Kết luận chương 1

1.1.1 .Quy trình cơng nghệ canh tác cây khoai lang

1.4. Kết luận chương 1

- Hiện nay trên thế giới, chủ yếu ở các nước châu Á, châu Phi, người ta cũng đang nghiên cứu sử dụng các lọai máy móc phục vụ cho sản xuất ngơ (bắp), sắn (khoai mì), khoai tây, …. sang phục vụ các khâu canh tác như máy lên luống, máy thu họach hay máy tưới. Nhưng nói chung theo các tài liệu hiện có thì chưa có dạng nào đạt tiêu chuẩn thương mại để sản xuất. Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo máy phục vụ sản xuất thu hoạch khoai lang đang được tiếp tục hoàn thiện.

- Các loại sàng phân ly bằng con lăn đặt sau lưỡi đào (hình 1.13), Phân ly bằng sàng phẳng (hình 1.15), có kết cấu đơn giản nhưng cách phân ly chỉ phù hợp với lọai đất cát mịn không thể ứng dụng cho loại đất thịt trồng khoai ở Tỉnh Vĩnh Long.

- Phân ly bằng sàng hình chóp nón hoặc hình trụ (hình 1.14) tuy khả năng phân ly tốt nhưng do kết cấu lớn nên khối lượng máy không phù hợp để hoạt động trên nền đất yếu ở ĐBSCL .

- Phân ly bằng băng dũ (hình 1.16) có khả năng truyền tải và khả năng phân ly tốt nhưng kết cấu máy nhỏ phù hợp cho loại đất thịt trồng khoai có nền đất yếu ở ĐBSCL.

- Máy thu hoạch khoai lang, các cơng trình trên thế giới cũng như trong nước chưa đề cập tới, do đó việc nghiên cứu đã xác định chúng phục vụ thiết kế hoàn thiện máy có ý nghĩa thực tiễn cao.

24

Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu

Xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy dũ khoai lang liên hợp với máy kéo Shibaura SD 3543. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc thiết kế, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu để áp dụng vào sản xuất nhằm cải thiện điều kiện làm việc, tăng năng suất lao động và góp phần nâng cao tỷ lệ cơ giới hóa trong sản xuất Nơng lâm nghiệp tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

2.2. Đối tượng nghiên cứu

Máy dũ khoai lang do đề tài cấp Bộ:“ Cơ giới hóa khâu tưới, vun luống và thu hoạch khoai lang tại Tỉnh Vĩnh Long” tạo ra phục vụ thu hoạch khoai lang.

2.3. Phạm vi nghiên cứu

Một số thông số thuộc về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận dũ có ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của máy dũ khoai trong công nghệ thu hoạch khoai lang bằng cơ giới tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

2.4. Nội dung nghiên cứu

2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu động lực học của bộ phận đào và bộ phận dũ khoai. - Năng suất của máy và những yếu tố ảnh hưởng.

- Chi phí năng lượng và những yếu tố ảnh hưởng.

25

2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

a/. Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

- Nghiên cứu ảnh hưởng độc lập của góc đặt lưỡi đào, tốc độ của trục gây rung phím dũ và khoảng cách giữa hai phím kề nhau đến chi phí năng lượng của máy.

- Nghiên cứu ảnh hưởng độc lập của góc đặt lưỡi đào, tốc độ của trục gây rung phím dũ và khoảng cách giữa hai phím kề nhau đến năng suất của máy.

- Nghiên cứu ảnh hưởng độc lập của góc đặt lưỡi đào, tốc độ của trục gây rung phím dũ và khoảng cách giữa hai phím kề nhau đến độ sót khoai sau thu hoạch.

b/. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của góc đặt lưỡi đào, khoảng cách giữa hai phím kề nhau và tốc độ của trục gây rung phím dũ đến chi phí năng lượng của máy dũ khoai lang.

- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của góc đặt lưỡi đào, khoảng cách giữa hai phím kề nhau và tốc độ của trục gây rung phím dũ đến năng suất của máy dũ khoai lang.

- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của góc đặt lưỡi đào, khoảng cách giữa hai phím kề nhau và tốc độ của trục gây rung phím dũ đến độ sót sau thu hoạch của máy sau thu hoạch.

2.5. Phương pháp nghiên cứu

2.5.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Xây dựng các cơng thức tốn học tính tốn năng suất, chi phí năng lượng riêng và độ sót khoai sau thu hoạch của máy dũ khoai lang trên cơ sở

26

tham khảo, phân tích tài liệu liên quan kết hợp với tính tốn lý thuyết cũng như tham khảo ý kiến của các chuyên gia.

2.5.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm a. Quy hoạch hóa thực nghiệm đơn yếu tố a. Quy hoạch hóa thực nghiệm đơn yếu tố

Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố nhằm xác định mức độ ảnh hưởng riêng từng yếu tố đến một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy dũ khoai lang.

Nguyên tắc chung của phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là: Cố định các yếu tố khác, thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu tố biến thiên đó tới thơng số mục tiêu, qua đó thăm dị được khoảng nghiên cứu cho phép của mỗi yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trị của thông số mục tiêu.

b. Quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố

Trong lĩnh vực cơ khí nơng nghiệp như thiết kế, chế tạo, sử dụng hay thử nghiệm, phương pháp quy hoạch hố thực nghiệm đa yếu tố đóng vai trị hết sức quan trọng. Nhờ có phương pháp này ta giảm bớt được khối lượng thí nghiệm, xác định được mức độ ảnh hưởng đầy đủ các yếu tố, để từ đó tìm ra được lời giải tối ưu cho quá trình nghiên cứu.

Quy hoạch thực nghiệm được thực hiện theo nguyên tắc “hộp đen” nghĩa là đối tượng nghiên cứu là phần đóng kín “hộp đen” trong đó diễn ra những q trình mà nghiên cứu khoa học khơng thể biết được.

Trong đó:

X(t) - Các yếu tố có thể kiểm tra và điểu khiển được

Z - Các yếu tố có thể kiểm tra được nhưng không điều khiển được. E - Các yếu tố không kiểm tra, điều khiển được (các yếu tố nhiễu)

X(t) ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Z E yn y1 y2

27

y1, y2,... yn : Các thơng số đầu ra

Do đó xây dựng mơ hình tốn học diễn tả tương quan giữa các tham số đầu vào (yếu tố vào) với tham số đầu ra (tham số ra) là nội dung chính của quy hoạch thực nghiệm.

Để thực hiện được nội dung trên, thường phải tiến hành một loạt các bài toán kế tiếp nhau mà ta gọi là các bước (hay các giai đoạn) sau:

Bước 1: Chuẩn bị thiết bị, máy và dụng cụ cho thí nghiệm.

Bước 2: Xây dựng nội dung thí nghiệm (giai đoạn tiền thực nghiệm). Bước 3: Chọn phương án thích hợp cho thực nghiệm.

Bước 4: Tổ chức thực nghiệm.

Bước 5: Gia công số liệu thực nghiệm.

Bước 6: Phân tích và giải thích kết quả nhận được bằng thuật ngữ của

các lĩnh vực khoa học tương ứng.

c. Phương pháp giải bài toán tối ưu

Sau khi xác định được các phương trình dạng thực của các hàm mục tiêu, chúng tơi tiến hành giải bài tốn tối ưu.

Mục đích của việc giải bài tốn tối ưu là xác định các thơng số tối ưu của máy, kết quả tính tốn đạt được là cơ sở để thiết kế hoàn thiện máy.

Giải bài tốn tối ưu đa mục tiêu có nghĩa là cùng một lúc phải xét đồng thời cực trị của nhiều hàm mục tiêu. Thông thường các mục tiêu đặt ra trong bài toán tối ưu thường dẫn đến kết quả mâu thuẫn nhau. Muốn đạt được giá trị tối ưu của một chỉ tiêu nào đó phải trả giá bằng tổn thất đối với các chỉ tiêu khác. Nên vấn đề chính cần giải quyết ở bài tốn này là làm thế nào để tìm được sự thỏa hiệp giữa các mục tiêu khác nhau. Phương pháp thường dùng để giải bài toán đa mục tiêu là chuyển về bài tốn một mục tiêu thơng qua một phiếm hàm mục tiêu (F(xi) min) nào đó cùng với các điều kiện ràng buộc. Có các phương pháp chuyển như sau, [1],[9]:

28

- Phương pháp thứ tự ưu tiên.

- Phương pháp trao đổi giá trị phụ (phương pháp nhân tử Lagrăngiơ). - Phương pháp hàm trọng lượng.

* Phương pháp thứ tự ưu tiên

Đây là phương pháp đầu tiên (theo lịch sử của bài toán). Nội dung là trong số các mục tiêu dạng (1) chỉ chọn lấy một chỉ tiêu quan trọng nhất, chủ yếu nhất (theo một quan điểm nào đó), ví dụ Y1, còn các chỉ tiêu khác được coi như những điều kiện giới hạn. Bài tồn dẫn đến việc tìm cực trị của một chỉ tiêu Y1 trong khi đảm bảo các giá trị giới hạn của các chỉ tiêu còn lại (tức bài tốn tối ưu có điều kiện).

Theo phương pháp này mức độ chính xác của bài tốn phụ thuộc vào việc chọn tiêu chuẩn chính và giới hạn của các tiêu chuẩn khác. Để xếp hạng thứ tự các tiêu chuẩn theo mức độ quan trọng và ý nghĩa của nó, thường phải tiến hành dị ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu. Tất nhiên cũng khơng thể tránh khỏi những sai sót do những nhận định chủ quan.

Để có lời giải chính xác hơn Straubel nêu ra trình tự tính tốn ưu tiên như sau:

Các hàm mục tiêu Y1 được sắp xếp theo thứ tự quan trọng: YR1, YR2,…., YRm và bài tốn được giải theo trình tự:

- Tối ưu bước 1: Giải bài toán: YR1 (Xi) → min , (2.1) Với Gk (Xi) ≥ 0 (2.2) Xi,min ≤ Xi ≤ Xi,max (2.3) Kết quả được Y’ R1 = YR1(Xi)

- Tối ưu bước 2: Để hàm YR2 đạt tối ưu thì hàm YR1 phải chịu tổn thất R1 nhất định, nên ta có bài tốn:

29

Với YR1 = Y’ R1 + R1 (2.5) Xi,min ≤ Xi ≤ Xi,max (2.6)

Nếu R1 chọn chưa thỏa đáng, có thể hiệu chỉnh lại cho đến khi tìm được lời giải mong muốn và chuyển sang bước tiếp theo.

- Tối ưu bước k: Tương tự các bước trên, ta có bài tốn: YRk(Xi) → min , (2.7) Với YR1 = Y’ R1 + R1 YR2 = Y’ R2 + R2 ………………… YRk-1 = Y’ Rk-1 + Rk-1 (2.8) Xi,min ≤ Xi ≤ Xi,max

Cho đến bước thứ m ta tìm được lời giải của bài tốn.

* Phương pháp hàm trọng lượng (phương pháp tối ưu tổng quát kiểu tổng)

Nếu các tiêu chuẩn tối ưu có cùng số đo, có thể thành lập tiêu chuẩn tối ưu kiểu tổng như sau :

   m j Y 1 αjYj (2.9)

Ở đây αj – là trọng lượng ưu tiên (độ nặng) đánh giá mức độ quan trọng tương đối của tiêu chuẩn j, chúng phải có điều kiện :





m

j 1

αj = 1 (2.10)

Việc chọn các giá trị cụ thể của αj có thể tiến hành bằng phương pháp xếp hạng, tương tự như đối với các tiêu chuẩn Yj ở mục 3.1.

Giải bài toán với hàm mục tiêu tổng    m j Y 1 αjYj → min, (2.11)) Cùng các điều kiện (2.2), (2.3) đã nêu.

Ghi chú : có thể biến đổi các tiêu chuẩn Yj về cùng số đo bằng cách đưa chúng về dạng khơng có số đo : Yj / Y0j.

30

* Phương pháp trao đổi giá trị phụ ( Phương pháp phân tử Lagrăngiơ )

Từ các biểu thức của hàm mục tiêu (2.1), cùng điều kiện giới hạn (2.3) và điều kiện ràng buộc (2.2), mơ hình tốn học của bài tốn có dạng như sau, [1]:

max min 2 1 2 1 0 ) ,...., , ( min max, ) ,...., , ( i i i n k n j j x x x x x x g x x x f Y      (2.12)

Đó là mơ hình tổng qt của bài tốn tối ưu, ta có thể giải nó bằng phương pháp trao đổi giá trị phụ.

Phương pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes đề xướng vào năm 1955 để giải các bài toán tối ưu đa mục tiêu. Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu được đưa về bài toán một mục tiêu như sau:

min

1 

Y với Yj(xi)j với j 1 (2.13) Và hàm mục tiêu được biểu diễn qua phiếm hàm Lagrăngiơ dạng tổng:

) ) ( ( ) ( ) , ( 1 1 j m j j i Y x Y x x F      ; với j 1 (2.14) Trong đó: ij gọi là nhân tử Lagrăngiơ, có ý nghĩa như hàm trao đổi.

ij j F Y     với x X và j 0 (2.15)

Tại điểm tối ưu thì Y1(x*)F(x*,*) và 0; 0      ij i F x F  (2.16) Do đó giải hệ (m+n) phương trình:                  m j Y n i x F j j i ,..., 2 , 1 ; 0 ,..., 2 , 1 ; 0  (2.17)

Đối với các ẩn xi,ji sẽ tìm được giá trị * * 2 *

1,x ,...,xn

x xác định cực trị của hàm mục tiêu tổng F.

d. Phương pháp thực nghiệm đo đạc và xử lý số liệu

31

Chi phí năng lượng của liên hợp máy được xác định thông qua việc đo đồng thời hai thông số là mô men xoắn và tốc độ tại các bán trục chủ động của máy kéo. Nhưng do điều kiện không cho phép đo đạc trực tiếp nên chúng tơi đánh giá chi phí năng lượng của liên hợp máy khi làm việc một cách gián tiếp thông qua lượng nhiên liệu mà liên hợp máy tiêu thụ trong khoảng thời gian một giờ làm việc cùng với suất tiêu hao nhiên liệu riêng (g/ml.h). Kết quả thu được cho phép tính ra chi phí năng lượng của liên hợp máy khi làm việc tương ứng với các thí nghiệm khác nhau.

Chi phí nhiên liệu cho liên hợp máy tiêu thụ trong khoảng thời gian một giờ làm việc được xác định bằng cách đong nhiên liệu vào bình có các vạch kiểm tra sau đó đổ vào bình đựng nhiên liệu cho đến trùng với mức vạch ban đầu sau mỗi thí nghiệm, kết quả thu được là trung bình cộng của nhiều lần thí nghiệm.

- Phương pháp xác định năng suất của máy

Năng suất của máy thu hoạch khoai được xác định như sau:

Dựa vào bảng ma trận kế hoạch hóa thực nghiệm được xác lập, các thí nghiệm được tiến hành trên các luống khoai có chiều dài, chiều rộng cố định là (30 x 0,4) m. Cho liên hợp máy làm việc ở số truyền 2, mức ga để cố định sau đó dùng đồng hồ bấm giây để đo thời gian liên hợp máy thu hoạch hồn thành luống khoai. Thí nghiệm được lặp lại nhiều lần và lấy giá trị trung bình, kết quả thu được làm cơ sở để tính năng suất giờ cho liên hợp máy.

- Phương pháp xác định độ sót sau thu hoạch

Độ sót được đánh giá bằng khối lượng khoai cịn sót nằm trong lịng đất hoặc bị đất lấp kín so với tổng khối lượng khoai thu hoạch được trên luống thí nghiệm nhân với 100%.

Để xác định khối lượng khoai thu được cũng như khối lượng khoai cịn sót lại, chúng tơi tiến hành dùng cân đồng hồ xác định cho từng thí nghiệm.

32

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

3.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy thu hoạch khoai lang

Từ năm 2008 - 2011, Tiến sỹ Hoàng Bắc Quốc cùng các nhà khoa học Viện Cơ điện Nông nghiệp, Trường Đại học Nơng lâm TP Hồ Chí Minh thực hiện đề tài cấp Bộ: “ Cơ giới hóa khâu tưới, vun luống và thu hoạch khoai

lang tại Tỉnh Vĩnh Long”. Một trong các sản phẩm của đề tài tạo ra là máy

dũ khoai trong công nghệ thu hoạch khoai bằng cơ giới. Máy có cấu tạo như hình 3.1.

Cấu tạo của máy gồm hai bộ phận chính là:

- Bộ phận đào: Gồm lưỡi đào (17) hình mũi tên phẳng với góc dỗng là 2 được lắp phía trước bộ phận dũ với góc đặt lưỡi là .

- Bộ phận dũ khoai: Khi lưỡi đào đi vào trong luống khoai sẽ phá vỡ kết cấu và làm tơi đất với khoai trong luống. Hỗn hợp đất – khoai di chuyển trên bề mặt của lưỡi vào bộ phận dũ. Nhờ cào sẽ lùa hỗn hợp khoai - đất vào bộ phận dũ gồm các phím đặt song song và cách nhau một khoảng không đổi. Khi làm việc các phím rung động nhờ cam đặt lệch tâm tạo lực động để tách đất với khoai. Các hạt đất có kích thước nhỏ hơn khe hở hai phím kề liền nhau