HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM THIẾT KẾ, CẢI TIẾN CỤM GIEO HẠT TỰ ĐỘNG TRONG MÁY GIEO HẠT TỰ ĐỘNG TRÊN KHAY Đặng Văn Nghìn1,a, Kiều Nguyễn Phƣơng Đại1,b, Phạm Xuân Hiển2,c, Lê Thanh Trị3,d Viện Cơ học Tin học Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Khoa Vật lý - Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM Công ty trách nhiệm hữu hạn Cơ khí Nơng nghiệp Thanh Trị b TĨM TẮT: Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu thiết kế cải tiến cụm gieo hạt tự động máy gieo hạt tự động khay, qua khắc phục vấn đề gieo hạt không đồng đều, gieo số loại hạt định Đặc biệt nâng cao suất gieo hạt gieo cho ba loại khay có kích thước khác Từ khóa: máy gieo hạt tự động, dây chuyền gieo hạt tự động, cụm gieo hạt ĐẶT VẤN ĐỀ Để đáp ứng với mục đích tăng suất, giảm thời gian trình gieo hạt, gieo hạt đồng đều, kịp thời mùa vụ, giảm bớt sức lao động, giá thành phù hợp với thu nhập người nông dân quan trọng có đáp ứng khả gieo loại khay phổ biến thị trường khay 84, 66, 50 lỗ Nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế cải tiến từ cụm gieo hạt có Qua phân tích đánh giá phương án cải tiến cho cấu truyền động cho phận hút hạt nhằm tăng suất cho trình gieo hạt GIỚI THIỆU CÁC PHƢƠNG ÁN GIEO HẠT HIỆN NAY 2.1 Phƣơng án gieo hạt kiểu tọa độ Nguyên lý hoạt động: theo Hình 1, điều khiển (28) lắp ghép thành robot lập trình sẵn, điều khiển điều chỉnh hút (29) theo phương X, Y, Z di chuyển đường ray (36) (40) đến vị trí chứa hạt nhả hạt Phễu chứa hạt (110) đưa hạt tới phân phối ống (14) Sau hút hạt, E-mail: a nghindv@yahoo.com phuongdai,kieunguyen@gmail.com c hienpx@gmail.com d anhtrile@gmail.com hút (29) phân phối hạt khay (16a), (16b) lên vị trí (18) định sẵn khay Hình Gieo hạt kiểu tọa độ 2.2 Sử dụng xylanh hút thùng quay cấp hạt Hình Gieo hạt kiểu xylanh hút thùng quay cấp hạt Nguyên lý hoạt động: bánh (26) (Hình 2) quay ngược chiều ăn khớp với bánh (27) truyền động cho cần trục (23) làm cho lăn (37) đè lên (39) Sự đè lên làm tác động xylanh (4) phun hạt từ vòi (8) từ thùng cấp hạt (2) xuống phễu (15) Dưới áp suất chân không, hạt sau xuống phễu (15), hạt hút đầu hút (10) cấu hút thổi (11) thông qua Trang 369 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM tạo áp suất (12), (13) Sau hạt hút đầu hút (10), cấu (11) thổi hạt xuống phễu 18 dẫn xuống khay 2.3 Gieo hạt theo kiểu tang quay Hình Gieo hạt kiểu tang quay Nguyên lý hoạt động: theo Hình máy hoạt động, băng tải (2) truyền khay đến khâu đột lỗ Khi khay đến vị trí cần đột lỗ cảm biến vị trí (6) phát tín hiệu cho trục truyền động tang (5) hoạt động Có thể điều chỉnh chiều cao đột lỗ thơng qua điều chỉnh độ cao tang (16) Sau đột lỗ xong khay đưa tới khâu gieo hạt , đến vị trí cần gieo cảm biến vị trí (6) phát tiến hiệu cho tang gieo hạt (7) quay, đồng thời chức khác cum gieo hạt hoạt động như: giữ hạt giống (12) để chứa đựng hạt giống Bộ rung (15) để dàn trải hạt giống vị trí hút tang gieo hạt (7), ống thổi (8) dùng để tách hạt hạt nhiều hạt bị dính lỗ hút, thu hồi hạt (14) dùng để thu hồi hạt sau tách hạt trường hợp hạt rơi đột ngột, lưỡi gạt (13) giúp hạt rơi vị trí lỗ mà không chịu ảnh hưởng lực ly tâm 2.4 Gieo hạt theo kiểu đĩa nghiêng Hình Gieo hạt kiểu đĩa nghiêng Nguyên lý hoạt động: trống tời (1) (Hình 4) quay làm khung gieo (2) chuyển động tịnh tiến nhờ sợi dây (3) làm cho bánh xe (4) lăn mặt phẳng nằm ngang Thông qua truyền động xích (5) cặp truyền động bánh nón (6), chuyển động quay bánh xe (4) truyền chuyển động quay cho đĩa gieo (7) Đĩa gieo (7) lắp song song với đĩa cố định (8) nghiêng so với phương nằm ngang góc nghiêng α Trên đĩa gieo (7) có khoan lỗ lấy hạt Trong vòng Trang 370 quay đĩa, lỗ lấy hạt di chuyển qua khối hạt tập trung góc nghiêng thấp đĩa cố định, tác dụng trọng lực khối hạt, hạt điền vào lỗ, sau lỗ tiếp tục di chuyển lên cao q trình hạt khơng nằm lỗ di chuyển xuống phía tác dụng trọng lực có hạt nằm lỗ đĩa gieo tiếp tục di chuyển đến cửa nhả hạt (9) đĩa cố định (8) Hạt từ cửa (9) rơi xuống theo ống dẫn hạt xuống rãnh gieo PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN GIEO HẠT TRƢỚC CẢI TIẾN 3.1 Nguyên lý gieo hạt trƣớc cải tiến Nguyên lý hoạt động: đầu hút hạt di chuyển từ vị trí hút sang vị trí nhả theo cấu cần lắc đơn (culit) Ở vị trí hút, đầu hút hút hạt theo nguyên lý hút chân không, sau đầu hút di chuyển sang vị trí nhả hạt, cấu ngừng hút, hạt rơi vào vị trí thả, sau đầu hút quay bắt đầu chu trình (Hình 5) Hình Nguyên lý gieo hạt trước cải tiến Nhận xét: Cơ cấu lắc đơn có ưu điểm với tốc độ nhanh, độ ổn định xác Nhược điểm gieo hàng cho loại khay có kích thước cố định suất chưa cao Nhìn chung nguyên lý gieo hạt dạng lắc đơn sử dụng nguyên lý hút chân không để hút nhả hạt đảm bảo khả gieo hạt khay Nhưng phạm vi ứng dụng thực tế nguyên lý cấu gieo hạt phải có khả linh động đáp ứng cho nhiều loại khay với kích thước đường kính lỗ khác Do đó, nhóm tiến hành phân tích thiết kế cải tiến để thay đổi cấu hút nhả hạt theo ngun lý hút chân khơng với mục đích nâng cao suất gieo cho loại khay với kích thước khác HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM 3.2 Phân tích lựa chọn cấu cải tiến truyền động cho phận hút hạt 3.2.1 Cơ cầu tịnh tiến theo phƣơng nghiêng Nguyên lý hoạt động: kim hút dẫn truyền động tịnh tiến theo phương nghiêng đến phễu đựng hạt để hút hạt Sau trở lai vị trí cũ, đến vị trí nhả hạt để nhả hạt vào phận dẫn hướng hạt làm cho hạt rơi vào vị trí lỗ khay Hình Cơ cấu tịnh tiến theo phương nghiên 3.2.2 Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn có dẫn hƣớng Nguyên lý hoạt động: hút hạt chuyển động qua lại vị trí hút vị trí nhả hạt thơng qua trục tạo chuyển động quay (Hình 7) Cơ cấu tạo chuyển động quay xylanh quay động Để đảm bảo miệng kim hút hạt hướng vị trí hút nhả cần có dẫn hướng Hình Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn có dẫn hướng 3.2.3 Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn với bánh truyền động Yêu cầu đảm bảo cho kim hút hạt ln hướng thẳng đứng từ vị trí hút đến vị trí nhả (Hình 8) Ta sử dụng bánh ăn khớp tạo chuyển động quay tương đối, giúp cho đầu kim hút hạt luông hướng vị trí thẳng đứng Hình Cơ cấu cần lắc đơn với bánh truyền động Khi cần lắc quay, bánh cố định ăn khớp truyền động tới bánh trung gian số bánh số truyền động đến bánh Bánh có số modun nhằm đảm bảo cho hút hạt hướng thẳng đứng Cần lắc có lắp hệ nhiều ống hút chuyển động qua lại đưa hạt hút từ khay chứa hạt đến nhả vào ống dẫn hướng hạt xuống khay chứa bên 3.2.4 Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn với truyền xích truyền động Hình Cơ cấu cần lắc đơn với truyền xích truyền động Tương tự cấu sử dụng cần lắc đơn với bánh truyền động với việc sử dụng cấu truyền chuyển động cho lắc truyền xích (Hình 9) Nhận xét: Sau phân tích, chúng tơi chọn phương án sử dụng cần lắc kép có ưu điểm suất cao so với phương án cần lắc đơn, sử dụng nguyên lý dạng hút chân không, cấu truyền chuyển động cho cần lắc truyền bánh Dưới bảng suất sau cải tiến cụm gieo hạt: Bảng Năng suất gieo hạt trước sau cải tiến Năng suất Trước cải tiến 300 (khay/giờ) Sau cải tiến > 600 (khay/giờ) 3.3 Cơ cấu cải tiến sử dụng đƣợc loại khay Đối với khay 12 x (hàng x cột) = 84 lỗ Khay 84 lỗ hạt đến lỗ chia sau đố rơi xuống khay Trang 371 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Cơ cấu culit có tác dụng di chuyển cần hút qua lại liên tục vị trí A B Tại vị trí A, cần hút hút hạt, sau cần hút di chuyển đến vị trí B, hạt nhả rơi vào vị trí giá thể khay Sau nhả hạt vị trí B, cần hút trở lại vị trí A chu kỳ hoạt động hút nhả lặp lại liên tục trình hoạt động máy gieo hạt Tại B, hạt ống dẫn đưa đến lỗ chia có 12 x lỗ Tại lỗ này, hạt đưa đến khay ứng với kiểu khay Đối với khay 11 x (hàng x cột) = 66 lỗ Khay 66 lỗ số lượng lỗ chia lớn số giá thể nên hạt rơi khỏi lỗ thu hồi Đối với khay 10 x (hàng x cột) = 50 lỗ Khay 50 lỗ tương tự, số lượng lỗ chia lớn số giá thể nên hạt rơi khỏi lỗ thu hồi trở lại Hình 10 Thiết kế phận cụm gieo hạt Cấu tạo cụm gieo hạt bao gồm: Bộ phận truyền động cho hút hạt Phễu chứa hạt Thanh hút hạt Tấm dẫn hướng hạt 4.2 Thiết kế cấu truyền động hút hạt Chọn vật liệu cho bánh C45 cải thiện Modun bánh răng: m = Số răng: z1 = z2 = z3 = 40 Khoảng cách trục: a = m.z = 1x40 = 40 mm Đường kính vòng chia: d1 = z1 m = 40 mm Đường kính vòng đỉnh: da1 = d1 + 2m = 40 +2 = 42 mm Đường kính vòng đáy: df = d1 – 2.5m =40 2.5x1 = 37.5 mm Chiều rộng vành răng: b1 = b2 = 10 mm Bánh có bề rộng b2 = 12 mm TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 4.1 Thiết kế phận cụm gieo hạt Cụm gieo hạt với chức trình làm việc vận chuyển hạt giống từ khay chứa hạt đến ống dẫn hướng, qua chia tới khay gieo Quá trình làm việc nhanh chóng, tao suất cao Yêu cầu nhằm tăng suất máy gieo hạt nên sử dụng ống hút kép cần lắc hút hạt đối xứng (Hình 10) Hình 11 Thiết kế cấu bánh truyền động hút hạt Cấu tạo cấu truyền động hút hạt: Bánh truyền động quay Bánh trung gian Bánh truyền động đựng kim hút hạt 4.3 Thiết kế ống hút hạt Ống hút hạt nhôm vng 20 x 20 mm, có chiều dài 450 mm, rỗng bên có bề dày mm Hai đầu ống bịt kín để khí khơng ngồi Dọc theo chiều dài ống Trang 372 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM chia khoan lỗ (cụ thể 21 lỗ ống) để gắn núm hút có đầu tiện côn để gắn kim hút hạt Mặt đối diện ta khoan lỗ bên để tạo đường dẫn khí hút hạt (Hình 12) Hình 12 Thiết kế ống hút hạt Cũng thay kim hút khác tùy thuộc với loại giống để đảm bảo trình hút khơng bị tắc q trình hút thao tác cách dễ dàng 4.4 Thiết kế phễu chứa hạt Phễu chứa hạt thiết kế cho trình hút hạt thuận tiện Phễu với biên dạng hình chữ V giúp hạt dồn vào đáy phểu làm cho trình hút hạt thuận tiện hạt đưa đến vị trí lỗ khay) Trên lỗ gắn với nhựa Hình 16 Tấm phân chia hạt Để liên kết lỗ phân chia hạt với lỗ dẫn hướng hạt ta gắn ống nhựa làm trung gian trình dẫn hướng hạt ống nhựa có đường kính Ø = 18 mm bề dày 2mm Hình 13 Mặt cắt biên dạng phễu chứa hạt Hình 17 Cấu tạo côn nhựa phận dẫn hướng hạt a) Côn nhựa cho dẫn hướng hạt b) Côn nhựa cho phân chia hạt Bộ phận dẫn hướng hạt sau gắn dẫn hướng, côn nhựa, ống dẫn hạt phân chia hạt sau: Hình 14 Thiết kế phễu chứa hạt 4.5 Thiết kế phận dẫn hƣớng hạt Tấm dẫn hướng hạt làm nhơm có kích thước 520 x 170 mm, bề dày mm Trên khung khoan 84 lỗ Ø18 mm phân bố thành hàng, hàng 21 lỗ Các lỗ gắn nhựa Hình 18 Thiết kế phận dẫn hướng hạt Cấu tạo phận dẫn hướng hạt bao gồm: 1: Tấm dẫn hướng hạt từ vị trí nhả hạt Hình 15 Tấm dẫn hướng hạt Tấm phân chia hạt làm nhơm có kích thước 520 x 300 mm, bề dày mm Mặt khung khoan lỗ Ø16 chia thành hàng, hàng 12 lỗ (đảm bảo 2: Ống dẫn hạt 3: Tấm phân chia hạt đến lỗ khay KẾT LUẬN Trên trình bày việc phân tích, thiết kế cải tiến cụm gieo hạt tự động Trang 373 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM khay Lựa chọn phương án cải tiến tối ưu tiến hành thiết kế yêu cầu cần thiết cho cụm gieo hạt Bài báo định hướng cải tiến cách thay đổi cấu gieo hạt khí nén với kiểu gieo lắc kép kết hợp với sử dụng cấu truyền động bánh cho lần gieo khay gieo cho loại khay so với cụm gieo hạt cũ lần gieo gieo hàng khay Lời cảm ơn Cơng trình thực khuôn khổ đề tài: “Cải tiến máy gieo hạt rau, hoa tự động khay” PGS.TS Đặng Văn Nghìn làm chủ nhiệm Chân thành cám ơn Sở Khoa học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh cấp kinh phí cho chúng tơi thực đề tài Nghiên cứu thực Viện Cơ học Tin học Ứng dụng, tác giả xin chân thành cám ơn 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 [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] Graham Goodenough - Seeder with linear actuation and seed leveling shuffler with dust removal capability, US Patent 5878680, 1999 [5] Geoffrey A Williames - Multi-purpose seeding machine, US Patent 4718363, 1988 [6] Lê Song Giang, Nguyễn Thị Bảy - Giáo trình lưu chất, nhà xuất đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2004 [7] Peter Croser, Frank Ebel - Pneumatics ABSTRACT This paper presents results of design and improvement for automated seeding machine tray, thereby solve issues such as uneven Keywords: Trang 374 automatic seeding machine, seeding, and increase usability for many kinds of seed In particular, increase the capacity of machine automated seeding system, seeding clusters ... truyền động bánh cho lần gieo khay gieo cho loại khay so với cụm gieo hạt cũ lần gieo gieo hàng khay Lời cảm ơn Cơng trình thực khuôn khổ đề tài: Cải tiến máy gieo hạt rau, hoa tự động khay ... truyền chuyển động cho cần lắc truyền bánh Dưới bảng suất sau cải tiến cụm gieo hạt: Bảng Năng suất gieo hạt trước sau cải tiến Năng suất Trước cải tiến 300 (khay/ giờ) Sau cải tiến > 600 (khay/ giờ)... ĐHQG TP HCM khay Lựa chọn phương án cải tiến tối ưu tiến hành thiết kế yêu cầu cần thiết cho cụm gieo hạt Bài báo định hướng cải tiến cách thay đổi cấu gieo hạt khí nén với kiểu gieo lắc kép