Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái : Báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ

chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái”

Mã số đề tài: 20/1.1CK06

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Ngọc Thoại

Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công nghiệp Tp. HCM

Tp.HCM – 2021

2

LỜI CẢM ƠN

Chủ nhiệm đề tài cùng toàn thể thành viên của nhóm nghiên cứu xin chân thành

cảm ơn Trường đại học Công nghiệp Tp.HCM đã tin tưởng và ủng hộ nhóm nghiên cứu

thực hiện đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên dùng chăm

sóc vườn cây ăn trái”.

Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp (R&Dtech), đã nhiệt tình tư vấn hỗ trợ chúng tôi trong quá trình

thực hiện đề tài này.

Đặc biệt cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình Chị Hòa đã hỗ trợ, giúp đỡ chúng tôi

trong giai đoạn thử nghiệm máy tại trang trại nhà mình.

Nghiên cứu khoa học là một lĩnh vực khó và đòi hỏi tinh thần kiên trì và bền bỉ, trong

nghiên cứu chế tạo máy cắt cỏ theo đề tài này đã trải qua nhiều khó khăn, nhiều cung

bậc cảm xúc khác nhau, nhưng cả nhóm nghiên cứu đã cùng nhau vượt qua và đã đạt

được các mục tiêu đề ra của đề tài. Đây là sự nổ lực rất lớn từ phía các Thầy, các Thành

Viên tham gia đề tài, rất mong các thành viên luôn giữ vững tinh thần này theo bề dày

của thời gian và sự nghiệp để mang đến nhiều đóng góp cho xã hội, xin chân thành

cảm ơn các thành viên tham gia đề tài.

3

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên

dùng chăm sóc vườn cây ăn trái”

1.2. Mã số: 20/1.1CK06

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên(học vị, chức danh) Đơn vị công tác

1 ThS. Trần Ngọc Thoại Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH. Công

Nghiệp TP. Hồ Chí Minh

2 TS. Nguyễn Khoa Triều Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH. Công

Nghiệp TP. Hồ Chí Minh

3 KS. Trần Ngọc Vũ Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp

4 ThS. Nguyễn Minh Cường Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp

5 KS. Nguyễn Nhân Sâm Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp

6 PGS.TS. Bùi Trung Thành Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh, ĐH. Công

Nghiệp TP. Hồ Chí Minh

1.4. Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Công nghiệp Tp. HCM

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 3 năm 2020 đến tháng 4. Năm 2021

1.5.2. Gian hạn ( nếu có): đến tháng..... năm .....

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng..... năm ..... đến tháng ..... năm

1.6. Thay đổi của thuyết minh nếu có:

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 96.785.000 đồng.

4

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đăt vấn đề

Có rất nhiều biện pháp làm cỏ / tiêu diệt cỏ dại hiện nay tại Việt Nam, từ nhổ cỏ thủ

công đến ngâm nước ém cỏ, cày lật, phun thuốc và dùng máy cắt cỏ truyền thống đeo

vai. Trong đó, việc nhổ cỏ thủ công tốn nhiều thời gian và nhân công. Việc ngâm nước

ém cỏ hay cày lật chỉ phù hợp cho vài loại cỏ, vài loại cây trồng. Đặc biệt, hạt giống

của một số loài cỏ tạp có thể sống hàng mấy năm trong đất hoặc trong nước, thậm chí

sau mấy chục năm còn có thể nảy mầm. Ví dụ, cỏ Bobo sống trong ruộng nước đến 5

– 10 năm, hạt của cỏ sống đời nó ở trong đất gần trăm năm vẫn có khả năng nảy mầm

[22]. Về thuốc trừ cỏ, GS. Võ Tòng Xuân có ý kiến rằng “Thuốc trừ cỏ gây ung thư,

càng để lâu càng có tội với dân” [23]. Việc lạm dụng các loại hóa chất diệt cỏ, trừ sâu

bệnh trong thời gian dài không những tàn phá môi trường mà còn để lại hậu quả nặng

nề trước hết với sức khỏe của nông dân - những người thường xuyên tiếp xúc với các

loại hóa chất này và cả những người tiêu dùng. Cùng lúc đó, rất nhiều tai nạn đã xảy ra

do máy cắt cỏ đeo vai. Theo Bác sĩ Phùng Văn Hà cho biết, nguyên nhân phần lớn của

các vụ tai nạn do máy cắt cỏ gây ra là lỗi chủ quan của người sử dụng. Trong quá trình

vận hành, chỉ cần mất tập trung là có thể bị lưỡi máy cắt cỏ văng vào chân hoặc lưỡi

máy chạm vào viên đá, theo quán tính và lực quay người sử dụng sẽ rất dễ bị mất khả

năng kiểm soát [24].

Trước nhu cầu cơ giới hóa khâu làm cỏ,không làm ô nhiễm môi trường, đồng thời

đảm bảo an toàn cho người nông dân, nhóm nghiên cứu máy Nông nghiệp 4.0 thuộc

Viện Nghiên cứu khoa học & chuyển giao công nghệ, Trường Đại học Công Nghiệp Tp

Hồ Chí Minh đề xuất thực hiện đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt

cỏ chuyên dùng chăm sóc các vườn cây ăn quả”.

2. Mục tiêu

a) Mục tiêu tổng quát.

 Làm chủ công nghệ về thiết kế và công nghệ chế tạo máy cắt cỏ hai trống cho

các khu vườn trồng cây ăn quả Việt Nam.

b) Mục tiêu cụ thể.

 Thiết kế, chế tạo được một máy phát cỏ dại phù hợp với điều kiện trồng cây ăn

quả tại các nhà vườn của Việt Nam.

 Xây dựng được chế độ làm việc của máy khi cắt cỏ dại nhà vườn trồng cây ăn

quả tại các nhà vườn trồng cây ăn quả, cắt cỏ dại trên các bãi đất trồng trên

đồng và khu dân cư.

3. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích tổng hợp

- Phương pháp khảo sát

- Phân tích và tổng hợp

5

- Phương pháp cơ học cổ điển của sức bền vật liệu, cơ động lực học và tĩnh học

- Tính toán giải tích

- Phương pháp quy nạp

- Phương pháp năng lượng

- Phương pháp biến đổi hệ thức toán học

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp đánh giá qua thử nghiệm

- Phương pháp chuyên gia (chạy thử, đánh giá, phản biện)

- Phương pháp phân tích hoạt động, ưu nhược điểm

- Phương pháp đánh giá qua thử nghiệm

- Phương pháp chuyên gia (chạy thử, đánh giá, phản biện) phương pháp nghiên cứu

lý thuyết (phân tích và tổng kết kinh nghiệm)

4. Tổng kết và kết quả nghiên cứu

 Hoàn thành các mục tiêu đề tài đã đề ra.

 Thực hiện tính toán, thiết kế, chế tạo được một máy cắt cỏ sử dụng trong các nông

trại trồng cây ăn trái.

 Làm chủ được công nghệ cắt cỏ bằng kết cấu dạng tang trống hay còn được gọi là

kết cấu hai trụ xoay có vành lắp dao kiểu động. Với khả năng nắm bắt được công

nghệ ta hoàn toàn có thể xây dựng được các kế hoạch cái tiến và tối ưu loại máy cắt

cỏ này trong tương lai.

5. Đánh giá kết quả đã đạt được và kết luận

 Đóng góp về mặt hiệu quả kinh tế

Như vậy so sánh chi phí 3 loại hình cắt cỏ gồm cắt bằng liềm và cắt cỏ bằng máy

đeo vai ngoài ưu việt về độ sót và chiều cao gốc cỏ sau cắt thì chi phí dùng máy cắt cỏ

hai dao chỉ bằng 6,68 % chi phí cắt cỏ liềm và bằng 23,53 % cắt cỏ bằng máy đeo vay.

 Đóng góp về mặt học thuật

 Trình bày tổng quan về các máy cắt cỏ trên thế giới và trong nước

 Thiết kế, chế tạo được 3 loai dao cắt, gồm dao cắt loại A là loại dao thẳng có góc

cắt là 0

0

, Dao loại B là dao thẳng góc cắt 300 và dao loại C loại dao răng cưa.

 Bằng phương pháp Taguchi thiết lập ma trận thí nghiệm và cho thấy giá trị vận tốc

0,8m/s cho kết quả làm việc cho 3 loại dao là tốt nhất (Giá trị vận tốc tiến 0,8m/s

đã được nhóm nghiên cứu chọn và thực hiện khảo sát xác định vận tốc dao hợp lý

cho 3 loại dao A, dao B và dao C )

 Đối với vận tốc dao cắt đề tài thực hiện nghiên cứu khảo sát và xét trong phạm vi

30, 35, 40, 45, 50, 55 m/s thông qua bộ truyền động đai.

 Kết quả cụ thể về máy cắt cỏ của đề tài đã đạt được.

6

 Kích thước tổng thể máy:

 Năng suất làm việc: 0,23ha/h

 Lượng tiêu hao nhiên liệu: 8 lít/ha

 Độ sót cỏ sau khi cắt: < 4%

 Tính hiệu quả kinh tế: máy cắt cỏ hai dao chi phí chỉ bằng 6,68 % chi phí cắt cỏ

liềm và bằng 23,53 % cắt cỏ bằng máy đeo vay.

 Xây dựng được một chế độ cắt tối ưu trong quá trình làm việc của máy.

 Tốc độ tiến hiệu quả: 0,8m/s

 Tốc độ dao cắt: 45m/s

 Loại dao cắt: Dao loại răng cưa

6. Tóm tắt kết quả ( tiếng việt và tiếng anh)

TÓM TẮT

Cắt cỏ là một trong những hoạt động được thực hiện thường xuyên theo chu kỳ trong

hoạt động nông nghiệp. Cắt cỏ thường có hai ý nghĩa, thứ nhất cắt cỏ dại để vệ sinh khu

vực đã bị chiếm chỗ, thứ hai cắt cỏ để lấy thức ăn phục vụ cho chăn nuôi hoặc lấy làm

nguồn nguyên liệu phục vụ hoạt động của con người.

Hiện nay, một số biện pháp để loại bỏ cỏ dại gồm: cắt bằng máy cắt đeo vai, cắt thủ

công bằng liềm cho khu vực nhỏ, phát bằng dụng cụ, dùng máy cắt tự chế,... ngoài ra

biện pháp thường được sử dụng là dùng thuốc bảo vệ thực vật ( BVTV). Các biện pháp

này nhìn chung đề có mục tiêu là cắt cỏ hoạt loại trừ cỏ, mỗi biện pháp sẽ có những ưu

và nhược điểm khác nhau như dùng máy cắt đeo vai áp dụng cho khu vực nhỏ, các ngóc

ngách rất phù hợp để sử dụng nhưng khi áp dụng khu vực diện tích lớn thì năng suất

không cao gây tốn nhiều nhân công và nhiêu liệu; đối với biện pháp phun thuốc BVTV

biện pháp này có ưu điểm là có năng suất cao diệt trừ được các mức độ cỏ, nhưng có

nhược điểm là gây ôi nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đặc biệt là sức

khỏe của con người.

Việt Nam là một đất nước phát triển nông nghiệp, do đó việc sử dụng một thiết bị cắt

cỏ phù hợp với địa lý Việt Nam là thật sự cần thiết. Nhận thấy được sự cần thiết này

nhóm nghiên cứu trường đại học Công Nghiệp Tp. HCM đề suất phát triển một mẫu

máy cắt cỏ phục vụ trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp của Việt Nam.

Máy cắt cỏ của đề tài sử dụng nguyên lý cắt hai tang trống, với nguyên lý này cỏ được

cắt có thể sử dụng lại cho các mục đích sản xuất khác. Đề tài đã thực hiện cắt trên 3 loại

dao cắt gồm dao cắt lưỡi thẳng, dao cắt vát góc, dao cắt lưỡi cưa. Kết quả nghiên cứu

bước đầu cho thấy dao cắt lưỡi cưa tam giác ( dao C) cho ra được kết quả tốt nhất với

tốc độ tiến của máy 0,8 m/s (2,88km/h), vận tốc dao 45 m/s.

7

ABBREVIATE

Mowing the lawn is one of the activities that is carried out regularly in cyclical

activities in agricultural activities. Mowing the lawn usually has two meanings, the first

cutting weeds to clean the occupied area, the second mowing the lawn for food for

livestock or as a source of raw materials for human activity. Currently, some measures

to remove weeds include: cutting with a shoulder cutter, manually cutting with a sickle

for a small area, handing out tools, using a homemade cutter,... In addition, the most

commonly used measure is the use of pesticides. These measures generally aim to cut

grass and eliminate grass, each of which will have different advantages and

disadvantages such as using a shoulder cutter applied to small areas, niches that are

suitable for use but when applying large areas, the productivity is not high, causing a lot

of labor and fuel; for spraying measures, this measure has the advantage of having high

productivity to eliminate grass levels, but there are disadvantages of causing

environmental amblysis, affecting ecosystems, especially human health.

Vietnam is an agriculturally developed country, so the use of a lawn mower suitable

for Vietnam's geography is really necessary. Recognizing this need, the research team

proposed to develop a model of lawn mower for vietnam's agricultural production sector.

The lawn mower of the subject uses the principle of cutting two drums, with this

principle of lawn being cut that can be reused for other production purposes. The subject

has been cut on 3 types of cutting knives including straight blade cutters, angular bevel

cutters, saw blade cutters. The initial results showed that the triangular saw blade cutter

(C knife) produced the best results with the machine's advance speed of 0.8 m/s (2.88

km/h), the knife speed of 45 m/s.

III. SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO

3.1. Kết quả nghiên cứu

Sản phẩm dạng 1

Tên sản

phẩm

Chỉ tiêu cần đạt Đơn vị đo Đăng ký Kết quả đạt

được

Máy cắt cỏ

chăm sóc

cho các

vườn cây ăn

trái

- Tốc độ làm việc:

- Tốc độ đĩa dao:

- Năng suất làm việc

- Chiều cao cắt:

- Công suất động cơ

- Đường kính đĩa dao:

- Số lượng dao tối đa:

- Chiều rộng vệt cắt

- Kích thước bộ phận cắt

km/h

vòng/phút

ha/h

cm

HP

mm

mm

2.0 – 4.0

1800 – 2400

0.15

≥ 3

7

395

8 dao

1000

900x475x420

2.0 – 4.0

1800 – 2400

0.15

≥ 3

7

395

8 dao

1000

900 x475x420

Chất lượng

cỏ sau cắt

- Độ sạch

- Chiều cao gốc

%

cm

> = 80%

<= 5-10

> 90%

< 3-7

8

Sản phẩm dạng 2.

TT Tên sản phẩm Đăng ký Kết quả Ghi chú

1

Bản vẽ thiết kế máy cắt cỏ (bản

vẽ lắp và các bản vẽ chi tiết) 01 bộ

Đã hoàn thành bộ bản

vẽ kỹ thuật Máy cắt

cỏ theo TCVN

2

Quy trình công nghệ chế tạo

các thiết bị chính dao cắt,

khung lắp dao

01 bộ

Đã hoàn thành bộ quy

trình công nghệ chế

tạo Máy cắt cỏ

(Phụ lục III)

Sản phẩm dạng 3

TT Tên bài báo dự kiến Đăng ký Kết quả Ghi chú

1

Nghiên cứu, lựa chọn và thiết kế máy

cắt cỏ vườn cây ăn quả ở Việt Nam 01 01

Tạp chí Công nghiệp

nông thôn

(Phụ lục IV)

2

Experimental Research To Determine

The Optimal Working Regime Of A

Twin-Drum Mower For The Dragon

Fruit Orchards In Vietnam 01 01

Scopus

Cite as: AIP

Conference

Proceedings 2406,

020037 (2021);

https://doi.org/10.106

3/5.0066715

Published Online:20

September 2021

(Phụ lục IV)

IV. Tình hình sửa dụng kinh phí

TT Nội dung chi

Kinh phí

được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí

thực hiện

(triệu đồng)

Ghi

chú

A Chi phí trực tiếp 96.785.000 93.285.000

1 Thuê khoán chuyên môn 39.321.100 39.321.100

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con.. 39.463.900 39.463.900

3 Thiết bị, dụng cụ

4 Công tác phí 5.740.000 5.740.000

5 Dịch vụ thuê ngoài 7.000.000 7.000.000

6 Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ

7 In ấn, Văn phòng phẩm 1.760.000 1.760.000

9

8 Chi phí khác 3.500.000 3.500.000

B

Chi phí gián tiếp

1

Quản lý phí

2

Chi phí điện, nước

Tổng số 96.785.000 96.785.000

V.Kiến nghị

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài nhưng

do hạn chế về mặt thời gian nên Báo cáo khoa học tổng kết đề tài vẫn còn một số hạn

chế cần tiếp tục nghiên cứu và thực hiện, cụ thể là:

Đề tài mới dừng lại ở việc nghiên cứu vận tốc dao cắt trong khi vận tốc tiến của máy

hạn chế trong vùng khảo sát 0,5m/s - 1,1m/s, đề tài chưa có điều kiện thực hiện vận

tốc tiến ngoài vùng này nên tiếp tục nghiên cứu.

Độ nhấp nhô mặt vườn cũng ảnh hưởng đến năng suất cắt, chất lượng cắt, do vậy

nghiên cứu về máy này cần tiếp tục thực hiện với yêu tố đầu vào là độ nhấp nhô sẽ

ảnh hưởng hàm mục tiêu.

Sau khi khảo nghiệm nhóm tác giả đã cải tiến tối ưu kết cấu máy cắt cỏ hai dao như

giảm trọng lượng, bổ sung thêm 01 bánh xe phụ giúp cho máy cắt cỏ hai dao cân bằng

tốt hơn trong quá trình vận hành.

Do điều kiện dịch bệnh nên nhóm nghiên cứu mới dừng lại ở phần khảo nghiêm cắt

loại cỏ chỉ trong vườn trồng dừa trên địa hình đất Củ Chi TP. Hồ Chí Minh. Thực tế

trong các vườn cây ăn trái còn nhiều loại cỏ khác nhau trong các vườn cây ăn trái nên

trong thời gian tới khi hết dịch COVID 19, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục đưa máy đi

khảo nghiệm cắt cỏ tại các vườn trồng cây Thanh Long để tìm cơ hội phát triển máy

dưới dạng thương mại hóa. Ngoài ra đề tài đề nghị tiếp tục thử nghiệm các chế độ

cắt đối với một số loại cỏ thuộc các khu vực khác ngoài phạm vi vườn cây ăn trái như:

công viên, các loại cỏ phát triển gần các khu vực nhà máy, xí nghiệp, …Bởi, cỏ dại

trong vườn cây ăn trái chỉ là một phạm vi rất giới hạn, với đặc điểm chung đó là cắt

và quản lý sự phát triển các loại cỏ dại thì kiểu máy mà theo đề tài đã nghiên cứu có

thể ứng dụng hiệu quả ở nhiều khu vực khác. Do đó, việc xây dựng thêm các chế độ

cắt là rất cần thiết.

10

VI. Phụ lục sản phẩm ( liệt kê minh chứng các sản phẩm ở Phần III)

Phụ lục III: Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết quan trọng trong máy cắt cỏ

Phụ lục IV: Hai bài báo của đề tài và một số hình ảnh trong quá trình khảo nghiệm máy

cắt cỏ đề tài

Tp. HCM, ngày tháng năm 2021

Chủ nhiệm đề tài

Trần Ngọc Thoại

Phòng QLKH&HTQT (ĐƠN VỊ)

Trưởng (đơn vị)

(Họ tên, chữ ký)

1

PHẦN II: BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

MỤC LỤC

MỤC LỤC ......................................................................................................................1

DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................3

DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................7

Chương 1. TỔNG QUAN..............................................................................................9

1.1. Tổng quan các phương pháp cắt cỏ hiện nay. .................................................9

1.1.1. Máy cắt cỏ dạng răng lược. ...........................................................................9

1.1.2. Máy phát cỏ dạng đĩa. .................................................................................11

1.1.3. Máy phát cỏ dạng trống...............................................................................13

1.1.4. Đặc điểm của vườn cây ăn trái. ...................................................................15

1.1.5. Đánh giá và lựa chọn nguyên lý cắt trong thiết kế máy cắt cỏ trong vườn

cây ăn trái...............................................................................................................18

1.2. Giới thiệu một số mẫu máy cắt cỏ dạng trống trên thị trường hiện nay.....19

1.2.1. Máy BDR 700 của Cộng hòa Séc................................................................19

1.2.2. Máy BELLON MFB 800 của Italia.............................................................21

1.2.3. Máy KP 1.1 của Ukraina. ............................................................................24

1.3. Tổng kết và lựa chọn nguyên lý hoạt động của mô đun cắt cỏ. ...................26

Chương 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT CỎ ĐỀ TÀI...............................27

2.1. Xây dựng bài toán thiết kế máy ......................................................................27

2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán..................................................................................27

2.2.1. Cơ sở lý thuyết về vận tốc cắt tới hạn trong máy cắt cỏ. ............................27

2.2.2. Mối liên hệ giữa năng lượng và công suất cần thiết của máy cắt cỏ...........30

2.2.3. Cơ sở lý thuyết về dao cắt. ..........................................................................32

2.2.4. Cơ sở lý thuyết kiểm nghiệm ứng suất tĩnh trên solidworks simulation.....34

2.3. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế tổng thể kết cấu máy....................................35

2.3.1. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế khung máy và hệ thống di động. ...............38

2.3.2. Tính toán, thiết kế khung liên kết mô đun cắt.............................................40

2.4. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế cụm và modun truyền động dao cắt...........42

2.4.1. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế tổng thể kết cấu cụm dao cắt (mô đun cắt).

...............................................................................................................................42

2.4.2. Kết luận: ......................................................................................................45

2.4.3. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ truyền đai cho máy cắt cỏ chăm sóc vườn

cây ăn trái...............................................................................................................46

2.4.4. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ truyền xích cho máy .............................53

2

2.4.5. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ truyền bánh răng côn cụm dao cắt........57

2.4.6. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế trục dẫn động. ............................................63

2.4.7. Tính toán, thiết kế một số kết cấu quan trọng của mô đun cắt....................72

2.4.8. Kết quả đạt được sau quá trình tính toán thiết kế........................................74

Chương 3. VẬT LIỆU PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..76

3.1. Tổng quát các nội dụng thực hiện đề tài nghiên cứu ....................................77

3.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................77

3.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.............................................................77

3.3. Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào và phương pháp xác định........78

3.3.2. Vận tốc dao..................................................................................................79

3.3.3. Vận tốc tiến của máy ...................................................................................79

3.3.4. Xác định mật độ cỏ......................................................................................79

3.4. Xác định các hàm mục tiêu và phương pháp xác định .................................79

3.4.1. Phương pháp xác định năng suất cắt ...........................................................80

3.4.2. Phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu ............................................................80

3.4.3. Phương pháp xác định độ sót ......................................................................80

3.5. Các thiết bị đo và phương pháp đo.................................................................81

3.6. Phương pháp sử dụng trong thực nghiệm .....................................................83

3.6.1. Mô tả tổng quát phương pháp......................................................................83

3.6.2. Các bước xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm [32]......................85

3.6.3. Giới thiệu về chương trình SPSS Statistics 17.0. ........................................85

Chương 4. KHẢO NGHIỆM MÁY VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ............................87

4.1. Mục đích, thời gian và địa điểm khảo nghiêm...............................................87

4.2. Chuẩn bị mô hình thử nghiêm. .......................................................................87

4.3. Khảo sát vườn cây trước khi khảo nghiệm....................................................89

4.4. Quy trình và cách thức thực hiện thử nghiệm...............................................90

4.4.1. Thiết bị máy móc– dụng cụ.........................................................................91

4.4.2. Kết quả khảo nghiệm xác định dải vận tốc dao cắt cỏ hai dao ...................91

4.4.3. Kết quả.........................................................................................................92

4.5. Các công việc chuẩn bị khảo nghiệm có tải....................................................92

4.6. Kết quả khảo nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến các hàm

mục tiêu khi máy cắt cỏ làm việc. .........................................................................94

4.6.1. Ta tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu

nghiên cứu với loại dao lưỡi thẳng góc 0°(A).......................................................94

4.6.2. Ta tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu

nghiên cứu với loại dao lưỡi thẳng góc 30°( dao loại B) ......................................97

4.6.3. Ta tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu

nghiên cứu với loại dao cưa hình tam giác (C) ...................................................100

3

4.7. Thiết lập các mối quan hệ vận tốc dao cắt liên quan đến các hàm mục tiêu

.................................................................................................................................103

4.7.1. Bảng tổng hợp kết quả thức nghiệm..........................................................103

Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................108

5.1. Kết luận ...........................................................................................................108

5.2. Kiến nghị .........................................................................................................110

Tài liệu tham khảo.....................................................................................................111

Phần III: Phụ Lục đính kèm.....................................................................................113

PHỤ LỤC 1. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ ................................................114

PHỤ LỤC iii: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT

QUAN TRỌNG TRONG MÁY CẮT CỎ...............................................................124

PHỤ LỤC IV: 2 BÀI BÁO CỦA ĐỀ TÀI VÀ MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG

QUÁ TRÌNH KHẢO NGHIỆM MÁY CẮT CỎ ĐỀ TÀI.....................................173

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Kết cấu thanh cắt (hình răng lược) của Patrick Deevy [9]. ..........................10

Hình 1.2: Máy cắt cỏ dạng răng lượccủa Robinson năm 1890 [10].............................10

Hình 1.3: Máy cắt cỏ dạng răng lược dòng SB31 của hãng John Deere [11]. .............10

Hình 1.4: Máy phát cỏ dạng đĩa của Jean Guillotin [12]..............................................11

Hình 1.5: Máy cắt cỏ dạng đĩa của Charles M. Kline, Reinholds, and Neil W. Webster.

.......................................................................................................................................12

Hình 1.6: Máy phát cỏ dạng đĩa T-DCBM của công ty Minos agri [14]. ....................12

Hình 1.7: Cơ cấu tang trống có gắn dao cắt [15]..........................................................13

Hình 1.8: Máy phát cỏ dạng tang trống có kiểu bố trí lệch về một bên [17]. ..............14

Hình 1.9: Máy phát cỏ dạng trống có nhiều trống bố trí liền kề nhau [17]..................14

Hình 1.10: Máy phát cỏ dạng trống của công ty Bellon [18]. ......................................15

Hình 1.11: Cỏ dại hiện diện với mật độ cao giữa các cây trong vườn bưởi [23]. ........17

Hình 1.12: Cỏ dại phát triển trong vườn thanh long ở Bình thuận [24].......................18

Hình 1.13: Máy cắt cỏ BDR 700 được sản xuất tại Cộng hòa Séc [25].......................19

Hình 1.14: Kết cấu máy và bộ truyền động của máy BDR 700 [26]. ..........................20

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của cắt cỏ BDR 700.........................................20

Hình 1.16: Máy cắt cỏ BELLON MFB 800 của Italia [27]..........................................22

Hình 1.17: Kết cấu bộ phận làm việc của máy cắt cỏ BELLON MFB 800 [28]. ........22

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy cắt cỏ BELLON MFB 800................22

Hình 1.19: Máy cắt cỏ KP 1.1 được sản xuất tại Ukraina [29]. ...................................24

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy cắt cỏ KP 1.1 của Ukraina. ...............24

Hình 1.21: Máy kéo xới Vikyno MK70 trên thị trường .............................................117

Hình 1.22: Khởi động Máy kéo..................................................................................119

Hình 1.23: Khởi động Đầu dao cắt.............................................................................119

Hình 1.24: Điều chỉnh tốc độ di chuyển.....................................................................120

Hình 1.25: Điều chỉnh hộp số tới/lùi ..........................................................................120

4

Hình 1.26: Vận hành máy cắt cỏ ................................................................................120

Hình 2.1: Sơ đồ phân tích lực và năng lượng trong quá trình cắt. ...............................27

Hình 2.2: Ảnh tốc độ cao trong thí nghiệm cắt thân cỏ................................................28

Hình 2.3: Biểu đồ chênh lệch năng lượng cắt khi cắt trên và dưới tốc độ tới hạn [30].

.......................................................................................................................................29

Hình 2.4: Biểu đồ mối liên hệ giữa vận tốc tiến và công suất cắt [30]. .......................30

Hình 2.5: Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ dao đến năng lượng cắt cần thiết [30].........31

Hình 2.6: Định nghĩa vị trí góc vát trên dao cắt [33]. ..................................................33

Hình 2.7: Sự chênh lệch mức độ tiếp xúc giữa lưỡi dao và thực vật của hai lưỡi dao cắt

có độ dày khác nhau. .....................................................................................................34

Hình 2.8: Quan hệ giữa ứng suất – biến dạng trong thí nghiệm kéo [34]. ...................34

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý mô đun cắt cỏ kết hợp với máy kéo công suất nhỏ. ..........35

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý mô đun cắt kết hợp với máy kéo hai bánh. .....................37

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý máy kéo hai bánh động cơ xăng......................................38

Hình 2.12: Máy kéo hai bánh VIKINO MK70 [37].....................................................39

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý khung liên kết trên máy kéo và mô đun cắt. ...................40

Hình 2.14: Khung liên kết trên máy kéo được thiết kế trên phần mềm Solidworks....41

Hình 2.15: Bản vẽ chế tạo của khung liên kết trên máy kéo........................................41

Hình 2.16: Kết cấu khung máy và hệ thống di động của máy cắt cỏ. ..........................42

Hình 2.17: Sơ đồ tổng thể kết cấu mô đun cắt. ............................................................42

Hình 2.18: Sơ đồ thể hiện sự chuyển động của dao cắt................................................43

Hình 2.19: Sơ đồ động máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái. ...................................44

Hình 2.20: Sơ đồ lựa chọn loại đai [31]. ......................................................................46

Hình 2.21: Sơ đồ lựa chọn tiết diện đai [31]. ...............................................................47

Hình 2.22: Kích thước cơ bản của đai thang. ...............................................................48

Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế, chế tạo puly dẫn động.......................................................52

Hình 2.24: Bản vẽ thiết kế, chế tạo puly bị dộng. ........................................................53

Hình 2.25: Bản vẽ thiết kế, chế tạo đĩa xích máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái. ..57

Hình 2.26: Số lần ăn khớp của răng trong các bộ truyền bánh răng phổ biến [31]......58

Hình 2. 27: Bản vẽ thiết kế, chế tạo bánh răng côn chủ động......................................62

Hình 2.28: Bản vẽ thiết kế, chế tạo bánh răng côn bị động..........................................63

Hình 2.29: Kích thước theo chiều dài của trục I...........................................................64

Hình 2.30: Kích thước thiết kế trục I............................................................................65

Hình 2.31: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục I.......................................................65

Hình 2.32: Mô hình phân tích đã được gán các điều kiện biên....................................66

Hình 2.33: Chia lưới mô hình phân tích tính toán........................................................66

Hình 2.34: Kết quả phân tích mô phỏng trên mô đun Simulation của Solidworks......66

Hình 2.35: Xác định đường kính trục...........................................................................67

Hình 2.36: Kích thước thiết kế trục II. .........................................................................67

Hình 2.37: Sơ đồ phân bố lực trên trục II.....................................................................68

5

Hình 2.38: Mô hình phân tích đã được gán các điều kiện biên....................................68

Hình 2.39: Mô hình phân tích, tính toán đã được chia lưới. ........................................69

Hình 2.40: Kết quả phân tích mô phỏng trên mô đun Simulation của Solidworks......69

Hình 2.41: Kích thước thiết kế trục III theo chiều dài. ................................................70

Hình 2.42: Kích thước thiết kế trục III. ........................................................................70

Hình 2.43: Sơ đồ phân tích lực trên trục III. ................................................................71

Hình 2.44: Gán các điều kiện biên và chia lưới mô hình phân tích. ............................72

Hình 2.45: Kết quả mô phỏng phân tích trên mô đun simulation của solidworks. ......72

Hình 2.46: Dao cắt được thiết kế trên phần mềm solidworks. .....................................73

Hình 2.47: Dao cắt đã được gia công hoàn chỉnh.........................................................73

Hình 2.48: Khung hộp của mô đun cắt được thiết kế trên phần mềm Solidworks. .....74

Hình 2.49: Kết cấu đĩa lắp dao được thiết kế trên phần mềm Solidworks...................74

Hình 2.50: Máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái được thiết kế trên Solidworks.......75

Hình 2.51: Bản vẽ thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ trong vườn cây ăn trái........................76

Hình 3.1: Lưu đồ thực hiện của đề tài ..........................................................................77

Hình 3.2: Dụng cụ đo số vòng quay và phương pháp đo số vòng quay.......................81

Hình 3.3: Thước kéo 50m.............................................................................................82

Hình 3.4: Ca đong có vạch chia xác định mực nhiên liệu [47]. ...................................82

Hình 3.5: Cân Nhơn Hòa các loại.................................................................................83

Hình 3.6: Đồng hồ bấm thời gian. ................................................................................83

Hình 3.7: Minh họa mô hình hộp đen...........................................................................84

Hình 3.8: Mô phỏng màn hình quản lý dữ liệu (data view). ........................................86

Hình 3.9: Mô phỏng màn hình quản lý biến (variable view). ......................................86

Hình 3.10: Mô phỏng màn hình quản lý biến (variable view). ....................................86

Hình 3.11: Lưu đồ quy trình công nghệ chế tạo.........................................................124

Hình 3.12: Máy phay đứng vạn năng FVHM-GS300 ................................................127

Hình 3.13: Máy cắt dây Wire EDM EXCETEK V350-Submerged...........................128

Hình 3.14: Máy tiện vạn năng NARA 9040................................................................129

Hình 3.15: Máy khoan đứng vạn năng Z5040A.........................................................130

Hình 3.16: Bản vẽ kỹ thuật cụm khung bánh xe hỗ trợ..............................................142

Hình 3.17: Các chi tiết trong cụm khung bánh xe hỗ trợ ...........................................143

Hình 3.18: Hàn chi tiết (3) với (4)..............................................................................143

Hình 3.19: Hàn chi tiết (1) với (2)..............................................................................144

Hình 3.20: Hàn hoàn chỉnh phần khung bánh xe .......................................................144

Hình 3.21: Bản vẽ kỹ thuật chi tiết Đĩa xoay .............................................................144

Hình 3.22: Các chi tiết trong cụm Đĩa xoay...............................................................145

Hình 3.23: Gia công lỗ bắt dao...................................................................................145

Hình 3.24: Các bề mặt gia công của chi tiết Bát lắp bạc trục.....................................146

Hình 3.25: Tiện mặt đầu Bát lắp bạc trục...................................................................147

Hình 3.26: Tiện mặt ngoài bát lắp bạc truc ................................................................147