đất chưa thích hợp Không thiết kế cơ cấu khâu khớp để đảm bảo bộ phận lấp đất và trang phẳng lượn trên mặt đồng Bên cạnh đó, các thông số kỹ thuật của máy công bố không có kiểm chứng khoa học hay cơ quan quản lý thẩm quyền nên mâu thuẫn giữa khả năng và kết quả như năng suất,, chi phí nhiên liệu, giá thành sản xuất… Đây cũng là những tồn tại vốn có của các đề tài “tự phát” dạng sáng kiến cải tiến kỹ thuật

Hình 1.14 Mẫu máy trồng sắn bán tự động do anh Trần Quốc

Hải chế tạo theo mẫu máy trồng mía của Thái Lan

1.2 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu

1.2.1 Nguồn gốc và tình hình canh tác cây sắn (Theo [4], [5], [7], [10], [11],

[15], [16], [18], [20], [21], [22], [23], [24])

1.2.1.1 Nguồn gốc

Cây sắn (Manihot esculenta Crantz; tên khác: sắn tàu, cassava, tapioca, yuca, mandioca, manioc, maniok, singkong, ubi kayu, aipim, macaxeir, kappa, maracheeni) là cây lương thực ăn củ hàng năm, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae Cây sắn cao 2 - 3 m, đường kính tán 50 - 100 cm Lá khía thành nhiều thùy, có thể dùng để làm thức ăn chăn nuôi gia súc Rễ ngang phát

triển thành củ và tích luỹ tinh bột Củ sắn dài 20 - 50 cm, khi luộc chín có màu trắng đục, hàm lượng tinh bột cao Củ sắn luộc chín có vị dẻo, thơm đặc trưng Khoai mì có thời gian sinh trưởng thay đổi từ 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng,

tùy thuộc giống, vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng

Hình 1.15 Cây sắn

Cây sắn (hình 1.15) có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latin (Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993) Cây sắn được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ 16 Tài liệu nói tới sắn ở vùng này là của Barre và Thevet viết năm 1558 Ở châu Á, cây sắn được

du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G Rajendran et al, 1995) và SriLanka đầu thế kỹ 18 (W.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992) Sau đó, cây sắn được trồng ở Trung Quốc, Myamar và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế

kỷ 19 (Fang Baiping 1992 U Thun Than 1992)

Cây sắn đựơc du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991) Hiện chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên Cây sắn được canh tác phổ biến tại hầu hết các tỉnh của Việt Nam

từ Bắc đến Nam Diện tích cây sắn trồng nhiều nhất ở vùng Đông Nam Bộ, vùng Tây Nguyên, vùng núi và trung du phía bắc, vùng ven biển nam Trung Bộ và vùng ven biển bắc Trung

1.2.1.2 Tình hình canh tác cây sắn

Diện tích và sản lượng trồng sắn trên thế giới năm 2008 trình bày như hình 1.16 và hình 1.17

Hình 1.16 Diện tích trồng sắn trên thế giới năm 2008 (Nguồn FAO)

Hình 1.17 Sản lượng sắn trên thế giới đến năm 2010

Sản lượng sắn thế giới niên vụ 2006/2007 đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với niên vụ 2005/2006 là 211,26 triệu tấn và năm 1961 là 71,26 triệu tấn Nước có sản lượng sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn) Việt Nam đứng thứ mười trên thế giới về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) Nước có năng suất khoai mì cao nhất hiện nay là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008)

Trên thế giới, cây sắn được trồng bởi những hộ nông dân sản xuất nhỏ để làm lương thực- thực phẩm, thức ăn gia súc và để bán Cây sắn chủ yếu trồng trên đất nghèo và dùng kỹ thuật canh tác truyền thống

Mức tiêu thụ sắn củ bình quân toàn thế giới khoảng 18 kg/người/năm Sản lượng sắn củ của thế giới được tiêu dùng trong nước khoảng 85% (lương thực 58%, thức ăn gia súc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11 %), còn lại 15% (gần 30 triệu tấn) được xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh bột (CIAT, 1993) Nhu cầu sắn củ làm thức ăn gia súc trên toàn cầu đang giữ mức độ

ổn định trong năm 2006 (FAO, 2007)

Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế đến là Indonesia

và Việt Nam Thị trường xuất khẩu sắn chủ yếu của Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng châu Âu với tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40% bột

và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên (TTTA, 2006; FAO, 2007)

Viện Nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính toán nhiều mặt và dự báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn toàn cầu với tầm nhìn đến năm

2020 Theo đó, năm 2020 sản lượng sắn toàn cầu ước đạt 275,10 triệu tấn, trong đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát triển là 274,7 triệu tấn, các nước phát triển khoảng 0,40 triệu tấn Mức tiêu thụ sắn ở các nước đang phát triển dự báo đạt 254,60 triệu tấn so với các nước phát triển là 20,5 triệu tấn Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn

và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn Tốc độ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc đạt tương ứng là 1,98% và

0,95% Châu Phi vẫn là khu vực dẫn đầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ đạt 168,6 triệu tấn Trong đó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4% Châu Mỹ La tinh giai đoạn 1993 – 2020, ước tốc độ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%,

so với châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96%

Hình 1.18 Diện tích trồng và sản lượng sắn ở Châu Á và Việt Nam

từ năm 1961 – 2006 (Nguồn : Reinhardt Howeler and Keith Fahrne 2008) Cây sắn tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, đặc biệt là các nước vùng Đông Nam Á nơi cây sắn có tổng diện tích và sản lượng đứng thứ

ba sau lúa và ngô Chiều hướng sản xuất sắn phụ thuộc vào khả năng cạnh tranh cây trồng Giải pháp chính là tăng năng suất sắn bằng cách áp dụng giống mới và các biện pháp kỹ thuật tiến bộ

Bảng 1.3 trình bày diện tích trồng và sản lượng sắn tại các vùng chuyên canh của Việt Nam từ năm 1995 – 2009

Bảng 1.4 trình bày diện tích trồng và sản lượng sắn Việt Nam trong 4 cây lương thực chính

Bảng 1.5 trình bày thị trường xuất khẩu và giá trị xuất khẩu sắn 11 tháng đầu năm 2012

Bảng 1.3 Diện tích trồng và sản lượng sắn tại các vùng chuyên canh của Việt Nam

từ năm 1995 – 2009(*)

Red River Delta 10.9 9.9 8.5 8.4 8.8 7.9 7.9 North Mountainous 80.4 82.1 89.4 93.7 96.5 110.0 110.0 Central Coast 94.0 83.8 133.0 140.3 151.2 168.8 170.0 Central Highlands 32.6 38.0 89.4 125.9 129.9 150.1 150.0 Southeastem 49.3 16.1 98.8 100.9 102.9 113.5 115.0

Total of Vietnam 277.4 237.6 425.5 475.2 495.5 557.7 560.4

Table 4 Cassava production (1.000 tonnes) in regions of Vietnam 1995-2009

Reglons 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 Red River Delta 79.0 87.9 92.4 93.7 102.9 102.1 105.5 North Mountainous 606.3 678.5 986.8 1,070.8 1,132.3 1,328.0 1,330.0 Central Coast 602.1 645.9 1,855.9 2,167.6 2,359.9 2,808.3 2,810.0 Central Highlands 283.7 351.5 1,446.6 2,058.8 2,090.4 2,356.1 2,400.0 Southeastem 560.8 154.3 2,270.5 2,327.4 2,434.4 2,694.5 2,700.0 Mekong Delta 79.6 68.2 64.0 64.2 72.9 106.8 110.0 Total of Vietnam 2,211.5 1,986.3 6,716.2 7,782.5 8,192.8 9,395.8 9,455.0

(*) Nguồn : FAO

Bảng 1.4 Diện tích trồng và sản lượng sắn Việt Nam trong 4 cây lương thực chính(*)

Cây trồng Chỉ tiêu 1995 2000 2005 2006 2007 2008 Lúa

Diện tích (1000 ha) 6,766 7,666 7,326 7,324 7,,305 7,414 Năng suất (tấn/ha) 3,68 4,24 4,88 4,89 4,86 5,22 Sản lượng (triệu tấn) 24,96 32,52 35,79 35,82 35,56 38,72 Ngô

Diện tích (triệu ha) 556 730 995 1,031 1,150 1,125 Năng suất (tấn/ha) 2,11 2,74 3,51 3,70 3,75 4,02 Sản lượng (triệu tấn) 1,17 2,00 3,50 3,82 4,31 4,53 Sắn

Diện tích (nghìn ha) 277 237 432 475 560 556 Năng suất (tấn/ha) 7,97 8,35 15,35 16,24 15,89 16,90 Sản lượng (triệu tấn) 2,21 1,98 6,64 7,71 1,90 939 Khoai lang

Diện tích (nghìn ha) 304 254 205 181 180 162 Năng suất (tấn/ha) 5,53 6,33 7,56 8,00 8,05 8,16 Sản lượng (triệu tấn) 1,68 1,61 1,55 1,45 1,45 1,32

(*) Nguồn: FAOSTAT 2009 được tổng hợp và trích dẫn bởi Hòang Kim (2010) Bảng 1.5 Thị trường xuất khẩu và giá trị xuất khẩu sắn 11 tháng đầu năm 2012(*)

Thị trường T11/2012 11T/2012 % tăng, giảm

T11/2012 so với T11/2011

% tăng, giảm 11T/2012 so với cùng kỳ

Lượng

(tấn)

Trị giá (USD)

Lượng (tấn)

Trị giá (USD) Lượng

(*)Nguồn : Tổng cục Hải quan Việt nam

Biểu đồ cung cầu lượng sắn năm 2011 ở trong nước trình bày như hình 1.19

Hình 1.19: Biểu đồ cung cầu lượng sắn trong năm 2011

Lợi ích của nghề trồng sắn: Sắn dễ trồng, hợp nhiều loại đất, vốn đầu tư thấp,

hợp khả năng kinh tế với nhiều hộ gia đình nông dân nghèo, thiếu lao động tận dụng đất để lấy ngắn nuôi dài Cây sắn cũng có khả năng cạnh tranh cao vì sử dụng hiệu quả tiền vốn, đất đai, tận dụng tốt các loại đầt nghèo dinh dưỡng Sắn đạt năng suất cao và lợi nhuận khá nếu biết dùng giống tốt và trồng đúng quy trình canh tác sắn bền vững sắn đựơc nông dân ưu trồng vì: có khả năng sử dụng tốt các

đầt đã kiệt: cho năng suất cao và ổn định, chi phí đầu tư thấp và sử dụng ít nhân công, thời gian thu hoạch kéo dài nên thuận rải vụ Nghề trồng sắn thích hợp với những hộ nông dân nghèo, ít vốn

Nhược điểm của trồng sắn: Trồng sắn làm kiệt đất; Củ sắn nghèo đạm và

vitamin, có độc tố HCN trong sắn củ tươi; Chế biến sắn gây ô nhiễm môi trường

1.2.2 Kỹ thuật trồng cây sắn (Theo [4], [5], [7], [10], [11], [15], [16], [18],

[20], [21], [22], [23], [24])

1.2.2.1 Đất trồng khoai mì và kỹ thuật làm đất

Sắn có thể trồng trong một phạm vi biến động lớn của đất từ cát nhẹ đến sét nặng, pH từ 3,5 đến 7,8, ngoại trừ đất úng nước hoặc đất có hàm lượng muối cao Sắn đạt năng suất cao nhất ở đất có tưới, sa cấu đất trung bình, hàm lượng dinh dưỡng cao với pH khoảng 6,0-7,0 Ở Việt Nam, sắn được trồng phổ biến trên đất xám, đất nâu vàng và đất đỏ, sắn cũng được trồng một phần trên đất cát xám ven biển miền Trung và đất phù sa nhiễm phèn vùng đồng bằng sông Cửu Long Hầu hết đất trồng sắn của nước ta đều nghèo dinh dưỡng, bị xói mòn và rửa trôi, pH thấp 5,0- 6,0, thiếu đạm, kali và chất hữu cơ

Kỹ thuật làm đất cần phù hợp với từng loại đất: Thông thường, đất được dọn sạch cỏ, cày 1-2 lần sâu 20 –25 cm, bừa 1-2 lượt, sau đó lên luống hoặc trồng bằng tùy điều kiện cụ thể và tập quán canh tác của vùng Đất có độ dốc cao nên cuốc hốc trồng trực tiếp theo đường đồng mức xen các băng cây cốt khí, anh đào, bình linh hoặc cỏ vertiver để chống xói mòn Đất có độ dốc thấp hoặc đất bằng nên trồng luống cách nhau 0,8 - 1,0 m tùy giống theo đường đồng mức và chỉ nên cày sâu vừa phải để không làm đảo “tầng đế cày” lên mặt đất Đất nâu vàng và đất đỏ nên cày sâu 25-30 cm để cây sinh trưởng tốt hơn và cho năng suất cao hơn Vùng Tây Ninh trên đất bằng nông dân có tập quán trồng sắn trên liếp rộng 2,2- 2,3 m trồng ba hàng sắn với khoàng cách 0,6 – 0,8 m tùy giống

 Các yêu cầu kỹ thuật đối với đất trồng sắn

- Đất trồng sắn nhất thiết phải được chuẩn bị kỹ trước khi trồng, các công việc bao gồm: thu dọn rễ cây và tàn dư thực vật, san lấp mặt bằng; xử lý cỏ dại

- Cây sắn cần đất tơi xốp, sâu để rễ, củ phát triển Cày sâu 20cm, cày 2 lần, mỗi lần cách nhau 10 – 15 ngày, bừa 2 lần (lần 1 sau khi cày lật đất lần 1 khoảng 7 – 15 ngày và lần 2 sau khi cày 2,5 – 7 ngày)

- Không lên luống theo chiều dọc của đất, vì nước sẽ rửa trôi đất màu

Bảo vệ đất: Việc chống sói mòn trên đất dốc trồng sắn là rất cần thiết, vì vậy khi trồng trên đất dốc cần thực hiện các biện pháp sau:

- Trồng theo đường đồng mức, lên luống vuông góc với độ dốc

- Trồng các băng cây chống xói mòn theo đường đồng mức: cỏ vetiver, cây cốt khí hoặc các cây phân xanh khác

- Trồng xen các cây họ đậu: lạc, đậu xanh, đậu đen…cũng có tác dụng chống xói mòn, đồng thời làm tăng dinh dưỡng đất, giúp đất phục hồi độ phì sau khi trồng khoai mì, đây là việc cần phải làm lâu dài đối với các khu vực canh tác

- Phủ bằng rơm rạ hoặc các nguồn phụ liệu khác sẳn có từ địa phương

Hình 1.20 Chuẩn bị đất trồng sắn

 Cách làm đất:

Cày đất bằng cơ giới 3 lần:

+ Lần 1: cày bằng liên hợp máy cày phá lâm với độ sâu càng cao càng tốt để cho đất thông thoáng và cây mì phát triển củ

+ Lần 2: cày bằng liên hợp máy cày lật rạ sau cày lần 1 khoảng 10 ngày cho cây cỏ mọc lên sau đó cày lần 2 giúp giảm việc diệt cỏ

+ Lần 3: Tạo luống để trồng, sau khi tạo luống nên trồng sắn ngay vì đất đang có

độ ẩm phù hợp

=> Trong thời gian chuẩn bị đất nên bón phân chuồng hoặc phân hữu cơ để giúp cải thiện hữu cơ trong đất

1.2.2.2 Chọn và xử lý giống

- Giống sắn có năng suất cao: KM 60, KM 95, SM 037-26; KM 98-1, KM 98, KM

140, KM94 và các giống có năng suất trung bình từ 28 – 30 tấn, hàm lượng tinh bột từ 28% - 30%, dạng cây gọn

- Thân cây giống lấy hom phải đạt từ 7 tháng tuổi trở lên, đường kính trên 1,5cm Hom sắn nhặt mắt đặc lõi và không bị trầy dập

- Dùng dao bén chặt hom, mỗi hom 4-5 mắt, loại bỏ phần ngọn non và phần gốc quá già

Đặt hom xiên hoặc nằm dọc theo luống Độ sâu lấp hom 6-8cm

Vùng Đông Nam Bộ và vùng Tây Nguyên, phần lớn nông dân đặt hom nằm ngang để giảm công trồng và dễ thu hoạch Các tỉnh phía Bắc và vùng ven biển miền Trung, nông dân thường cắm hom xiên (đặt hom nghiêng so với mặt đất khoảng 30o) hoặc hom đứng để giúp cho cây mọc mầm nhanh, khoẻ, giữ ẩm và ít

đổ ngã Khi đặt hom chú ý không để hom chạm vào phân khoáng hoặc phân chuồng tươi chưa hoai mục sẽ làm hom bị hư hại do ngộ độc, mất nước, nhiễm bệnh Cắm hom cần hướng mầm cây lên trên và nghiêng cùng chiều để cây sinh trưởng tốt, tiện chăm sóc và thu hoạch

Hình 1.21 Hom giống sắn

- Thời gian bảo quản giống < 60 ngày, ở nơi khô ráo và có bóng mát: bó từng bó

để đứng hoặc nằng trong bóng râm, hoặc cắm từng cây xuống đất (500 – 1000 cây/cụm), sử dụng các loại thuốc diệt côn trùng để phòng trừ

- Hom sắn lấy từ 1/3 ở đoạn giữ thân, chiều dài 15 – 20 cm, đạt 4 – 6 mắt, không chặt hom quá ngắn hoặc quá dài, dùng dao sắc để chặt và tránh làm hom bị dập

- Xử lý hom trước khi trồng bằng cách nhúng vào các hỗn hợp diệt nấm

Hom giống tốt là rất quan trọng để giúp cây sắn nảy mầm đều, sinh trưởng khoẻ và cho năng suất cao Lúc thu hoạch cần chọn những cây sắn đúng giống, tươi, không xây xát, không sâu bệnh, nhặt mắt, đặc lõi, đường kính thân 1,8 – 2,2 cm để làm giống cho vụ sau Cây giống được bó thành từng bó 20 cây, dựng đứng ở nơi giâm mát, tủ rơm rạ, lấp đất quanh gốc 10-15 cm và tưới gốc giữ ẩm Thời gian bảo quản giống không quá 2,5 tháng Cây sắn trước khi trồng được cắt thành những đoạn hom dài 15-18 cm với 5-6 mắt Nên dùng cưa máy cắt các bó hom để tiện vận chuyển và dùng dao sắc để chặt hom

Hình 1.22 Bảo quản hom giống sắn

1.2.2.3 Khoảng cách và mật độ trồng

Khoảng cách và mật độ trồng sắn tuỳ theo đất với nguyên tắc chung là “đất tốt trồng thưa, đất xấu trồng dày, sắn cây cao to trồng thưa, sắn cây thấp gọn trồng dày, đất xấu cần đầu tư nhiều phân hơn so với đất tốt”

Đất tốt: Khoảng cách trồng 1,00 m x 0,80 m, mật độ 12.500 cây/ha

Đất trung bình: Khoảng cách trồng 0,90 m x 0,80 m, mật độ 13.888 cây/ha

Đất nghèo: Khoảng cách trồng 0,80 m x 0,80 m, mật độ 15.620 cây/ha

Khoảng cách trồng 0,80 m x 0,70 m, mật độ 16.286 cây/ha

Trồng xen

Đất tốt: xen một hàng ngô lai giữa hàng sắn, khoảng cách xen 1,00m x 0,40m x 1 cây Đất trung bình: xen hai hàng đậu xanh hoặc lạc giữa hai hàng sắn, khoảng cách xen 0,30 m x 0,15m x 2 cây/hốc

Hình 1.23 Mật độ trồng sắn

1.2.2.4 Thời vụ trồng

Thời vụ trồng thích hợp là rất quan trọng đối với cây sắn Sắn là cây trồng của vùng nhiệt đới ẩm Sắn cần ánh sáng ngày ngắn để tạo củ Nhiệt độ trung bình thích hợp cho cây sắn từ 23-27oC Lượng mưa trung bình năm thích hợp đối với cây sắn trong khoảng 1000 –2000 mm Thời vụ trồng sắn tùy thuộc nông lịch cụ thể của từng địa phương Các giống sắn công nghiệp trồng để lấy bột thường thu hoạch 8-12 tháng sau trồng Các giống sắn ngọt trồng để ăn tươi thì có thể thu hoạch rãi rác từ 6- 9 tháng

Vùng Tây Nguyên, vùng Đông Nam Bộ, vùng đất núi Đồng bằng Sông Cửu Long, sắn được trồng vụ chính (70%) từ giữa tháng 4 đến cuối tháng 5 và vụ phụ (30%) từ cuối tháng 9 đến đầu tháng 11

Vùng ven biển miền Trung, khoai mì được trồng từ tháng 1 đến tháng 2 trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và có mưa ẩm, thu hoạch vào tháng 9, tháng

10 để né tránh bão lụt gây đổ ngã và thối củ ngoài đồng

Vùng Đông Bắc, vùng Tây Bắc, vùng Đồng bằng sông Hồng, sắn trồng tốt nhất là trong tháng 2 vì lúc này có mưa xuân ẩm, trời bắt đầu ấm, thích hợp cho

cây sinh trưởng, hình thành và phát triển củ Sắn trồng muộn vào tháng 4, trời đã nóng, cây sinh trưởng mạnh nhưng không đủ thời gian cho củ phát triển

Ngoài ra, ta có thể dự định thời vụ trồng sắn dựa vào thổ nhưỡng tại vùng cần trồng như :

- Đất đỏ trồng vào mùa mưa (tháng 4 đến tháng 5)

- Đối với đất xám, nên chia thành hai thời vụ trồng để rải vụ thu hoạch và giảm áp lực về công lao động

+ Vụ 1: Trồng từ tháng 4 – tháng 5 và thu hoạch và tháng 1 – tháng 3 năm sau Ở

vụ này nên tranh thủ sớm khi đất đủ độ ẩm, khô hạn làm giảm khả năng mọc mầm của hom sắn

+ Vụ 2 Trồng vào tháng 10 – tháng 11; thu hoạch vào tháng 9 – 10 năm sau

1.3 Ý kiến thảo luận

+ Năng suất cơ giới hóa trồng khai mì thấp Ở công đoạn trồng, năng suất quyết định bằng khả năng cung cấp hom bằng tay (hoàn toàn thủ công) của người lao động theo kiểu cấp từ hom một Tồn tại này mất ý nghĩa về cơ giới hóa là tăng năng suất, giảm chi phí lao động

+ Chất lượng trồng kém Đặc biệt là khi yêu cầu trồng hom có góc nghiêng lớn sẽ

có nhiều hom trồng “lộn đầu”, làm ảnh hưởng đến khả năng mọc và phát triển cây khoai mì sau này

+ Máy chỉ cải tiến hơn máy rạch hàng là thay vì dung lao động đi trên đồng rải hom bằng tay thì người lao động được “chở” bằng máy, và có thể thực hiện lấp đất, trang phẳng hay nén chặt bằng máy

Với những tồn tại trên mà việc cơ giới hóa trồng khoai mì bằng liên hợp máy trồng hom khoai mì bán tự động chưa được ứng dụng tại Việt Nam dù đó là mẫu máy do nước ngoài hay trong nước sản xuất

1.3.2 Định hướng nghiên cứu

Từ các phân tích trên hướng nghiên cứu đề tài là:

+ Nghiên cứu mô hình nguyên lý bộ phận cắt hom mì để thiết kế trên máy trồng khoai mì theo kiểu trồng từ thân cây mì bán tự động theo kiểu cắt hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống quay ngược chiều nhau

+ Cung cấp cây sắn để cắt thành hom trồng bằng thủ công So với các máy trồng sắn cung cấp hom bằng tay thì năng suất cung cấp cây hom gấp 6 – 7 lần so với cung cấp hom đã cắt sẵn Do cắt bằng máy trong quá trình trồng nên hom được cắt

và rải đều hơn Đây cũng chính là ưu điểm của máy trồng sắn từ cây hom

+ Nghiên cứu lý thuyết tính toán và thực nghiệm bộ phận cắt hom mì kiểu cắt bằng hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống quay ngược chiều nhau để làm cơ sở thiết kế

bộ phận cắt hom mì trên máy trồng khoai mì theo kiểu trồng từ thân cây mì bán tự động

+ Nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt hom sắn theo kiểu cắt hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống quay ngược chiều nhau bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

+ Xác định các thông số tối ưu cho bộ phận cắt hom sắn kiểu cắt hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống quay ngược chiều nhau

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu bộ phận cắt hom của máy trồng khoai mì từ nguyên liệu cây hom, cấp liệu bằng thủ công (người cung cấp) theo kiểu trồng 2 hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh bơm có công suất từ 50 HP trở lên (cỡ lực kéo 1,4 tấn)

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan:

+ Nghiên cứu tổng luận các kết quả nghiên cứu về máy trồng khoai mì và cơ giới hóa trồng sắn ở trong và ngoài nước

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận của đề tài:

- Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật nông học trồng khoai sắn;

- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên tắc làm việc bộ phận cắt thái thân thực vật;

- Nghiên cứu lý thuyết cắt thái thân thực vật

Nội dung 2: Nghiên cứu lý thuyết phân tích sơ đồ cắt thân thực vật bằng hai dao

lưỡi thẳng lắp trên hai trống dao quay ngược chiều nhau

- Xây dựng mô hình toán học quá trình cắt thân thực vật bằng hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống dao quay ngược chiều nhau;

- Tính toán động học, động lực học quá trình cắt thân thực vật bằng hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống dao quay ngược chiều nhau;

Nội dung 3: Nghiên cứu bộ phận cắt hom khoai sắn kiểu cắt hai dao lưỡi thẳng lắp

trên hai trống dao quay ngược chiều nhau theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Nội dung 4: Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu tối ưu và thông số tối ưu cho bộ

phận cắt hom sắn bằng hai dao lưỡi thẳng lắp trên hai trống dao quay ngược chiều nhau

2.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Cách tiếp cận

+ Tiếp cận các tài liệu, công trình khoa học nghiên cứu liên quan:

- Về kỹ thuật canh tác cây khoai mì;

- Về máy trồng các cây trồng cạn nói chung và cây khoai mì nói riêng;

+ Tiếp cận bằng điều tra, khảo sát trực tiếp tại các vùng canh tác khoai mì tập trung ở các tỉnh thuộc Miền Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và Miền Trung để tìm hiểu tình hình canh tác khoai mì; nhu câu về máy trồng khoai mì; các yêu cầu khi trồng khoai mì

+ Tiếp cận bằng thực nghiệm trong phòng thí nghiệm đề xác định dữ liệu thiết kế, thử nghiệm mô hình

+ Tiếp cận bằng thực nghiệm trong sản xuất để điều tra xác định dữ liệu thiết kế và

tổ chức triển khai thực nghiệm

+ Tiếp cận bằng các phương pháp thống kê để xác định các quy luật thực nghiệm

về đối tượng nghiên cứu

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu

2.4.2.1 Phương pháp nghiên cứu nội dung 1

+ Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu

2.4.2.2 Phương pháp nghiên cứu nội dung 2

+ Áp dụng lý thuyết cắt thái thân thực vật đã được Н Е Резник (1964) [30], E C Босой, О В Верняев, И И Смирнов, Е Г Султан, Е Г Шах (1978) [29] tổng kết biên soạn

+ Áp dụng lý thuyết cắt thái các sản phẩm thực phẩm đã được А Я Соколов (1973), Б М Азарова (1988) [28], tổng kết biên soạn

+ Kế thừa kết quả nghiên cứu bộ phận cắt hom mía trên máy trồng mía từ nguyên liệu cây hom của R.N.S Yaday, D Chaudhuri, M P Sharma, P R Kamthe and A Tajuddin (2004) [27] công bố

+ Áp dụng động lực học máy để nghiên cứu động lực học trống cắt

2.4.2.3 Phương pháp nghiên cứu nội dung 3

+ Đo các thông số động học: Đồng hồ đo số vòng quay DT – 2238 – PHOTO/CONTACT TACHOMETER của hãng Lutron (Đức), dãy đo từ 1 vg/ph – 99.999 vg/ph, cấp chính xác 1rpm; đồng hồ bấm giây đo thời gian

Hình 2.6 Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60 kg Hình 2.7 Cân điện tử

- Đồng hồ đo công suất kiểu hiện số điện tử của Nhật với thang do 20kW

Các thông số đo đạc chia làm hai loại:

+ Thông số đo trực tiếp:

Là tất cả các thông số đo được đọc trực tiếp khi đo đạc Thuộc về các thông

số này gồm có thông số đặc trưng về kích thước hình học, động học, công suất, khối lượng

+ Thông số đo gián tiếp:

Là thông số phải tính toán qua các thông số đo trực tiếp qua công thức Thuộc về thông số đo gián tiếp gồm có thông số đặc trưng về sai số chiều dài hom sắn cắt s (hay độ biến thiên chiều dài hom sắn cắt – khái niệm thống kê)

Trong đó:

l –chiều dài trung bình mẫu hom sắn được cắt l tính theo công thức:

l =

n

ln 1 i i



Với: li – chiều dài hom sắn thứ i , mm;

n – dung lượng mẫu

S – sai số (độ lệch ) tiêu chuẩn thực nghiệm của mẫu khảo sát, mm S tính theo công thức:

S =

1n

)l(ln 1 i

2 i







c) Các bước tiền hành quy hoạch thực nghiệm ( Theo [3], [8], [17], [25])

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhằm xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm (hay mô hình toán học dạng đa thức bậc I hoặc bậc II, hàm mũ hay các dạng đại số khác có thể chuyển về dạng đa thức bằng các phép biến đổi đại số như lô ga rít) Đây là phương pháp thực nghiệm tiến hành thay đổi đồng thời nhiều nhân tố với số thí nghiệm tối thiểu nhằm xác định các giá trị tối ưu hay xác định sự phụ thuộc vào các nhân tố nghiên cứu

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm thực hiện theo các bước sau:

1) Xác định các thông số ra Thông số ra được chọn là những thông số phản ánh mục tiêu nghiên cứu như đặc trưng cho chất lượng, chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cho quá trình nghiên cứu Ngoài ra thông số ra còn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Là đại lượng có thể đo, đếm được

+ Đạt được độ chính xác theo yêu cầu của phép đo (thí dụ sai số phép đo  5 %)

Thông số ra còn gọi là thông số hay yếu tố phụ thuộc (hàm trạng thái) 2) Xác định các thông số vào Thông số vào được chọn là những thông số ảnh hưởng đến thông số ra Ngoài ra thông số ra còn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Các thông số vào của quá trình nghiên cứu phải độc lập nhau

+ Là đại lượng có thể đo, đếm được

+ Đạt được độ chính xác theo yêu cầu của phép đo (thí dụ sai số phép đo  5 %) + Là đại lượng có thể điều khiển được

Căn cứ để chọn thông số vào là những thông số có ảnh hưởng đến thông số

ra có thể dựa vào thì nghiệm thăm dò sau đó tiến hành phân tích phương sai (mang tính chất định tính) hoặc kế thừa các kết quả nghiên cứu, công bố, tổng kết Việc chọn sai sẽ kiểm định khi phân tích kiểm tra mô hình thông qua kiểm tra độ tin cậy (hay độ lớn) các hệ số hồi quy

3) Lập bài toán “Hộp đen” Quá trình lập mang tình hình thức có thể nêu hoặc không nêu trong trình bày

4) Chọn bậc phương án thực nghiệm

Chọn tuàn tự từ bậc I đến bậc II hoặc chon ngay bậc II nếu có cơ sở lý thuyết hay thực nghiệm khẳng định bậc của phương án thực nghiệm

5) Lập ma trận thí nghiệm (thiết kế thí nghiệm)

Ma trận thí nghiệm được viết dưới dạng mã hóa nên tổng quát cho mọi quá trình nghiên cứu thực nghiệm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Vì vậy người ta chia các thí nghiệm bậc I trực giao với 2 loại đầy đủ và rút gọn, bậc II với các loại trực giao của Box – Uynson, quay của Box – Hun ter, 3 mức đối xứng của Box – Behnken,… Trong đó chỉ tiến hành rút gọn khi số yếu tố vào  4 Khi rút gọn đồng nghĩa với độ tin cậy của mô hình giảm xuống

Có thể lập ma trận thí nghiệm theo các mẫu đã được biên soạn trong các tài liệu liên quan hoặc bằng các phần mềm chuyên dùng như Statgraphics Thí nghiệm

có thể tiến hành lặp ở mỗi thí nghiệm hoặc chỉ cần lặp ở tâm Trong trường hợp lặp

ở mỗi thí nghiệm, cần tiến hành kiểm tra tính đồng nhất của các phương sai theo tiêu chuẩn Cochran Nếu không đảm bảo tính đồng nhất phải tiến hành thực nghiệm lại Bằng công cụ thống kê hiện đại, đã chứng minh việc lặp ở tâm phương

án cho kết quả tối ưu và hiệu quả hơn

Để hạn chế tác động của các yếu tố ngẫu nhiên đến quá trình nghiên cứu cần thiết ngẫu nhiên hóa thí nghiệm (nghĩa là ngẫu nhiên hóa về thời gian và điều kiện thí nghiệm)

6) Xác định miền nghiên cứu

Miền nghiên cứu được chọn thỏa mãn yêu cầu với thông số vào, khả năng

bố trí thí nghiệm, các mức thí nghiệm phải thực sự khác nhau Có thể tiến hành bằng thực nghiệm hay bằng lý thuyết tất cả miền biến thiên (miền nghiên cứu) của thông số vào Từ miền nghiên cứu chọn vùng nghiên cứu rộng (chiếm 50 – 70 % miền biến thiên) hoặc hẹp (chiếm 10 – 30 % miền biến thiên) Đồi với máy mới được thiết kế, mức thí nghiệm ở mức trên và dưới lấy mở rộng về hai phía từ 10 

30 % giá trị thiết kế cho vùng nghiên cứu hẹp hoặc từ 50 – 70 % cho vùng nghiên cứu rộng

7) Lập kế hoạch thực nghiệm trên thông số thực

Từ ma trận thí nghiệm và miền thực nghiệm xây dựng ma trận thực nghiệm thực

8) Tổ chức thí nghiệm theo kế hoạch lập và ghi kết quả thí nghiệm vào bảng ma trận thí nghiệm ta có ma trận tính toán

9) Xử lý số liệu theo thứ tự sau:

+ Xác định giá trị các hệ số hồi quy ở dạng đầy đủ

+ Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không bảo đảm độ tin cậy với mức ý nghĩa Nếu mô hình có trên 50 % hệ số hồi quy loại bỏ phải trở lại bước (6) thậm chí từ bước (2) hay bước (4)

+Phân tích phương sai trên hàm toán mới Kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi

quy mới Nếu không bảo đảm độ tin cậy, thì cải tiến mô hình

+ Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher

MSLf: phương sai không tương thích (Mean Square Lack-of-fit);

MSEp: phương sai sai số ngẫu nhiên đích thực (Mean Square Error-pure); Fb: giá trị trong bảng phương sai chuẩn

Trên phần mềm Statgraphics Vers 7.0, độ tương thích của mô hình được chấp nhận khi mức nghĩa tính theo tiêu chuẩn Fisher có mức nghĩa p  0,05

10) Phân tích mô hình:

Sau khi xây dựng được mô hình hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dùng phần mềm Statgraphics Version 7.0 để nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số hồi quy đến thông số ra (mô hình) hay tác động của các thông số vào đến thông số ra

và vẽ đồ thị (bề mặt đáp ứng) các hàm mục tiêu theo từng cặp thông số vào làm cơ

sở cho tìm cực trị trong miền thực nghiệm

Chú ý: Để đảm bảo tính đồng nhất các kết quả đo, về nguyên liệu gạo đưa vào nghiền được lấy ngẫu nhiên theo khối lượng cho từng thí nghiệm có tính đến khi

mở rộng phương án thực nghiệm từ bậc I lên bậc II Các thông số cố định được giữ

không đổi trong suốt quá trình thực nghiệm

d) Các thông số nghiên cứu

 Các thông số nghiên cứu đầu ra

Các thông số nghiên cứu đầu ra cho quá trình cắt hom ở máy trồng sắn phản ánh mục tiêu nghiên cứu là:

+ Công suất chi phí cho quá trình cắt hom sắn N Thông số này phản ánh mục tiêu

kinh tế - kỹ thuật Thông số N có thể đo đếm được bằng thiết bị đo công suất điện

3 pha như đã giới thiệu ở mục a (2.4.2.3) Nên thông số N thỏa mãn yêu cầu cho thông số ra ( theo [3], [8], [17], [25])

+ Sai số chiều dài hom sắn cắt s Thông số này phản ánh độ đồng đều hom sắn hay chất lượng hom cắt Thông số s xác định theo công thức 2.1 Nên thông số s thỏa mãn yêu cầu cho thông số ra ( theo [3], [8], [17], [25])

Ngoài 2 thông số đã chọn còn có nhiều thông số khác cũng phản ánh mục tiêu nghiên cứu nhưng không đưa vào nghiên cứu của đề tài là:

+ Chất lượng mặt cắt hom bằng dao Đây là thông số phản ánh chất lượng hom cắt Thông số này chủ yếu phụ thuộc chất lượng dao cắt, khe hở giữa hai dao cát khi cắt liền kề nhau Dao càng sắc, khe hở giữa hai dao cát khi cắt liền kề nhau càng nhỏ thì dao cắt hom càng “ngọt”, tiết diện cắt gọn, làm hom sắn không bị dập Vì vậy chỉ cần điều chỉnh và sử dụng dao cắt có độ sắc tốt là đảm bảo chất lượng mặt