nghiên cứu lựa chọn các thông số hợp lý của liên hợp máy phay đất thực hiện cơ giới hóa sản xuất mía. ứng dụng cụ thể cho miền núi tỉnh cao bằng

Do đó tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn các thông số hợp lý của liên hợp máy phay đất thực hiện cơ giới hóa trong sản xuất mía.” *Mục tiêu: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn các yế

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HIÊN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA LIÊN HỢP MÁY PHAY ĐẤT THỰC HIỆN

CƠ GIỚI HOÁ SẢN XUẤT MÍA ỨNG DỤNG CỤ THỂ CHO

TỈNH MIỀN NÚI CAO BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Mã số: 625204011

Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH PHẠM VĂN LANG

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HIÊN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA LIÊN HỢP MÁY PHAY ĐẤT THỰC HIỆN

CƠ GIỚI HOÁ SẢN XUẤT MÍA ỨNG DỤNG CỤ THỂ CHO

TỈNH MIỀN NÚI CAO BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

MỤC LỤC

BẢNG ĐƠN VỊ CÁC ĐẠI LƯỢNG ……….…….3

DANH MỤC CÁC BẢNG ……… …….……… 4

DANH MỤC CÁC HÌNH ……… ……….5

ĐẶT VẤN ĐỀ 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ LÀM ĐẤT CHO VÙNG MÍA Ở VIỆT NAM 8

1.1 Tình hình sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đối với máy làm đất trồng mía trên thế giới và Việt Nam 8

1.2 Một số công nghệ làm đất trồng mía tiêu biểu trên thế giới và Việt nam 13 1.2.1 Một số công nghệ làm đất trồng mía tiêu biểu trên thế giới 13

1.2.2 Một số công nghệ và máy làm đất trồng mía chủ yếu ở Việt Nam 16

1.2.3 Kết quả nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực cơ giới hóa khâu làm đất trồng mía 28

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỂ CHỌN DÃY MÁY PHAY PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CANH TÁC 32

2.1 Cơ sở của lý thuyết đồng dạng - mô hình - phép phân tích thứ nguyên 32

2.1.1 Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và mô hình trong phương pháp nghiên cứu về máy móc dùng nông nghiệp 32

2.1.2 Mô hình, bản chất và các dạng mô hình 33

2.1.3 Chuẩn số đồng dạng 35

2.1.4 Lý thuyết thứ nguyên 35

2.1.5 Nguyên lý của lý thuyết đồng dạng - Định lý đồng dạng 37

2.3.6 Phương pháp xác định chuẩn số đồng dạng 38

2.2 Tính chất cơ lý của đất: 39

2.2.1 Độ cứng của đất (hay còn gọi là hệ số nén thể tích): 40

2.2.2 Lực cản của đất: 41

2.2.3 Lực cản chuyển động của công cụ, máy móc khi tác động vào đất: 42

2.3.1 Nguồn động lực dùng cho máy phay làm đất trồng mía………47

2.3.2 Thông số cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của phay: 54

2.3.3 Kết quả thiết kế phay đất và máy băm gốc mía 61

2.4 Đặc điểm kết cấu máy phay đất 62

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM MÁY PHAY ĐẤT TRÊN RUỘNG TRỒNG MÍA TẠI CAO BẰNG 70

3.1 Mục đích 70

3.2 Nội dung thí nghiệm 70

3.2.1 Trình diễn các máy canh tác mía tại huyện Phục Hoà 71

3.2.2 Thiết bị thí nghiệm; 77

3.3 Kết quả thực nghiệm trong điều kiện sản xuất - Phân tích hiệu quả kinh tế của khâu phay đất bằng máy; 82

3.3.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm 82

3.3.2 Xây dựng quy trình canh tác mía áp dụng cho mô hình: 83

3.3.3 Đặc điểm ruộng trồng mía: 84

3.3.4 Năng suất liên hợp máy: 84

3.3.5 Hiệu quả kinh tế 85

KẾT LUẬN CHUNG - KIẾN NGHỊ 82

1 Kết luận: 87

2 Kiến nghị: 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

hcp Chiều cao (hay là tung độ t.bình) của đồ thị khi đo cm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Diện tích, sản lượng mía ép và đường vụ 2006-2007 và kế hoạch

2007-2008 9

Bảng 1.2: Bảng tổng hợp diện tích và sản lượng mía vụ 2009 – 2010 11

Bảng 1.3: Dự kiến diện tích sản xuất mía vụ 2010 – 2011 12

Bảng 1.4: Kết quả thí nghiệm về độ sâu làm đất ảnh hưởng tới năng suất mía29 Bảng 2.1: Một số thông số chính của máy kéo Foton FT 324 53

Bảng 2.2: Các đại lượng chính của phay 64

Bảng 3.1: Dãy máy phay cho máy kéo bốn bánh 73

Bảng 3.2: Quy trình canh tác mía áp dụng hệ thống máy canh tác 83

Bảng 3.3: Năng suất các liên hợp máy và chi phí nhiên liệu 84

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm 22

Hình 1.2 Số giờ nắng của các tháng trong năm 23

Hình 1.3 Lượng mưa trung bình các tháng trong năm 24

Hình 1.4 Độ ẩm trung bình các tháng trong năm 24

Hình 2.1 Độ cứng của đất p (kg/cm2) phụ thuộc vào độ ẩm W% 46

Hình 2.2 Quan hệ giữa lực cản riêng của đất khi cày k0 (kg/cm2) 47

và độ ẩm của đất W% 47

Hình 2.3 Máy kéo 4 bánh Foton FT 324 54

Hình 2.4 Các loại lưỡi dao phay 55

Hình 2.5 Đường tròn đỉnh tốc độ tuyệt đối 57

Hình 2.6 Sơ đồ xác định góc đặt dao β và góc đặt dao γ 58

Hình 2.7 Sơ đồ xác định góc đặt dao 59

Hình 2.8 Máy phay đất thiết kế 61

Hình 3.2 Máy cày không lật đang làm việc trên ruộng 73

Hình 3.3 Máy phay đất đang làm việc trên ruộng 74

Hình 3.4 Máy rạch hàng trồng mía đang làm việc trên ruộng 76

Hình 3.6 Chi tiết nối ghép giữa trục thu công suất và sensor 79

Hình 3.7 Chi tiết nối ghép giữa sensor và trục máy phay 80

Hình 3.8 Lắp sensor đo momen lên trục động cơ máy phay 80

Hình 3.9 Kết quả đo: momen xoắn, tốc độ và công suất của máy phay 82

Hình 3.10 Các liên hợp máy canh tác mía đang làm việc trên mô hình thí nghiệm 83

ĐẶT VẤN ĐỀ

Mía là cây công nghiệp ngắn ngày có hiệu quả kinh tế cao Ở nước ta mía

là nguyên liệu của ngành công nghiệp sản xuất đường và là nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp giấy, hoá dược khác Để đáp ứng nhu cầu về đường, những năm gần đây cây mía đã được phát triển ở nhiều vùng trong cả nước, góp phần xoá đói giảm nghèo ở nông thôn, vùng sâu, vùng xa

Hiện nay trong sản xuất mía, cơ giới hoá các khâu chưa đồng bộ, chỉ có một

số vùng trồng mía tập trung được cơ giới hoá canh tác tương đối khá ở các khâu làm đất, còn các khâu thu hoạch như cắt gốc, làm sạch lá, cắt ngọn, bó cây, gom đống, chất lên xe hoàn toàn bằng lao động thủ công với các công cụ chủ yếu là dao, cuốc bàn Năng suất lao động rất thấp, cường độ lao động cao, tổn thất còn nhiều…

Trên thế giới cây mía được coi là cây năng lượng của thế kỷ tới Ngoài việc chế biến đường, mía còn là nguyên liệu cho hơn nhiều sản phẩm khác của các ngành như: dệt, giấy, mực, hóa dược…

Nghề trồng mía được phát triển lâu đời ở nước ta Cây mía được trồng khắp nơi trên đất nước từ vùng đất phèn mặn cho tới vùng đất khô cằn trên đồi dốc núi cao Phải công nhận rằng cây mía là cây dễ trồng, không kén đất, chỉ cần đủ ánh sáng và độ ẩm là ngọn mía có thể nảy mầm và mọc lên thành cây Nhưng để cây mía mọc và phát triển tốt, cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao thì còn là vấn đề tổng hợp phức tạp của các ngành có liên quan tới cây mía, tất nhiên trong đó cần thiết có sự đóng góp của ngành cơ giới hóa nông nghiệp 2

Do đó tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn các thông số hợp lý của liên hợp máy phay đất thực hiện cơ giới hóa trong sản xuất mía.”

*Mục tiêu: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng đến khả

năng làm việc của liên hợp máy canh tác cho vùng trồng mía

*Nội dung nghiên cứu:

- Phân tích tổng hợp quy trình làm đất, chăm sóc mía đang được áp dụng ở các

*Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp sử lý số liệu thống kê đánh giá kết quả thu được thông qua chương trình tính toán quy hồi

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm lý thuyết đồng dạng và phân tích thứ nguyên

- Phương pháp đánh giá so sánh các loại máy phay

- Phương pháp đo đạc thực tế trên đồng ruộng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ LÀM ĐẤT CHO VÙNG

MÍA Ở VIỆT NAM

1.1 Tình hình sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đối với máy làm đất trồng mía trên thế giới và Việt Nam

Diện tích trồng mía trên thế giới rất lớn (khoảng hơn 20 triệu ha) nhưng phân bố không đều Trên 95% diện tích trồng mía tập trung ở Châu Á - Thái Bình Dương, còn các nước khác thuộc các châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ chỉ chiếm khoảng 5% Khoảng 20 nước trồng nhiều mía, trong đó có các nước diện tích trồng lớn như Trung Quốc - 1,35 triệu ha, Ấn độ - 4,10 triệu ha, Thái Lan - 1,05 triệu ha, Ôxtrâylia - 0,41 triệu ha, Việt nam - 0,315 triệu ha

Những nước có năng suất mía cao là Ôxtrâylia - 83 tấn/ha, Inđônêxia - 82 tấn/ha, Philippin - 78,8 tấn /ha, Nhật Bản - 71,6 tấn /ha, Papua New Ginê - 69,3 tấn/ha Trong khi đó có những nước năng suất mía còn thấp như Butan - 30 tấn/ha, NêPan - 31 tấn/ha, Srilanka - 35,8 tấn/ha, Việt nam - 42,2 tấn/ha

Việt Nam là nước có diện tích trồng mía đứng vào loại trung bình trên thế giới, tập trung ở các khu vực phía Bắc, phía Nam Trung Bộ và Nam Bộ

Trong những năm qua, nhờ có giá trị kinh tế cao, cộng với mục tiêu sản suất 1 triệu tấn đường của Nhà nước, diện tích và sản lượng mía đã tăng đáng

kể Theo số liệu thống kê vụ mía năm 2006-2007, diện tích trồng mía cả nước đạt gần 310.067 ha, sản lượng mía đạt khoảng 17,0 triệu tấn So với vụ 2004-

2005 diện tích tăng 45.000 ha (17%); năng suất mía tăng 3,9 tấn/ha (7,6%); sản lượng mía tăng 3,5 triệu tấn (25,9%) Diện tích vùng nguyên liệu các nhà máy

đã ký hợp đồng đầu tư và tiêu bao là 219.752 ha

Sản xuất mía đường ở nước ta có từ lâu đời nhưng chỉ mới bắt đầu phát triển vào cuối thập kỷ 80 và cho đến năm 1998 Việt Nam vẫn là nước nhập khẩu đường Vào năm 1994, cả nước sản xuất được khoảng 300.000 tấn đường (gần 100.000 tấn đường công nghiệp còn lại là đường thủ công) và phải nhập khẩu 124.000 tấn nữa

mía đường và đề ra mục tiêu sản xuất đạt 1 triệu tấn đường vào năm 2000 để cung cấp đủ cho nhu cầu tiêu dùng trong nước Từ khi thực hiện chương trình 1 triệu tấn đường vào năm 2000, ngành công nghiệp mía đường Việt nam đã có những bước tăng trưởng rất nhanh Năm 2000, ngành mía đường đã đạt mục tiêu sản xuất 1 triệu tấn đường, đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước Tổng hợp về diện tích, sản lượng mía ép và đường vụ 2006÷2007 và kế hoạch 2007÷2008 được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Diện tích, sản lượng mía ép và đường vụ 2006-2007 và kế hoạch 2007-2008

DT đã

QH (ha)

Diện tích (ha)

S.lượng mía ép (T)

S.lượng đường (T)

Diện tích (ha)

S.lượng mía ép (T)

S.lượng đường

*Tình hình sản xuất mía tại Phục Hoà:

Phục Hoà là huyện có vùng nguyên liệu mía khoảng 1500 ha chiếm 50% diện tích trồng mía của tỉnh Cao Bằng và là địa bàn trọng điểm phát triển vùng mía nguyên liệu của Công ty Cổ phần mía đường Cao Bằng Nhờ trồng mía mà hàng trăm hộ nông dân ở đây đã thoát nghèo, có thu nhập ổn định, đời

sống vật chất và tinh thần ngày càng được nâng lên

Những năm gần đây, diện tích trồng mía nguyên liệu ngày càng được mở rộng, nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật nông nghiệp đã được ứng dụng để thâm canh tăng năng suất và chất lượng mía Tuy nhiên trong các khâu canh tác mía

chủ yếu vẫn được làm bằng phương pháp thủ công

Bảng 1.2: Bảng tổng hợp diện tích và sản lượng mía vụ 2009 – 2010

TT Vùng Nguyên liệu (xã)

D.tích sản xuất vụ 09 –

10 (ha)

S.Lƣợng mía

ép (tấn)

S.Lƣợng mía giống (tấn)

Tổng S.Lƣợng (tấn)

N.suất B.quân (tấn/ha)

Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Cao Bằng đã xây dựng kế hoạch sản xuất mía trong giai đoạn 2010-2011 bảng 1.k3

Bảng 1.3: Dự kiến diện tích sản xuất mía vụ 2010 – 2011

Dự kiến diện tích sản xuất vụ 2010 – 2011 (ha)

D.tích trồng mới

DTích M.gốc 1

DTích M.gốc 2+3

Tổng DTích

DK

SL (tấn)

Nguồn: Phòng nguyên liệu, Công ty Mía đường Cao Bằng

Đối với khâu làm đất, chủ yếu là dùng sức trâu bò kéo để cày, bừa làm nhỏ đất, rạch hàng và vun xới mía Những năm gần đây việc cơ giới hoá làm

công suất từ 12 đến 18 mã lực để phay gốc mía và làm nhỏ đất Các phương pháy này đều chưa bảo đảm yêu cầu kỹ thuật nông học trồng mía nên ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng mía, chi phí đầu tư cao, hiệu quả kinh tế

độ ẩm không khí, sức gió, giống và kĩ thuật canh tác của từng vùng

Từ đó thấy rằng mía là cây trồng cạn thuộc loại cây trồng đòi hỏi nhiều nước trong quá trình sinh trưởng Trong điều kiện chỉ sử dụng nguồn nước mưa thì cần tạo điều kiện tối đa giúp cây mía có đủ nước để phát triển cho năng suất cao bằng các biện pháp:

- Làm đất sâu trên 30 cm, càng sâu càng tốt giúp cho việc thấm nước khi trời mưa to, tạo điều kiện để bộ rễ chùm của cây mía phát triển theo chiều rộng

và chiều sâu

- Phần dư thải sau thu hoạch có khối lượng từ 10-15 tấn/ha cần được băm nhỏ trộn vùi với đất làm nguồn bổi vừa che phủ chống bốc hơi giữ ẩm vừa tạo mùn tơi xốp cho đất, đồng thời tránh đốt lá gây ô nhiễm môi trường

Kết quả nghiên cứu của viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch ở nông trường Hà Trung cho thấy: cày sâu trên 30cm năng suất mía tăng trên 20% so với cày sâu 20cm trong cùng điều kiện giống, cách trồng và chăm sóc

Làm đất trồng mía có thể theo nhiều cách khác nhau như: làm bằng thủ công, làm bằng súc vật, làm bằng cơ giới Tuy có một số quan điểm khác nhau

về làm đất, song đều thống nhất là phải đảm bảo độ sâu rãnh trồng từ 40cm trở

lên, làm đất vừa phải đạt yêu cầu kỹ thuật nông học với chi phí cho sản xuất là thấp nhất Hiện tại, các máy móc và công cụ làm đất trồng mía vẫn thường sử dụng các loại máy làm đất có công dụng chung, độ sâu rãnh trồng mía mới chỉ đạt 25-30cm tính từ đỉnh luống, thậm chí nhiều nơi còn thấp hơn nhiều

Để có mẫu máy phay đất hợp lý để trồng mía, đáp ứng yêu cầu nông học, giảm chi phí làm đất, tăng hiệu quả sản xuất mía cần tiến hành nghiên cứu các thông số hợp lý

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng phương pháp làm đất trồng mía chủ yếu là phương pháp làm đất nhiều lượt và làm đất sâu ít lượt

1 Phương pháp làm đất nhiều lượt được thực hiện bằng thủ công hoặc bằng máy Phương pháp này có thể sử dụng nhiều loại công cụ, máy móc làm đất công dụng chung, phù hợp với diện tích thửa ruộng bé Nhược điểm cơ bản nhất của phương pháp này là phải tiến hành làm đất nhiều lần, độ sâu làm đất thường không đạt yêu cầu, chi phí làm dất cao

2 Phương pháp làm đất sâu ít lượt được tiến hành theo hai cách sau:

- Làm đất đạt độ sâu 40-50cm bằng cày trụ hoặc cày đĩa sử dụng máy kéo công suất lớn 100-150 mã lực và bừa cho đến khi đảm bảo yêu cầu, sau đó rạch hàng

- Làm bằng cày không lật xới sâu từ 1 đến 2 lượt cho đến khi đạt độ nhỏ,

độ sâu làm đất đạt từ 40-50cm sau đó tiến hành bừa, dùng máy rạch hàng hoặc máy rạch hàng phối hợp với trồng

Phương pháp này có ưu điểm là độ sâu làm đất đạt yêu cầu, đồng thời giảm chi phí nhiên liệu và chi phí lao động trực tiếp, có khả năng liên hợp các quá trình trong công nghệ làm đất, bón phân và trồng So với phương pháp làm đất nhiều lượt thì phương pháp này cho năng suất tăng từ 10-15% Các nước có trình độ cơ giới hoá cao thường áp dụng phương pháp này để thâm canh tăng năng suất mía

Mía có bộ rễ chùm phát triển mạnh cả về bề rộng và chiều sâu, hơn nữa mía sợ bị úng cục bộ, bị úng quá 24 tiếng rễ mía có thể bị chết Vì những đặc tính đó mà làm đất trồng mía phải làm sâu và cày càng sâu càng tốt

Để làm đất sâu người ta sử dụng cày không lật Trường Đại học Hoa Nam (Trung Quốc) đã ứng dụng cày không lật để làm đất trồng mía Sau 3 năm thực nghiệm đã kết luận rằng: cày sâu 35cm bằng cày không lật đã đưa năng suất mía tăng trên 20%

Nhược điểm là các máy làm đất theo phương pháp này thường có kích thước lớn, cấu tạo phức tạp, đồng thời đòi hỏi phải có những tiêu chuẩn qui định chặt chẽ về đồng ruộng

Trên thế giới ở những nước có nền công nghiệp phát triển như Australia, Nhật bản, Đài loan, Cu ba… công việc canh tác cây mía được tiến hành bằng máy 100% còn các nước đang phát triển như Ấn độ, Philippin, Việt Nam… khâu canh tác nặng nhọc như làm đất, rạch hàng, thu hoạch đang được cơ giới hoá từng bước.9, 10

Ở Cu Ba Bộ công nghiệp mía đường đã ban hành thống nhất 4 quy trình làm đất trồng mía trong cả nước gồm: công nghệ làm đất sâu, công nghệ làm đất cho vùng có độ ẩm và độ chặt cao, làm đất cho thửa ruộng có diện tích nhỏ

và làm đất ở các vùng có nhiều sỏi đá Tuy nhiên, quy tụ chung các quy trình đều có một số bước cơ bản như: làm sạch mặt đồng, loại bỏ gốc mía, xới sâu đạt độ sâu 40-50cm từ 2-3 lần, bừa từ 1-2 lần, tiếp theo tiến hành san phẳng 2-

3 lượt và sau cùng là lên luống, rạch hàng để trồng Thời gian làm đất thường kéo dài từ 35-45 ngày Sử dụng các loại máy như: cày SP-280(5 lưỡi), cày đĩa SC-6D (6đĩa), máy xới sâu FAS-1 liên hợp với máy kéo KOMATSU, máy kéo K-700 để làm đất sâu, dùng các loại bừa đĩa nặng 3400kg, 7000kg Các vùng diện tích bé dùng cày phá A-10000, bừa 2050kg…

Ở Úc tiến hành cơ giới hoá đồng bộ sản xuất mía, làm đất trồng mía

chủ yếu phương pháp làm đât sâu ít lượt bằng cày không lật, cày chảo, bừa đĩa, phay để làm nhỏ đất và dùng liên hợp máy rạch hàng kết hợp với trồng Dùng máy DEEPPIGGER với máy kéo 150-200 mã lực để làm đất sâu

Cơ giới hoá trồng mía ở Nhật Bản đạt được mức độ cao ở khâu làm đất đến khâu thu hoạch Máy làm đất chủ yếu là xới sâu kết hợp với phay liên hợp với máy kéo 4 bánh có công suất lớn, độ sâu làm đất đạt từ 30-35cm Sau khi làm đất xong tiến hành san phẳng dùng máy rạch hàng phối hợp với trồng

Trung Quốc kết hợp cả công cụ thủ công và máy móc trong khâu làm đất Các vùng có diện tích bé chủ yếu làm bằng phương pháp thủ công và nhiều lượt, vùng có diện tích lớn đã ứng dụng quy trình làm đất nống sâu với độ sâu

từ 30-35cm Dùng cày 3ZSL-2B liên hợp máy kéo xích 75-80 mã lực để nống sâu toàn bộ diện tích trước khi làm nhỏ đất bằng bừa, độ xới sâu đạt tới 40cm

Sử dụng các máy rạch hàng bị động 1KK-2, 1KL-3 Một số vùng đã sử dụng máy liên hợp rạch hàng trồng mía một lần, máy hoàn thành rạch hàng, máy cắt ngọn mía, đặt ngọn, rắc phân…

1.2.2 Một số công nghệ và máy làm đất trồng mía chủ yếu ở Việt Nam

Theo các nhà nông học thì làm đất trồng mía là biện pháp có tác dụng nhiều mặt và có ý nghĩa lớn đối với cây mía Làm đất tốt hay xấu, đúng hay sai không chỉ có tác dụng đến một vụ thu hoạch, mà còn có tác dụng đến cả chu kỳ kinh tế, đến nhiều vụ thu hoạch cả mía tơ và mía gốc Ở nước ta, tuy còn một

số quan điểm khác nhau về làm đất trồng mía, song đều thống nhất là độ sâu làm đất phải đạt được từ 40-50cm, chỉ cần cày lật 20-30cm, lớp dưới không cần cày lật Nếu không có máy kéo công suất lớn và cày không lật thì sau khi làm đất mặt, tạo rãnh trồng, có thể dùng cày hoặc công cụ thủ công phá dỡ lớp đất đáy rãnh đến độ sâu cần thiết đáy rãnh phải xốp và mịn, không có cục to để đất

và hom tiếp xúc tốt nhằm tăng tỉ lệ nảy mầm

Mặc dù mỗi nơi đều có đặc thù cụ thể, nhưng nhìn chung quy trình làm đất bằng máy ở nước ta gồm những khâu chính: cày lật và làm nhỏ đất, dùng cày phá gốc mía để trồng mới, lật đất, vùi lấp lá mía Đối với quy trình làm đất

ít lượt, chỉ dùng cày đất một lần với độ sâu từ 25-30cm, sau đó dùng bừa để bừa từ một đến hai lượt Hiện nay ở các vùng mía tập trung thường dùng cày không lật sâu từ 30-35cm, sau đó dùng máy rạch hàng để tạo thành rãnh trồng

Một số nông trường trồng mía đã trang bị một số loại máy làm đất như: cày lưỡi diệp H 4-35, H 3-35, máy rạch hàng, máy xới móc rễ dạng lò xo, máy vun xới mía, bừa đĩa nặng BDT-2.5A liên hợp để làm đất trồng mía.6,7

Viện cơ điện nông nghiệp sau nhiều năm nghiên cứu tại vùng mía Lam Sơn - Thanh Hoá, đã đưa ra một số quy trình làm đất bằng máy được thực hiện bằng các bộ phận làm việc liên hợp với máy kéo ĐT - 75 và MTZ 50/82 Hiện nay các khu vực sản xuất mía ở nước ta đang áp dụng các quy trình làm đất trên hoặc tương tự như trên và đã đem lại hiệu quả kinh tế cao…

Ở Việt Nam đã đưa thí nghiệm cày không lật để làm đất trồng mía áp dụng tại nông trường Hà Trung - Thanh Hoá và cũng cho kết quả tương tự Cày không lật làm đất trồng mía đã được Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch nghiên cứu phát triển vào vùng mía Lam Sơn, đến nay cày không lật đã được ứng dụng vào nhiều vùng mía khác

Trong những năm gần đây Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu đưa ra cày chuyên dụng cho cây trồng cạn: cày lật kết hợp với xới sâu, cày lật lớp đất từ 18-22cm đồng thời xới sâu 20-22cm nâng độ sâu phá vỡ đất lên 38-44cm Loại cày này liên hợp với máy kéo có lực kéo lớn như MTZ-892

1.2.2.1.Thực trạng cơ giới hoá canh tác mía ở nước ta

Mía là cây trồng cạn, mọi công việc canh tác đều được tiến hành trong điều kiện khô ráo thuận tiện, do vậy các loại công cụ máy móc hiện hành đều

có thể ứng dụng được vào việc cơ giới hoá canh tác mía

Nhìn chung có thể nói ngành cơ giới chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu cần thiết cho cây mía phát triển

- Khâu chuẩn bị đất trồng: Sử dụng các loại cày, bừa, phay thông thường,

độ sâu làm đất không quá 20cm Như vậy không đủ điều kiện cho bộ rễ mía phát triển và cũng không có khả năng giữ cho cây mía khỏi bị ngả, đổ khi có gió mạnh

- Khâu trồng mía: Xẻ rãnh với độ sâu 15-20cm, bón phân, thả hom, lấp, với độ sâu 20cm là không đảm bảo yêu cầu cho cây mía phát triển, một số nơi còn rạch hàng bằng trâu kéo chỉ có thể đạt độ sâu 10-15cm

- Khâu chăm sóc: Máy kéo tham gia chăm sóc mía còn quá ít và thiếu các công cụ chuyên dùng Phần lớn công việc cày xới diệt cỏ, cày vun, cày rạch bón phân đều được tiến hành bằng sức kéo trâu, bò

- Việc phòng trừ sâu bệnh: Được tiến hành bằng bình thuốc đeo vai

- Khâu thu hoạch: Thu hoạch mía là một công việc nặng nhọc, dóc lá, chặt gốc chặt ngọn, bó, gom đống, bốc lên xe hoàn toàn thủ công, tuỳ theo năng suất mía công lao động có thể 120-150 công/ha Trong thu hoạch chặt mía không sát gốc đã làm cho hao hụt sản lượng 5-7% và mía mầm của vụ lưu gốc kém phát triển, nhiều mầm mọc trên mặt đất trở thành cây vô hiệu

Ngoài những công cụ thông dụng kể trên, đến nay đã xuất hiện một số trang bị chuyên dụng cho canh tác mía Những công cụ này được liên hợp với máy kéo lớn có công suất 50-110 mã lực trong khâu làm đất và chăm sóc mía + Phay băm lá mía khô liên hợp với máy kéo có công suất 50-80 mã lực,

trộn với lớp đất dầy 7 - 8cm ở nước ta, vấn đề xử lý lá mía sau thu hoạch đã được đặt ra từ những năm 90 của thế kỷ trước Sau nhiều năm nghiên cứu và đã làm nhiều thí nghiệm với nhiều mẫu máy băm lá mía khác nhau, kết quả cuối cùng Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch đã đưa ra mẫu phay băm lá mía, có hai dạng phay: Dạng phay hai cục (ở giữa trống phay không có dao phay), dạng này dùng để băm lá trên nương mía lưu gốc Phay băm lá phá tan gốc mía để làm phân xanh Tuỳ thuộc vào mật độ lá và thời gian phơi ải có thể sau một hay hai lượt phay, liên hợp cày làm việc sẽ không bị lá mía gây cản trở

+ Cày sâu không lật: loại 3 răng liên hợp với máy kéo bánh bơm; loại 5 răng liên hợp với máy kéo bánh xích Những loại cày này có khả năng nống vỡ đất sâu 40 - 45cm, tạo điều kiện cho việc thấm nước và giữ nước

+ Rạch hàng trồng mía có xới sâu đáy rãnh liên hợp với máy kéo lớn tạo rãnh sâu 45cm giúp cho thâm canh cây mía

+ Cày lật xới sâu là công cụ làm đất kết hợp giữa cày lật lớp đất mặn 20% và xới cống vỡ đất sâu đáy rãnh cày 25cm, tạo lớp đất được phá vỡ tới gần 45cm Sử dụng loại cày này sẽ giảm được 35-40% so với sử dụng cày lật và xới sâu riêng rẽ

18-+ Máy xới bón, xẻ rãnh chăm sóc mía lưu gốc, máy gồm có đĩa phẳng xén

lá và đĩa chảo cày xẻ rãnh bón phân

+ Khung vạn năng có khả năng lắp các công cụ chăm sóc giữa hàng mía; lưỡi xới diệt cỏ, xới móc rễ mía, xới sâu giữa hàng, 4 lưỡi cày thuận nghịch giúp cho việc cày xẻ rănh bón phân và cày vun gốc mía

Những công cụ này xuất hiện rải rác ở một số vùng mía tập trung như Lam Sơn, Nghệ An, Tây Ninh… số lượng còn ít chưa được rộng rãi ở các vùng mía khác

Vùng mía Lam Sơn - Thanh Hoá có tới 80% diện tích trồng mía được cơ giới làm đất 100% Nhờ giống tốt, phân đủ và sử dụng công cụ làm đất đáp ứng yêu cầu nông học cây mía, do vậy đã có cả trăm ha mía có năng suất 90 tấn/ha trở lên trong tổng số hơn 19.000 ha mía

Trong những năm cuối thế kỷ 20 Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch đã xây dựng quy trình làm đất trồng mía theo hướng thâm canh bảo vệ đất Nòng cốt của quy trình công nghệ này là phay băm lá mía khô, cày sâu không lật và máy băm ngọn mía

Quy trình làm đất này đã được kiểm nghiệm tại Hà Trung - Thanh Hoá và Sơn Dương - Tuyên Quang Kết quả rất tốt so với đối chứng (cùng điều kiện giống, trồng, chăm sóc) năng suất mía tăng hơn 20% và phát triển chăn nuôi Máy kéo lớn được ứng dụng trong canh tác mía tập trung ở các khu vực nông trường, nơi trước đây đã được nhà nước đầu tư, tạo cho người dân có ý thức cơ giới hoá với ruộng nương được quy hoạch rộng, dài Để có máy kéo lớn làm đất trồng mía rất cần có sự hỗ trợ của kinh tế tập thể hoặc Nhà nước

Ví dụ: Công ty cổ phần mía đường Lam Sơn cho công nhân vay 2/3 tiền mua máy kéo MTZ-892 Người công nhân có trách nhiệm trả dần theo quy định cả gốc và lãi bằng sản phẩm làm ra hàng năm, ở nông trường Hà Trung cũng áp dụng cách làm này Nhờ vậy mà trong địa bàn canh tác mía của Công ty và nông trường có máy kéo lớn hoạt động

Còn những nơi chưa có nông trường, chưa có cơ sở hạ tầng thích ứng cho

sử dụng máy kéo, đó là những nơi vùng sâu, vùng xa có những cánh đồng nhỏ

lẻ, hẹp Phân tán bị ngăn cách bởi đồi núi Tuy nhỏ nhưng ruộng tương đối bằng phẳng có độ dốc không quá 10 độ Loại ruộng này là những cánh đồng nhỏ lẻ Nam Trung Bộ, Đồng mía của nhà máy đường Hoà Bình và nhà máy đường Cao Bằng Trong điều kiện tự nhiên và xã hội những vùng này có thể sử dụng máy kéo cỡ trung có công suất 20-25kW thực hiện các khâu canh tác cây trồng sẽ có hiệu quả

Những nơi này người dân làm đất trồng mía bằng sức kéo trâu, bò hoặc máy kéo nhỏ hai bánh do vậy chất lượng làm đất nông, để bù năng suất phải thu hẹp hàng mía còn 0,6 – 0,7m, làm cho cây mía chen chúc ít ánh nắng, dẫn đến nhỏ cây và độ đường thấp

1.2.2.2.Tình hình canh tác mía ở Cao Bằng

*Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội: Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã

hội ảnh hưởng đến quá trình canh tác mía ở tỉnh Cao Bằng

Cao Bằng là một Tỉnh miền núi phía Bắc Cao Bằng ở xa trung tâm kinh

tế lớn ở miền Bắc, nhưng có lợi thế về cửa khẩu với Trung Quốc (cửa khẩu với tỉnh Quảng Tây, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao lưu, trao đổi hàng hóa giữa Cao Bằng với Quảng Tây - Trung Quốc

Đến cuối 2008, dân số toàn Tỉnh là 525.437 người, mật độ dân số 78 người/km2

được phân bố ở 175 xã thuộc 12 huyện và thị xã Cao Bằng

Dân số tập trung phần lớn ở thị xã Cao Bằng và huyện Trùng Khánh, Quảng Uyên, Hòa An (mật độ khá cao từ 100  957 người/km2), đây cũng là thuận lợi cho việc phát triển cơ giới hoá phục vụ sản xuất nông - lâm nghiệp Địa hình Cao Bằng bị chia cắt bởi nhiều dãy núi đá cao, xen kẽ là sông suối, thung lũng hẹp, độ dốc lớn Theo tài liệu của Sở Nông nghiệp & PTNT, tỉnh Cao Bằng với địa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, cao nhất là đỉnh Phia - Oắc 1.931m, thị xã Cao Bằng chỉ cao cách mặt biển là 250m Địa hình vùng thấp (thung lũng, bồn trùng) chiếm khoảng 16% diện tích toàn Tỉnh Các Huyện đều hình thành thung lũng, cánh đồng Đáng chú ý hơn cả là các thung lũng, cánh đồng của huyện Hòa An, Hà Quảng, Trùng Khánh, Quảng Uyên Đây là vùng có nhiều thuận lợi cho phát triển kinh tế nông nghiệp Kết hợp với diện tích vùng đồi núi thấp vây quanh, vùng đất này có nhiều khả năng trở thành những vùng nguyên liệu nông sản, cây công nghiệp, chăn nuôi gia súc đáp ứng nhu cầu phát triển ngành công nghiệp chế biến

Đặc điểm địa hình là cơ sở cho việc lựa chọn cỡ, kiểu động lực di động liên hợp với các loại máy canh tác phù hợp, đảm bảo làm việc ổn định, chống xói lở

Khí hậu Cao Bằng mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới, gió mùa và lục địa núi cao, mang tính đặc trưng riêng so với các Tỉnh miền núi vùng Đông Bắc, trong đó một số tiểu vùng là khí hậu á nhiệt đới, có hai mùa rõ nét nhất trong năm Mùa hè nhiệt độ trung bình từ 27,20

C  28,20C, nóng nhất từ cuối tháng 5 đến tháng 7, lạnh nhất từ tháng 12 năm trước sang tháng 1 năm sau

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12

Hình 1.1 Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm

Tháng Nhiệt độ, 0

C

Số giờ nắng trong năm từ 1400  1500 giờ (tính trong 5 năm từ 2003 

2008, tại thị xã)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12

Hình 1.2 Số giờ nắng của các tháng trong năm

Lƣợng mƣa trung bình các tháng trong năm từ 1200  1572 mm (tính từ năm 2003  2008, đo tại trạm thị xã); tháng tập trung mƣa nhiều là từ tháng 5 đến giữa tháng 9 hàng năm, lƣợng mƣa có tháng lên đến 430  510 mm (nhƣ tháng 6 năm 2002 và 2005) Số ngày mƣa khoảng 120 ngày/năm và phân bổ không đều giữa các vùng Huyện Trùng Khánh lƣợng mƣa từ 1500  1900 mm/năm; trong khi đó huyện Bảo Lâm, Bảo Lạc lƣợng mƣa chỉ từ 1000  1300 mm/năm

Số giờ nắng, h

Tháng

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12

Hình 1.3 Lượng mưa trung bình các tháng trong năm

Độ ẩm không khí trung bình khoảng 82  86% Tháng thấp nhất là tháng 5 và tháng 12 Tháng cao nhất là tháng 6, 7, 8

77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12

Hình 1.4 Độ ẩm trung bình các tháng trong năm

Nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm không khí ảnh hưởng đến chất lượng nông sản sau khi thu hoạch, bảo quản

Tháng

Tháng Lượng mưa, mm

Độ ẩm, %

Đất đai ở Cao Bằng chủ yếu là đất xám, đất đỏ vàng, đất đen, đất tích vôi, tầng đất dày phù hợp phát triển rừng, các loại cây ăn quả, cây công nghiệp, v.v…

* Sản xuất trồng trọt:

Đến cuối 2008, toàn Tỉnh có khoảng 79.568 ha đất trồng cây hàng năm, trong đó: diện tích trồng lúa là 31.136 ha; ngô là 38.404 ha; mì mạch là 436 ha; cây lương thực có củ gồm: cây sắn: 2.058 ha, cây khoai lang: 1.795 ha Sản lượng lương thực có hạt là 236.836 tấn, bình quân đầu người  450 kg

Với diện tích khoảng 12.000 ha, tập trung vào các loại cây có giá trị hàng hóa:

đỗ tương 6.241 ha, cây thuốc lá 1.725 ha, cây mía gần 3.000 ha, lạc là 1.657ha

(Nguồn: Sở NN & PTNT Cao Bằng và Cục Thống kê Cao Bằng, 2009)

*Tình hình canh tác mía ở Cao Bằng

Mía được trồng tập trung ở 4 huyện: Phục Hoà, Quảng Hoà, Hạ Lang, Hoà An với diện tích khoảng 3000 ha.Nhưng Phục Hoà là huyện có diện tích trồng mía nguyên liệu lớn nhất khoảng 1500 ha (chiếm khoảng 50% diện tích)

để cung cấp nguyên liệu mía cho Công ty Cổ phần mía đường Cao bằng

Trong những năm qua thực tế đã chứng minh cây mía là cây mũi nhọn cho việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi ở huyện Phục Hoà, Quảng Uyên

và Hạ Lang của tỉnh Cao Bằng Kinh tế của một số hộ nông dân có diện tích trồng mía đã khởi sắc Họ mua sắm ti vi, xe máy.v.v… bằng tiền tích cóp từ cây mía

Canh tác mía ở đây tập trung vào các hộ nông dân cá thể Kích thước ruộng nhỏ bé, hơn nữa các cánh đồng nhỏ hẹp bị ngăn cách bởi các dãy núi

đá vôi Nhiều nơi trong ruộng còn có đá lồi đầu, tầng đất canh tác không sâu Mặc dù ruộng đất nhỏ lẻ nhưng hiện nay việc sản xuất đã được quản lý tương đối tập trung thông qua hợp tác xã và các trung tâm khuyến nông Kinh nghiệm và những yêu cầu nông học của cây mía người trồng mía đã được học tập

Nhìn lại công cụ sản xuất vẫn là cái cày, cái bừa đi theo con trâu, con dao, cái cuốc cầm tay Tiến bộ hơn là nông dân bắt đầu tự mua sắm máy kéo nhỏ hai bánh có động cơ 12-15 mã lực với công cụ cày và phay thích hợp cho làm đất trồng Chắc chắn với các trang bị công cụ hiện có sẽ không đủ khả năng thoả mãn yêu cầu nông học của cây mía như đã nêu ở phần trên Điều đó

sẽ ảnh hưởng lớn tới năng suất và chất lượng mía nguyên liệu

Để đảm bảo số lượng và chất lượng mía nguyên liệu cho nhà máy Công

ty cổ phần mía đường Lam Sơn đã hỗ trợ cho nông dân vay vốn mua máy móc phục vụ canh tác mía, mở lớp học dạy con em nông dân sử dụng, sửa chữa máy móc nông nghiệp

Từ đó có thể thấy rằng để tạo dựng tập quán mới canh tác cây trồng cho nhà nông rất cần có sự đầu tư ban đầu của chủ doanh nghiệp hoặc nhà nước thông qua hệ thống ngân hàng quản lý giúp họ có trang bị tiên tiến phục vụ canh tác Đó cũng là con đường để nhanh chóng hiện đại hoá ngành sản xuất nông nghiệp nước nhà

Để đầu tư đúng hướng, tránh rủi do đáng tiếc cho người dân, bước đầu cần thiết phải tiến hành nghiên cứu tuyển chọn thiết bị

Với đặc điểm địa hình và địa bàn trồng mía của huyện Phục Hoà, Cao Bằng có thể ứng dụng động lực cỡ trung có công suất động cơ 2530 mã lực,

có lực kéo ở móc trên 6000N và được nghiên cứu tuyển chọn, thiết kế chế tạo

nông học của cây mía trong khâu làm đất, chăm sóc ban đầu và thu hoạch, bảo đảm cho việc thâm canh, nâng cao năng suất lao động và chất lượng mía nguyên liệu

* Kết quả sử dụng tại vùng trồng mía đã đúc kết:

Về công nghệ:

- Sau thu hoạch, để lá mía khô, tiến hành đốt vào buổi chiều khi trời hanh khô

- Sau khi đốt cần tiến hành cày ngay, để tránh đất khô, gây ra chai cứng

- Cày lần 1: BS-15 + CT-2-18 năng suất trung bình đạt: 1500 ÷ 1600 m2/giờ

- Cày lần 2: BS-15 + CT-2-18 năng suất trung bình đạt: 1600 ÷ 1800 m2/ giờ

- Phay nhỏ 1 lần: BS-15 + PB-0,6 năng suất trung bình đạt: 2200 ÷ 2500 m2

- Rạch hàng với khoảng cách 0,5 ÷ 0,6 m bằng sức kéo trâu bò với lưỡi cày 51

Năng suất mía trung bình: 45 ÷ 55 tấn/ha (phụ thuộc vào lượng mưa trong năm)

Nhận xét:

- Về mặt diệt cỏ dại: Với các công cụ hiện có đã đảm bảo diệt cỏ dại trên đồng, tạo điều kiện tốt cho việc trồng mía

- Về độ phẳng mặt đồng: sử dụng công cụ liên hợp với máy kéo Bông Sen có

độ sâu làm đất nông (≤15cm), độ phẳng mặt đồng không có sự biến đổi

- Về độ sâu làm đất: mía là cây trồng ưa ẩm cần nhiều nước trong quá trình phát triển (để có 1kg cây mía cần 80 ÷ 210 kg nước), nhưng lại sợ úng cục bộ (đọng nước trên 24 giờ, rễ mía có thể chết) Mặt khác mía có bộ rễ chùm được phân bố 50 ÷ 60% trên lớp đất bề mặt, phần còn lại phát triển theo chiều sâu để hút nước có thể tới trên 60cm Do vậy để cây mía phát triển cho năng suất cao cần làm đất sâu 50 ÷ 60cm, nông cũng phải đạt 30÷35cm nhưng không được lật đất cái lên Với trang bị như đã nêu ở trên chưa đáp ứng được yêu cầu làm đất

Với mỗi cây trồng có yêu cầu nông học riêng, do vậy cần có trang bị công cụ phù hợp để đáp ứng đúng yêu cầu đó, tuy vậy có điểm chung là nguồn động lực Động lực cần thỏa mãn yêu cầu lực kéo bám trong điều kiện tự nhiên cây trồng của vùng sản xuất

1.2.3 Kết quả nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực cơ giới hóa khâu làm đất trồng mía

Trong những năm 70, phương pháp làm đất tối thiểu đã được áp dụng rộng rãi ở Liên Xô (cũ), Mỹ và một số nước Châu Phi, Châu Á, làm đất tối thiểu nhằm giảm số lần thao tác trên đồng ruộng bằng cách làm đất lần đầu tiên hoặc làm đất lần thứ 2 hoặc kết hợp hai lần làm đất với nhau, thực hiện nhiều công việc sau một số lần máy làm việc trên đồng hoặc có thể làm đất một phần trên diện tích gieo trồng Sử dụng các máy kéo trung bình hay máy kéo liên hợp với cày diệp, dạng đĩa, cày mũi rạch, cày quay, cày đĩa chủ động, thụ động, hoặc phối hợp các dạng bộ phận làm việc trên thành liên hợp máy thực hiện nhiều công việc đồng thời nhằm giảm số lần làm đất và tăng hệ số sử dụng công suất của máy

Xu hướng ứng dụng quy trình làm đất tối thiểu được phát triển mạnh mẽ

ở Canada, Anh, Đức, và các nước Tây Âu, từ những năm 1954 ở các nước vùng Ban tích, Xibera và Kazakstan đã ứng dụng phương pháp làm đất tối thiểu của Manxep Kết quả thí nghiệm nhiều năm của viện nghiên cứu khoa học Kazakstan đã đi đến kết luận là trong điều kiện cho phép làm đất tối thiểu đã đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt 7

Quy trình làm đất tối thiểu là xu hướng đang được áp dụng rộng rãi hiện nay Điều chủ yếu là làm thế nào để khỏi xáo trộn quá nhiều về đất như: sinh, hoá, lý, tưới tiêu nước thay đổi, giảm số lần làm đất đáng kể, các hệ thống làm đất khác thường phải thực hiện từ 7 tới 9 nguyên công làm cho đất bị phá vỡ kết cấu, tăng độ rửa trôi và tăng chi phí sản xuất

Sau nhiều năm nghiên cứu cơ giới hoá sản xuất cây mía một số tác giả ở vùng Châu Mỹ La tinh và Caribe đã đưa ra kết luận rằng làm đất tối thiểu không làm ảnh hưởng tới năng suất mía mà còn đưa lại hiệu quả kinh tế cao 8, 9

Tại Braxin các nhà khoa học đã tiến hành nhiều thí nghiệm từ năm 1978 tới năm 1983 với hai hệ thống làm đất đó là: hệ thống làm đất toàn bộ và hệ thống làm đất ít lượt, họ đã đi đến kết luận làm đất tối thiểu giảm được giá thành chuẩn bị đất so với làm đất toàn bộ khoảng 65-75%

Luoxiwen và ShaoYaojin trường đại học Công nghiệp Hoa Nam Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm kĩ thuật làm đất sâu ở đất trồng mía bằng việc áp dụng lưỡi nống sâu hai cánh và lưỡi đục đã đi đến kết luận: kỹ thuật nống đất sâu có tác dụng cải thiện kết cấu đất, tăng độ thẩm thấu đất và không khí, tăng sản lượng mía trong phạm vi lớn Kết quả thí nghiệm nhiều năm ở nông trường Kim Phần tỉnh Hồ Nam cho thấy sau khi nống đất sâu sản lượng mía tăng khoảng 20% Ở nước ta từ những năm 1960 với sự giúp đỡ của tiến sĩ G.I.Alesandrop hướng nghiên cứu làm đất tối thiểu bắt đầu được đặt ra

và tập trung nghiên cứu cày không lật, nhưng mãi đến năm 1992 thì mới được bắt đầu ứng dụng vào làm đất trồng mía

Năm 1992 Viện cơ điện nông nghiệp phối hợp với liên hợp mía đường tiến hành nghiên cứu và khẳng định ảnh hưởng của độ sâu làm đất đến sự gia tăng năng suất mía kết quả được trình bày trong bảng 1.4

Bảng 1.4: Kết quả thí nghiệm về độ sâu làm đất ảnh hưởng tới năng suất mía

(%)

Loại đất ở Sông Hồng

Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trên bảng 1.4 cho thấy, khi tăng độ sâu làm đất từ 30cm lên 40cm tức là tăng độ sâu lên 10cm thì năng suất mía tăng từ 67,5 tấn lên 81 tấn tức là tăng 21,4% 9

Nhiều tác giả đã nghiên cứu và khẳng định hiệu quả của quy trình làm đất tối thiểu, đồng thời đã nghiên cứu và chế tạo các máy móc và công cụ thực hiện quy trình làm đất này

Theo kết quả nghiên cứu của các nhà nông học, không nhất thiết phải xới sâu toàn bộ diện tích ruộng, mà chỉ cần xới sâu ngay dưới hàng mía để tạo điều kiện cho bộ rễ mía ăn sâu xuống đất Xới sâu ngay dưới hàng mía vừa giảm được chi phí, vừa hạn chế được sự xói mòn đất

Do những đặc điểm riêng biệt và những đòi hỏi kỹ thuật canh tác cây mía các công cụ và máy móc hiện nay không thể làm đất để trồng mía đạt hiệu quả kinh tế cao được Trong những năm gần đây, các cơ quan nghiên cứu, các nhà khoa học đã tập trung vào nghiên cứu tìm hướng mới để giải quyết vấn đề làm đất đáp ứng yêu cầu kĩ thuật và hiệu quả kinh tế Có hai hướng cơ bản sau:

- Hoàn thiện bộ phận làm việc của các máy làm đất và liên hợp với các máy kéo có công suất lớn để làm đất sâu và làm đất tối thiểu

- Nghiên cứu bộ phận làm việc mới có thể làm được đất sâu mà vẫn liên hợp được với các cỡ máy kéo hiện đang được trang bị trong sản xuất nông nghiệp

Hướng thứ nhất chưa phù hợp với tình hình sản xuất hiện nay vì các máy móc, công cụ làm đất hiện nay là dạng thụ động Để làm đất sâu, máy phải làm việc nhiều lần dẫn đến chi phí làm đất cao, còn nếu đầu tư mua máy kéo mới có công suất lớn thì hiện nay nền kinh tế của chúng ta chưa đáp ứng được

Hướng thứ hai đang được tập trung nghiên cứu nhằm giảm số lần máy làm việc trên đồng, tăng độ sâu làm đất Làm đất theo hướng thứ 2 là phải tạo được bộ phận làm việc giảm thiểu số lần máy đi lại trên đồng Theo hướng này

chi phí làm đất so với làm đất nhiều lượt sẽ giảm, tập trung thêm chi phí cho làm đất sâu (nghiên cứu sử dụng liên hợp máy phay đất)

Để thoả mãn yêu cầu trên, chúng ta không thể chép mẫu sử dụng các liên hợp máy đã có để làm đất, tạo rãnh trồng mía được Các máy làm đất hiện có chưa hoàn toàn thích ứng với yêu cầu đặt ra Vì vậy, việc nghiên cứu đề xuất chọn các thông số máy vừa làm đất sâu vừa kết hợp với đào rãnh phục vụ tốt cho trồng mía, phù hợp với các máy kéo hiện đang trang bị trong sản xuất nông nghiệp là vấn đề cấp bách

Kết luận:

- Công cụ máy móc làm nhỏ đất ở nước ta có nhiều chủng loại, với nguồn động lực khác nhau, trong đó công cụ, máy móc làm đất cho trồng mía nhất là việc lựa chọn các thông số hợp lý cho dãy máy phay đất để trồng mía còn chưa được quan tâm nhiều

- Các kiểu máy làm đất hiện tại gồm : máy làm đất Bông sen 15 và cày treo CT-2-18, PB-0,6 chưa đáp ứng được yêu cầu của khâu canh tác mía vì độ sâu làm đất chỉ từ 10-15cm, chưa thực sự đáp ứng được quy trình thâm canh cây mía với những đòi hỏi về độ sâu làm đất Mặt khác nếu cố gắng đáp ứng yêu cầu làm đất sâu, phải tiến hành làm đất nhiều lần, tăng chi phí sản xuất, cần có máy kéo công suất lớn, mà trước mắt chưa thể có được, chính vì thế cần có dãy máy phay đất để sau một, hai lần làm đất là có thể trồng được

- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các cơ sở sản xuất: Lam Sơn, Nghệ An, Tuyên Quang sử dụng các liên hợp máy cỡ lớn: MT3-892, MT3-50/52… chỉ phù hợp với điều kiện ruộng đất bằng phẳng, kích thước thửa ruộng lớn… Tuy nhiên chưa hệ thống hoá để hình thành dãy máy làm đất phù hợp cho các vùng khác

- Trên cơ sở đã tổng hợp cần hình thành đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu lựa chọn các thông số hợp lý của liên hợp máy phay đất thực hiện cơ giới hóa trong sản xuất mía.”

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHỌN DÃY MÁY PHAY PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CANH TÁC

2.1 Ứng dụng lý thuyết đồng dạng - mô hình - phép phân tích thứ nguyên trong nghiên cứu máy móc làm đất

2.1.1 Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và mô hình trong phương pháp nghiên cứu về máy móc dùng trong nông nghiệp

Như ta đã biết, quá trình tác động do những bộ phận máy thực hiện được đặc trưng bởi cùng một hiện tượng vật lý Tính đa dạng của các quá trình là do hình dạng bề mặt làm việc, chế độ và phương thức tác động của bộ phận máy không giống nhau, xuất phát từ yêu cầu thuần tuý về mặt công nghệ Do đó để tìm ra quy luật tổng quát của cho mỗi quá trình, cần phải chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nào mà chính nó đã được xây dựng trên một cơ sở lý thuyết xác định Có thể dùng lý thuyết đồng dạng và mô hình để tạo ra cơ sở

đó Nó tạo điều kiện để thực nghiệm với lý thuyết, gắn nghiên cứu trong điều kiện sản xuất với nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, qua đó rút ra được những kết luận cần thiết Mặt khác từ những quá trình kết hợp này cũng có thể tìm ra những công thức giúp ta xác định được đặc điểm và bản chất vật lý của quá trình

Khi nghiên cứu quá trình làm việc của máy móc nông nghiệp, trong một

số trường hợp, ta lập được các phương trình vi phân rất khó giải hoặc không giải được Lý thuyết đồng dạng và thứ nguyên có khả năng mô tả được mối liên quan giữa những đại lượng cơ bản mà không cần phải giải các phương trình vi phân Các đại lượng cơ bản này được gọi là các chuẩn số đồng dạng, và được xem là những thông số phức hợp thể hiện ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố

Sử dụng các chuẩn số đồng dạng cho phép giảm bớt số lượng các biến

số và từ đó giảm nhẹ công việc nghiên cứu Bởi vì giá trị không đổi của các chuẩn số sẽ ứng với rất nhiều tổ hợp khác nhau của các đại lượng cơ bản, nên khi đó thực chất không phải ta đi vào nghiên cứu từng trường hợp riêng

lẻ mà là trường hợp tổng quát, và các qui luật rút ra cũng sẽ đúng với cả nhóm đối tượng cùng loại, từ đó có thể sắp xếp các máy có cùng qui luật chung thành từng họ, tức là trên cơ sở nghiên cứu một máy được coi là mô hình để dự đoán những chỉ tiêu của các máy cần thiết khác nằm trong cùng

Mục đích và ý nghĩa của phương pháp mô hình bao gồm đánh giá về mặt định tính và định lượng các loại mẫu máy theo kết quả thực nghiệm trên mô hình

Mô hình không phải là phương pháp dùng riêng trong một vài ngành khoa học kỹ thuật, mà là phương pháp phổ biến dùng để nghiên cứu khoa học, cho phép xác định và giải thích những qui luật tổng quát của hiện tượng

Để mô hình hoá thường làm thí nghiệm nhằm dự đoán những đặc tính của một số hệ thống cơ bản Mô hình là quá trình tạo ra đối tượng nghiên cứu,

mà đối tượng này sẽ thay thế đối tượng nghiên cứu thực

Khái niệm về đồng dạng và mô hình liên quan chặt chẽ với nhau, vì mỗi đồng dạng trả lời một mô hình Với ý nghĩa đó, phân loại đồng dạng và mô hình là thống nhất, mặc dù mô hình được coi như công cụ thực tế tạo ra trên cơ

sở đồng dạng Mô hình có thể là đồng dạng hoàn toàn, không hoàn toàn và gần đúng

Mô hình vật lý (đồng dạng) là mô hình dùng để nghiên cứu hiện tượng trong dạng thực và bảo đảm điều kiện vật lý của mô hình

Mô hình vật lý cho khả năng kiểm tra lại lý thuyết, làm chính xác hơn các công thức toán học và nhận được các kết quả thức nghiệm, kiểm tra và giải thích những cơ cấu làm việc của máy móc được thiết kế, chế tạo, đề ra sơ đồ các quá trình công nghệ đạt kết quả hơn, xác định đặc điểm chung của các quá trình khác nhau

Những ưu điểm của mô hình vật lý (đồng dạng)

Đưa ra một cách đầy đủ và chính xác tính chất của hệ thống động học

Đảm bảo độ chính xác các quá trình nghiên cứu và làm đơn giản cách mô tả toán học Tạo điều kiện để thay đổi một số thông số trong mô hình với giới hạn rộng hơn

so với môi trường thực

Quá trình mô hình hoá gồm:

- Đối tượng nghiên cứu;

- Giải thích các bài toán đặt ra;

- Thực nghiệm trên mô hình;

- Xử lý kết quả thực nghiệm và nhận được lời giải bài toán

Những giai đoạn chính bao gồm:

- Thiết lập bài toán, xác định tính chất cụ thể và quan hệ đối với đối tượng nghiên cứu;

- Xác định mối quan hệ trực tiếp của đối tượng nghiên cứu;

- Chọn mô hình;

- Nghiên cứu mô hình theo tính chất, qui luật và thông số;

- Giải thích kết quả thu được qua mô hình;

- Kiểm tra độ chính xác qua mô hình cũng như qua vật thực

Nhiệm vụ của mô hình vật lý:

- Xác định các quá trình cơ bản của hệ thống;

- Xác định qui luật của mô hình và hệ số tỷ lệ của đặc điểm của hệ thống;

- Tạo ra các thiết bị thực nghiệm;

- Đánh giá độ tin cậy

2.1.3 Chuẩn số đồng dạng

Cơ sở của mô hình hoá là sự đồng dạng của đối tượng được tổng quát theo

những phương trình, công thức và được gọi là chuẩn số đồng dạng Những tập

hợp này bao gồm các thông số vật lý đặc trưng cho đối tượng nghiên cứu Vì vậy lý thuyết đồng dạng là học thuyết về phương pháp nghiên cứu hiện tượng, thể hiện bởi những tập hợp không thứ nguyên

Những qui luật tổng thể của đại lượng ban đầu thường đưa đến nhiều phương trình phi tuyến phức tạp, điều này không cho phép xác định mối quan

hệ cụ thể giữa những biến số Vấn đề cần quan tâm là khả năng khái quát bài toán ở các đại lượng chung, tương ứng với hiện tượng vật lý của đối tượng xem xét Lý thuyết đồng dạng cho phép dẫn ra những đặc trưng tổng quát dùng để nghiên cứu hiện tượng Đặc tính chung có thể được xem như là đại lượng thay đổi theo bước của quá trình diễn ra Sự phụ thuộc hàm số vào đặc trưng tổng thể (chuẩn số đồng dạng) là phương trình chuẩn số Chuẩn số đồng dạng thể hiện bản chất lý thuyết đồng dạng và có thể biểu diễn bằng:

- Chuẩn số đồng dạng thông số: mô tả quan hệ không thứ nguyên các thông số kích thước

- Chuẩn số đồng dạng giải tích: là tập hợp những quan hệ không thứ nguyên của các đại lượng vật lý (Chuẩn số đồng dạng Niu tơn-Ne; Chuẩn số Râynôn-

Re; Chuẩn số Frut-Fr và chuẩn số Galilê-Ga)

Theo định lý thứ nhất về đồng dạng, chuẩn số đồng dạng là như nhau, tức là

 = idem

2.1.4 Lý thuyết thứ nguyên

Mô hình hoá của quá trình nào đó bao gồm mô hình hoá các thông số hình học, cơ – lý khác nhau Thông thường các quá trình mô tả vật thực (thể hiện từ

các hàm số, cần trình bày bằng sự phụ thuộc giữa các đại lượng riêng rẽ và đầy

đủ thứ nguyên của hệ thống Do đó khi một biểu thức toán học muốn thể hiện đầy đủ ý nghĩa vật lý của quá trình thì điều kiện cần thoả mãn là tính chất đồng nhất các loại đại lượng, nghĩa là tất cả các thành phần trong trong biểu thức bắt buộc phải thể hiện bằng các đại lượng vật lý (cần có một và chỉ một thứ nguyên)

Trong cơ học, đại lượng cơ bản thường lấy là khối lượng M, chiều dài L, thời gian T…

Các đại lượng dẫn xuất từ các đại lượng đo cơ bản được gọi là thứ nguyên Thứ nguyên được viết bằng ký hiệu ở dạng công thức Ví dụ thứ nguyên của diện tích là L2, vận tốc là L/T, lực ML/T2…

Công thức thứ nguyên có dạng mũ tổng quát:

[x] = [M][L][T] (2.1) Trong đó:

M,L,T-Khối lượng, chiều dài, thời gian;

, ,  - số mũ

Lý thuyết thứ nguyên được ứng dụng trong lý thuyết đồng dạng nhằm xác định tỷ lệ giữa các thông số của mô hình và vật thực, cho khả năng xử lý đối tượng thực nghiệm và xác định qui luật phổ biến về thông tin nhận được từ thực nghiệm mô hình Một số trường hợp mà thông tin nhận được từ thực nghiệm (nhiều trường hợp phức tạp) có thể phân tích thứ nguyên để xác định mối liên hệ biện chứng giữa các yêu tố ảnh hưởng trong công thức Lý thuyết thứ nguyên cũng được dùng một cách có hiệu quả trong qui hoạch thực nghiệm, nhất là khi mối quan hệ toán học không rõ ràng hoặc rất phức tạp

Lý thuyết thứ nguyên có thể biểu diễn dưới dạng hàm số:

U = j(x1,x2,…xn) (2.2) Hay dưới dạng hàm mũ: U = C.x1

n1

.x2 n2

.x3 n3

xn nn

(2.3) Trong đó: n1,n2,…nn là số mũ cần tìm

Nếu có hàm số U = f(x, y, z)

Có thể đưa về dạng: U = C.x.y.z (2.4) Trong đó:  được xác định từ phân tích thứ nguyên;

C được tìm từ thực nghiệm

2.1.5 Nguyên lý của lý thuyết đồng dạng - Định lý đồng dạng

Các dạng đồng dạng được mô tả bởi những qui định chung đó là các định lý đồng dạng Điều kiện để ứng dụng đồng dạng rất nhiều Các định lý đồng dạng

có thể xem như những quan điểm khác nhau trong nhiều phương án khác nhau nhằm mô tả đúng hiện tượng Ba định lý cơ bản về đồng dạng được sử dụng để giải những bài toán cụ thể sau:

- Những đại lượng nào cần xác định khi thực hiện;

- Cần thể hiện kết quả thí nghiệm ở dạng nào;

- Để tính toán và thực nghiệm trong sản xuất, ở những điều kiện như thế nào thì có thể dùng những kết quả thu nhận được

a Định lý đồng dạng thứ nhất

Hai hệ đồng dạng với nhau chúng có chung chuẩn số đồng dạng, ký hiệu

i = idem, tức là chuẩn số đồng dạng như nhau

Chuẩn số đồng dạng của một hệ nào đó có thể được tạo thành từ một dạng khác qua nhân, chia, khai căn, luỹ thừa…

Khi cần thiết (đưa ra các chuẩn số ở dạng tương đối phù hợp cho công tác nghiên cứu) có thể phối hợp các chuẩn số khác nhau, nhưng chuẩn số phối hợp độc lập cần bằng số chuẩn số xuất phát Những chuẩn số dẫn xuất nhận được sẽ giúp chúng ta thực nghiệm, phân tích các kết quả Sự hình thành và sử dụng các chuẩn số dẫn xuất đôi khi mang ý nghĩa lý thuyết Các chuẩn số đó sẽ cho khả năng để phối hợp các chuẩn số ban đầu Khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm cần phải chú ý những chuẩn số chính, trước hết là chúng đặc trưng cho hiện tượng, quá trình

Giảm bớt số lượng chuẩn số tạo khả năng làm gần đúng mô hình; các chuẩn số có ảnh hưởng không đáng kể có thể bỏ qua

Biến đổi khác của định lý thứ nhất là: Các hiện tượng đồng dạng, chỉ số đồng dạng là bằng nhau và bằng đơn vị

b Định lý đồng dạng thứ hai - định lý 

Định lý này của Pheđecman - Buckingam trả lời vấn đề cần phải gia công kết quả thực nghiệm như thế nào

Mỗi một phương trình vật lý được mô tả trong một hệ thống đo nhất định

có thể biểu diễn dưới dạng hàm số của chuẩn số đồng dạng:

1 = (2, 3, 4…m-k)

Trong đó:

m - Số đại lượng trong phương trình;

k - Số đơn vị cơ bản cần chọn khi xác định hệ thống

Phương trình chuẩn số nhận được, thể hiện ở dạng hàm ẩn Dạng tường minh của hàm này không thể xác định từ lý thuyết đồng dạng mà còn từ con đường thực nghiệm, sau khi nhận được các chuẩn số có liên quan đến đến lời giải của bài toán Ngoài ra một số chuẩn số có ít ảnh hưởng đến quá trình ta có thể bỏ qua

c Định lý đồng dạng thứ ba

Định lý này trả lời cho câu hỏi điều kiện cần và đủ để các quá trình và hiện tượng là đồng dạng Những kết quả thực nghiệm có thể mở rộng ra các hiện tượng đồng dạng mang tính chất chung Sự khác nhau về tính chất của các hiện tượng được xác định bởi tính chất đồng nhất Vì vậy điều kiện cần cho tính đồng dạng là đồng dạng của các điều kiện của tính đồng nhất Nếu là đồng dạng, chúng có đồng dạng vật lý của hệ thống Vì vậy, khi xác định các chuẩn

số đồng dạng cần thiết phải tìm mối quan hệ với điều kiện đồng nhất Nói cách khác, hai hiện tượng có chung chuẩn số đồng dạng thì đồng dạng nhau Đây là

cơ sở của mô hình hoá

2.3.6 Phương pháp xác định chuẩn số đồng dạng

Khi xác định chuẩn số đồng dạng sẽ xảy ra hai trường hợp: