Nghiên cứu một số thông số động lực học của máy đốn gốc mía

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

mở đầu Nớc ta xuất phát điểm là một nớc có nền kinh tế chậm phát triển, trình độ sản xuất nói chung và trình độ sản xuất nông nghiệp nối riêng lạc hậu, thấp kém. Trong những năm qua, đặc biệt là sau hơn 15 năm thực hiện công cuộc đổi mới do Đảng và Nhà nớc phát động và chỉ đạo, nền kinh tế đã có sự khởi sắc, sản xuất nông nghiệp đã đạt đợc nhiều thành tựu to lớn, tuy nhiên vẫn là một nền nông nghiệp truyền thống, chứa đựng những khuyết tật của một nền sản xuất nhỏ, lạc hậu, hiệu quả kinh tế thấp. Tại Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ IX của Đảng, trong báo cáo chính trị, khi nói về định hớng và phát triển nông nghiệp nông thôn trong giai đoạn 2001 - 2010, Đảng ta đã chỉ rõ: " Tăng cờng sự chỉ đạo và huy động các nguồn lực cần thiết để đẩy nhanh Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn. Tiếp tục phát triển và đa nông nghiệp lên một trình độ mới bằng việc ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ, nhất là công nghệ sinh học, đổi mới cơ cấu cây trồng, đẩy mạnh thuỷ lợi hoá, cơ giới hoá, điện khí hoá chú trọng công nghiệp chế biến, cơ khí phục vụ nông nghiệp" [7]. Cùng với công nghệ sinh học, thuỷ lợi, chuyển dịch cơ cấu cây trồng, cơ giới hoá trong sản suất nông nghiệp là một vấn đề hết sức quan trọng, là một trong những điều kiện để đánh giá trình độ phát triển nông nghiệp của đất nớc, là một trong những nội dung quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá nông thôn trong giai đoạn hiện nay. Với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, ma nhiều, nền nông nghiệp nớc ta mang những nét đặc trng của nền nông nghiệp nhiệt đới, rất phù hợp với sự sinh trởng và phát triển của nhiều loại cây trồng khác nhau, đặc biệt là các loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao nh cao su, cà phê, hồ tiêu, mía Trong đó phải kể đến cây mía - một loại cây công nghiệp ngắn ngày, 1 có khả năng thích nghi tốt với điều kiện khí hậu và đất trồng nớc ta, cho năng suất, hiệu quả kinh tế cao, giá trị xuất khẩu lớn đã và đang chiếm một vị trí kinh tế hết sức quan trọng trong cơ cấu cây trồng hiện nay. Bên cạnh chơng trình lúa gạo, Chính phủ ta đã có chơng trình phát triển mía đờng đến năm 2000, cả nớc ta đạt một triệu tấn đờng, tiếp tục ổn định và phát triển trong những năm tiếp theo. Chơng trình phát triển mía đờng có một ý nghĩa rất to lớn. Nó không những nhằm các mục tiêu kinh tế đủ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nớc, tham gia xuất khẩu, khai thác tiềm năng đất đai vùng trung du, miền núi mà nó còn có ý nghĩa to lớn trong việc chuyển dịch cơ cấu cây trồng, cơ cấu lao động ở các khu vực nông nghiệp nông thôn, góp phần xây dựng nông thôn mới theo định hớng công nghiệp hoá - hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn, giải quyết tính căng thẳng của thời vụ, tạo thêm việc làm, nâng cao đời sống sinh hoạt nông thôn. Thực tế, trong thời gian qua, ở nhiều địa phơng, cây mía đợc coi là cây xoá đói giảm nghèo. Mía là loại cây công nghiệp, dễ trồng, phù hợp với nhiều loại đất canh tác. Việc hình thành các vùng chuyên canh mía với diện tích lớn cũng nh tính chất thời vụ đặc biệt của cây mía đã làm phát sinh nhu cầu cơ giới hoá các khâu canh tác nhăm tăng năng suất lao động, năng suất, chất lợng mía, giảm tính căng thẳng thời vụ. Trớc những yêu cầu của thực tế sản xuất, ngành cơ khí nông nghiệp nớc ta đã tham gia nghiên cứu, áp dụng cơ khí hoá nhiều khâu của quy trình canh tác mía nh làm đất, trồng, đốn gốc, chăm sóc, và thu hoạch mía. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau, hiệu quả nghiên cứu và áp dụng cơ giới hoá vào các khâu canh tác mía còn có những hạn chế nhất định, trong đó có khâu đốn gốc mía. Đốn gốc mía là một khâu quan trọng đối với mía lu gốc, vì nó có ảnh hởng rất lớn đến năng suất và chất lợng mía ở các vụ tiếp theo. Việc đốn 2 gốc mía tốn nhiều công sức, đòi hỏi những yêu cầu khắt khe về kỹ thuật và thời vụ. Hiện nay, ở nớc ta, việc đốn gốc mía chủ yếu vẫn mang tính thủ công, tốn nhiều lao động, chất lợng đốn kém, khó đảm bảo thời vụ. Nhằm giải quyết vấn đề trên, khoa Cơ điện trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu, chế tạo một mẫu máy đốn gốc mía ĐMG-1 phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu mới chỉ đề xuất nguyên lý và kết cấu máy.Việc nghiên cứu các thông số động lực học còn có nhiều hạn chế. Để góp phần hoàn thiện mẫu máy, đợc sự đồng ý của khoa Cơ điện, khoa Sau đại học trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, sự giúp đỡ, hớng dẫn của PGS .TS Phạm Văn Tờ, tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu một số thông số động lực học của máy đốn gốc mía " Đề tài bao gồm các nội dung sau: 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. 2. Mục tiêu và phơng pháp nghiên cứu. 3. Xác định một số thông số động lực học của bộ phận cắt máy đốn gốc mía. 4. Kết luận và đề nghị. 3 chơng 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1. Tình hình phát triển mía đờng trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Tình hình phát triển mía đờng trên thế giới Mía là cây công nghiệp ngắn ngày, dễ trồng, phù hợp với nhiều loại đất, nhiều loại địa hình và khí hậu khác nhau. Tên khoa học của cây mía là Sacharum officinarumL [24]. Một số tài liệu đã ghi nhận, cây mía đợc thuần hoá từ 8000 năm trớc Công nguyên và có nguồn gốc từ Niu Ghinê. Hiện nay, trên thế giới, cây mía có mặt ở khoảng 70 quốc gia. Trong đó chủ yếu tập trung ở khoảng 30 0 vĩ Bắc đến 30 0 vĩ Nam. Tổng diện tích đất dùng để canh tác mía vào khoảng 20 triệu héc ta [6], [24]. Đã từ lâu, cây mía chiếm một vị trí kinh tế quan trọng và trở thành nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp sản xuất đờng. Những sản phẩm từ cây mía không chỉ đợc dùng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm mà còn đợc sử dụng trong một số ngành công nghiệp quan trọng khác nh công nghiệp năng lợng, công nghiệp sản xuất giấy, công nghiệp hoá chất, sản xuất phân bón Sản lợng đờng sản xuất từ mía chiếm một tỷ lệ cao trên tổng sản lợng đờng đợc sản xuất trên thế giới. Đờng và một số sản phẩm khai thác từ cây mía đã và đang trở thành một nguồn thực phẩm không thể thiếu đợc trong đời sống sinh hoạt của con ngời. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu của con ngời về đờng và các sản phẩm từ mía ngày càng lớn, càng đa dạng và phong phú. Do những đặc thù và hiệu quả kinh tế của cây mía, nên diện tích trồng mía và sản lợng cũng nh nhu cầu tiêu thụ đờng sản xuất từ mía trên thế giới luôn có sự tăng trởng mạnh. Toàn thế giới, niên vụ 1990 - 1991 sản suất đợc 72,41 triệu tấn đờng mía; niên vụ 4 1992 - 1993 sản xuất đợc 73,01 triệu tấn; niên vụ 1994 - 1995 sản xuất đợc 80,80 triệu tấn; đến niên vụ 1999 - 2000 sản suất đợc 132,264 triệu tấn đờng mía [1], [2], [6], [24]. Diện tích trồng mía và sản lợng đờng đợc sản xuất tập trung chủ yếu ở các nớc châu Mỹ, tiếp sau đó là các nớc thuộc châu á, châu úc, châu Âu Những nớc có diện tích trồng và sản lợng mía cao trên thế giới nh Brazin, Ân Độ, Trung Quốc, Cu Ba, Thái Lan, Pakistan So với một số loại cây trồng khác, mía là loại cây cho năng suất cao, hiệu quả kinh tế lớn. Mặt khác, việc đầu t và chăm sóc không phức tạp và đặc biệt là có khả năng cơ giới hoá các khâu canh tác. Mía đợc mệnh danh là một trong những loại cây trồng cao sản. Theo những số liệu đã ghi nhận đợc ở một số quốc gia trồng mía, năng suất mía có thể đạt tới 457 tấn/ha với mía 24 tháng tuổi nh ở Đài Loan, khoảng 441 tấn/ha với mía 18 tháng tuổi ở ấn Độ và 407 tấn/ha đối với mía 12 tháng tuổi [2]. 1.1.2. Tình hình trồng mía và sản suất đờng mía ở Việt Nam Nớc ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, gió mùa, nóng ẩm, ma nhiều, địa hình đa dạng: đồng bằng, trung du, miền núi rất phù hợp với sự sinh trởng của cây mía và là một trong những cái nôi của cây mía. Cây mía đợc du nhập vào nớc ta rất sớm và ngày càng đợc phát triển mạnh mẽ trên toàn quốc (có tài liệu đã ghi cây mía đợc du nhập vào nớc ta từ khoảng năm 206 trớc Công nguyên). Tiềm năng đất đai trồng mía ở nớc ta khá lớn, vào khoảng 50 vạn héc ta [24]. Cùng với việc khai thác và phát triển nghề trồng mía, nghề sản xuất đờng ở nớc ta cũng đã ra đời và phát triển khá sớm. Từ thời nhà Nguyễn, n ớc ta đã có nghề sản xuất đờng và có đờng xuất khẩu ra nớc ngoài. Đến thời Pháp thuộc, ngành công nghiệp sản suất đờng ra đời với hai nhà máy đờng đầu tiên là nhà máy đờng Tuy Hoà (trung Bộ), nhà máy đờng Hiệp Hoà (nam Bộ) [3], [9], [24]. 5 Sau khi đất nớc hoàn toàn giải phóng, nền nông nghiệp nớc ta đợc củng cố, phát triển và đạt đợc những thành tựu quan trọng. Bên cạnh việc đầu t, mở rộng phát triển những loại cây trồng truyền thống nh lúa, ngô cây mía đã đợc hồi phục, đầu t và phát triển nhanh chóng trên diện rộng trong phạm vi cả nớc. Nhất là trong những năm gần đây, Đảng và Nhà nớc ta đã có nhiều chủ trơng, chính sách u tiên đầu t cho phát triển nông nghiệp, thực hiện chủ trơng chuyển dịch cơ cấu kinh tế, cơ cấu cây trồng, coi trọng đẩy mạnh phát triển các loại cây công nghiệp, đặc biệt là các loại cây công nghiệp ngắn ngày. Cây mía đã đợc coi trọng phát triển và trở thành một loại cây công nghiệp có vị trí kinh tế quan trọng bên cạnh các loại cây công nghiệp truyền thống nh cà phê, cao su, hồ tiêu Nhờ có những chủ trơng, chính sách đầu t hợp lý mà diện tích trồng mía và sản lợng mía đờng nớc ta đã có những bớc tăng trởng mạnh mẽ. Chúng ta đã thực hiện thắng lợi chơng trình một triệu tấn đờng do chính phủ đề ra vào năm 2000. Ngành công nghiệp mía đờng không những sản xuất đợc đủ nhu cầu trong nớc mà còn tham gia xuất khẩu đi các nớc trên thế giới. Do những đặc tính u việt và hiệu quả kinh tế cao, cây mía đã trở thành cây làm giàu cho nhiều hộ gia đình, cho nhiều khu vực rộng lớn. Đối với một số vùng nông thôn, trung du, miền núi nh Thanh Hoá, Nghệ An, Phú Yên, Bình Định, Quảng Ngãi, cây mía đã thực sự trở thành cây xoá đói giảm nghèo, góp phần nâng cao thu nhập và giải quyết việc làm cho nhiều hộ gia đình nông dân [24]. Việc hình thành các vùng nguyên liệu mía gắn liền với các nhà máy sản xuất và chế biến đờng đã góp phần không nhỏ làm thay đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp nông thôn, góp phần thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn theo đờng lối mà Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ IX đã đề ra. 6 Hiện nay, trên cả nớc ta có khoảng 40 nhà máy đờng đang hoạt động. Tổng diện tích đất trồng mía khoảng 300.000 ha. Tổng sản lợng mía cây từ 10 triệu đến 12 triệu tấn. Mục tiêu của nớc ta trong thời gian tới là giữ ổn định và tiếp tục khai thác diện tích đất trồng mía, tăng cờng đầu t, áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật, thành tựu về công nghệ sinh học để thâm canh, đảm bảo năng suất mía bình quân từ 50 - 60 tấn/ha. Đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu cho các nhà máy đờng hoạt động trong thời gian từ 100 - 120 ngày với tổng sản lợng đờng đợc sản xuất là 1 triệu tấn/năm [1], [2]. Bảng 1 - 1: Tình hình sản xuất mía - đờng trong nớc qua một số vụ gần đây [2], [3], [12]. Niên vụ Diện tích (ha) Sản lợng mía cây (triệu tấn) Sản lợng đờng (tấn) 1998 - 1999 283.000 13,80 752.500 1999 - 2000 350.000 17,39 1.000.000 2000 - 2001 303.000 15,10 950.000 2001 - 2002 309.900 15,20 1.072.649 1.2. Một số đặc điểm về sự phân bố, kích thớc và cơ lý tính của gốc mía 1.2.1. Đặc điểm chung của gốc mía Nếu vụ trớc đợc chăm sóc tốt, sau khi thu hoạch, phần gốc còn lại sẵn có một bộ rễ rất nhiều, phân bố rộng và rất sâu, khoảng 50 - 60cm. Bộ rễ này phần lớn có khả năng hút nớc và các khoáng chất. Ngoài bộ rễ già, đoạn gốc nằm dới mặt đất có khá nhiều đai rễ, ở đó có một số điểm rễ ở trạng thái ngủ, vụ trớc cha mọc hết, nó tạo thành một lực lợng hậu bị quan trọng, tiếp tục mọc để hút khoáng chất nuôi dỡng mầm. 7 Từ các điểm rễ ở chân các mầm ngầm (mầm gốc phát động sinh trởng trớc khi thu hoạch cây mẹ) đã có nhiều rễ vĩnh cửu rất khoẻ, to, nhiều và ăn sâu. Mía gốc thờng có mầm nhiều và khoẻ, tuỳ theo cách trồng nông hay sâu, công cụ thu hoạch và cách xử lý gốc, thông thờng mỗi khóm có từ 15 - 20 mầm. Trong đó, mầm tốt chiếm từ 60-80%. Càng gần mặt đất, mật độ mầm càng thấp do các lóng mía tơng đối dài, càng xuống sâu, mầm càng to, khoẻ và mật độ càng cao. Các mầm dới cùng phần lớn đã phát động sinh trởng và to hơn nhiều so với mầm mía tơ, vì nó hình thành từ khi cây mẹ cha thu hoạch, đợc cây mẹ trực tiếp nuôi dỡng. Các mầm dới cùng tuy to khoẻ, song lại bị vùi sâu dới đất, thiếu dỡng khí, làm cản trở sự sinh trởng và phát triển của mầm. Vì vậy, sau khi thu hoạch cây mẹ, nếu xử lý gốc kịp thời, tạo điều kiện thông thoáng cho bộ rễ và các mầm ngầm thì các mầm này phát triển rất nhanh. Ngợc lại, nếu xử lý gốc không kịp thời, đất không thông thoáng thì các mầm có thể bị hỏng, làm cho mía ít cây, phân bố không đều, giảm năng suất [4], [9], [24], [25]. Một số đặc điểm cần lu ý đối với mía lu gốc là: Các tàn d và mầm mống sâu bệnh thờng lu lại ở lá mía khô và phần gốc sau khi thu hoạch. Vì vậy, cần phải chú ý xử lý thoả đáng để khắc phục. Hiện tợng trồi gốc: Sau một vụ tái sinh, bộ gốc mía bị cao lên một ít so với vị trí đặt hom ban đầu. Mức độ trồi gốc phụ thuộc vào cách xử lý và số năm lu gốc. Gốc trồi càng cao thì số đai rễ nằm lại dới mặt đất càng ít, làm bộ rễ kém phát triển, mía dễ bị đổ, ngả. Để nâng cao năng suất và kéo dài thời gian lu gốc, cần có quy trình xử lý mía gốc hợp lý. Một trong những nội dung cơ bản của quy trình này là phải đốn lại gốc và chăm sóc sớm. Việc đốn gốc tiến hành đồng thời với lúc thu hoạch hoặc sau khi thu hoạch một thời gian ngắn (dới 10 ngày). Yêu cầu bạt gốc là cắt bỏ đoạn phía 8 trên, chỉ để lại đoạn gốc dới cùng dài khoảng 6-10 cm bao gồm từ 3-5 đai rễ, tơng ứng với khoảng 3-5 mầm tuỳ thuộc vào lóng dài hay ngắn [9], [21]. Sau khi thu hoạch và đốn gốc xong, cần tiến hành cày giữa hai hàng mía, cày càng sâu và càng sát gốc càng tốt. Ngoài mục đích làm đất tơi xốp, thoáng khí, việc cày bừa còn tạo môi trờng tốt cho bộ rễ mới phát sinh, cắt đứt bộ rễ già để rễ phân chia nhiều nhánh mới (xuân hoá bộ rễ). 1.2.2. Đặc điểm về khoảng cách hàng và mật độ phân bố gốc mía Khoảng cách hàng và mật độ phân bố gốc mía không những có ảnh hởng trực tiếp đến năng suất mía mà còn ảnh hởng đến vấn đề cơ giới hoá các khâu canh tác mía. Trong thực tế sản xuất, khoảng cách giữa các hàng mía ở nớc ta và các nớc trên thế giới dao động trong một phạm vi tơng đối lớn, từ 0,4m-1,6m. Với khoảng cách hàng hẹp (0,4m-0,6m) thì mía chóng giao tán, diệt đợc cỏ dại, rút ngắn thời gian đẻ nhánh, tuy nhiên mía dễ bị đổ ngả, năng suất không cao và đặc biệt là khó cơ giới hoá. Với khoảng cách hàng rộng (1,4m-1,6m), thuận tiện cho cơ giới hoá các khâu chăm sóc, xử lý đốn gốc Mặt khác, cây ít bị đổ ngả do vun xới đợc, có thể để mía lu gốc đợc nhiều vụ hơn, năng suất, hiệu quả kinh tế cao hơn. Hiện nay, nớc ta thờng trồng với khoảng cách hàng từ 0,8m-1,2 m. Mật độ phân bố gốc mía: Mật độ cây hữu hiệu lúc thu hoạch là một trong những yếu tố quan trọng nhất cấu thành năng suất mía. Mật độ cây tối u là khoảng 6-10 cây/m 2 tuỳ thuộc vào giống, đất và kỹ thuật chăm bón. Bề mặt ruộng, độ cao gốc lúc chặt mía có ảnh hởng trực tiếp đến việc di động, năng suất, chất lợng của máy đốn gốc mía. Mức độ tập trung hay phân tán của các gốc mía dọc theo luống và số lợng gốc trong luống có ảnh hởng rõ rệt đến chất lợng và kết cấu của bộ phận cắt máy đốn gốc mía [9], [22], [24]. 9 Theo kết quả khảo sát mật độ và sự phân bố gốc mía, độ cao gốc sau thu hoạch đối với các giống mía, vụ mía khác nhau tại nông trờng Thống Nhất - Thanh Hoá của các đề tài [22], [26] đợc cho ở các bảng sau: Bảng1 - 2: Đờng kính, chiều cao, độ phân tán của gốc mía ROC10 vụ 1 Đoạn chiều dài luống mía 5m D(mm) Đờng kính gốc mía H(mm) Chiều cao gốc mía L(mm) Khoảng cách từ gốc tới tâm luống 24 45 35 25 50 20 26 41 70 25 30 0 26 40 60 25 37 15 25 40 20 25 42 65 26 37 25 24 50 85 25 42 20 24 35 50 25 37 30 24 45 25 26 42 35 25 45 60 25 40 70 24 37 18 25 42 60 25 35 50 24 37 45 26 30 35 25 40 50 25 35 37 24 30 10 24 35 30 25 30 10 27 40 50 24 45 55 25 35 60 26 30 45 10 . giúp đỡ, hớng dẫn của PGS .TS Phạm Văn Tờ, tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: " ;Nghiên cứu một số thông số động lực học của máy đốn gốc mía " Đề tài. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. 2. Mục tiêu và phơng pháp nghiên cứu. 3. Xác định một số thông số động lực học của bộ phận cắt máy đốn gốc mía. 4. Kết luận