Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài đã thực hiện nghiên cứu, thiết kế và khảo nghiệm một mẫu máy cắt gốc mía nhằm giải quyết vần đề cơ giới hóa cắt lại gốc mía bằng máy sau khi thực hiện thu

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Trung Thành

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 21 tháng 11 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS Châu Minh Quang - Chủ tịch Hội đồng

2 TS Lê Ngọc Trân - Phản biện 1

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công

- Nghiên cứu tính toán, thiết kế chế tạo được một mô hình máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công để lưu vụ kế tiếp

- Xây dựng được chế độ làm việc của máy

- Đưa ra được chi phí tiêu thụ nhiên liệu và năng suất cắt gốc đảm bảo chất lượng lưu vụ

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 758/QĐ-ĐHCN ngày 05/04/2019

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 24/9/2020

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bùi Trung Thành

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này ngoài sự cố gắng của bản thân, tác giả đã được sự giúp

đỡ rất lớn về tinh thần và chuyên môn của bạn bè, các Thầy Cô Chính vì vậy tác giả xin gửi lời cám ơn chân thành đến:

Thầy PGS.TS Bùi Trung Thành, Viện trưởng Viện Nghiên cứu Khoa học & Chuyển giao Công nghệ đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Thầy TS Đặng Hoàng Minh, thầy TS Ao Hùng Linh cùng các thầy cô phụ trách giảng dạy Sau đại học Khoa Cơ khí đã nhiệt tình giảng dạy cho tác giả những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập tại trường

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn lớp Cao học Kỹ Thuật Cơ Khí 7A, khóa

2017 đã đồng hành, chia sẻ thông tin trong quá trình học tập

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài đã thực hiện nghiên cứu, thiết kế và khảo nghiệm một mẫu máy cắt gốc mía nhằm giải quyết vần đề cơ giới hóa cắt lại gốc mía bằng máy sau khi thực hiện thu hoạch bằng lao động thủ công nhằm giải phóng nhân công lao động thủ công để lưu

vụ mía kế tiếp Thực nghiệm đơn yếu tố đã thực hiện với hai thông số vận hành máy gồm vận tốc dao cắt (m/s) và vận tốc tiến của máy (m/s) ảnh hưởng đến 04 hàm mục tiêu gồm năng suất cắt gốc (m2/giờ), tiêu hao nhiên liệu (lít/ha), chất lượng vết cắt (%) và độ sót gốc mía không được cắt (%) Kết quả thực nghiệm đã xác định được chế độ vận hành hợp lý của máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công trên dao cắt có góc cắt 170 cùng với thông số vận tốc dao cắt phải nằm trong miền vận tốc từ 21-25m/s và vận tốc tiến của máy nằm trong miền 0,25 – 0,35m/s Kết quả thực nghiệm cũng đã xây dựng được tám phương trình hồi quy xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt và vận tốc tiến của máy ảnh hưởng đến 04 hàm mục tiêu nói trên

- Ảnh hưởng của vận tốc dao

- NS1 = - 648V2 + 31,675Vd + 832,46

- NL1 = - 0,016V2 + 0,836Vd + 7,938

- VC1 = - 0,062V2 + 2,703Vd + 57,642

- ĐS1 = 0,064V2 - 2,726Vd + 30,352

- Ảnh hưởng của vận tốc máy - NS2 = 3.325,16Vm + 398,22

- NL2 = - 648Vm2 + 31,675Vm + 832,46

- VC2 = - 92,93Vm2 + 53,35Vm + 78,84

- ĐS2 = 417,38Vm2 – 245,56Vm + 34,85

Các phương trình hồi quy được thiết lập khẳng định các mức đã chọn của các yếu tố đầu vào là hoàn toàn phù hợp Giá trị của thông số vận tốc dao cắt Vd =23m/s và vận tốc tiến của máy Vm = 0,3 m/s được chọn làm mức cơ sở để nghiên cứu tối ưu hóa chế độ vận hành máy cắt gốc mía trong quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố ở bước nghiên cứu kế tiếp

ABSTRACT

The topic of the thesis has researched, designed and tested a model of sugarcane root cutting machine to solve the problem of mechanized re-cutting on sugarcane stumps

by machine after labor harvester to keep the seeds for the next cane The single-factor experiments performed with two factors of machine operations including cutter speed

of blades (m/s) and machine speed (m/s) which are affected to 04 target functions including the cutting capacity (m2/hours), fuel consumption (liter/ha), cut quality (%) and cane stump residue are not cut (%) Experimental results have determined that the reasonable operating mode of the sugarcane cutter which has blades with its cutting angle of 17 degree with the cutter speed must be within the range of 21-25 m/s and the speed of the machine are in the range of 0.25 - 0.35 m/s Experimental results have also built eight regression equations to determine the effect of the cutter speed and the speed of the machine on the above four target functions

- Effects of cutter speed

- NS1 = - 648V2 + 31,675Vd + 832,46

- NL1 = - 0,016V2 + 0,836Vd + 7,938

- VC1 = - 0,062V2 + 2,703Vd + 57,642

- ĐS1 = 0,064V2 - 2,726Vd + 30,352

- Effect of machine feed speed - NS2 = 3.325,16Vm + 398,22

- NL2 = - 648Vm2 + 31,675Vm + 832,46

- VC2 = - 92,93Vm2 + 53,35Vm + 78,84

- ĐS2 = 417,38Vm2 – 245,56Vm + 34,85

The established regression equations confirmed that the selected levels of the input factors are completely suitable The value of the cutter speed of 23m/s and the speed of the machine of of 0.3m/s is chosen as the basis numbers for the further research to optimize the equipment operating mode in the experiments of multiple factors in the next step

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên

(Chữ ký)

Trần Ngọc Vũ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

BẢNG KÝ HIỆU xii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề: 1

2 Mục tiêu đề tài 2

3 Cách tiếp cận đề tài phục vụ đồ án 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Nội dung thực hiện 2

6 Giới hạn đề tài 2

7 Ý nghĩa của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4

1.1 Vấn đề cơ giới hóa cây mía 4

1.1.1 Các vấn đề tổng quát 4

1.1.2 Các công đoạn khi thu hoạch mía 4

1.1.3 Các công đoạn sau khi thu hoạch mía 5

1.1.4 Sự cần thiết áp dụng cơ giới hóa, khoa học kĩ thuật vào canh tác mía 5

1.2 Các máy canh tác cây mía 7

1.2.1 Máy làm đất trồng mía: 7

1.2.2 Máy cắt hom mía và máy trồng hom mía: 7

1.2.3 Máy bón phân cho cây mía: 8

1.2.4 Máy phun thuốc trừ sâu bệnh 8

1.2.5 Máy thu hoạch mía 8

1.2.6 Máy nâng mía lên xe vận chuyển 8

1.2.7 Máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công 8

1.3 Tổng quan về cây mía 9

1.3.1 Giới thiệu 9

1.3.2 Tình hình phát triển cây mía đường tại Việt Nam 9

1.3.3 Cấu tạo cơ bản của thân mía 10

1.3.4 Các loại mía đường tại việt nam 11

1.4 Vấn đề chăm sóc mía lưu gốc và máy băm gốc mía 12

1.5 Tổng quan về các nghiên cứu máy băm gốc mía trên thế giới và Việt Nam 13

1.5.1 Tình hình trong nước 13

1.5.2 Tình hình các công bố về máy cắt mía trên thế giới 15

1.5.3 Máy thu hoạch mía đang có ở Việt Nam 28

1.6 Tổng quan về các loại dao cắt trong nông nghiệp 28

1.6.1 Cấu tạo của một số máy băm thái thông dụng 28

1.6.2 Các vấn đề liên quan đến dao cắt 30

1.6.3 Một số loại dao cắt trong máy thu hoạch mía đường 31

1.6.4 Các phương pháp cắt 33

1.7 Kết luận 35

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 36

2.1 Xây dựng bài toán thiết kế máy 36

2.1.1 Nguyên lý làm việc: 36

2.1.2 Phân tích kết cấu máy: 37

2.1.3 Đặt lời giải bài toán tính toán thiết kế 37

2.2 Thiết kế chung máy cắt gốc mía 38

2.2.1 Tính toán thông số bộ phận cắt 38

2.2.2 Tính toán thông số trên các trục công tác 38

2.2.3 Tính toán bộ truyền đai 40

2.2.4 Tính toán trục 46

2.3 Tính toán thiết kế cụm dao cắt 53

2.3.1 Tính toán đĩa dao 53

2.3.2 Tính toán và thiết kế lưỡi dao 53

2.3.3 Tính toán và thiết kế mặt bích 54

2.3.4 Tính toán và thiết kế trục dao 55

2.4 Kết luận : 56 CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 58

3.1 Tổng quát các nội dụng thực hiện đề tài nghiên cứu 58

3.2 Phương pháp nghiên cứu 59

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 59

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 59

3.3 Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào và phương pháp xác định 60

3.3.1 Xác định các biến số ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu 60

3.4 Xác định các hàm mục tiêu và phương pháp xác định 62

3.4.1 Phương pháp xác định năng suất cắt gốc 63

3.4.2 Phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu 63

3.4.3 Phương pháp xác định vết cắt (mức độ sắc ngọt của lát cắt bảo đảm tiêu chuẩn lưu gốc) 64

3.4.4 Phương pháp xác định độ sót 66

3.5 Các thiết bị đo và phương pháp đo 66

3.5.1 Máy đo số vòng quay của đĩa dao 66

3.5.2 Ca nhựa chia vạch dung để đo nhiên liệu tiêu thụ 67

3.5.3 Dụng cụ đo đường kính cây gốc cây mía 67

3.5.4 Dụng cụ xác định độ mấp mô mặt đồng 68

3.5.4 Đông hồ bấm giây 68

3.5.5 Các dụng cụ đo khác 68

3.6 Phương pháp sử dụng trong thực nghiệm 68

3.6.1 Mô tả tổng quát phương pháp 68

3.6.2 Các bước xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm 70

3.6.3 Giới thiệu về chương trình SPSS Statistics 17.0 71

CHƯƠNG 4 KHẢO NGHIỆM MÁY VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 74

4.1 Khảo sát sơ bộ cánh đồng mía trước khi khảo nghiệm 74

4.1.1 Khảo sát xác định chiều sâu rãnh mía và chiều cao luống mía 74

4.1.2 Khảo sát xác định mật độ cây mía và phân bố gốc mía 75

4.1.3 Khảo sát xác định đường kính gốc mía lúc cắt 77

4.1.4 Khảo sát và xác định mật độ gốc mía trước khi cho máy làm việc 78

4.2 Báo cáo kết quả khảo nghiệm máy cắt gốc mía chạy không tải 81

4.3 Các công việc chuẩn bị khảo nghiệm có tải 82 4.4 Kết quả khảo nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến các hàm mục

tiêu khi máy cắt gốc mía làm việc 84

4.4.1 Xác định ảnh hưởng của vận tốc cắt của dao cắt đến năng suất 85

4.4.2 Xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến tiêu hao nhiên liệu 86

4.4.3 Xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến vết cắt 87

4.4.4 Xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến độ sót gốc mía 89

4.5 Kết quả khảo nghiệm ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến các hàm mục tiêu khi máy cắt gốc làm việc 90

4.5.1 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến năng suất 91

4.5.2 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến tiêu hao nhiên liệu 92

4.5.3 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến chất lượng vết cắt 94

4.5.4 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến độ sót gốc 95

4.6 Kết luận 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

1 Kết luận 97

2 Kiến nghị 99

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 105

Phụ lục 1 Bản vẽ máy chặt gốc mía 105

Phụ lục 2 Tính hộp số và Kiểm nghiệm bền các chi tiết máy chặt gốc mía 112

Phụ lục 3 Quy trình công nghệ chế tạo 125

Phụ lục 4 Số liệu về gốc mía và ruộng trước khi cắt 129

Phụ lục 5 Giới thiệu một số hình ảnh khảo nghiệm máy 134

Phụ lục 6 Bảng kết quả phân tích hồi quy 138

Phụ lục 7 Phương pháp phân tích hồi quy trong spss statistics 17.0 143

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 147

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình canh tác mía trồng mới 5

Hình 1.2 Ruộng mía sau khi đốt lá để chuẩn bị băm cắt góc mía 6

Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của cây mía 11

Hình 1.4 Công cụ và cách thức thu hoạch mía bằng lao động thủ công 13

Hình 1.5 Gốc mía sau thu hoạch thủ công 13

Hình 1.6 Mía được lưu vụ khi để tự nhiên ( không cắt gốc) 14

Hình 1.7 Cắt mía lưu gốc bằng lao động thủ công 14

Hình 1.8 Máy chặt mía gốc mía do nông dân ở Tỉnh Khánh Hòa chế tạo 15

Hình 1.9 Mô hình cắt gốc mía mô phỏng dạng 3D của [18] 22

Hình 1.10 Mô hình thực nghiệm cắt gốc mía của Nikhil D (2018) [19] 22

Hình 1.11 Mô hình thực nghiệm cắt gốc mía của P M Zode (2015) [21] 23

Hình 1.12 Dạng dao cắt gồm các dạng lưỡi bố trí trên đĩa 23

Hình 1.13 Các dạng dao cắt dạng đĩa 24

Hình 1.14 Hệ thống cắt trong khi thu hoạch thân cây cao lương [22] 26

Hình 1.15 Cụm đĩa dao và lưỡi dao 27

Hình 1.16 Mẫu máy thu hoạch mía CH 28

Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo các bộ phận máy thái rau, cỏ, rơm [22] 29

Hình 1.18 Sơ đồ máy băm rau củ [24] 30

Hình 1.19 Sơ đồ góc lưỡi dao từ trên cao [18] 32

Hình 1.20 Lưỡi dao với các bước răng cưa khác nhau 33

Hình 1.21 Mô tả vị trí dao cắt gốc mía bằng dao cắt dạng đĩa [5] 34

Hình 1.22 Phân loại thiệt hại trong quá trình cắt (Kroes, 1997) [14] 34

Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của máy 36

Hình 2.2 Phần chung của máy 38

Hình 2.3 Bộ truyền đai 40

Hình 2.4 Bản vẽ lưỡi dao 54

Hình 2.5 Bản vẽ mặt bích 54

Hình 3.1 Lưu đồ thực hiện đề tài của luận văn 58

Hình 3.2 Dụng cụ đo số vòng quay và phương pháp đo số vòng quay 66

Hình 3.3 Ca nhựa chia vạch đo tiêu thụ dầu diesel loại 250 – 1000 ml 67

Hình 3.4 Cấu tạo thước kẹp 67

Hình 3.5 Dụng cụ xác định độ mấp mô mặt đồng 68

Hình 3.6 Đồng hồ bấm thời gian 68

Hình 3.7 Minh họa mô hình hộp đen 69

Hình 3.8 Màn hình quản lý dữ liệu (data view) 71

Hình 3.9 Mô phỏng màn hình quản lý biến (variable view) 72

Hình 4.1 Độ mấp mô đáy luống ảnh hưởng đến chiều cao cắt gốc mía 75

Hình 4.2 Sơ đồ mặt luống 76

Hình 4.3 Sơ đồ phân bố gốc mía trồng 2 hàng 78

Hình 4.4 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và năng suất của máy cắt gốc mía 86

Hình 4.5 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và tiêu hao nhiên liệu 87

Hình 4.6 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và vết cắt 88

Hình 4.7 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và độ sót 90

Hình 4.8 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và năng suất 92

Hình 4.9 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và tiêu hao nhiên liệu 93

Hình 4.10 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và vết cắt 94

Hình 4.11 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và độ sót 96

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Sự thay đổi của mía đường theo thời gian bảo quản [1] 5

Bảng 1.2 Mô tả các dạng dao cắt và đĩa lắp dao dùng trong thực nghiệm lắp thu hoạch mía nguyên cây [4] 16

Bảng 1.3 Đặc tính về các loại dao cắt sử dụng trong thực nghiệm [4] 17

Bảng 1.4 Đặc tính về các loại đĩa dao sử dụng trong thực nghiệm [4] 17

Bảng 1.5 Phân loại các hư hại trên gốc mía sau khi thực nghiệm cắt 19

Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật thiết kế [22] 25

Bảng 1.7 Thông số máy CH 28

Bảng 1.8 Bảng thông số cơ bàn của máy cắt gốc mía 35

Bảng 2.1 Những chi tiết cần gia công 56

Bảng 3.1 Bảng quy đổi giá trị vết cắt 65

Bảng 4.1 Kết quả đo gốc mía trước khi khảo nghiệm 79

Bảng 4.2 Tình trạng các đồng mía trước khi đưa máy vào khảo nghiệm 80

Bảng 4.3 Khảo nghiệm xác định các giá trị vận tốc dao cắt theo cách thay đổi puly (1) ( 2) ( 3) (4) 82

Bảng 4.4 Khảo nghiệm xác định các giá trị vận tốc tiến của máy theo cách thay đổi pully (1’) ( 2’) ( 3’) (4’) 83

Bảng 4.5 Bảng số liệu khảo nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến 84

Bảng 4.6 Bảng số liệu thử nghiệm với vận tốc tiến của máy thay đổi 91

U d1 Tỉ số truyền của đai 1

U d2 Tỉ số truyền của đai 2

Cv Hệ số ảnh hưởng của vận tốc

𝐂𝛂 Hệ số xét ảnh hưởng góc ôm đai

C l Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai

C 2 Hệ số xét đến phân bố tải trọng

C r Hệ số ảnh hưởng của chế độ tải trọng

𝜹𝒓 Giá trị mòn của đai thang

𝝈𝒄𝒉 ứng suất giới hạn chảy Mpa

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Gốc mía có khả năng tái sinh nảy chồi mạnh, lợi dụng đặc điểm này người ta giữ lại gốc để thu hoạch tiếp một số năm Một ruộng mía tốt, đất đai thích hợp có thể để gốc cho thu hoạch từ 5-7 năm Ở nước ta, trừ những vùng đất thấp thường bị ngập nước làm chết gốc, còn lại thường để gốc trung bình khoảng 2 năm Chu kỳ kinh tế của ruộng mía thường là 1 vụ mía tơ và 2 vụ mía gốc Để mía gốc có nhiều lợi ích như giảm được chi phí sản xuất 30% so với trồng mới (chi phí làm đất, hom giống và công trồng) Mía gốc đẻ nhánh nhiều, nếu được chăm sóc tốt thì năng suất mía cây và hàm lượng đường của mía gốc có thể cao hơn mía tơ Theo điều tra của Viên Nghiên Cứu Mía Đường từ năm 1984-1986 tại Bến Lức (Long An) trên 5 giống mía được trồng phổ biến cho thấy năng suất trung bình của mía tơ là 48 tấn/ha, mía gốc vụ 1 là 58,8 tấn/ha Ngoài ra thời gian sinh trưởng vụ mía lưu gốc ngắn hơn, thu hoạch sớm hơn

vụ mía tơ khoảng 1 tháng

Việc khẩn trương xử lý gốc mía sau thu hoạch và chăm sóc kịp thời, đúng kỹ thuật tạo điều kiện cho mầm mía mọc nhanh và đều hơn là những yêu cầu quan trọng khi thực hiện vụ mía lưu gốc

Để thực hiện lưu gốc cho vụ sau có năng suất cao, gốc mía sau thu hoạch thủ công phải được cắt sát gốc với lát cắt sắc cùng với việc loại bỏ các cây mía bị chết và các chồi non còn sót lại trên gốc để gốc mía tái sinh đồng đều Việc cắt sát gốc và sắc cùng với việc xử lý các chồi non mọc sớm trên gốc mía hiện đang được người dân trồng mía sử dụng bằng cuốc Việc dùng cuốc và lao động thủ công xử lý gốc mía vừa cho chất lượng cắt gốc không sắc, năng suất thấp , tốn nhiều nhân công, trong khi lao động trong nông nghiệp thì ngày càng thiếu hụt

Nhằm góp phần cơ giới hóa khâu cắt gốc mía sau thu hoạch để tiến hành cày vùi đất

vào gốc để lưu vụ mía có năng suất cao, Học viên thực hiện đề tài “ Nghiên cứu, thiết

kế, chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công”

- Khảo sát thực tế các khu vực trồng mía trong khu vực vùng Đồng Nam Bộ

- Tham khảo những video về máy thu hoạch mía hiện đại

4 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài áp dụng nghiên cứu lý thuyết để tính toàn thiết kế máy

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng chế độ làm việc của máy

5 Nội dung thực hiện

- Khảo sát về cây mía sau khi thu hoạch tại các nông trường, HTX trồng mía khu vực miền Đông Nam Bộ

- Lựa chọn nguyên lý máy cắt gốc mía phù hợp với điều kiện trồng mía khu vực miền Đông Nam Bộ

- Thực hiện tính toán, thiết kế và chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch bằng thủ công

- Khảo nghiệm máy để đánh giá về chỉ tiêu kỹ thuật và xây dựng chế độ làm việc của máy

- Nghiên cứu của luận văn khi khảo nghiệm chọn các ruộng mía có độ nhấp nhô đỉnh luống và đáy luống tốt nhất Sai lệch cao độ nhấp nhô < 3% nên xem như yếu tố

nhấp nhô mặt luống và đáy luống là không đáng kể nên không xét đến độ cao gốc mía tại các vị trí máy làm việc

7 Ý nghĩa của đề tài

- Cơ giới hóa cắt gốc mía đạt chất lượng nhằm bảo đảm khả năng lưu gốc để cây mía

có thể lên mầm tốt

- Việc cắt gốc mía bằng máy để lưu vụ cho phép giảm nhân công cho công đoạn xử

lý sau thu hoạch mía trên đồng

- Góp phần tạo ra được một mẫu máy phục vụ cơ giới hóa canh tác cây mía

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Vấn đề cơ giới hóa cây mía

1.1.1 Các vấn đề tổng quát

Đường có ý nghĩa rất quan trọng đối với cơ thể người, đường còn là nguyên liệu trong ngành công nghiệp như: đồ hộp, bánh kẹo, hóa học, nước ngọt …vì vậy cây mía là cây trồng quan trọng của nước ta, do đó ngày 15/2/2007/QĐ-TTG phê duyệt quy hoạch phát triển mía đường đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020, đến năm

2020 nước ta sẽ sản xuất được mỗi năm 2,1 triệu tấn đường, phát triển diện tích trồng mía đạt 300.000 ha, năng suất đạt 80 tấn/ha, hàm lượng đường trong mía bình quân đạt 12CCS (commercial cane sugar) Để đạt được mục tiêu đó, một trong những giải pháp quan trọng được vạch ra là: thực hiện đồng bộ về giống, đầu tư cơ sở hạ tầng,

kĩ thuật thâm canh, áp dụng cơ giới hóa để tăng năng suất, chất lượng của cây mía Bài toán đặt ra là phải tìm ra một giải pháp khoa học và công nghệ nhằm cơ giới hóa cây mía

Hiện nay bà con nông dân vẫn phải thu hoạch bằng phương pháp truyền thống, thủ công, thực tế thì hàm lượng đường trong cây mía sau khi thu hoạch giảm nhanh, vì vậy phải vận chuyển cây mía về nhà máy và ép càng nhanh càng tốt

Qua kết quả nghiên cứu cho thấy nếu mía được ép sau khi chặt 8 ngày thì năng suất đường giảm 20%, trong thời gian bảo quản mía các chỉ tiêu quan trọng như chất khô, thành phần đường, độ tinh khiết, hàm lượng đường khử thay đổi nhiều

Để hạn chế chế tổn thất đường sau khi thu hoạch mía, thường có các biện pháp làm giảm lượng bốc hơi trong cây mía như: chất thành đống, dùng lá mía ẩm ướt để che mía lúc vận chuyển và dùng nước tưới vào mía

1.1.2 Các công đoạn khi thu hoạch mía

- Róc bỏ lá, bỏ ngọn, chặt đọt (nếu sử dụng làm giống), chặt gốc xếp thành bó

- Thu hoạch vận chuyển lên xe hoặc ghe

- Vận chuyển mía về nhà máy

- Chuyển qua khâu bốc xếp, cân đo, chuyển vào băng chuyền chế biến mía tại nhà máy

Bảng 1.1 Sự thay đổi của mía đường theo thời gian bảo quản [1]

Số ngày sau

khi chặt

Hàm lượng chất khô (%)

Thành phần đường (%)

Độ tinh khiết (%)

Hàm lượng đường khử (%)

1.1.3 Các công đoạn sau khi thu hoạch mía

- Vệ sinh đồng ruộng, dùng cuốc dao, để bạt (chặt) sát gốc những cây cao, nhằm loại

bỏ cây mầm hay cây bị bệnh sót lại từ vụ trước

- Tiến hành gom lá mía lại và đốt lá mía

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình canh tác mía trồng mới

1.1.4 Sự cần thiết áp dụng cơ giới hóa, khoa học kĩ thuật vào canh tác mía

Theo lộ trình đến năm 2020, tỷ lệ cơ giới hóa nông nghiệp của chúng ta phải đáp ứng được 32,6% nhu cầu của thị trường Mức độ trang bị động lực cho nông nghiệp của Việt Nam hiện nay được coi là thấp hơn nhiều so với các nước trong khu vực và châu

Làm đất

Cày, chăm sóc, bón phân

Băm gốc mía

Thu hoạch Rạch hàng

Á Tuy nhiên, với ngành mía đường thì việc “mạnh tay” để đầu tư cơ giới hóa vào một số vùng mía đường đang được coi là có tính chất dẫn đầu và tạo ra những hiệu quả rõ rệt

Bước đột phá lớn trong những năm qua, hiệu quả canh tác mía tại vùng nguyên liệu đông Gia Lai đã thể hiện tính ưu việt của cơ giới hóa Mặc dù các hộ trồng mía trong vùng nguyên liệu chưa áp dụng đồng bộ, vẫn còn một số công đoạn trong sản xuất làm theo cách truyền thống, nhưng năng suất bình quân cây mía đã tăng từ 50 tấn lên trên 65 tấn/ha Lợi ích trông thấy, gần đây nông dân trong vùng nguyên liệu đông Gia Lai ngày càng chú tâm đầu tư cơ giới hóa cho cây mía

Hình 1.2 Ruộng mía sau khi đốt lá để chuẩn bị băm cắt góc mía

Niên vụ trồng mía 2011-2012, tại khu vực này mới chỉ có hơn 2.118 ha mía được nông dân đầu tư cơ giới hóa, tập trung ở các khâu như: làm đất, trồng, chăm sóc, bón phân Bằng việc đầu tư cơ giới hóa ở các khâu này, đã cho thấy những hiệu quả rõ rệt nên đến niên vụ 2013-2014, bằng việc đầu tư nên đã có hơn 5.359 ha được thực hiện Đặc biệt, người trồng mía nhận thấy ưu điểm trong khâu trồng bằng máy nên đã mạnh dạn thay đổi tập quán canh tác, diện tích trồng mía bằng máy tăng từng năm

Theo thống kê năng suất thực thụ, những cánh đồng lớn áp dụng cơ giới hóa đồng bộ

đã đưa năng suất đạt đến gần 120 tấn/ha, cao hơn những diện tích đầu tư cơ giới không đồng bộ từ 10 - 20 tấn/ha và cao hơn diện tích canh tác truyền thống từ 30 - 40 tấn/ha[2] Không những chỉ đầu tư cơ giới hóa đồng bộ vào các diện tích mía đường được trồng mà năm 2014, Công ty CP Đường Quảng Ngãi còn mạnh dạn đầu tư một máy thu hoạch mía từ tập đoàn nổi tiếng của châu Âu với giá 10 tỷ đồng Chiếc máy này sẽ hoạt động thử nghiệm để nông dân quen dần với phương thức trồng theo định

vị, để máy thu hoạch thuận lợi khi hoạt động

Khi việc cơ giới hóa được nông dân mở rộng và đầu tư chiều sâu, thì việc mở rộng vùng nguyên liệu đông Gia Lai lên 30.000 ha nằm hiện đang trong tầm tay Nếu như trước đây, thiết bị của nhà máy đường An Khê được sử dụng của Trung Quốc thì nay

đã thay thế hoàn toàn thiết bị mới được nhập từ các nước tiên tiến như Đức, Mỹ, Italia Nhờ cơ giới hóa vào đồng ruộng, cây mía ở đây đã cho năng suất, chất lượng cao, cộng với tiết kiệm được lao động và sản xuất nên hiệu quả kinh doanh của các công ty đã tăng cao hơn

1.2 Các máy canh tác cây mía

Để đạt được mục tiêu giảm chi phí, tăng năng suất và chất lượng cây mía Cần áp dụng đầu tư cơ giới hóa trong canh tác mía để giúp cây mía và sản phẩm từ mía có thể đứng vững trong thời kỳ hội nhập và cạnh tranh như hiện nay

1.2.1 Máy làm đất trồng mía:

Giúp công việc làm đất, đánh luống, xới đất, vun trồng… trở nên nhanh chóng tiện lợi, tiết kiệm thời gian cũng như là tăng hiệu quả công việc trồng mía

1.2.2 Máy cắt hom mía và máy trồng hom mía:

Tăng năng suất, rút ngắn thời gian, giảm chi phí nhân công, đảm bảo khoảng cách giữa các hàng mía Máy trồng mía:

- Tự động trồng mía theo hàng

- Khối lượng máy: 1.000 kg

- Công suất có thể đạt 0,4 - 0,6 ha/h

- Năng suất máy trồng hom: trồng được 45.000 – 60.000 hom mía/giờ

- Khoảng cách giữa các hom mía: 15 - 20 cm

1.2.3 Máy bón phân cho cây mía:

- Bón phân theo từng quá trình phát triển của cây mía

- Bón lót cho mía khi mía trong giai đoạn trước khi đặt hom, xới trộn phân cho đều với lớp đất mặt

- Bón thúc

1.2.4 Máy phun thuốc trừ sâu bệnh

- Giai đoạn 1: từ 30 đến 40 ngày tuổi sử dụng các loại thuốc diệt cỏ được khuyến cáo

để phun giữa các hàng mía(tránh phun vào ngọn và lá mía)

- Giai đoạn 2: từ 2 đến 4 tháng tuổi, nếu xuất hiện cỏ nhiều do làm cỏ không kịp hoặc

do trước đó không trừ cỏ, có thể sử dụng thuốc trừ có tiếp xúc

1.2.5 Máy thu hoạch mía

- Giúp nông dân giảm bớt lao động chân tay, đẩy mạnh thực hiện cơ giới hóa, làm thay đổi tập quán sản xuất thủ công, tiết kiệm thời gian, chi phí

- Mía được máy chặt sát gốc, lá mía được tự động băm nhỏ để chủ mía không tốn

công thu dọn gốc mía cũng như dễ dàng cho việc chăm sóc mía vụ sau

1.2.6 Máy nâng mía lên xe vận chuyển

Việc vận chuyển mía từ ruộng mía lên xe vận chuyển không phải là việc dễ dàng vì

số lượng mía vô cùng lớn, khối lượng từng bó mía rất nặng Vì vậy máy nâng mía lên

xe vận chuyển đã đáp ứng được nhu cầu này của người trồng mía cũng như người mua mía

- Máy đơn giản nhỏ gọn, có độ cơ động cao, dễ dàng vận chuyển máy

- Máy có thể vận chuyển mía lên độ cao từ 3-4 m

1.2.7 Máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công

- Để việc trồng mía cho vụ sau thì cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công là việc tất yếu

- Mía sau thu hoạch thủ công cần được cắt sát gốc nhưng phải đảm bảo độ an toàn của gốc mía, không ảnh hưởng đến sự phát triển của mầm mía cho vụ sau

- Tiết kiệm đươc thời gian, thay vì cắt gốc mía thủ công bằng nhân công, ta thực hiện cắt gốc mía bằng máy rút ngắn được thời gian cho vụ mía sau

1.3 Tổng quan về cây mía

1.3.1 Giới thiệu

Từ lâu cây mía đã được con người ưa thích vì giá trị sử dụng phong phú của nó, mía

là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất trong công nghiệp đường của thế giới Mía là cây có giá trị kinh tế cao Cây mía ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Ngành mía đường việt nam đã có những bước phát triển vượt bậc

kể từ khi thực hiện chương trình một triệu tấn đường do Nghị quyết Đại hội Đảng lần thứ 8 đề ra Hơn 10 năm qua sản xuất mía đường đã góp phần phát triển kinh tế nước nhà, nhất là về nông nghiệp và phát triển nông thôn Cây mía đóng vai trò quan trọng trong việc xóa đói giảm nghèo, thậm chí làm giàu, chuyển dịch cơ cấu giống cây trồng ở một số vùng, tạo việc làm cho hơn một triệu lao động nông nghiệp và hàng vạn lao động công nghiệp Trong những năm qua, tốc độ tăng năng suất mía của nước

ta đạt mức 2%/năm - rất cao so với mức bình quân của thế giới là 0,8%/năm nhưng

vì điểm xuất phát quá thấp (45 tấn/ha) nên năng suất mía bình quân của nước ta còn kém xa so với các nước trong khu vực và trên thế giới Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến năng suất và chất lượng mía thấp như: khâu tuyển chọn giống, kỹ thuật canh tác

và tưới nước, đặc biệt là việc sử dụng các loại phân bón, số lần bón phân/vụ, tỉ lệ các loại phân bón không cân đối nhiều đạm, ít kali; áp dụng tiến bộ khoa học vào sản xuất còn hạn chế…chính vì thế sử dụng các mức phân bón hợp lí, đặc biệt là phân kali để tăng năng suất và chất lượng mía là con đường gần nhất làm giảm giá thành sản xuất cũng như giúp ngành mía đường nước nhà phát triển và hội nhập quốc tế

1.3.2 Tình hình phát triển cây mía đường tại Việt Nam

Theo báo cáo của Hiệp hội Mía đường Việt Nam [2], trong giai đoạn 2014-2018, diện tích mía bình quân đạt gần 300 nghìn ha/năm Trong đó có 2 vụ đạt diện tích cao nhất

là niên vụ 2013-2014 và 2014-2015, đạt trên 300.000 ha Tuy nhiên, niên vụ

2015-2016 và 2015-2016-2017, diện tích đã giảm còn 268.300 ha Nguyên nhân giảm diện tích

do tác động của biến đổi khí hậu, hạn hán, xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long, duyên hải miền Trung - Tây Nguyên, thiên tai bão, lũ, ảnh hưởng của hiện tượng El-nino…

Về chất lượng mía, ổn định ở mức gần 10 CCS (chử đường), tuy có tác động của thời tiết, khí hậu nhưng trong niên vụ 2016-2017 vẫn đạt xấp xỉ 10 CCS Về công suất thiết kế nhà máy, tiếp tục được đầu tư nâng cấp mở rộng, vì vậy niên vụ 2016-2017 đạt trên 150.000 tấn mía/ngày, dự kiến niên vụ 2017 - 2018 đạt trên 160.000 tấn mía/ngày.Về sản lượng, trong giai đoạn 2014-2018, đã sản suất được 56.588.373 tấn mía và 5.484.570 tấn đường, đảm bảo nhu cầu tiêu dùng đường trong nước Riêng niên vụ 2013-2014, đã sản xuất được hơn 16 triệu tấn mía và gần 1,6 triệu tấn đường,

là năm có sản lượng đường cao nhất trong 22 năm phát triển ngành mía đường Hiện tại ngành mía đường có 95% diện tích vùng nguyên liệu mía được các nhà máy

ký hợp đồng đầu tư – tiêu thụ sản phẩm với người trồng mía Các nhà máy đều có chính sách đầu tư hỗ trợ cho nông dân sản xuất mía nguyên liệu như: giống, vật tư nông nghiệp, cơ giới hóa, sửa chữa hệ thống giao thông nội đồng, tưới tiêu, xây dựng các mô hình thâm canh…

Nhìn chung, trong giai đoạn 2014-2018, cây mía vẫn khẳng định được vị trí trong hệ thống cây trồng ngành nông nghiệp Sản xuất mía đường cơ bản đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng đường trong nước, tham gia bình ổn thị trường giá cả trong nước [2]

1.3.3 Cấu tạo cơ bản của thân mía

Mía là một loại cỏ nhiệt đới cao; nó tạo thành một thân cây không phân nhánh với chiều cao trung bình 3-4 m Đường kính có thể thay đổi từ 2,5-5 cm Các sợi tế bào được sắp xếp theo hình xoắn ốc, được gọi là microfibrils, giúp thân cây đứng vững Thân cây được chia thành các khúc và các khớp (Hình 1.3) Cấu trúc không gian bên trong khúc yếu hơn khớp, nhưng lực cắt cần thiết được xác định chủ yếu nằm ở phần trong thân mía [3]

Thân mía là đối tượng được thu hoạch và là nơi dự trữ đường được dùng làm nguyên

liệu chính để chế biết đường ăn Thân mía cao trung bình 2-3 m , một số giống mía khác có thể cao 4-5 m Thân mía được hình thành bởi nhiều đốt hợp lại Chiều dài mỗi đốt từ 15-20 cm, trên mỗi đốt có mắt mía, đai sinh trưởng , đai rễ , sẹo lá…Tùy theo từng giống mà đốt mía có nhiều hình dạng khác nhau như hình trụ, hình trống, hình ống chỉ Thân đơn, không cành không nhánh, trừ một số trường hợp bị sâu bệnh

Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của cây mía

1.3.4 Các loại mía đường tại việt nam

Giống mía đường đang trồng phổ biến ở các vùng mía ở nước ta hiện nay phải kể tới vài chục, chủ yếu là giống mía nhập nội có nguồn gốc từ nhiều quốc gia trên thế giới

Trong khoảng 10 năm trở lại đây Viện nghiên cứu mía đường Bến Cát đã lần lượt kết luận đưa vào sản xuất một số giống mía mới do Viện lai tạo mang kí hiệu VN, đánh dấu một mốc quan trọng trong lịch sử ngành mía đường Việt Nam Dưới đây là đặc điểm của những giống mía đang trồng đại trà trong sản xuất và một số giống mới đang được nhân rộng để đưa vào cơ cấu giống sản xuất ở các vùng mía [3]

a Giống mía F.156:

Nguồn gốc: Nhập từ Đài Loan vào miền nam nước ta trước năm 1975 Viện nghiên cứu mía đường nghiên cứu, tuyển chọn đến năm 1987 được công nhận là giống mía quốc gia

d Giống mía F.154:

Nguồn gốc: Của Đài Loan nhập vào miền nam nước ta trước năm 1975 Từ năm

1976 viện nghiên cứu mía đường đã nghiên cứu tuyển chọn, năm 1988 được phép khu vực hóa ở vùng mía các tỉnh miền Đông Nam Bộ và một số nơi khác Là giống

có triển vọng

e Giống mía C.819-67:

Nguồn gốc: Nhập nội từ Cu Ba, do viện nghiên cứu mía đường nghiên cứu tuyển chọn, đã được khu vực hóa ở vùng mía các tỉnh miền Đông Nam Bộ

g Giống mía chín sớm ROC16:

Nguồn gốc: Nhập từ Đài Loan do công ty mía đường Biên Hòa tuyển chọn và khảo nghiệm đã được khu vục hóa năm 1997

1.4 Vấn đề chăm sóc mía lưu gốc và máy băm gốc mía

Trong canh tác mía hiện nay, người trồng mía thường canh tác 1 vụ mía tơ (mía trồng mới) và 2 vụ mía gốc (chăm sóc gốc mía sau thu họach của vụ trước) So với mía tơ thì mía gốc có năng suất cao hơn khoảng 10 tấn/ha/vụ, chi phí thấp hơn 30% (do giảm được công lao động, giống…), tuy lượng phân bón nhiều hơn 20% nhưng tổng chi phí vẫn thấp hơn 30% nên lợi nhuận từ mía gốc sẽ cao hơn mía tơ

Một số điểm cần chú ý về mía lưu gốc:

- Giống mía lưu gốc phải chọn loại có khả năng tái sinh mạnh Ruộng mía lưu gốc phải chọn ruộng tốt, đồng đều, không bị mất quảng quá 20%, ít bị sâu bệnh

Sau khi thu hoạch xong ruộng mía gốc phải được xử lý, chăm sóc kịp thời tạo điều kiện cho mầm mọc và phát triển Tốc độ cỏ dại mọc sớm hoặc trễ, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết mưa nhiều hay ít

1.5 Tổng quan về các nghiên cứu máy băm gốc mía trên thế giới và Việt Nam

1.5.1 Tình hình trong nước

Hình 1.4 Công cụ và cách thức thu hoạch mía bằng lao động thủ công

Hình 1.5 Gốc mía sau thu hoạch thủ công Hiện nay sau khi thu hoạch bằng thủ công, các gốc mía còn lại trên đồng khá cao do chặt bằng tay, do đó phải chặt bỏ phần cao Sau khi thu hoạch xong, ruộng mía để lưu

gốc phải được xử lý ngay Dùng cuốc hoặc dao thật sắc chặt ngang sát mặt đất theo hàng mía tất cả những gốc chặt còn cao, những cây chết khô và mầm non chưa chặt Công việc này làm bằng tay tốn rất nhiều công lao động mà năng suât rất thấp

Hình 1.6 Mía được lưu vụ khi để tự nhiên ( không cắt gốc)

Hình 1.7 Cắt mía lưu gốc bằng lao động thủ công Thời gian gần đây, nông dân trồng mía cũng đã tự thiết kế máy cắt gốc mía bằng máy cắt cỏ, năng suất được 3.000 - 4.000 m2/ngày, nếu mía thưa; chất lượng cắt bằng máy cắt cỏ vừa có năng suất thấp vừa cho lát cắt không sắc, người lao động phải mang vác rất mất sức Để giải quyết việc cắt gốc mía bằng máy, người trồng mía đã tự thiết kế chế tạo ra máy cắt gốc mía kết hợp với máy xới nhỏ Năng suất của máy đạt 1,5 ha/ngày (mía thưa); 1 ha/ngày (mía dày) Việc thiết kế này chỉ đơn thuần dựa vào

kinh nghiệm và thực tiển trên đồng ruộng mà chưa có một nghiên cứu chính thức

Hình 1.8 Máy chặt mía gốc mía do nông dân ở Tỉnh Khánh Hòa chế tạo

1.5.2 Tình hình các công bố về máy cắt mía trên thế giới

A D Toledo [4] đăng trên tạp chí khoa học nông nghiệp Brasil, năm 2011 cho rằng

việc cắt gốc mía có tầm quan trọng trong đánh giá tổn thất trong thu hoạch và đánh giá ảnh hướng chất lượng lưu gốc mía cho vụ sau Chất lượng cắt gốc mía là nguyên nhân chính gây thiệt hại về tổn thất trong thu hoạch kể cả thủ công và bằng máy Thân cây bị cắt bởi tác động của lưỡi cắt do con người tác động vào hoặc do máy tác động nhưng tác động này thường gây thiệt hại và ảnh hưởng đến gốc mía và có thể làm hỏng hệ thống rễ Anderson và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng cắt gốc mía khi thu hoạch nguyên cây (mía không đốt lá - green sugar cane) bằng máy thu hoạch trong điều kiện nghiên cứu thực nghiệm lắp 5 lưỡi dao trên đĩa quay để nghiên cứu ảnh hưởng đến chất lượng cắt, chiều cao cắt gốc mía , ngoài

ra còn nghiên cứu về chất lượng cắt này gây ảnh hưởng đến gốc và bộ rễ của cây mía khi lưu vụ sau

Bộ dao cắt được tác giả thực hiện gồm 5 loại dao có hình dạng lưỡi khác nhau, bố trí trên đĩa quay, cùng với cách bố trí dao nghiêng Kết quả cho thấy, khi làm việc dao cắt đã gây thiệt hại đáng kể đến bộ rễ, tác giả đã đi đến kết luận nghiên cứu được đạt

ra đã không có khả năng đạt được các kết quả theo mục tiêu do đó yêu cầu các biện pháp khắc phục để cải thiện chất lượng cắt

Bảng 1.2 Mô tả các dạng dao cắt và đĩa lắp dao dùng trong thực nghiệm lắp thu

hoạch mía nguyên cây [4]

- Lưỡi thay nhanh

- Đĩa thay nhanh

(FDTR)

Mello R C và Harris H (2003) trình bày trong [5] đã đánh giá ảnh hưởng của loại lưỡi dao lên việc cắt thân cây mía và kết luận rằng lưỡi dao nghiêng và bước răng cưa

3 mm mang lại kết quả tốt nhất Mello (2005) đã quan sát thấy rằng bước răng cưa 3

mm thể hiện lực cắt cụ thể thấp nhất, nhưng không khác với dạng cắt trơn, cho cả tốc

độ tiếp tuyến 450 và 600 vòng/phút của tốc độ tiếp tuyến của lưỡi dao

P Johnson et al (2012) trình bày trong [6] đã nghiên cứu tốc độ cắt của lưỡi dao đặt

ở góc xiên ảnh hưởng đến năng lượng cắt và kết luận rằng ở góc đặt dao 600 sẽ cho yêu cầu ít năng lượng nhất để cắt thân cây mía

Bảng 1.3 Đặc tính về các loại dao cắt sử dụng trong thực nghiệm [4]

Q Liu et al (2012) [7] thấy rằng dao cắt có dạng lưỡi cưa đòi hỏi ít tốn năng lượng

và lực hơn so với lưỡi phẳng khi cắt thân cây mía và cho thấy rằng chúng có thể mang lại chất lượng cắt mong muốn

Kết luận: Dao cắt gốc lắp trên máy thu hoạch có dạng lưỡi răng cưa cho chất lượng cắt gốc mía tốt nhất bao gồm xét đến chiều cao cắt và độ hư hại gốc và bộ rễ cây mía

M A Momin and al (2017 ) [8] đã đưa ra nghiên cứu 4 loại dao ảnh hưởng đến chất

lượng cắt gốc của cây mía Bốn loại dao thiết kế gồm:một lưỡi dao dạng thẳng thông thường với góc 00, lưỡi dao cong góc 300, lưỡi dao cưa răng cưa và lưỡi cắt dạng thẳng có lớp phủ laser ở mặt dưới Các lưỡi dao được sản xuất bởi Tập đoàn Kondex (Lomira, Wise.) từ thép SAE 10B38 với độ cứng (46 đến 52 HRC) Tất cả các lưỡi dao có chiều dài tổng thể 267 mm, chiều rộng 90 mm, độ dày 4,7 mm, và bảy lỗ gắn 14,5 mm đường kính cách nhau 25,4 mm Mỗi lưỡi nặng 800 g, ngoại trừ lưỡi dao góc cạnh, nặng 750 g, lưỡi dao thẳng đứng và góc nghiêng 30 ° có các cạnh trơn, lưỡi cưa răng cưa được tạo ra với một cạnh răng cưa cong phía trước bao gồm một loạt bảy mũi nhỏ ở đầu để cải thiện sự tương tác lưỡi với thân và cung cấp sự kết hợp của cắt và tác động cắt Mỗi lưỡi dao được chế tạo để thử nghiệm với hai cạnh cắt, ngoại trừ lưỡi dao góc cạnh, được gia công chỉ với một cạnh Đối với sản xuất quy mô lớn, mỗi lưỡi dao sẽ được sản xuất với bốn cạnh cắt, tương tự như lưỡi dao tiêu chuẩn công nghiệp hiện tại, ngoại trừ lưỡi dao an toàn, có hai lưỡi cắt

P C Johnson et al (2012) trong [6] chỉ ra rằng dao cắt có góc nghiêng 60O cho kết quả tiêu thụ công suất ít nhất Để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng của việc thu hoạch mía

Q Liu et al (2007) trong [7] đã thực nghiệm và đưa ra kết luận vận tốc cắt tối thiểu

22 m/s , dao cắt cho chất lượng cắt tối ưu, khác với khuyến cáo trước đó Lý do có thể là sự khác biệt về góc nghiêng lưỡi (00) và góc nghiêng đĩa cắt (80)

Trong điều kiện của phòng thí nghiệm, Mello và Harris (2000.2003) [5] đã đánh giá Lưỡi cắt của dao ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng cắt gốc của cây mía hiệu suất của một đĩa cắt cơ sở được trang bị lưỡi cắt có các cạnh cắt nhẵn và răng cưa

Bảng 1.5 Phân loại các hư hại trên gốc mía sau khi thực nghiệm cắt

trên máy thu hoạch [9]

Anderson de Toledo et al (2013) trình bày trong [4] báo cáo rằng lưỡi cắt nghiêng từ trục vuông góc của dao cắt cơ bản tạo ra ít sát thương mía và lưỡi răng cưa, kết hợp với đĩa cắt cơ bản tiêu chuẩn của ngành, tạo ra chiều cao cắt tuyệt đối trong phạm vi

từ 0 đến 100 mm

Trong khi các nhà nghiên cứu đã nỗ lực nghiên cứu và tối ưu hóa quá trình và vẫn còn có các tranh luận về cơ chế cắt cơ sở Trong thực tế nhiều hoạt động thu hoạch

sử dụng các lưỡi dao thẳng có lưỡi cắt trơn (đã sử dụng cho nhiều thập kỷ) Tùy thuộc vào loại đất, lưỡi dao cắt cơ bản điển hình được thay thế sau mỗi 8 h sử dụng

Sunil K Mathanker et al (2015) [10] cho rằng cần phải nghiên cứu tối ưu hóa cơ chế

dao cắt cơ bản và lưỡi dao thì có thể giảm thời gian bảo trì và giảm tiêu thụ công suất trong khi cải thiện chất lượng cắt Mathanker et al (2015) báo cáo thiệt hại lớn hơn của thân cây và chiều cao gốc cao hơn cho cây mía năng lượng so với cây mía bị cháy khi thu hoạch với lưỡi thẳng

A Momin et al (2017) [8] Cây mía do có hàm lượng chất xơ tương đối cao đường

kính thân cây nhỏ, lưỡi cắt phải được tối ưu hóa để thu hoạch Để tối ưu hóa thiết kế lưỡi cắt, tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ cắt và góc nghiêng lưỡi cắt Kết quả nghiên cứu của tác giả cho thấy năng lượng cắt cụ thể tăng lên với tốc độ cắt Năng lượng cụ thể trung bình thấp nhất là 0,26 J/mm với góc nghiêng cắt là 60° với vận tốc cắt trung bình 7,9 m/s, trong khi năng lượng cắt trung bình cao nhất là 1,24 J/mm để cắt thẳng ở mức cắt trung bình ở vận tốc 16,4 m/s Đối với chi phí năng lượng cắt cụ thể cho thấy có một mối tương quan chặt chẽ với đường kính thân và mặt cắt ngang thân cây Đối với góc nghiêng 30° ở vận tốc cắt trung bình 11,3 m/s, năng lượng cắt dao động từ 4,5 đến 15 J khi đường kính thân của cây mía dao động

từ 11 đến 17 mm So sánh với các nghiên cứu về mía cho thấy việc tối ưu hóa vận tốc cắt và góc nghiêng lưỡi có thể tiết kiệm đáng kể trong việc cắt giảm năng lượng, đồng thời cải thiện chất lượng cắt Nghiên cứu này nhấn mạnh sự cần thiết phải điều tra thêm về quá trình cắt cây, đặc biệt là ở tốc độ cắt cao hơn với các thiết bị cắt với các quán tính khác nhau

Sunil K Mathanker et al (2015) [10] đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của góc

nghiêng của lưỡi dao cắt và tốc độ cắt đến việc giảm tiêu hao năng lượng trong cắt cho thân cây mía

J Prasad and C P Gupta, 1975 [11] cùng các cộng sự đã có nghiên cứu về việc cắt gốc ngô, yêu cầu năng lượng tối thiểu riêng biệt được tìm thấy ở tốc độ cắt là 2,65 m/s

D M McRandal and P B McNulty, 1978 [12] đã chỉ ra là năng lượng cắt cần thiết

để cắt cành lúa miến cho thấy tối thiểu là 2,9 m/s Giống như nghiên cứu ngô của Prasad & Gupta, 1975, năng lượng cắt tăng lên khi tốc độ cắt giảm xuống dưới 2,9 m/s Đối với thu hoạch mía, năng lượng cắt cụ thể đã được tìm thấy tỷ lệ thuận với lưỡi dao

Gupta and Oduori, 1992 [13] tác giả đã có nhiều nghiên cứu khác và đã kiểm tra hiệu quả của góc lưỡi dao và thiết kế lưỡi cắt trên năng lượng cắt Một vận tốc lưỡi phía biên 13,8 m/s, góc nghiêng 350 và góc nghiêng 270 là tối ưu cho dao cắt cơ bản loại dao quay Lực cắt cần thiết để cắt thân cây mía phụ thuộc vào thiết kế lưỡi dao và có

sự khác biệt là 26% giữa hai thiết kế được thử nghiệm Nhiều nghiên cứu khác đã xem xét hiệu quả của đường kính thân cây ảnh hưởng đến năng lượng cắt

Kroes and Harris, 1996a, 1996b trình bày trong [14]Lực cắt và năng lượng cắt tăng lên với hàm lượng chất xơ của cây và đường kính thân Theo Kroes & Harris, (1996) trình bày trong [11] cho ra Năng lượng cắt tăng từ 15 đến 20 J khi đường kính mía tăng từ 20 đến 30 mm trong khi cắt ở tốc độ máy là 20 m/s Theo Igathinathane và cộng sự (2010) cho rằng tổng năng lượng cắt của các gốc thân ngô khô thay đổi với diện tích mặt cắt ngang thân cây và nó dao động từ 11,3 đến 23,5 kN.m-1

Q Liu et al (2012.) [15] lưỡi dao răng cưa yêu cầu lực cắt ít hơn 35% so với lưỡi dao phẳng xuất phát ở tốc độ cắt 1,7 m/s Với các số liệu công bố trên cho thầy thấy tốc

độ cắt, góc nghiêng của lưỡi dao và đường kính thân cây đóng một vai trò quan trọng trong quá trình cắt thân

Joby Bastian et al (2014), trình bày trong [16] tính chất cơ học của vật liệu thực vật ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của máy thu hoạch Các tính chất cơ học của thân cây mía gồm khả năng chịu uốn, khả năng chống cắt, khả năng chống thấm và khả năng bền nén được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã xác định mô đun của cây mía 86 MPa, ứng suất kháng cắt phạm vi 1.764,56 và 957,48 kN/m2, sức cản thấm xuyên từ 29,74 kN/m2 đến 56,33 kN/m2 và lực nghiền từ 0,75 kN đến 1,53 kN Các thông số này giúp cho việc thiết kế dao cắt mía

S Samaila et al (2012) [17] trình bày trong đã thực nghiệm cho kết quả về năng

lượng sử dụng cho cắt ngọn và gốc cây mía trên máy thu hoạch có giá trị 15,71 Joules

và 23,83 Joules

Hình 1.9 Mô hình cắt gốc mía mô phỏng dạng 3D của [18]

Hình 1.10 Mô hình thực nghiệm cắt gốc mía của Nikhil D (2018) [19]

T Moontree et al (2012) [20] đã nghiên cứu Phát triển máy thu hoạch mía cỡ nhỏ cho

vùng Đông Bắc Thái Lan

P M Zode et al (2015) [21] đã thực hiện nghiên cứu thiết kế máy thu hoạch mía cỡ nhỏ nhằm phù hợp trong canh tác mía cho những nông dân còn khó khăn về tài chính trong việc đầu tư thiết bị thu hoạch Khảo nghiệm mía thực hiện sau 12 tháng trồng

với chiều dài thân cây trung bình 1,8 m, đường kính thân bình quân 0,0254 m; mỗi cụm bao gồm 8 đến 12 thân cây, khoảng cách của mỗi hàng mía là 1,20 m Máy thu hoạch mía sử dụng động cơ nhỏ có thể thực hiện với tốc độ trung bình 1.109,73 m2/h với mức tiêu thụ nhiên liệu 20,03 1ít/h và ở tốc độ di động 0,25 km/h Tỷ lệ thân cây cắt mía là 100% Máy được lắp đặt với hai lưỡi dao với số vòng quay 1.090,5 vòng/phút; tốc độ lưỡi cắt lá là 669 vòng/phút Các thí nghiệm được tiến hành ở ba tốc độ tải 5, 10, và 15 mm/phút

Hình 1.11 Mô hình thực nghiệm cắt gốc mía của P M Zode (2015) [21] Dựa trên kết quả thu được, tốc độ tải có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền cắt và năng lượng cắt thân cây Với tốc độ tải tăng dần thi tiêu hao năng lượng cắt tăng lên Do đó, vận tốc cắt lưỡi dao được khuyến cao nên thiết kế thấp hơn để giảm yêu cầu về năng lượng cắt cây trong quá trình thu hoạch

Hình 1.12 Dạng dao cắt gồm các dạng lưỡi bố trí trên đĩa

Áp lực cắt tác động vào thân cây khi cắt trung bình là 3,64 MPa thay đổi từ 3,03 đến 4,43

MPa Năng lượng cắt trung bình cụ thể được tính là 51,41 mJ/mm2 dao động từ 37,42 đến 64,25 mJ/mm2 Kết quả của nghiên cứu này rất hữu ích cho việc thiết kế và tối ưu hóa các thiết bị liên quan đến cắt gốc mía

M F Oduori et al ( 1992) trình bày trong [13], đã trình bày bài báo động lực học của máy cắt kiểu đĩa quay đĩa có lắp các dao , mô hình toán cơ bản đã chỉ ra dạng dao cắt

Hình 1.13 Các dạng dao cắt dạng đĩa Kiểu đĩa quay là loại dao thông dụng dùng trong nông nghiệp Nguyên lý hoạt động được thực hiện một trong hai loại dao này là chuyển động kết hợp chuyển động quay và chuyển động qua lại Loại dao đĩa quay gồm hai loại, loại 1 là máy cắt có cạnh cắt di chuyển trong mặt phẳng vuông góc với trục quay của chúng, được gọi là

"đĩa" Đĩa cắt máy cắt kể từ khi chuyển động của nó giống như của một máy quay, dịch đĩa Loại này gồm các loại máy cắt dạng đĩa rất phổ biến

O Ghahraei et al (2008) [22] đưa ra thiết kế một mô hình máy thu hoạch cây cao

lương Cao lương là loại cây tương tự như ngô với chiều cao khoảng 3m và thân cây dày 0,5-3cm Cơ chế cắt trong nghiên cứu này có một đĩa dao quay với đường kính

50 cm và bốn lưỡi cắt quay theo chiều kim đồng hồ Thân cây được cắt với lực tác động và lực quán tính với vận tốc khoảng 27 m/s bằng các cắt lưỡi cắt Hệ thống này