Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN THỜI GIAN HÚT HẠT CẢI Ở MÁY GIEO HẠT TỰ ĐỘNG TRONG KHAY A STUDY ON THE INFLUENCE OF THE SIGNIFICANT FACTORS RELATE TO THE CABBAGE SEED’S SUCTION TIME OF THE AUTOMATIC TRAY SEEDER MACHINE Nguyễn Văn Phố1a, Cao Trần Ngọc Tuấn2b, Đặng Văn Nghìn2c PTN Trọng điểm quốc gia Điều khiển số Kỹ thuật hệ thống Viện học tin học ứng dụng a b ngvphobk08@gmail.com, caotuan1307@gmail.com, cnghindv@yahoo.com TÓM TẮT Nhu cầu máy gieo hạt tự động khay với suất cao tăng nhanh nhiều khu vực trồng rau hoa nước giới Trên thực tế máy gieo hạt tự động khay có suất gieo vào khoảng 350 khay/giờ tương đương với vài lao động thủ công làm việc cần mẫn nhiều Nghiên cứu nâng cao suất máy gieo hạt tự động khay có tính cấp thiết thời Một thông số ảnh hưởng quan trọng đến suất máy gieo hạt tự động khay thời gian hút hạt Bài báo trình bày kết xây dựng mô hình toán học biểu diễn phụ thuộc thời gian hút hạt vào áp suất hút giữ hạt, số vòng quay động lắc máng đựng hạt gieo khoảng cách máng đựng hạt đến miệng kim hút phương pháp quy hoạch thực nghiệm Các thông số tối ưu mô hình xác định từ điều kiện giới hạn vùng thí nghiệm thời gian hút hạt nhỏ Kết nghiên cứu mở rộng để áp dụng nghiên cứu cho nhiều loại hạt khác tương lai Từ khóa: hạt giống, máy gieo hạt tự động khay, thời gian hút hạt gieo ABSTRACT The requirement of owning automatic tray seeder machines with high productivity is increasing more and more in a lot of areas that plan vegetables, flower in the our country and another In fact, those could sow seed with the productivity 350 trays per hour This is same as several diligent employees who work hard in long time Therefore, study on increasing the productivity of those machines is very necessary for the agriculture in the current According to the automatic tray seeder machines, which use needle – vibrating trough, the suction time really affect to increase productivity Hence, this paper demonstrates the result of the setting up the mathematical model that described the relation of parameters of the seed’s suction and keeping vacuum, vibration trough and the distance of vibration trough to the hole of needle and the vibration motor’s speed of the cabbage seed’s suction period which is solved by using Design and Experiment method All of optimum parameters of this model are defined by the experiment’s boundary condition and the shortest time of cabbage seed’s suction Furthermore, the paper’s result can be useful for applying to many other seed types in the future Keywords: seeds, automated tray seeder machines, the seed’s suction time GIỚI THIỆU Trong ngành trồng trọt, khâu gieo hạt khâu có vai trò định đến phát triển đòi hỏi nhân công cần có tính tỉ mĩ cẩn thận làm việc Mọi thứ khó khăn nhiều gieo hạt giống có kích thước nhỏ nhân công gieo chậm để tránh thừa hao giống gây lãng phí Máy gieo hạt tự động đời giúp người nông dân tiết kiệm chi phí gieo trồng, nâng cao suất gieo hạt đảm bảo mùa vụ mật độ 164 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV trồng Với lợi ích thiết thực trên, nhiều nhà nghiên cứu sáng chế tạo nên sản phẩm máy gieo hạt tự động có nguyên lý hoạt động đa dạng Cụ thể, giới nhà sáng chế người Mỹ Douglas O Keller [1] ứng dụng robot vào công nghệ gieo hạt tự động theo nguyên lý gắp hạt, Kirk Alan Lang, FL (Hoa kỳ) [2] có ý tưởng máy gieo hạt dạng thùng quay, nhà sáng chế Athony Visser năm 1977 [3] công nhận sáng chế số 4004713 Mỹ máy gieo hạt tự động dùng ống kim hút nhả Nhìn chung máy gieo hạt tự động giới có kích thước lớn, giá thành cao không phù hợp so với nhu cầu người dân nước ta, ngược lại sản phẩm nước có giá thành phù hợp, kết cấu máy tương đối gọn nhẹ suất, khả đảm bảo mật độ đồng chưa cao, đặc biệt chưa có nhiều nghiên cứu trình hút loại hạt giai đoạn ảnh hưởng lớn đến suất máy mật độ hạt gieo, điều gây khó khăn cạnh tranh xuất nước Do nghiên cứu tìm thông số tối ưu cho trình hút hạt có ý nghĩa quan trọng việc cải tiến máy gieo hạt tự động MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Mô hình tính toán Mỗi hạt bị hút trạng thái hình 1, trạng thái b dễ dàng hút hạt nằm tâm kim hút nẩy lên, ngược lại trạng thái d tốn thời gian Hình Các trạng thái hạt bị hút a) hạt rơi, b) hạt nẩy lên, c) hạt rơi xuống lệch xa tâm kim hút, d) hạt nẩy lên lệch xa tâm kim hút Phương trình động lực học hạt: ρ m(g + 2H ∂p dv )= +ρ z t ∂z dt (1) Trong đó: ρ, p, v khối lượng riêng ( kg / m3 ) áp suất (Pa), vận tốc (m/s) dòng khí, m khối lượng hạt (kg), H độ cao hạt (m), t thời gian hút hạt (s) 2.2 Mô hình thực nghiệm phân tích kết • Vật liệu thí nghiệm Tiến hành thực nghiệm trình hút hạt máy thực tế để quan sát ảnh hưởng thông số: áp suất hút, tốc độ quay động khoảng cách từ máng đến đầu kim hút để xác định thời gian tối thiểu mà 12 kim hút hạt Mô hình thực nghiệm gồm có: máy ASM03; đối tượng gieo: hạt cải (thông số lý hạt cải dạng hình cầu, khối lượng bình quân 5,3 mg, đường kính bình quân hạt là: 1,5 mm); động rung 24V – DC khay gieo hạt 8x12 lỗ (xem hình 2) 165 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Mô hình máy ASM03, hạt cải khay gieo hạt • Phương án thực nghiệm Chọn phương án thực nghiệm Box – Behnken loại mức thí nghiệm đối xứng Thiết kế thí nghiệm tiến hành phần mềm Statgraphics Centurion XV.I có bố trí thí nghiệm theo thứ tự ngẫu nhiên số thí nghiệm tâm chọn n = 6, cho tổng số thí nghiệm N = 18 • Miền thực nghiệm Miền thực nghiệm xác định thực nghiệm thăm dò đơn yếu tố Kết xác định lựa chọn miền thực nghiệm trình bày bảng Bảng Miền thực nghiệm Thông số [đơn vị đo], ký hiệu mô hình Mức cao Mức sở Mức thấp –0,03 –0,04 –0,05 Tốc độ quay động rung [vòng/phút], x 800 550 300 Khoảng cách từ miệng kim hút đến máng đựng hạt [mm], x 10 Áp suất hút hạt [atm], x • Kết thực nghiệm Kết thực nghiệm trình bày bảng STT Bảng Kết thực nghiệm toàn phần x (atm) x (vòng/phút) x (mm) y(s) -0,05 800 0,30 -0,04 800 10 0,35 -0,04 550 0,21 -0,05 550 10 0,19 -0,04 550 0,20 -0,04 550 0,17 -0,03 550 0,29 -0,03 800 0,41 -0,04 300 10 0,38 10 -0,04 550 0,13 166 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 11 -0,04 800 0,34 12 -0,03 550 10 0,52 13 -0,04 550 0,10 14 -0,05 300 0,10 15 -0,03 300 0,43 16 -0,04 300 0,11 17 -0,04 550 0,15 18 -0,05 550 0,16 • Kết xác định mô hình Xử lý kết thực nghiệm phần mềm phần mềm Statgraphics Centurion XV.I, xác định mô hình toán mô hình thực nghiệm là: y = 2,3465 + 81,35.x –1,4473.10–3.x –0,0193.x –0,0220.x x –8,6667.10–5.x x +725.x + 1,24 10–3.x 2 +6,3889.10–3 x32 (3) Các bề mặt đáp ứng trình bày hình 3, 4, 5, 6, 7, Hình Thời gian hút hạt thay đổi áp suất ứng với mức khoảng cách máng đựng hạt đến đầu kim hút 167 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Thời gian hút hạt thay đổi tốc độ quay động rung ứng với mức khoảng cách máng đựng hạt đến đầu kim hút Hình Thời gian hút hạt thay đổi áp suất hút hạt ứng với mức tốc độ quay động rung 168 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Ảnh hưởng khoảng cách máng đựng hạt đến đầu kim hút áp suất hút hút hạt Hình Ảnh hưởng tốc độ quay động rung áp suất hút hạt đến thời gian hút hạt 169 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Ảnh hưởng tốc độ quay động rung khoảng cách máng đựng hạt đến đầu kim hút thời gian hút hạt Bằng cách đưa bề mặt đáp ứng dạng tắc để nhận dạng đồ thị Kết cho thấy bề mặt đáp ứng mô hình toán xây dựng có dạng parboloid eliptic • Kết tính toán tối ưu hóa Bài toán tối ưu hóa xây dựng với hàm mục tiêu hàm (3), hàm điều kiện giới hạn miền thực nghiệm tiến hành Kết tính toán tối ưu hóa phần mểm Statgraphics Centurion XV.I cho thời gian hút hạt nhỏ ymin = 0,02 (s) máy làm việc với thông số vào tương ứng với mức thấp miền thực nghiệm Hay thông số tối ưu mô hình áp suất hút tối ưu P tư = – 0,05 Pa, tốc độ quay động rung tối ưu n tư = 300 (vòng/phút), khoảng cách máng đầu kim hút tối ưu d tư = (mm) thời gian hút hạt ngắn ymin = 0,02 (s) KẾT LUẬN Mô hình toán biểu diễn phụ thuộc thời gian hút hạt vào tốc độ quay động rung, áp suất hút hạt khoảng cách kim hút đến máng chứa hạt có dạng đa thức bậc II Từ mô hình toán xây dựng, phương pháp tối ưu xác định số thông số công nghệ kết cấu tối ưu cho máy gieo hạt tự động khay gieo hạt cải theo thời gian hút nhỏ Kết nghiên cứu sở cho nghiên cứu hoàn thiện máy gieo hạt tự động khay cho nhiều đối tượng gieo khác để phục vụ sản xuất LỜI CẢM ƠN Chúng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn – Viện Cơ học Tin học ứng dụng miền Nam, Lê Thanh Trị – Giám đốc Công ty Cơ khí nông nghiệp Thanh Trị quý thầy cô môn Chế tạo máy, khoa Cơ khí, Đại học Bách Khoa nhiệt tình giúp đỡ góp ý để báo trở nên hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Douglas O Keller, Lake Oswego, Troy M Swartwood, Jelì'rey D Donaldson, Robotic seed-planting apparatus and methods, US patent 6,688,037 B2, 2004 170 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV [2] Kirk Alan Lang, Rotary drum seeder, Trinity, US patent 6,520,111 B2, 2003 [3] Anthony Visser, Method and aparathus for dosing seed, US Patent 4004713, 1977 [4] Leissa, Vibration of plate, Ohio State University, Washington DC, 1993 [5] Benard Massey, Mechanic of fluid, Reader Emeritus in Mechanical Engineering University College, London, 2006 [6] Nguyễn Hữu Lộc, Quy hoạch phân tích thực nghiệm, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2011 [7] Lê Song Giang, Nguyễn Thị Bảy, Giáo trình lưu chất, Đại học Bách Khoa TP HCM, 2004 [8] Văn Đức Ái, Trần Hoàng Nguyên, Thiết kế máy gieo hạt rau tự động, luận văn đại học, Đại học Kỹ thuật – Công nghệ TP HCM, 2008 THÔNG TIN LIÊN LẠC Nguyễn Văn Phố Địa liện lạc: PTN Trọng điểm quốc gia Điều khiển số Kỹ thuật hệ thống, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, TP Hồ Chí Minh Email: ngvphobk08@gmail.com Số điện thoại liên lạc: (+84) 979 891 056 – (+84) 906 641 871 171 ... quốc khí - Lần thứ IV Hình Ảnh hưởng khoảng cách máng đựng hạt đến đầu kim hút áp suất hút hút hạt Hình Ảnh hưởng tốc độ quay động rung áp suất hút hạt đến thời gian hút hạt 169 Kỷ yếu hội nghị... chưa có nhiều nghiên cứu trình hút loại hạt giai đoạn ảnh hưởng lớn đến suất máy mật độ hạt gieo, điều gây khó khăn cạnh tranh xuất nước Do nghiên cứu tìm thông số tối ưu cho trình hút hạt có ý nghĩa... cho máy gieo hạt tự động khay gieo hạt cải theo thời gian hút nhỏ Kết nghiên cứu sở cho nghiên cứu hoàn thiện máy gieo hạt tự động khay cho nhiều đối tượng gieo khác để phục vụ sản xuất LỜI CẢM