Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam Số 07(140)/2022 107 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÁY GIEO HẠT ĐA NĂNG PHỤC VỤ CHUYỂN ĐỔI CƠ CẤU CÂY TRỒNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HẬU GIANG Nguyễn Ngọc Hoàn[.]
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 07(140)/2022 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÁY GIEO HẠT ĐA NĂNG PHỤC VỤ CHUYỂN ĐỔI CƠ CẤU CÂY TRỒNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HẬU GIANG Nguyễn Ngọc Hoàng1*, Đặng Minh Tâm1, Trần Tấn Hậu1, Lê Văn Bảnh2, Dương ị Tú Anh1 TÓM TẮT Nghiên cứu chế tạo máy gieo hạt đa nhằm đẩy nhanh mở rộng đa dạng hóa trồng địa bàn tỉnh Hậu Giang Máy gieo hạt đa GHĐN-HG4 hoạt động đất chuyên màu đất lúa để trồng đậu nành bắp Máy GHĐN-HG4 có cơng suất 16HP với chức phay đất - rạch hàng - gieo hạt - lấp đất Máy có suất 0,1 - 0,2 ha/h, độ sâu phay từ 30 đến 100 mm, bề rộng luống phay 120 - 170 mm Số lượng hàng máy điều chỉnh từ đến hàng, với khoảng cách hàng từ 300 - 800 mm Tỷ lệ sót hạt 3%, tỉ lệ hạt bị tổn thương khơng có Số hạt hốc khoảng cách hốc điều chỉnh cách thay đĩa gieo hạt Tỷ lệ nảy mầm hạt từ đến cao so với phương pháp gieo thủ công Máy thiết kế đơn giản, dễ vận hành bảo dưỡng Từ khóa: Máy gieo hạt, máy gieo bắp, máy gieo đậu I ĐẶT VẤN ĐỀ Hậu Giang 13 tỉnh đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) có tổng diện tích tự nhiên 160.058 ha, chiếm khoảng 4% diện tích ĐBSCL Tổng diện tích gieo trồng lúa tồn tỉnh Hậu Giang năm 2021 đạt 189.001 ha, suất sơ đạt 67,48 tạ/ha (Cục ống kê tỉnh Hậu Giang, 2021) Tuy nhiên, suất lúa vụ thấp người trồng lúa có thu nhập khơng tương xứng với cơng sức làm Để tăng thu nhập cho người dân, tỉnh Hậu Giang định hướng phát triển nông nghiệp bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu, chuyển đổi cấu trồng, ứng dụng giới hóa nơng nghiệp hướng tới công nghệ cao, nâng cao giá trị sức cạnh tranh sản phẩm nông nghiệp Chuyển đổi cấu trồng đất lúa để tăng hiệu kinh tế đậu nành (đậu tương) bắp (ngô) trồng lựa chọn phù hợp Hậu Giang Ở ĐBSCL có số cơng trình nghiên cứu ứng dụng giới hóa gieo hạt bắp đậu, máy gieo hạt khí động MG-6 Trường Đại học Cần chế tạo; máy gieo ngô (bắp) không xới đất An Giang; thiết bị gieo bắp đẩy tay nhà sáng chế Hồng anh Liêm, Cần ơ; máy gieo ngơ, bón phân GBPVN-02 Viện Cơ điện Nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch Nhìn chung, mẫu máy làm việc đơn chức năng, gieo loại hạt định phải liên hợp với máy kéo có cơng suất lớn nên chưa đáp ứng u cầu sản xuất ĐBSCL nói chung Hậu Giang nói riêng Sản xuất bắp, đậu Hậu Giang cịn manh mún, khơng tập trung; ứng dụng giới hóa khâu canh tác bắp, đậu chủ yếu thực thủ công với công cụ đơn giản (tạo hốc - gieo hạt phủ tro), chí nông dân sạ lan đậu nành ruộng phủ rơm rạ Do đó, việc nghiên cứu, chế tạo mẫu máy gieo hạt để nông dân chấp nhận cần mẫu máy có kích cỡ vừa phải, hoạt động đất yếu, máy gieo nhiều loại hạt với mật độ gieo khác nhau, máy cần đa chức (phay đất - rạch hàng - gieo hạt - lấp đất) để giảm khâu canh tác rút ngắn thời gian xuống giống Đồng thời, đáp ứng định hướng ứng dụng giới hóa phục vụ tái cấu trồng đất lúa tỉnh Hậu Giang II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu Vật liệu chế tạo: thép loại, thép không rỉ, thép hộp, nhựa Polypropylen (PP), nhựa trong, mica, bulong, que hàn, dầu bơi trơn (nhớt),… để hồn thiện máy gieo hạt; dầu diesel phục vụ thử nghiệm trình diễn máy mơ hình Vật liệu thử nghiệm bao gồm giống bắp nếp Lan - Fancy 39 Đậu nành rau (giống đậu nành rau Đài Loan), dụng cụ phục vụ nghiên cứu thí nghiệm xây dựng mơ hình ngồi đồng Viện Lúa Đồng sơng Cửu Long Nguyên Cục trưởng Cục Chế biến Nông lâm sản Nghề muối, nguyên Viện trưởng Viện Lúa ĐBSCL * Tác giả liên hệ, e-mail: ngochoang32@gmail.com 107 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 07(140)/2022 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập thông tin xử lý số liệu từ kết điều tra, khảo sát thực tế địa phương liệu nước - Phương pháp thiết kế máy nơng nghiệp, có hỗ trợ từ phần mềm thiết kế khí; Phương pháp lựa chọn, kết hợp thực nghiệm cho lựa chọn nguyên lý máy, kết cấu máy - Phương pháp khảo nghiệm máy nông nghiệp; Phương pháp xác định hiệu kinh tế - kỹ thuật công cụ máy nông nghiệp 2.3 ời gian địa điểm nghiên cứu iết kế, chế tạo máy gieo hạt đa từ tháng 8/2019 Viện Lúa đồng sông Cửu Long, Cần Khảo nghiệm thông số máy từ tháng 9/2021 Viện Lúa đồng sông Cửu Long, Cần Khảo nghiệm xây dựng mơ hình trình diễn máy vào tháng 5/2022 thị trấn Một Ngàn, huyện Châu ành A, Hậu Giang III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Yêu cầu kỹ thuật máy ời gian chuyển đổi vụ màu đất lúa ngắn nên cần thiết kế, chế tạo mẫu máy với yêu cầu sau: - ực đồng thời nhiều công việc: phay đất, rạch hàng, gieo hạt, lấp hạt - Máy làm việc tốt đất lúa, gieo hạt bắp (khô ủ đêm, đậu nành (đậu nành lấy đậu nành lấy hạt) mở rộng cho hạt đậu khác - Máy dễ dàng thay đổi công gieo loại hạt khác nhau, thay đổi khoảng cách hàng, khoảng cách hốc nhanh chóng, thuận lợi - Máy gieo hạt dễ dàng di chuyển đất lúa, phù hợp với người theo máy (4 km/h), công suất động nhỏ (16HP); kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, điều chỉnh, bảo dưỡng - Máy gieo đảm bảo yêu cầu nông học, độ sâu gieo hạt 30 - 50 mm, mật độ gieo phụ thuộc loại trồng 3.2 Cấu tạo nguyên lý phận máy Máy gieo hạt đa GHĐN-HG4 loại người phía sau máy, cấu tạo gồm động diesel 16HP, cụm phay đất, cụm đĩa gieo hạt, rạch hàng lấp hạt hệ thống di động, điều khiển Số hàng gieo từ hàng, điều chỉnh khoảng cách hàng từ 300 - 800 mm, khoảng cách hốc lượng hạt giống tùy thuộc vào đĩa gieo hạt 3.2.1 Bộ phận phay đất Bộ phận phay đất theo nguyên lý phay chủ động, phay nhận chuyển động từ hộp số máy truyền động qua đĩa xích Trục phay có tiết diện lục giác, lắp từ - cụm đĩa phay điều chỉnh khoảng cách cụm đĩa phay dọc trục phay Độ sâu phay 30 - 100 mm, bề rộng phay 120 - 170 mm, thỏi đất sau phay từ 30 - 50 mm chiếm từ 80% trở lên Vận tốc di chuyển máy phù hợp với người điều khiển sau máy Số vòng quay trống phay phụ thuộc số vịng quay động thơng qua truyền động, có cấp tốc độ, nđc = 2.000 vịng/phút nphay1 = 180 vịng/phút, nphay2 = 300 vòng/phút độ sâu phay tối đa amax = 100 mm, vận tốc tiến tối đa máy tốc độ di chuyển người làm việc VM = 1,11 m/s Động Cần điều khiển thủy lực cụm gieo, độ sâu phay Bộ phận gieo hạt Bộ phận rạch hàng Bộ phận phay đất Hình Cấu tạo máy gieo hạt đa đất lúa 108 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 07(140)/2022 Hình Cụm phay đất Hình Sơ đồ thơng số làm việc lưỡi phay Trong q trình làm việc, lưỡi phay thực hai chuyển động gồm: chuyển động tịnh tiến theo máy (VM) chuyển động quay tròn quanh trục phay (Vd) Xem hai chuyển động đều, có bán kính R vận tốc góc trống w, đặt phay hệ tọa xOy, quỹ đạo đầu dao đường trocoide, quỹ đạo điểm dao phay viết dạng phương trình tham số hệ tọa độ (Đoàn Văn Điện Nguyễn Bảng, 1987; Nguyễn Quang Lộc, 1999): (1) - Xác định đường kính trống phay: + Để dao phay cắt vào đất với độ sâu a, vận tốc dao phay phải lớn vận tốc tịnh tiến máy (Nguyễn Quang Lộc, 1999), Vd > VM + Đường kính trống phay đảm bảo kết cấu máy, đĩa lắp lưỡi phay,… không sát mặt đồng đảm bảo tốc độ quay đầu lưỡi phay Chọn đường kính trống phay D = 480 mm, bán kính R = 240 mm - Xác định số động học máy: Khi lưỡi phay vào đất với độ sâu làm việc a, nghĩa y = a, α0 = wt0 (Hình 3) Giả sử bắt đầu chạm đất vận tốc có hướng thẳng đứng: số động lực học lưỡi phay Đặc trưng cho chất lượng làm việc phay đất biểu diễn số động học l Để lưỡi phay cắt đất thành lát nhỏ tung đất phía sau l = - (Cù Ngọc Bắc, 2008; Nguyễn Quang Lộc, 1999) Máy phay đất thiết kế loại phay cỡ nhỏ, chọn l = - Tính số dao phay đĩa độ cung cấp (bước dao): Trên hình 3, rõ thỏi đất cắt rời khỏi mặt đồng bao hai quỹ đạo liên tiếp hai dao S gọi độ cung cấp cho dao bước dao; gọi t thời gian quay vịng trống phay, ta có Đoạn đường máy sau thời gian t là: Nếu đĩa trống phay có lắp Z lưỡi phay: (6) Đặt trường hợp thỏi đất sau phay tung vào chắn vỡ làm đơi có kích thước 50 mm, tức bước dao 100 mm, số dao phay là: Số lưỡi dao phay Khi 109 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 07(140)/2022 3.2.2 Bộ phận gieo hạt a) Cấu tạo Bộ phận gieo hạt gồm thùng chứa hạt gồm ngăn, phận rạch hàng, đĩa gieo hạt nhựa PP, đĩa gieo mặt bích có mica để giảm tổn thương hạt, phận lấp hạt hệ thống truyền động Sơ đồ cấu tạo hình Hình Cấu tạo phận gieo hạt (a) đĩa gieo hạt (b) Ghi chú: (1) Khung gieo, (2) Đĩa gieo hạt, (3) phận lấp hạt, (7) Đĩa rạch hàng ùng chứa hạt, (4) Bánh xe cụm gieo, (5) Bộ ránh côn, (6) Bộ b) Nguyên lý hoạt động Áp dụng theo nguyên lý đĩa gieo nghiêng, hạt đựng khoang chứa vào ngăn phụ, đĩa gieo hạt quay nhờ nhận chuyển động từ bánh xe gieo hạt (bánh tựa đồng) thơng qua truyền động xích bánh côn, để bánh gieo hạt bám sát mặt ruộng có cụm lị xo nén Hạt tự điền vào lỗ đĩa gieo quay đến vị trí nhả hạt, vị trí nhả hạt có lẫy đẩy hạt rơi cưỡng khỏi đĩa gieo Đối với hạt đậu nành góc nghiêng đĩa gieo 25o - 35o (Nguyễn Xuân iết Nguyễn Minh Lư, 2013), bắp góc nghiêng đĩa gieo 35o (Trần Đức Tuấn ctv., 2014) Qua khảo sát kích thước hạt đậu nành rau, đậu nành thương phẩm giống bắp có địa phương, thơng qua tính tốn thực nghiệm Viện Lúa ĐBSCL với vật liệu đĩa gieo nhựa PP thơng số phận gieo thiết kế sau: - Độ nghiêng đĩa gieo: 30o - 35o - Đường kính đĩa gieo: D = 188 mm - iết kế nhiều đĩa gieo phù hợp loại hạt có chiều dày đĩa: - mm, đường kính lỗ 8; 10; 12; 13,5 mm Với loại hạt có khoảng cách gieo khác nhau, khoảng cách hốc ah mối quan hệ tỉ số truyền từ bánh xe đến đĩa gieo Khoảng cách hốc gieo là: Trong đó: e - Hệ số trượt, e với bánh máy nông nghiệp từ 0,03 - 0,05; ZD - số lỗ đĩa gieo; i - tỉ số truyền, thiết kế truyền có i = 0,5 Số lỗ đĩa gieo tính tốn sau: Dựa vào công thức (7) (8) để tính số lỗ đĩa gieo tính tốn khoảng cách hốc kiểm nghiệm thực tế Bảng Số lỗ đĩa gieo khoảng cách hốc tương ứng Số lỗ đĩa gieo Khoảng cách hốc - hốc Lỗ mm 20 100 3.2.3 Bộ phận rạch hàng, lấp đất Cụm lưỡi rạch hàng, lấp đất tạo rãnh cho hạt thả vào gồm hai đĩa quay quanh trục Cắt rạch luống phay, lưỡi rạch hàng phải đảm bảo quay xung quanh trục, nhằm tránh bị cản cỏ rác độ không phẳng đồng ruộng tạo 110 154 10 201 251 290 nên tải máy vận hành đồng ruộng Các lưỡi rạch phải đủ độ cứng vững bền phải chịu lực cản đất Bộ phận lắp đất gắn phía sau lưỡi rạch hàng, có gắn lị xo để tăng khả kéo phủ đất lên hạt Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 07(140)/2022 Trục rạch hàng Lò xo kéo Đĩa rạch hàng Lưỡi gạt đất Hình Cấu tạo cụm rạch hàng, lấp đất 3.3 Nguyên lý làm việc máy Máy gieo hạt đa GHĐN-HG4 thực đồng thời công việc phay đất - rạch hàng - gieo hạt Bảng TT 10 11 12 - lấp đất Trước gieo cần xác định loại hạt giống, khoảng cách hàng, mật độ để chọn đĩa gieo thích hợp điều chỉnh khoảng cách hàng phay, độ sâu phay ông số kỹ thuật máy gieo hạt đa GHĐN-HG4 ông số Kích thước máy (D × R × C) Số cụm đĩa phay Số lưỡi phay/cụm Đường kính đĩa phay/bề rộng phay Số hàng gieo hạt Khoảng cách hàng Khoảng cách (5 mức, thay đổi đĩa gieo) Số lỗ đĩa gieo (5 đĩa gieo) Độ sâu gieo hạt Độ nghiêng đĩa gieo Công suất động diesel Năng suất gieo Khi máy làm việc, dao phay phay đất với độ sâu từ 30 - 50 mm bề rộng phay trung bình 150 mm, tạo luống phay, đĩa rạch hàng tạo rãnh luống phay Đĩa gieo hạt nhận chuyển động từ bánh gieo hạt thông qua truyền động làm cho đĩa quay lỗ gieo nhận hạt từ khoan phụ dịch chuyển đến vị trí nhả hạt, có cấu nhấn hạt cưỡng đẩy hạt khỏi đĩa gieo Hạt trượt Hình Máy gieo bắp đồng Châu Hậu Giang ành A, ĐVT mm Cụm Cái mm Cụm mm mm Bộ mm Độ HP Ha/h Giá trị 3000 × 1200 × 1200 2-4 480/120 - 170 2-4 300 - 800 100, 150, 200, 250, 290 20, 13, 10, 8, 30 - 50 30 - 35 16 0,1 - 0,2 ống gieo rơi vào hai đĩa rạch hàng gạt đất kéo đất phủ lên hạt 3.4 Kết ứng dụng điều kiện sản xuất Máy khảo nghiệm sản xuất thực tế đồng ruộng với bắp đậu nành rau để kiểm chứng đo đếm tiêu, vận tốc di chuyển trung bình km/h Hình Kiểm tra sinh trưởng, khoảng cách bắp sau ngày gieo 111 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 07(140)/2022 3.4.1 Gieo bắp - Giống: Bắp nếp ái, qua xử lý, ngâm nước đêm, vớt để trước cho vào máy - Số hàng gieo hàng, khoảng cách gieo 700 × 290 mm, hạt/hốc, độ sâu gieo 30 - 40 mm - Tỷ lệ sót (hốc khơng hạt) ≤ 3%, tỷ lệ hốc hạt đạt 90%; khơng có hạt bị hư hỏng, khơng ảnh hưởng đến mầm hạt - Tỉ lệ hạt bắp phát triển thành sau ngày gieo máy GHĐN –HG4 92,4% cao so với gieo hạt thủ công (đối chứng) 89,7% - Năng suất gieo: 0,12 ha/h 3.4.2 Gieo đậu nành rau - Giống: Đậu nành rau - Số hàng gieo hàng, khoảng cách gieo 300 × 150 mm, hạt/hốc, độ sâu gieo 30 - 40 mm - Tỷ lệ sót (hốc khơng hạt) ≤ 2%, tỷ lệ hốc hạt đạt 87%, lại hạt/hốc - Tỉ lệ hạt đậu nành rau phát triển thành sau ngày gieo máy GHĐN -HG4 96,2% cao không đáng kể so với gieo hạt thủ công (đối chứng) 95,8% - Năng suất gieo: 0,2 ha/h IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận - Máy làm việc tốt đồng, ổn định, đạt yêu cầu kỹ thuật cho hạt bắp đậu nành; gieo từ - hàng, suất đạt 0,1 - 0,2 ha/h, người vận hành; độ sót hạt ≤ 3%, khơng có hạt bị hư hỏng Tỉ lệ hạt phát triển thành gieo máy GHĐN-HG4 cao so với gieo hạt thủ cơng - Máy có kết cấu ngun lý đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp với công nghệ chế tạo địa phương - Máy gieo hạt bắp, đậu nành đất lúa, đất lên liếp không cần làm đất trước 4.2 Đề nghị Tiếp tục khảo nghiệm, xây dựng mơ hình để đánh giá máy điều kiện canh tác để mở rộng ứng dụng cho vùng ĐBSCL, phục vụ chuyển đổi cấu trồng TÀI LIỆU THAM KHẢO Cù Ngọc Bắc, 2008 Giáo trình khí nơng nghiệp NXB Nơng nghiệp, Hà Nội: tr.156-159 Cục ống kê tỉnh Hậu Giang, 2021 ơng cáo báo chí Về tình hình kinh tế - xã hội tỉnh Hậu Giang năm 2021 Đoàn Văn Điện Nguyễn Bảng, 1987 Lý thuyết tính tốn máy nông nghiệp Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM: tr 101-118 Nguyễn Quang Lộc, 1999 Hệ thống máy làm đất trồng Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM: tr 143-164 Nguyễn Quang Lộc, 1999 Hệ thống máy công nghiệp phục vụ sản xuất trồng Nhà xuất Giáo dục: tr 47-54, 74-86 Nguyễn Xuân iết Nguyễn Minh Lư, 2013 Một số kết nghiên cứu phận gieo máy gieo đậu tương kiểu đĩa nghiêng Tạp chí Khoa học Phát triển, 11 (4): 549-557 Trần Đức Tuấn, Lê Khả Trường, Nguyễn Xuân Biên, Tống Văn Anh, 2014 Kết nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy gieo ngô theo phương pháp làm đất tối thiểu Tạp chí Cơng nghiệp Nơng thơn, (12): 8-13 Studying and manufacturing multi-functional seeding machine for crop restructure in Hau Giang province Nguyen Ngoc Hoang, Dang Minh Tam, Tran Tan Hau, Le Van Banh, Duong i Tu Anh Abstract Studying and manufacturing multi-functional seeding machine aim to accelerate and expand crop diversi cation in Hau Giang province e multi-functional seeding machine GHDN-HG4 can work on upland crops and rice soil for growing soybean and maize e GHDN-HG4 machine has a capacity of 16HP with the function of soil tilling - slitting - seeding - back lling e machine has a productivity of 0.1 - 0.2 ha/h, tilling depth from 30 to 100 mm, width of each tilling bed from 120 - 170 mm e number of rows on the machine can be adjusted from to with row spacing from 300 - 800 mm e rate of seed missing is below 3% without damaged seeds e number of seeds per hole and the distance between the holes can be adjusted by changing the seeding plates e seed germination rate is equal to and better than that of the manual sowing method e machine is simple in design and easy to operate and maintain Keywords: Seeding machine, maize sowing machine, bean sowing machine Ngày nhận bài: 19/7/2022 Ngày phản biện: 10/8/2022 112 Người phản biện: TS Nguyễn Văn Cương Ngày duyệt đăng: 28/8/2022 ... machine, bean sowing machine Ngày nhận bài: 19/7 /2022 Ngày phản biện: 10/8 /2022 112 Người phản biện: TS Nguyễn Văn Cương Ngày duyệt đăng: 28/8 /2022 ... 9/2021 Viện Lúa đồng sông Cửu Long, Cần Khảo nghiệm xây dựng mơ hình trình diễn máy vào tháng 5 /2022 thị trấn Một Ngàn, huyện Châu ành A, Hậu Giang III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Yêu cầu kỹ thuật... Cấu tạo máy gieo hạt đa đất lúa 108 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 07(140) /2022 Hình Cụm phay đất Hình Sơ đồ thơng số làm việc lưỡi phay Trong trình làm việc, lưỡi phay thực