Nghiên Cứu Lý Thuyết Và Thực Nghiệm Bộ Phận Cắt Hom Trên Máy Trồng Khoai Mì Mtkm 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

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

1

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

2

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

3

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”

Mục tiêu tổng quát:

Hoàn thiện máy trồng khoai mì theo hướng tự động hóa nhằm nâng cao

hiệu quả kinh tế, kỹ thuật trồng khoai mì bằng cơ giới.

Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt hom mì 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 làm cơ sở để thiết kế bộ phận cắt hom cho máy

trồng khoai mì từ nguyên liệu cây hom nhằm nâng cao năng suất và đảm bảo yêu

cầu kỹ thuật quá trình trồng khoai mì về chiều dài hom cắt, chất lượng cắt hom và

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.

4

+ 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.

5

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).

6

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])

7

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

8

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.