Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi

138 Trang 8 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Chữ viết tắt Diễn giải Đơn vị LHM Liên hợp máy LHMTHL Liên hợp máy thu hoạch lạc FAO Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc NN-P

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

===*===============***================*===

LÊ QUYẾT TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2023

LV tạo động lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

=====*================***================*=====

LÊ QUYẾT TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LV tạo động lực

LV tạo động lực

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vi

Danh mục bảng biểu x

Danh mục hình, biểu đồ xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 Đặc điểm sinh học và cơ lý tính của cây lạc khi thu hoạch 6

1.1.1 Đặc điểm sinh học cây lạc trong giai đoạn thu hoạch 6

1.1.2 Đặc điểm cơ lý của quả lạc khi thu hoạch 7

1.1.3 Mối liên kết giữa cây và quả lạc khi thu hoạch 8

1.2 Tình hình sản xuất và cơ giới hoá khâu thu hoạch lạc trên thế giới và Việt Nam 10

1.2.1 Tình hình sản xuất lạc trên thế giới 10

1.2.2 Tình hình cơ giới hóa sản xuất lạc trên thế giới 11

1.2.3 Tình hình sản xuất và cơ giới hóa sản xuất lạc ở Việt Nam 14

1.2.4 Công nghệ thu hoạch quả lạc 16

1.3 Một số kết quả nghiên cứu bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam 18

1.3.1 Phân loại các bộ phận tách hạt ngũ cốc và quả lạc 18

1.3.2 Bộ phận tuốt chải 19

1.3.3 Bộ phận đập 25

1.4 Tình hình ứng dụng bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam 42

1.4.1 Tình hình ứng dụng bộ phận bứt quả lạc trên thế giới 42

1.4.2 Bộ phận bứt quả lạc áp dụng tại Việt Nam 44

1.5 Kết luận tổng quan 47

1.6 Đề xuất cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi 48

1.6.1 Sơ đồ nguyên lý bộ phận bứt quả lạc tươi 48

1.6.2 Các thông số ảnh hưởng 49

LV tạo động lực

iv

1.7 Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận án 50

1.7.1 Mục đích nghiên cứu 50

1.7.2 Nội dung nghiên cứu 51

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu 52

2.2 Vật liệu nghiên cứu 52

2.2.1 Vật liệu thí nghiệm 52

2.2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 53

2.2.3 Thiết bị đo đạc 58

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 58

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 58

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 61

2.3.3 Phương pháp xác định các yếu tố vào và thông số ra 67

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC 69

3.1 Động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập dọc trục 69

3.1.1 Mô hình kết cấu bộ phận bứt quả lạc trong buồng đập 69

3.1.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quá trình bứt quả lạc 73

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình bứt quả 79

3.2 Nghiên cứu quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập 83 3.2.1 Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 1 84

3.2.2 Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 2 90

3.2.3 Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 3 90

3.2.4 Quá trình dịch chuyển của cây lạc ở giai đoạn 4 91

3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình dịch chuyển của khối cây lạc 91

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 99

4.1 Lựa chọn các thông số ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc 99

4.2 Kết quả nhiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 102

4.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ quay trống đập n (v/ph) 102

LV tạo động lực

v

4.2.2 Ảnh hưởng của lượng cung cấp q (kg/s) 104

4.2.3 Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng h(mm) 107

4.2.4 Ảnh hưởng của chiều dài trống đập L (mm) 109

4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 111

4.3.1 Lựa chọn các yếu tố đầu vào và phương án 111

4.3.2 Lựa chọn mức biến thiên, khoảng biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố vào 111

4.3.3 Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm 112

4.4 Nghiên cứu tối ưu các thông số của bộ phận bứt quả lạc 125

4.4.1 Cở sở bài toán tối ưu 125

4.4.2 Kết quả nghiên cứu tối ưu 125

4.4.3 Kiểm chứng kết quả thu nhân từ mô hình hồi quy và kết quả thử nghiệm tại điểm tối ưu 127

4.4.4 Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm 128

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 130

CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 131

TÀI LIỆU THAM KHẢO 132

PHỤ LỤC 138

LV tạo động lực

LHMTHL Liên hợp máy thu hoạch lạc

FAO Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc

NN-PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn

QHHTN Quy hoạch hóa thực nghiệm

PTHQDT Phương trình hồi quy dạng thực

N1-N4 Các ngăn thu quả dưới sàng

N5 Cửa thoát liệu

CĐNN Cơ điện nông nghiệp

CNSTH Công nghệ sau thu hoạch

Ntn Số thông số nghiên cứu

xi Giá trị mã của các thông số thứ i

Xi Giá trị thực của các thông số thứ i

X0i Giá trị thực của thông số thứ i ở mức cơ sở

εi Khoảng biến thiên của thông số

LV tạo động lực

F Giá trị tính toán của chuẩn Fisher

Sb0; Sbj Các ước lượng độ lệch trung bình theo hệ số hồi quy

b0; bi Các giá trị hệ số hồi quy cần kiểm tra

D Đường kính danh nghĩa của trống bứt quả (đường kính

đi qua đỉnh răng)

mm

LV tạo động lực

Mv Khối lượng quả vỡ có trong lượng quả dưới sàng g

Rm Bán kính từ tâm trống quay đến trọng tâm quả lạc m

 Góc quay của bán kính OA so với phương nằm ngang rad

g

aht

Gia tốc trọng trường Gia tốc hướng tâm

m/s2m/s2

βc

Góc nghiêng của cuống quả lạc so với phương nằm

φq Góc quay của quả lạc so với phương nằm ngang rad

Gq

Plt

Fcr

Trọng lượng quả lạc Lực quán tính ly tâm Lực quán tính Coriolid

Hệ số ma sát tĩnh giữa cây lạc với thép

Hệ số ma sát động giữa cây lạc với thép

ftq Hệ số ma sát tĩnh ftq của quả lạc với thép

LV tạo động lực

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tổng hợp sinh thái, tính chất cơ lý các giống lạc khi thu hoạch [5] 8

Bảng 1.2 Sản lượng lạc năm 2020 của các nước sản xuất lạc lớn [59] 10

Bảng 1.3 Một số thông số chính của BPĐ máy BL-500 [5] 42

Bảng 1.4 Bảng tổng hợp một số bộ phận bứt quả lạc tươi 46

Bảng 2.1 Một số thông số của cây lạc và quả lạc 52

Bảng 2.2 Các thông số chính của bộ phận bứt quả 57

Bảng 2.3 Ma trận thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly; n = 4 63

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp các thông số cố định 100

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp các thông số ảnh hưởng 101

Bảng 4.3 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu nghiên cứu 101

Bảng 4.4 Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố vào 112

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm hàm độ sót η, % 112

Bảng 4.6 Giá trị các hệ số và chuẩn Student 113

Bảng 4.7 Đánh giá sai số của mô hình hồi quy độ sót 114

Bảng 4.8 Kết quả thí nghiệm hàm độ vỡ quả ψ ‰ 116

Bảng 4.9 Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm độ vỡ quả ψ 117

Bảng 4.10 Đánh giá sai số của mô hình hồi quy độ vỡ 118

Bảng 4.11 Kết quả thí nghiệm hàm chi phí công suất N, kW 121

Bảng 4.12 Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm chi phí công suất 122

Bảng 4.13 Đánh giá sai số của mô hình hồi quy chi phí công suất 123 Bảng 4.14 Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau126

LV tạo động lực

xi

DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Cây lạc 6

Hình 1.2 Cây lạc khi thu hoạch 7

Hình 1.3 Các mối liên kết của quả lạc [23] 9

Hình 1.4 Đo độ bền kéo của các bộ phận khác nhau của quả lạc [23] 9

Hình 1.5 Liên hợp máy đào- nhổ cây lạc tại Mỹ 11

Hình 1.6 Liên hợp máy thu hoạch quả lạc COLOMBO [61] 12

Hình 1.7 Máy thu hoạch lạc một giai đoạn tại Đài Loan [7] 12

Hình 1.8 Máy bứt quả lạc cấp liệu thủ công và cấp liệu bán tự động tại Ấn Độ 13

Hình 1.9, LHM đào nhổ và LHM thu gom-bứt quả lạc tại Ấn Độ 13

Hình 1.10 Máy tuốt quả lạc: Sơ đồ cấu tạo (PNS/BAS 315:2021) 14

Hình 1.11 Sản lượng lạc của Việt Nam từ năm 2011 đến năm 2021 14

Hình 1.12 Máy bứt quả lạc 15

Hình 1.13 Máy bứt quả lạc di động [64], [65] 16

Hình 1.14 Công nghệ và phương pháp thu hoạch lạc 17

Hình 1.15 Phân loại các bộ phận tách hạt 19

Hình 1.16 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc kiểu tuốt chải cấp liệu tự động [24] 21

Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo (a) và nguyên lý làm việc (b) của bộ phận bứt quả [28] 22

Hình 1.18 Mô phỏng tác động của thanh bứt với quả lạc bằng phần mềm Workbench - LS-Dyna [28] 22

Hình 1.19 Răng chải dạng tấm phẳng (a) và dạng tấm cong (b) 23

Hình 1.20 Sơ đồ dàn khảo nghiệm bộ phận bứt quả [BS.31] 24

Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo trống bứt quả lạc [BS.32] 24

Hình 1.22 Bộ phận đập kiểu trồng thanh (a) và trống răng (b) 26

Hình 1.23 Cấu tạo chung của bộ phận bứt quả dòng tiếp tuyến nhiều tầng [33] 26

Hình 1.24 Cấu tạo trống bứt quả (a) và răng lò xo (b) [33] 27

Hình 1.25 Sơ đồ quy trình bứt quả lạc trong BPĐ tiếp tuyến [34] 27

Hình 1.26 Phân loại bộ phận đập dọc trục [53] 28

Hình 1.27 Máy bứt quả lạc (a) và Liên hợp máy bứt quả lạc(b) [36] 29

LV tạo động lực

xii

Hình 1.28 Cấu tạo của trống đập dọc trục [36] 30

Hình 1.29 Phân bố tọa độ các ô đón hạt dưới sàng [36] 31

Hình 1.30 Phổ phân bố hạt dưới sàng theo hai phương [36] 31

Hình 1.31 Bộ phận đập dọc trục đặt trên máy thu gom-bứt quả lạc [37] 32

Hình 1.32 Bộ phận đập dọc trục [38] 33

Hình 1.33 Trống bứt quả có khâu bằng cao su [39] 33

Hình 1.34 Cấu tạo trống đập lạc kiểu thanh xoắn [40] 34

Hình 1.35 Sơ đồ cấu tạo của bộ phận đập hỗn hợp tiếp tuyến- dọc trục [41] 36

Hình 1.36 Quy trình vận hành và sơ đồ cấu tạo bộ phận bứt quả hỗn hợp [41] 36

Hình 1.37 Nắp trống đập dọc trục [41] 37

Hình 1.38 Các thông số của máng trống [41] 38

Hình 1.39 Bộ phận đập dọc trục [42] 39

Hình 1.40 Bộ phận đập tiếp tuyến nhiều tầng [42] 39

Hình 1.41 Bộ phận đập hỗn hợp tiếp tuyến- dọc trục [42] 40

Hình 1.42 Máy thu hoạch với bộ phận đập kiểu tiếp tuyến [42] 40

Hình 1.43 Sơ đồ nguyên lý làm việc của khung thử nghiệm [5] 41

Hình 1.44 Bộ phận bứt quả lạc tươi 48

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí giàn thí nghiệm bộ phận bứt quả lạc 53

Hình 2.2 Giàn thí nghiệm tại Xưởng Viện CĐNN và CNSTH 54

Hình 2.3 Cấu tạo trống bứt quả lạc thử nghiệm 54

Hình 2.4 Cấu tạo thanh trống xoắn 55

Hình 2.5 Cấu tạo máng trống 55

Hình 2.6 Cấu tạo và cách bố trí gân nắp trống 56

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống dẫn động cho băng tải cấp liệu 56

Hình 2.8 Mô hình bài toán của bộ phận bứt quả lạc 61

Hình 3.1 Bộ phận bứt quả lạc lắp trên dàn thí nghiệm 69

Hình 3.2 Sự phân vùng trong không gian trống 70

Hình 3.3 Quá trình bứt quả lạc do thanh sàng 72

Hình 3.4 Sơ đồ xác định vị trí bán kính OA và quả lạc 73

Hình 3.5 Quá trình chuyển động của quả lạc giữa 2 thanh sàng 74

Hình 3.6 Sơ đồ mô tả va chạm của quả lạc vào thanh sàng 76

LV tạo động lực

xiii

Hình 3.7 Quỹ đạo tâm đầu quả lạc 79

Hình 3.8 Sự thay đổi lực căng T theo thời gian 79

Hình 3.9 Ảnh hưởng của vận tốc quay của trống nq tới lực căng lớn nhất Tmax và lực va đập Pmaxvới các khoảng cách thanh sàng ls (mm) khác nhau 81

Hình 3.10 Ảnh hưởng của khoảng cách thanh sàng ls tới lực căng lớn nhất Tmax và lực va đập Pmax với các vận tốc quay của trống nq (v/ph) khác nhau 81

Hình 3.11 Ảnh hưởng của bán kính thanh sàng rs(mm) tới lực căng lớn nhất Tmax và Pmax với các vận tốc quay của trống nq (v/ph) khác nhau 82

Hình 3.12 Cấu tạo bộ phận bứt quả lạc 83

Hình 3.13 Các lực tác dụng lên khối cây lạc 85

Hình 3.14 Quỹ đạo khối lạc xét trong hệ toạ độ quay xOy 92

Hình 3.15 Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc ra khỏi răng 1 với chiều cao răng R (mm) khác nhau (hàm 2()R) 93

Hình 3.16 Ảnh hưởng của chiều cao răng R tới góc ra khỏi răng 1 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(R)) 93

Hình 3.17 Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với chiều cao răng R (mm) khác nhau (hàm 2()R) 94

Hình 3.18 Ảnh hưởng của chiều cao răng R tới tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(R)) 94

Hình 3.19 Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với khe hở nắp trống Rnap (mm) khác nhau (hàm 2()Rnap) 95

Hình 3.20 Ảnh hưởng của khe hở nắp trống Rnap (mm) tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(Rnap)) 95

Hình 4.1 Mô hình bài toán của bộ phận bứt quả lạc 102

Hình 4.2 Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới độ sót (η) 102

Hình 4.3 Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới độ vỡ (ψ) 103

Hình 4.4 Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới chi phí công suất 104

Hình 4.5 Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ sót η 105

Hình 4.6 Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ vỡ (ψ) 106

Hình 4.7 Ảnh hưởng của lượng cung cấp chi phí công suất 106

Hình 4.8 Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới độ sót η 107

Hình 4.9 Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới tới độ vỡ (ψ) 108

LV tạo động lực

xiv

Hình 4.10 Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới chi phí công suất (kW) 109 Hình 4.11 Ảnh hưởng của chiều dài trống đập tới độ sót η 110 Hình 4.12 Ảnh hưởng của chiều dài trống đập tới độ vỡ (ψ) 110 Hình 4.13 Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau127 Hình 4.14 Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X2 127 Hình 4.15 Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X3 128 Hình 4.16 Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X4 128

LV tạo động lực

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Cây lạc thuộc nhóm cây công nghiệp ngắn ngày, là một trong năm loại cây chế biến dầu quan trọng trên thế giới Tại nước ta lạc được trồng trên 61 trong số 63 tỉnh thành trong cả nước Nhiều vùng chuyên canh cây lạc đã được hình thành trên cả 3 miền như ở Bắc Giang, Nghệ An, Đồng Nai, Tây Ninh vv mang lại hiệu quả kinh tế cao, thích hợp trong cơ cấu luân canh tăng vụ, cải tạo đất và có vị trí quan trọng trong quá trình chuyển dịch cơ cấu cây trồng trong thời gian tới

Hiện nay với diện tích khoảng 200-250 ngàn ha, sản lượng lạc vỏ gần 400 ngàn tấn/năm và theo dự báo của Bộ NN và PTNN diên tích và năng suất còn tiếp tục tăng trong những năm tới Tại một số địa phương đã xây dựng mô hình sản xuất lạc cao sản với quy mô lớn với năng suất lên tới 50 tạ/ha

Trong sản xuất cây lạc thì thu hoạch là khâu có ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng và chất lượng nông sản hàng hoá, diễn ra trong thời gian ngắn, tốn nhiều lao động và lao động nặng nhọc Với phương pháp thu hoạch lạc thủ công hiện nay, chi phí lao động cao, đòi hỏi từ 70 đến 75 công/ha (trong đó khâu bứt quả chiếm 60%) Hiện nay trên thế giới đã tồn tại và phát triển công nghệ thu hoạch quả tươi và khô Công nghệ thu hoạch quả tươi có thể thực hiện theo các phương pháp thu hoạch một, hai và nhiều giai đoạn Công nghệ thu hoạch quả khô có thể thực hiện theo phương pháp hai và nhiều giai đoạn Trong đó, công nghệ thu hoạch quả tươi theo phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn được xem là thích hợp với các nước có trình

độ phát triển công nghiệp thấp, trồng nhiều vụ trong năm, đồng ruộng có kích thước nhỏ hẹp như nước ta và các nước châu Á khác

Ở nước ta, việc thu hoạch lạc được thực hiện chủ yếu theo công nghệ thu hoạch quả tươi bằng phương pháp nhiều giai đoạn, bao gồm đào nhổ, thu gom và bứt quả tươi Các máy liên hợp thu hoạch lạc theo phương pháp một giai đoạn được nhập khẩu hoặc nghiên cứu trong nước chưa được ứng dụng trong sản xuất do nhiều nguyên nhân Cho dù áp dụng công nghệ thu hoạch nào, phương pháp thu hoạch nào thì công đoạn bứt quả, được thực hiện bởi bộ phận bứt quả, luôn là công đoạn không thể thiếu

và là công đoạn quan trọng nhất, có ảnh hưởng quyết định đến năng suất chất lượng của toàn bộ hệ thống máy Bộ phận bứt quả có thể đặt trên máy bứt quả tĩnh tại cũng

LV tạo động lực

Để lựa chọn máy thực hiện cơ giới hóa thu hoạch lạc ở nước ta cần thiết dựa trên các cơ sở: Máy phải phù hợp với công nghệ thu hoạch đang phổ biến, phương pháp thu hoạch dễ tiếp cận, dễ đầu tư, giải quyết được việc làm cho lao động thủ công vẫn còn ở nông thôn

Do đó việc nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc máy bứt quả lạc tươi phù hợp với phương pháp thu hoạch lạc ở Việt Nam, để làm chủ công nghệ tạo ra các mẫu máy có mô đun khác nhau, giảm tổn thất phù hợp với điều kiện chế tạo ở nước ta là rất cần thiết

Với những phân tích như trên, việc thực hiện luận án: “Nghiên cứu một số thông

số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi” với mục

tiêu góp phần đặt cơ sở cho việc thiết kế các mẫu máy với bộ phận bứt quả có mô đun khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất từng vùng tại Việt Nam là nội dung nghiên cứu có tính cấp thiết, phù hợp với yêu cầu của thực tiễn sản xuất

2 Mục tiêu nghiên cứu

Có được cơ sở khoa học quá trình bứt quả lạc tươi, xác định được một số thông

số kỹ thuật chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc và chi phí năng lượng của bộ phận đập, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy bứt quả lạc tươi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình xảy ra với khối cây-quả lạc sau khi được đưa vào bộ phận bứt quả Dưới tác động của bộ phận bứt, quả lạc được bứt khỏi cây và được phân ly khỏi khối thân cây Đây là một quá trình phức tạp bao gồm những tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với khối cây- quả

LV tạo động lực

3

Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình này như: vận tốc quay của trống, chiều dài trống, khe hở giữa răng trống và máng trống, khe giữa răng trống và nắp trống, góc nâng gân dẫn hướng, kích thước và khoảng cách giữa các thanh sàng, chiều cao và góc nghiêng của răng trống, v.v Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu mức độ và quy luật ảnh hưởng của các thông số đó đến các chỉ tiêu chất lượng và năng suất của bộ phận bứt quả như: độ sót, độ vỡ, chi phí công suất… để chọn được bộ thông số phù hợp nhất

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Để có cơ sở tính toán thiết kế bộ phận bứt của máy bứt quả lạc tươi, luận án tập trung nghiên cứu sâu về quá trình diễn ra trong buồng công tác, bao gồm quá trình bứt quả lạc, quá trình di chuyển của khối thân quả và quá trình phân ly quả nhằm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định thông số làm cơ sở thiết kế ra các mẫu máy có mô đun khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất từng vùng tại Việt Nam Với các giả thiết:

- Về động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập: là quá trính bứt quả tại vùng nửa dưới của trống:

+ Coi khối lạc là chất điểm khi chuyển động trong buồng đập

+ Lực trọng trường rất nhỏ so với lực quán tính ly tâm tác dụng lên khối lạc + Cuống quả có chiều dài không đổi, nối bản lề với thân cây lạc và quả lạc

- Về quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập: là quá trình chuyển động sau khi thoát ra khỏi vùng nửa dưới của trống ( gồm 4 giai đoạn): Luận

án tập trung nghiên cứu giai đoạn 3 là giai đoạn vận chuyển cây lạc theo chiều dọc trục Giai đoạn này có ảnh hưởng rất quan trọng tới năng suất, độ sót của máy

- Giống lạc để nghiên cứu là giống lạc L20 được trồng phố biến tại Việt Nam

- Qua nghiên cứu các công trình trong và ngoài nước thực hiện cũng như qua thử nghiệm sơ bộ, luận án thừa kế một số thông số: đường kính trống, cấu tạo và chiều dài răng đập, khe hở răng đập và sàng

4 Nội dung nghiên cứu

ND1 Lựa chọn nguyên lý làm việc và kết cấu một số bộ phận bứt quả lạc tươi

ND2 Xây dựng mô hình toán quá trình bứt quả lạc trong buồng đập

ND3 Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng của một số thông số tới chất lượng làm việc, chi phí năng lượng riêng

LV tạo động lực

4

ND4 Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và giải bài toán tối ưu bằng phương pháp thương lượng có điều kiện, đề xuất các thông số thiết kế chính của máy thu bứt quả lạc tươi

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Thông qua cứu thực nghiệm đơn và đa yếu tố và giải bài toán tối ưu có điều kiện,

đã xác định các giá trị tối ưu của các thông số chính: số vòng quay của trống n, chiều dài trống L, lượng cung cấp q và chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h, đảm bảo bộ phận bứt quả lạc tươi làm việc đạt chất lượng và hiệu quả cao;

- Kết quả nghiên cứu bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học về bộ phận bứt quả lạc tươi nói riêng, máy thu hoạch lạc nói chung và cũng là tài liệu tham khảo hữu ích trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp

6 Những đóng góp mới của luận án

- Đề xuất nguyên lý và cấu tạo bộ phận bứt quả trên của máy bứt quả lạc tươi

- Xây dựng được mô hình khảo sát động lực học của tâm đầu quả lạc và sự thay đổi lực căng của cuống quả lạc trong quá trình va chạm với thanh sàng của bộ phận bứt quả làm cơ sở cho việc xác định các thông số của bộ phận bứt quả lạc

LV tạo động lực

- Xây dựng được các phương trình hồi quy thực nghiệm đơn yếu tố, đa yếu tố và giải bài toán tối ưu để xác định các thông số kết cấu và làm việc tối ưu của máy tùy vào chiều dài trống khác nhau làm cơ sở cho việc thiết kế máy máy bứt quả lạc tươi có các modun phù hợp

- Tối ưu hóa một số thông số để đối chứng với thực nghiệm

7 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm phần mở đầu và 4 chương được trình bày trong 133 trang không bao gồm tài liệu tham khảo và phụ lục

- Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Chương 2 Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3 Xây dựng mô hình toán quá trình bứt quả lạc trong bộ phận bứt

- Chương 4 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Luận án sử dụng 72 tài liệu tham khảo, bao gồm: 22 tài liệu tiếng Việt; 33 tài liệu tiếng Anh; 6 tài liệu tiếng Nga, Bungari và 11 trang website chính thống

LV tạo động lực

6

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm sinh học và cơ lý tính của cây lạc khi thu hoạch

1.1.1 Đặc điểm sinh học cây lạc trong giai đoạn thu hoạch

Cây lạc (đậu phộng) là một loài cây thuộc họ Đậu có nguồn gốc tại Trung và Nam Mỹ Cây lạc là cây thân thảo đứng, là cây trồng hàng năm Hiện nay lạc được trồng khá phổ biến ở Việt Nam và cho năng suất cũng nhu hiệu quả kinh tế cao Lạc thích hợp với những loại đất có thành phần cơ giới nhẹ và thoát nước tốt, như đất cát pha, đất thịt nhẹ …và được trồng ở đồng bằng Bắc bộ, Trung bộ, Tây Nguyên và Đông

Nam bộ [1],[2]

Hình 1.1 Cây lạc

Cây lạc gồm các bộ phận chính như sau (hình 1.1): Lá; thân; rễ; quả (củ)

- Lá cây lạc: Lá kép mọc đối, kép hình lông chim với bốn lá chét, kích thước lá

chét dài 4-7 cm và rộng 1-3 cm Lá kèm 2, làm thành bẹ bao quanh thân, hình dải nhọn

- Thân cây lạc: Thân phân nhánh từ gốc, có các cành toả ra, cao 30-50 cm tùy

theo giống và điều kiện trồng trọt

- Rễ cây lạc: Rễ cọc, có nhiều rể phụ, rễ cộng sinh với vi khuẩn tạo thành nốt sần

- Quả (củ) lạc: Cụm hoa chùm ở nách, gồm 2-4 hoa nhỏ, màu vàng Dạng hoa

đậu điển hình màu vàng có điểm gân đỏ, cuống hoa dài 2-4 cm Sau khi thụ phấn, cuống hoa dài ra, làm cho nó uốn cong cho đến khi quả chạm mặt đất, phát triển

LV tạo động lực

7

thành một dạng quả đậu (củ) trong đất, mỗi quả chứa 1-4 hạt và thường có 2 hạt Quả hình trụ thuôn, không chia đôi, thon lại giữa các hạt, có vân mạng

1.1.2 Đặc điểm cơ lý của quả lạc khi thu hoạch

Để tách được quả lạc tươi ra khỏi thân và rễ cần nghiên cứu cơ lý của quả lạc và cuống do đó trong phạm vi nghiên cứu của luận án, chúng tôi chỉ xem xét kỹ đặc điểm

của thân, quả và cuống quả [62],[3]

Hình 1.2 Cây lạc khi thu hoạch

- Đặc điểm Thân - Cành cây là thân mềm, lúc còn non thì tròn, sau khi ra hoa

phần trên thân có cành rỗng, hoặc có cạnh Thân có 15-25 đốt, ở phía dưới gốc đốt ngắn, ở giữa và phía trên thân đốt dài, thân thường có màu xanh hoặc màu đỏ tím, trên thân có lông tơ trắng, nhiều hay ít tuỳ thuộc vào giống, tuỳ vào điều kiện ngoại cảnh Thân lạc tương đối cao và phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm di truyền giống

- Quả và hạt lạc: Sau khi thụ phấn, tia lạc phát triển đẩy bầu hoa xuống đất Tia

do mô phân sinh nằm ở gốc bầu hoa hình thành, thực chất là bộ phận của quả Tận cùng tia là quả phát triển sau khi tia đã đâm xuống đất Tia thường dài không quá 15cm Tia có tính hướng địa dương, mọc đâm thẳng vào đất và quả phát triển ở vị trí nằm ngang giữa độ sâu 2-7cm dưới mặt đất

* Cấu tạo quả: Quả lạc hình kén, dài 1-4 cm, đường kính rộng 0,5- 1,8 cm, một đầu có vết đính với tia, đầu kia là mỏ quả, phần giữa thắt eo lại, ngăn cách các hạt Mỏ quả, độ thắt, kích thước, trọng lượng quả là những đặc điểm để phân loại giống lạc Quả lạc hình thành từ ngoài vào trong, vỏ có trước, hạt có sau, hoa nở được 30 ngày thì vỏ quả hình thành xong Hoa nở được 60 ngày hạt hình thành xong

Hình dạng quả thay đổi tuỳ theo giống Mỏ quả tù, hơi tù hoặc nhọn, eo lưng, eo bụng rõ hay không, đường gân trên vỏ quả nhiều hay ít là những chỉ tiêu dùng để phân

LV tạo động lực

Bảng 1.1 Tổng hợp sinh thái, tính chất cơ lý các giống lạc khi thu hoạch [5]

1.1.3 Mối liên kết giữa cây và quả lạc khi thu hoạch

Theo kết cấu của cây, quả lạc liên kết với thân qua cuống Nếu tạo một lực bứt tác động tại vị trí liên kết quả và cuống sao cho có hướng trùng với trục quả, có trị số

LV tạo động lực

Hình 1.3 Các mối liên kết của quả lạc [23]

1- Giữa cuống với thân; 2- Giữa hai đầu cuống; 3- Giữa cuống với quả

Theo các tác giả X Mou, Q Liu, Y Ou, M Wang [23] đã xác định độ bền kéo

giữa quả - cuống – thân cây giảm dần theo độ ẩm khi cây được phơi khô Khi mới thu hoạch, cây quả còn tươi, độ ẩm tương đối của thân cây khoảng 66% và độ bền kéo giữa gốc - cuống là 18,84 N, giữa cuống - quả là 15,46 N và giữa hai đầu cuống là 25,84 N Sau 1-2 ngày phơi, độ ẩm và độ bền kéo giảm nhanh Sau đó, độ ẩm thay đổi chậm lại và độ bền kéo giữa các nút hầu như không đổi và có các giá trị tương ứng là: 9,41; 7,65 và 11,59 N Chính vì điều này mà tại các nước Bắc Mỹ, nơi có khí hậu khô ráo vào mủa thu hoạch lạc, người ta thường áp dụng công nghệ thu hoạch quả khô

Hình 1.4 Đo độ bền kéo của các bộ phận khác nhau của quả lạc [23]

LV tạo động lực

10

Một nghiên cứu khác được tiến hành nhằm xác định độ bền kéo và cắt của các phần thân, cuống quả lạc tươi trong trạng thái có dính đất khi cây được đào nhổ khỏi mặt ruộng và khi kéo thuần túy ngay sau khi đào, được tiến hành bởi Yang Ranbing,

Xu Yufeng, Liang Jie và cộng sự [24] Theo các tác giả [24], Kết quả đo độ bền kéo bằng thiết bị hiện đại với các giống lạc đại trà tại Trung Quốc cho kết quả không khác nhau nhiều: Lực kéo cho phép giữa quả và cuống khoảng 9,4 N, nhỏ hơn một chút so với lực kéo cho phép của mối liên kết giữa gốc và cuống (13,2 N)

Năm 2022, nhóm tác giả Trần Võ Văn May, Phan Hòa, Lê Minh Lư [6], đã tiến

hành nghiên cứu một số tính chất vật lý của cây và quả lạc giống L14 (là giống đang

được sử dụng phổ biến nhất ở nước ta hiện nay) và đã công bố một số kết quả như sau:

- Lực bứt tại vị trí giữa quả và cuống rễ: 16,76 N

- Lực bứt tại cuống rễ (vị trí giữa cuống và gốc cây): 32,45 N

- Lực bứt tại vị trí giữa cuống rễ và gốc cây: 18,85 N

Theo kết quả thí nghiệm đo của chúng tôi, đối với giống lạc L20 lực ép tĩnh gây

vỡ quả lạc khoảng 100 N

1.2 Tình hình sản xuất và cơ giới hoá khâu thu hoạch lạc trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất lạc trên thế giới

Cây lạc là cây công nghiệp ngắn ngày, là một trong năm loại cây chế biến dầu quan trọng trên thế giới Cây lạc được trồng rộng rãi ở hơn 115 quốc gia Trên toàn thế giới năm 2020 đã sản xuất được 44.041.913 tấn lạc [63]

Sản lượng lạc năm 2020 của các nước sản xuất lạc lớn trên thế giới được thể hiện trong bảng 1.2,

Bảng 1.2 Sản lượng lạc năm 2020 của các nước sản xuất lạc lớn [64]

(ha)

Năng suất (kg/ha)

11

Trung Quốc là nước sản xuất lạc lớn nhất thế giới với sản lượng 16.686.000 tấn mỗi năm và được sản xuất chính ở các tỉnh Giang Tô, Sơn Đông, Quảng Đông và Hà Nam Ấn Độ đứng thứ hai với sản lượng 6.857.000 tấn hàng năm, là nguồn cung cấp cây có dầu chính ở nước này Thị trường xuất khẩu lạc chính của Ấn Độ bao gồm Indonesia, Pakistan và Malaysia

Mỹ là nhà sản xuất lớn thứ tư trên thế giới, sau Trung Quốc, Ấn Độ, Nigeria và

là một trong những nước có năng suất và giá trị xuất khẩu lạc hàng đầu thế giới

1.2.2 Tình hình cơ giới hóa sản xuất lạc trên thế giới

Hiện nay đã tồn tại và phát triển cơ giới hóa thu hoạch lạc theo công nghệ thu hoạch tươi và khô Hệ thống máy cho hai công nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng theo các phương pháp thu hoạch: nhiều giai đoạn; hai giai đoạn và một giai đoạn Trong đó, Công nghệ thu hoạch quả khô hai giai đoạn thường được áp dụng phổ biến tại các nước và khu vực thời tiết khô ráo, ít mưa (Bắc Mỹ, Braxin, v.v.) là điều kiện thích hợp cho việc phơi cây ngay tại ruộng Công nghệ thu hoạch quả tươi cùng với phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn là thích hợp cho các quốc gia có trình độ phát triển công nghiệp thấp, trồng nhiều vụ trong năm, điều kiện đồng ruộng nhỏ hẹp như các nước ở châu Á

Hình 1.5 Liên hợp máy đào- nhổ cây lạc tại Mỹ

a) của hãng FEARMAN năm 1970 [25] và b) của hãng KMC [65]

Tại các nước tiên tiến như Mỹ, Braxin [25],ngay từ những năm 1950 hệ thống máy phục vụ cơ giới hóa các khâu canh tác và thu hoạch lạc đã được phổ biến Hiện nay, tại Mỹ hệ thống máy phục vụ canh tác và thu hoạch lạc đã được hoàn thiện ở mức

độ cơ giới hoá cao và đã chuyển sang xu hướng tự động hoá điều chỉnh các thông số làm việc thông qua hệ thống màn hình đặt trên ca bin của máy [25], Giai đoạn 1 được thực hiện bằng các liên hợp máy (LHM) đào nhổ (hình 1,5) Giai đoạn 2 được thực

LV tạo động lực

12

hiện bằng các máy LHM gom-đập-làm sạch (hình 1.6) Các công ty chế tạo máy nông

nghiệp nổi tiếng của Mỹ như FEARMAN, Kelley (KMC) [65], AMADAS Industries,

COLOMBO [66]

Hình 1.6 Liên hợp máy thu hoạch quả lạc COLOMBO [66]

Hình 1.7 Máy thu hoạch lạc một giai đoạn tại Đài Loan [7]

Các nước châu Á như Trung Quốc, Đài Loan áp dụng cơ giới hoá cây lạc trên 80% Các công nghệ thu hoạch quả tươi và phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn được áp dụng rộng rãi, nhưng công nghệ thu hoạch quả khô và phương pháp thu hoạch quả tươi một giai đoạn cũng được quan tâm phát triển tại các vùng có điều kiện phù hợp [26] Các máy liên hợp thu hoạch lạc tươi theo phương pháp một giai đoạn thường là máy liên hợp

cỡ nhỏ (hình 1.7) Máy hoạt động theo nguyên lý liên hoàn các công việc thu hoạch lạc cùng một lúc, gồm các bộ phận: đào gốc, nhổ, thu gom, giũ đất, bứt quả, làm sạch rác và đóng bao nhưng yêu cần khắt khe về giống, quy mô đồng ruộng, quy trình canh tác, đòi hỏi máy có tính năng kỹ thuật cao, trình độ công nghệ chế tạo hiện đại, vốn đầu tư ban đầu lớn Song ngược lại, sử dụng máy sẽ có năng suất cao (0,2 ha/h), giảm được đáng kể

LV tạo động lực

a) b)

Hình 1.8 Máy bứt quả lạc cấp liệu thủ công và cấp liệu bán tự động tại Ấn Độ

Hình 1.9, LHM đào nhổ và LHM thu gom-bứt quả lạc tại Ấn Độ

Tại Phiilippin, cơ giới hóa thu hoạch lạc cũng được chú trọng Năm 2021 Cục tiêu chuẩn nông nghiệp thủy sản Philippin đã ban hành Tiêu chuẩn Quốc gia về máy tuốt lạc bằng cơ khí để đáp ứng các yêu cầu của thực tiễn sản xuất thực tiến sản xuất [29] Máy bứt quả lạc trong bộ tiêu chuẩn này được quy định về hình dáng, kết cấu cùng các chi tiết quan trọng theo quy định thống nhất (Hình 1.10)

LV tạo động lực

14

Hình 1.10 Máy tuốt quả lạc: Sơ đồ cấu tạo (PNS/BAS 315:2021)

1.2.3 Tình hình sản xuất và cơ giới hóa sản xuất lạc ở Việt Nam

Cây lạc được trồng ở Việt Nam từ lâu đời, và là cây lấy dầu đứng thứ nhất về diện tích, sản lượng và xuất khẩu, hàng năm đóng góp khá lớn vào tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu nông sản của nước ta Giai đoạn gần đây năng suất lạc đã có bước tăng đáng kể: năm 1999 năng suất đạt 1,43 tấn/ha đến nay đã đạt trên 5 tấn/ha Theo STATISTA năm 2021 diện tích đạt khoảng 200-250 nghìn ha, tổng sản lượng 427 nghìn tấn lạc đứng vào tốp 10 mặt hàng nông sản xuất khẩu, đạt kim ngạch xuất khẩu thu 30 - 50 triệu USD/năm (hình 1.11)

Cũng theo số liệu năm 2020 của [64] vị trí sản xuất lạc của Việt Nam được đánh giá cao, về sản lượng Việt Nam xếp thứ 5 ở châu Á và thứ 15 trên thế giới

Hình 1.11 Sản lượng lạc của Việt Nam từ năm 2011 đến năm 2021

(Nguồn: STATISTA/2021)

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và PTNT [8], hiện nay 5 vùng sinh thái có diện tích trồng lạc lớn của Việt Nam là đồng bằng Sông Hồng, Đông Bắc, Bắc Trung

LV tạo động lực

15

bộ, Duyên hải Nam Trung bộ và Đông Nam bộ Diện tích còn lại phân bố nhiều nơi trong cả nước và cây lạc được trồng ở 62/64 tỉnh thành, chỉ có hai tỉnh không trồng

lạc là Hậu Giang và Cà Mau

Về cơ giới hoá các khâu canh tác cây lạc, ở Việt Nam hiện nay chủ yếu tập trung vào khâu làm đất, còn khâu gieo hạt và chăm sóc mới chỉ được áp dụng ở các vùng tập trung

Riêng về khâu thu hoạch hiện nay đã bước đầu cơ giới hóa được khâu đào lạc và bứt quả lạc tươi

- Máy đào lạc đã được một số cơ sở trong nước chế tạo dựa trên mẫu máy thu hoạch khoai tây của nước ngoài và đã thu được những kết quả nhất định Một trong số

đó là máy đào lạc MĐL-1,2 của do nhóm nghiên cứu ở Trường Đại học nông lâm Huế

đã nghiên cứu, chế tạo [67] Máy có bề rộng 1,2m, liên hợp treo sau máy kéo 4 bánh

cỡ trung, công suất cỡ 20- 30 HP Máy có năng suất khoảng 0,32 ha/giờ, tỷ lệ sót quả

< 3%, không vỡ quả, lạc không rối, sau khi đào thu gom dễ dàng

- Máy bứt quả lạc tươi cũng đã được nhiều cơ sở trong nước chế tạo và giới thiệu

nhiều mẫu máy nhập ngoại với các mẫu mã và mức công suất khác nhau Các máy có thể là máy tĩnh tại sử dụng động lực là động cơ điện hoặc động cơ đốt trong (hình 1.12) Các máy di động thường được móc sau máy kéo và sử dụng động lực từ máy kéo qua trục trích công suất (hình 1 13)

Hình 1.12 Máy bứt quả lạc a) Tĩnh tại, cấp liệu thủ công [68]; b) Di động, cấp liệu bán tự động [2]

LV tạo động lực

16

Hình 1.13 Máy bứt quả lạc di động [69], [70]

a) Cấp liệu dạng “ném vào máy“; b) Cấp liệu dạng “ Xếp vào máy“

Trong thu hoạch lạc,khâu bứt quả là có tỷ lệ cơ giới hóa cao hơn cả, bằng các máy bứt quả Tuy nhiên mức độ cơ giới hóa cho khâu bứt quả vẫn còn rất thấp và cũng chủ yếu được thực hiện tại các một vài vùng nguyên liệu tập trung

- Các máy liên hợp thu hoạch lạc một giai đoạn do trong nước nghiên cứu chế tạo cũng như nhập từ nước ngoài hầu như chưa được sản xuất chấp nhận do nhiều nguyên nhân (chất lượng, giá thành, tập quán và kỹ thuật canh tác, )

Nhìn chung, thu hoạch lạc ở nước ta đến nay vẫn chủ yếu làm bằng thủ công, có chi phí và đòi hỏi công lao động cao Theo các số liệu nghiên cứu về chi phí lao động cho sản xuất lạc [9] cho thấy: Lao động thủ công cho 1 ha sản xuất lạc cần 120  125 công, trong đó khâu bứt quả cần 45 công, chiếm hơn 1/3 (khoảng 36-37,5%) tổng số công cần thiết cho quá trình canh tác Trong khi đó thời vụ thu hoạch chỉ diễn ra trong thời gian ngắn khoảng 20 ngảy Tình trạng thiếu và giảm chất lượng lao động thủ công trong nông nghiệp rất trầm trọng, đang là trở ngại lớn để phát triễn sản xuất Do đó, việc đẩy mạnh tỷ lệ cơ giới hóa các khâu thu hoạch lạc, đặc biệt là khâu bứt quả là yêu cầu bức thiết của thực tiễn sản xuất ở nước ta

1.2.4 Công nghệ thu hoạch quả lạc

Theo tài liệu nghiên cứu của Trần Đức Công [10],[ 5] và Đỗ Hữu Khi [7], công nghệ và phương pháp cơ giới hóa thu hoạch lạc trên thế giới và ở Việt Nam được trình bày trên hình 1.14

LV tạo động lực

Công nghệ thu hoạch quả tươi có thể thực hiện theo ba phương pháp:

1 Thu hoạch nhiều giai đoạn: Thực hiện riêng rẽ các khâu đào nhổ, thu gom, bứt quả Các khâu này có thể thực hiện bằng phương pháp thủ công hoặc thủ công kết hợp với máy

2 Thu hoạch hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Đào- giũ; giai đoạn 2: Thu gom- bứt quả tương ứng máy thu hoạch gồm có các loại: máy đào; đào- giũ và máy bứt quả tươi

3 Thu hoạch một giai đoạn: bằng máy liên hợp làm cùng một lúc các công đoạn: đào nhổ cây- giũ đất- bứt quả- làm sạch- đóng bao (hoặc gom vào thùng chứa)

Công nghệ thu hoạch quả khô: Cây lạc sau khi được đào nhổ vẫn còn tiếp tục

trao đổi chất để hoàn thiện quá trình chín, tạo cho quả có chất lượng cao hơn Do đó có thể nhổ lạc sớm khi quả còn tươi chắc khó đứt, giảm được tổn thất trong quá trình nhổ

LV tạo động lực

18

Cây lạc sau khi nhổ được phơi 2-3 nắng làm giảm ẩm cây và quả còn 20-25% thì tiến hành tách bứt quả, phơi sấy và bảo quản Đặc điểm của công nghệ là kéo dài thời gian thu hoạch, tăng thêm chi phí phơi nhưng sẽ giảm chi phí năng lượng cho việc bứt quả

2 Thu hoạch hai giai đoạn: Thu hoạch bằng các máy liên hợp thực hiện cùng một lúc các công đoạn: đào nhổ cây- giũ đấ- rải phơi cây (thực hiện bởi máy đào lạc) và công đoạn thu gom- bứt quả- làm sạch- đóng bao hoặc gom vào thùng chứa (thực hiện bởi máy bứt quả lạc)

Nhận xét: Trong các khâu cơ giới hóa thu hoạch lạc, có thể thấy cho dù áp dụng

công nghệ thu hoạch quả tươi hay quả khô, theo phương pháp thu hoạch một, hai hay nhiều giai đoạn, công đoạn bứt quả luôn đóng vai trò quan trọng, quyết định đến năng suất và chất lượng của toàn bộ hệ thống máy thu hoạch Chính vì vậy việc nghiên cứu nhằm sáng tạo các bộ phận bứt quả mới cũng như cải tiến các bộ phận bứt quả hiện có nhằm nâng cao năng suất và chất lượng của chúng luôn được các nước sản xuất lạc quan tâm

1.3 Một số kết quả nghiên cứu bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Phân loại các bộ phận tách hạt ngũ cốc và quả lạc

Từ cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, các nước Scotlan, Anh, Mỹ, Nga, Đức, Pháp, Úc lần lượt cho ra những mẫu máy thu hoạch cây ngũ cốc, từ đơn giản đến hiện đại với năng suất và chất lượng ngày một cao hơn Do yêu cầu của sản xuất, người ta đã cải tiến các máy thu hoạch ngũ cốc để thu hoạch lạc, đậu tương, v.v và hình thành hệ thống các máy thu hoạch lạc như hiện nay Nhìn chung, các bộ phận tách bứt hạt ngũ cốc (lúa mì, lúa gạo, ) và lạc, đậu tương đều có nguyên lý hoạt động giống nhau Điểm khác nhau giữa chúng chủ yếu là về kết cấu, kích thước hình học và các thông số làm việc Do vậy có thể tham khảo các kết quả nghiên cứu về bộ phận tách hạt ngũ cốc để phục vụ cho nghiên cứu về bộ phận bứt quả lạc tươi

LV tạo động lực

19

Hình 1.15 Phân loại các bộ phận tách hạt

Các bộ phận bứt quả lạc cũng như các bộ phận tách hạt ngũ cốc đang được sử dụng phổ biến trên thế giới có thể phân thành 2 nhóm theo cách tác động vào khối cây là: tác động tối thiểu (bộ phận tuốt chải- BPTC) và tác động toàn bộ (bộ phận đập- BPĐ) như thể hiện trên hình 1.15 Các bộ phận tách hạt cấp hai (ví dụ BPĐ tiếp tuyến, BPĐ dọc trục và BPĐ hỗn hợp) lại được phân thành các loại nhỏ hơn tùy theo các đặc điểm kết cấu của các chi tiết hoặc các cụm máy cấu thành

1.3.2 Bộ phận tuốt chải

Ở bộ phận tuốt chải, các răng tuốt chỉ tác động lên vùng phân bố hạt, quả tại phần ngọn (như khi thu hoạch lúa) hoặc gốc cây (như khi thu hoạch lạc) để bứt lấy hạt, quả mà không tác động lên phần thân cây còn lại Do vậy chi phí năng lượng giảm đáng kể so với các bộ phận đập, tỷ lệ tạp chất trong sản phẩm cũng thấp hơn Nhược điểm của bộ phận tuốt chải là để giảm tỷ lệ bứt sót thì cơ cấu nạp liệu phải hoạt động rất chuẩn xác, sao trong quá trình chải toàn bộ vùng phân bố hạt, quả phải nằm trong vùng tác động của các răng chải Ngoài ra năng suất làm việc của các bộ phận tuốt chải bị hạn chế do tính đặc thù về nguyên lý làm việc của chính bộ phận kiểu này: lớp cây được kẹp không thể quá dày và vận tốc chuyển động của băng kẹp không thể quá lớn

Trong thu hoạch lạc, bộ phận tuốt chải có thể lắp trên máy bứt quả tĩnh tại công suất nhỏ với cấp liệu thủ công, máy bứt quả cấp liệu bán tự động theo phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn hoặc cấp liệu tự động lắp trên máy liên hợp (MLH) thu hoạch một giai đoạn Bộ phận tuốt chải có thể có một trống hoặc hai trống bứt quả Răng bứt quả có thể là loại răng ngón, răng bản, răng tấm hoặc răng định hình Khi sử

LV tạo động lực

20

dụng hai trống, các trống sẽ quay ngược chiều nhau khi lớp cây được kẹp và chạy dọc theo khe giữa hai trống Các nghiên cứu chuyên sâu về bộ phận bứt quả lạc kiểu tuốt chải cấp liệu thủ công không nhiều, chủ yếu là kế thừa bộ phận tuốt chải dùng cho lúa với một số thay đổi về kết cấu hình dạng răng và vật liệu chế tạo răng trống

Bộ phận tuốt chải cấp liệu bán tự động và cấp liệu tự động về cơ bản có cấu tạo

và nguyên lý hoạt động giống nhau Điểm khác biệt giữa hai bộ phận này chủ yếu là trên bộ phận cấp liệu bán tự động có lắp bàn quay cho phép xếp cây lạc lên trên đó để băng kẹp có thể tiếp nhận cây và đưa vào vùng tuốt chải (hình 1.16) trong khi trên bộ phận tuốt chải cấp liệu tự động dòng cây được chuyển từ bộ phận kẹp nhổ sang bộ phận kẹp tuốt một cách tự động nhờ cơ cấu chuyển tiếp Chính nhờ đặc điểm này mà

bộ phận tuốt chải dược sử dụng phổ biến trên các MLH thu hoạch lạc một giai đoạn Tại Trung Quốc, đã có nhiều nghiên cứu về MLH thu hoạch lạc theo phương pháp thu hoạch một giai đoạn Các công trình này thường nghiên cứu về phối hợp giữa các bộ phận chức năng nhằm xác định các thông số hình động học tối ưu; nâng cao

hiệu suất hoạt động tổng thể giữa chùng; phân tích hiện tượng va chạm giữa cơ cấu

bứt và quả lạc để từ đó xác định được chế độ làm việc hợp lý của bộ phận tuốt chải cũng như tìm kiếm, thử nghiệm các kết cấu mới cho bộ phận bứt quả

Tại Viện Cơ giới hóa Nông nghiệp Nam Kinh và Trung tâm Dịch vụ Tích hợp Nông nghiệp, Trung Quốc, Wang Qinghua và cộng sự (2022, [30] đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm trên MLH thu hoạch lạc 4HLB-4 nhằm xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của liên hợp máy, chiều cao kẹp cây, vận tốc quay của trục tuốt chải và tần số rung của sàng làm sạch đến tỷ lệ tạp chất và độ sót quả của máy liên hợp khi thu hoạch trên đồng

Bộ phận bứt quả sử dụng trên máy thử nghiệm là bộ phận tuốt chải 2 trống, có cấu tạo và nguyên lý làm việc được thể hiện trên hình 1.16

LV tạo động lực

(b) Phân tích lực tương tác giữa thanh bứt quả và quả lạc

Bứt quả lạc là thao tác quan trọng nhất và cũng là công nghệ cốt lõi ảnh hưởng đên chất lượng và năng suất của MLH thu hoạch lạc nói chung và của máy 4HLB-4 nói riêng Để xác định các thông số động học của bộ phận bứt quả trên cơ sở kết cấu

đã có trên máy, sao cho bứt được hết quả trong khi đảm bảo độ vỡ quả thấp nhất cần xác định được lực phát sinh khi thanh bứt quả va chạm với quả lạc Trên cơ sở phân tích lực tác dụng của thanh bứt quả lên quả lạc (hình 1.16b), các tác giả đã sử dụng định luật bảo toàn năng lượng tức thời khi va chạm và lý thuyết tiếp xúc va chạm Hertz để xác định lực và ứng suất phát sinh khi va chạm Các kết cho thấy lực va chạm lớn nhất tỷ lệ thuận với vận tốc va chạm và khối lượng tương đương của quả và răng bứt quả, đồng thời chúng tỷ lệ nghịch với hệ số hấp thụ năng lượng của hạt lạc và sự dịch chuyển tương đối của lực va đập tại thời điểm va chạm Trên cơ sở kết quả thu được, với đường kính đỉnh thanh bứt quả là 230 mm, đã chọn vận tốc quay của trống bứt quả trong khoảng 300- 600 v/ph Như vậy có thể thấy việc xác định lực và ứng suất khi va chạm giữa các thanh bứt và quả lạc chính là một trong những cơ sở để xác định các kích thước cơ bản của bộ phận bứt quả

Năm 2022, tại Đại học Nông nghiệp Thanh Đảo và Đại học Nông nghiệp Sơn Đông, Trung Quốc, Dongjie Li, Shuqi Shang, Xiaoning He và cộng sự [31] đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm cơ cấu bứt quả lạc kiểu tuốt chải lắp trên MLH thu hoạch

LV tạo động lực

Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo (a) và nguyên lý làm việc (b) của bộ phận bứt quả [31]

Hình 1.18 Mô phỏng tác động của thanh bứt với quả lạc bằng phần mềm Workbench -

LS-Dyna [31]

a) Sơ đồ tác động của thanh bứt với quả lạc; b) Mô phỏng ba trường hợp va chạm

Qua mô phỏng đã xác định được mối quan hệ giữa lực phát sinh khi va chạm với vận tốc va chạm thể hiện qua vận tốc quay của trục tuốt chải và đường kính trục tuốt chải: Khi đường kính trục tuốt chải 190 mm, ứng với các vận tốc quay 400, 450, 500,

550 v/ph, đã xác định được trị số các lực tiếp xúc va chạm là 19 N, 35 N, 67 N và 84

N Trong công trình này, việc xác định kích thước chính của bộ phận bứt quả cũng dựa trên lực phát sinh khi va chạm, thể hiện qua vận tốc va chạm

LV tạo động lực

23

Qua hai công trình [30] và [31] ta có thể thấy các nhóm nghiên cứu đã sử dụng

các công cụ khác nhau để xác định lực phát sinh khi va chạm gữa thanh bứt với quả lạc Trên cơ sở đó lựa chọn các thông số hình động học của bộ phận bứt quả để phục

vụ các bước nghiên cứu tiếp theo

Một trong các hướng tiếp cận với việc phân tích tương tác giữa các chi tiết của

bộ phận bứt quả với khối cây quả trong quá trình bứt quả là sử dụng kỹ thuật chụp ảnh nhanh Nhờ việc chụp nhanh rồi quay chậm lại để nghiên cứu, người ta có thể phân tích được các yếu tố dẫn đến việc phá vỡ liên kết giữa quả lạc với gốc cây Một trong những công trình nghiên cứu theo hướng này là nghiên cứu của Hu Zhichao, Wang

Bing, Yu Zhaoyang và cộng sự [32] Trong công trình này, công nghệ chụp ảnh tốc độ

cao đa được sử dụng để quan sát và phân tích quá trình trước, trong và sau khi quả lạc được bứt khỏi cuống và một số quá trình khác xảy ra trong buồng đập Chúng tôi cho rằng đây là một trong những hướng tiếp nghiên cứu rất có hiệu quả bên cạnh các hướng nghiên cứu truyền thống, tuy nhiên nó đòi hỏi những công cụ, phương tiện cần thiết

Hướng tới mục đích cải thiện quá trình tương tác giữa răng tuốt chải với quả lạc, nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm đén việc tìm kiếm các kết cấu mới, vật liệu mới cho các răng chải- bộ phận trực tiếp va chạm với quả lạc trong quá trình làm việc [33], [34], [35]

Xiaolian LU, Zhichao HU và Baoliang PENG [33] đã tiến hành sử dụng răng tấm cong có tính đàn hồi cao thay cho răng tấm phẳng trên các trống bứt quả của bộ phận tuốt chải (hình 1,19),

Hình 1.19 Răng chải dạng tấm phẳng (a) và dạng tấm cong (b)

Trên cơ sở phân tích đặc điểm làm việc và quá trình làm việc của trống chải với

4, 6 và 8 răng, với các thông số khác (bán kính cong của răng r; đường kính trống De;

LV tạo động lực

Hình 1.20 Sơ đồ dàn khảo nghiệm bộ phận bứt quả [34]

Kết quả thu được cho các giá trị tối ưu của các thông số như sau: Vận tốc trống chải 270 vòng/ phút; Vận tốc băng chuyển chuyển cây 11,3 m/s; đường kính ngoài trống chải là 160 mm

Nhóm nghiên cứu gồm Hu Zjichao, Peng Baoliang, Yin Wenqing và cộng sự đề xuất cải tiến trống bứt quả cho máy liên hợp 4LH2 với kết cấu thể hiện trên hình 1.21 [35]

Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo trống bứt quả lạc [35]

1.Trục trống; 2- Rằng chải; 3- Tấm màng cao su

Khác biệt của trống chải so với trống nguyên thủy của máy là được lắp thêm tấm màng mềm trên mặt trụ bắt chân răng trống chạy dọc theo chiều dài trống Khi trống

LV tạo động lực