Nghiên cứu thiết kế một số bộ phận chính trong máy trồng hom sắn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 1 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI nguyÔn v¨n b¶n nghiªn cøu thiÕt kÕ mét sè bé phËn chÝnh trong m¸y trång hom s¾n luËn v¨n th¹c sü kü thuËt Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học : TS. hµ ®øc th¸i hµ néi - 2009 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 2 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại lớp Cao học Cơ khí khóa 16 chuyên ngành Kỹ thuật náy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ, giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô giáo trong nhà trường. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thày tới tập thể các thầy cô trong nhà trường, trong khoa Cơ ñiện, các thầy cô trong bộ môn Máy nông nghiệp. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn ñặc biệt sâu sắc tới TS. Hà ðức Thái ñã quan tâm tận tình hướng dẫn, tạo ñiều kiện giúp ñỡ tôi hoàn thành ñề tài nghiên cứu này. Chân thành cảm ơn công ty cổ phần Nam Hồng, Viện cơ ñiện Nông nghiệp và phát triển nông thôn ñã giúp tôi trong việc chế tạo hoàn thiện mẫu máy. Xin cảm ơn các bạn ñồng nghiệp và người thân ñã ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện ñề tài này. Quá trình thực hiện ñề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong tiếp tục nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn ñồng nghiệp ñối với ñề tài nghiên cứu của tôi ñể ñề tài ñược hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2009 Tác giả Nguyễn Văn Bản Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 3 LỜI CAM ðOAN - Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sửa chữa ñể bảo vệ một học vị nào. - Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn. Tác giả Nguyễn Văn Bản Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 4 MỞ ðẦU ðẶT VẤN ðỀ Cây sắn là một trong những cây công nghiệp quan trọng ở nước ta. Sắn ñược trồng nhiều ở các vùng ðông Nam Bộ, vùng Tây Nguyên, vùng núi và trung du phía bắc, vùng ven biển Nam Trung Bộ và vùng ven biển Bắc Trung Bộ. Năm 2005, cây sắn có diện tích tu hoạch là 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha, sản lượng 6,6 triệu tấn. Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo, do sắn dễ trồng, ít kén ñất, ít vốn ñầu tư, không phải chăm sóc nhiều như cây lúa hoặc ngô, phù hợp sinh thái và ñiều kiện kinh tế nông hộ, nông trường. Sắn chủ yếu dùng ñể bán 48,6%, kế ñến dùng làm thức ăn 22,4 %, chế biến thủ công 16,8%, chỉ có 12,2 % tiêu thụ tươi. Sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu và tiêu thụ trong nước. Sắn là nguyên liệu chính ñể chế biến bột ngọt, Ethanol, mì ăn liền, bánh kẹo, siro, nước giải khát, bao bì, ván ép, phụ gia dược phẩm, màng phủ sinh học và chất giữ ẩm cho ñất. Toàn quốc hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rải rác hầu hết các tỉnh trồng sắn. Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 - 1.200.000 tấn tinh bộ sắn, trong ñó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước. Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột sắn, sắn lát và bột sắn. Thị trường chính là ðài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc. ðầu tư nhà máy chế biến Ethanol là một hướng triển vọng. Hiện nay nước ta ñứng thứ 10 trên thế giới về về sản lượng sắn với 7,71 triệu tấn ( theo FAO, 2008 ), nhưng lại xếp thứ 3 về xuất khẩu sắn sau Thái Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 5 Lan ( Với hơn 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu ) và Indonesia ( theo TTTA, 2006 và FAO, 2007 ). Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi cho và có lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bọt ngọt, thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính. Diện tích sắn của Việt Nam dự kiến ổn ñịnh khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển giống sắn tốt có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái. Tuy nhiên phần lớn sắn ñược trồng bằng các phương pháp thủ công chính vì vậy mà năng suất và sẳn lượng bị hạn chế ñi rất nhiều. Trên thế giới ñã có máy trồng hom sắn như ở Braxin, Malaysia nhưng với nguyên lý cấu tạo và làm việc còn nhiều hạn chế như ñộ an toàn cho mầm hom thấp, không có khả năng xếp ñúng trật tự ñầu ñuôi của hom sắn, không có khả năng trồng hom nghiêng… Không kết hợp ñược với gieo hạt, bón phân, chăm sóc mà các quá trình làm ñất phải tiến hành nhiều lần, gây hoang phí nhiên liệu, làm vỡ kết cấu của ñất… Các khâu làm ñất, thu hoạch sắn bằng cơ giới ñang ñược áp dụng ở các vùng trồng sắn nguyên liệu tập trung rất hạn chế. Vấn ñề ñặt ra lúc này là phải thiết kế ñược máy trồng hom sắn ñảm bảo ñược ñộ an toàn cao, có năng suất phù hợp, có cấu tạo ñơn giản hơn… và quan trọng là phải phù hợp với ñiều kiện canh tác tại Việt Nam. Xuất phát từ những lý do trên và yêu cầu của thực tế, chúng tôi quyết ñịnh thực hiện nghiên cứu ñề tài: “ Nghiên cứu thiết kế một số bộ phận chính trong máy trồng hom sắn ”. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 6 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN SẮN VÀ TÌNH HÌNH CƠ GIỚI HÓA TRỒNG SẮN TRÊN THẾ GIỚI TẠI VIỆT NAM 1.1. Tình hình phát triển cây sắn 1.1.1. Nguồn gốc và phân bố. Sắn có tên gọi là Maniihot esculenta Crantz hay còn có tên khác là: khoai mì, cassava, tapioca, yucca, mandioca, manioc, singkong, ubi kayu, aipim, macaxeir, kappa, maracheeni. Sắn là cây công nghiệp lấy củ, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae Nguồn gốc: Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt ñới của châu Mỹ La tinh ( Crantz, 1976 ) và ñược trồng cách ñây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993 ). Trung tâm phát sinh cây sắn ñược giả thiết tại vùng ñông bắc nước Brazin thuộc về lưu vực của song Amazon, nơi có nhiều chủng loại sắn trồng và hoang dại ( De Candolle 1986, Roger 1965 ). Vùng phân bố: Hiện tại, sắn ñược trồng trên 100 nước của vùng nhiệt ñới, cận nhiệt ñới, tập trung nhiều ở châu Phi, châu Á và Nam Mỹ, là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người (CIAT, 1993 ). Lịch sử phát triển: Cây sắn ñược người Bồ ðào Nha ñưa ñến châu Phi vào thế kỷ XVI. Tài liệu nói tới sắn ñược du nhập vào Ấn ðộ khoảng thế kỷ XVII (P.G Rajendran et al, 1995 ) và Srilanka vào ñầu thế kỷ XVIII ( Ư.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992 ). Sau ñó, sắn ñược trồng ở Trung Quốc, Myanmar và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ XVIII, ñầu thế kỷ XIX ( Fang Baiping 1992. U Thu Than, 1992 ). 1.1.2 Giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế của cây sắn Thành phần dinh dưỡng: Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38 - 40%, tinh bột 16 – 32%, giàu vitamin C, calcium, vitamin B và các chất khoáng, nghèo Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 7 chất béo, muối khoáng, vitamin và nghèo ñạm. Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không ñược cân ñối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tùy vào giống, mùa vụ, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích. Lá sắn có hàm lượng ñạm khá cao, nhiều chất bột, chất khoáng và vitamin. Chất ñạm của lá sắn có khá ñày ñủ các acid amin cần thiết, giàu lysine nhưng thiếu methionin. Trong lá sắn ngoài các chất dinh dưỡng, cũng chứa một lượng ñộc tố HCN ñáng kể. Các giống sắn ngọt có 80 / 110 mg HCN/1 kg lá tươi. Các giống sắn chứa 160 – 240 mg HCN/ 1 kg lá tươi, lá sắn ngọt là một loại rau rất bổ dưỡng nhưng cần chú ý luộc kỹ ñể làm giảm lượng HCN. Lá sắn không nên luộc ăn mà muối dưa hoặc phơi khô ñể làm bột lá sắn phối hợp với các bột khác làm bánh mì thì hàm lượng HCN còn lại không ñáng kể. Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia xúc và lương thực thực phẩm. Củ sắn dùng ñể chế biến tinh bột, sắn lát, sắn sơ chế tạo thành hàng loạt các sản phẩm công nghiệp như bột ngọt, rượu cồn, mì ăn liền …. Củ sắn cũng là nguồn nguyên liệu chính ñể làm thức ăn gia súc. Thân sắn dùng ñể làm giống, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulo, làm nấm, làm củi ñun, làm phân xanh. Lá sắn non dùng ñể nuôi tằm, cá. Bột lá sắn hoặc sắn ủ chua dùng ñể cho gia súc gia cầm. Hiện nay các sản phẩm sắn ngày càng thông dụng trong buôn bán trao ñổi thương mại quốc tế. 1.1.3. Tình hình phát triển cây sắn trên thế giới và Việt Nam 1.1.3.1. Tình hình phát triển cây sắn trên thế giới Sản lượng sắn trên thế giới năm 2006/2007 ñạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/2006 là 211,6 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn lớn nhất là Nigeria (45,72 triệu tấn ), kế ñến là Thái Lan ( 22,58 triệu tấn ), và Indonesia ( 19,92 triệu tấn ). Việt Nam là nước ñứng thứ 10 trên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 8 thế giới về sản lượng sắn ( 7,71 triệu tấn ). Nước có năng suất sắn cao nhất hiện nay là Ấn ðộ (31,34 tấn/ha), kế ñến là Thái Lan21,09 tấn/ha) so với năng suất sắn bình quân trên thế giới 12,16 tấn/ha (FOA, 2008) Mức tiêu thụ sắn bình quân trên thế giới khoảng 18 kg/người/năm. Sản lượng sắn của thế giới tiêu dùng trong nước khoảng 85% ( lương thực 58%, thức ăn gia súc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11% ) còn lại 15% (gần 30 triệu tấn ) ñược xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh bột (CIAT, 1993 ). Nhu cầu sắn làm thức ăn gia súc trên toàn cầu ñang giữ mức ñộ ổn ñịnh trong năm 2006 (FAO, 2007 ). Sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lương thực ở châu Phi, bình quân khoảng 96 kg/người/năm. Nhu cầu sắn làm lương thực chủ yếu tại vùng Saharan châu Phi cả hai dạng củ tươi và sản phẩm chế biến ước tính khoảng 115 triệu tấn, tăng hơn năm 2005 khoảng 1 triệu tấn. Trung Quốc ñã nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên. Năm 2006, Trung Quốc ñã nhập khẩu 1,15 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,4 triệu tấn sắn lát và sắn viên. Thái Lan chiếm trên khoảng 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế ñến là Indinesia và Việt Nam. Thị trường xuất nhập khẩu sắn chủ yếu của Thái Lan là Trung Quốc, ðài Loan, Nhật Bản và cộng ñồng châu Âu với tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên (TTTA, 2006; FAO, 2007). 1.1.3.2. Tình hình phát triển của cây sắn tại Việt Nam Ở Việt Nam sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và ngô. Năm 2005, sây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha, sản lượng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7.326 ha, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 9 năng suất 3,51 tấn/ha, sản lượng 35,8 triệu tấn. Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các nông hộ, ít vốn ñầu tư, phù hợp sinh thái và ñiều kiện kinh tế nông hộ. Sắn chủ yếu dùng ñể bán (48,6%), kế ñến dùng làm thức ăn gia súc (22,4%), Chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tươi. Hiện nay chính phủ Việt Nam chú trọng tới việc phát triển cây sắn. Diện tích sắn của Việt Nam dự kiến ổn ñịnh khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng suất và sản lượng bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái. Bảng 1.1 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam (1999 – 2006). Năm Chỉ tiêu 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Diện tích (1000ha) 227 235 250 337 372 384 426 475 Năng suất (tấn/ha) 7,9 8,6 8,3 13,2 14,3 14,5 15,8 16,2 Sản lượng (triệu tấn) 1,8 2,0 2,0 4,4 5,3 5,6 6,7 6,7 Nguồn: Niên giáng thống kê, 2007 1.2. Tình hình cơ giới hóa trồng sắn trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Tình hình cơ giới hóa trồng sắn trên thế giới Trước ñây, do cây sắn ñễ trồng, chủ yếu làm lương thực ñể chống ñói, khu vực trồng sắn nằm phân tán ở vùng núi và trung du, giao thông không thuận tiện, giống sắn ñịa phương có năng suất và hàm lượng tinh bột thấp, sản xuất kém hiệu quả nên nhiều nhà khoa học về nông học và kinh tế ít quan tâm, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 10 trình ñộ chế tạo máy và sử dụng máy còn kém … do vậy việc cơ giới hoa khâu canh tác và thu hoạch sắn chưa có ñiều kiện phát triển. Hiện nay, nhu cầu tinh bột sắn làm nguyên liệu cho công nghiệp ngày càng tăng (năm 2006, lượng tiêu thụ tinh bột sắn trên thế giới ñạt 5,9 triệu tấn), nhiều giống sắn có năng suất cao, hàm lượng tinh bột cao, chịu thâm canh ñã ñược nghiên cứu, lựa chọn và ñưa vào sản xuất. Nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn ñã ñược xây dựng, nên cần có nguồn nguyên liệu, tập trung, ổn ñịnh và cung cấp ñều ñặn cho nhà máy hoạt ñộng quanh năm. Trình ñộ nghiên cứu, chế tạo sử dụng máy trên mặt bằng xã hội ñã ñược nâng lên. Do vậy, việc nghiên cứu cơ giới hóa và kỹ thuật thâm canh cây sắn cũng ñược chú ý nhiều hơn. Những nước áp dụng cơ giới hóa như Malaysia, Braxzin, Thái Lan… ñã cho những kết quả rõ rệt. Ở Malaysia nến sản xuất sắn theo mức cơ giới chi phí lao ñộng cho từng khâu công việc trong quá trình sản xuất sắn tính trên 1ha băng cơ giới ñều giảm so với phương pháp truyền thống. Các nước ñã áp dụng cơ giới hóa canh tác và thu hoạch sắn còn cho thấy: ngoài giảm chi phí sản xuất còn nâng cao năng suất cây trồng do cầy sâu hơn nên củ phát triển to hơn, năng suất máy cao nên làm kịp thời vụ, do ñó chất lượng các khâu công việc ñược tốt hơn. Cơ giới hóa canh tác và thu hoạch sắn gồm chủ yếu các khâu sau: làm ñất, trồng hom, chăm sóc và thu hoạch. * Khâu làm ñất: có nhiệm vụ làm nhỏ ñất theo yêu cầu nông học, san phẳng mặt ruộng, chuẩn bị tốt cho trồng hom sắn Trên thế giới, việc làm ñất cho cây trồng cạn chủ yếu dùng hai phương Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 11 pháp sau: làm ñất nhiều lượt và làm ñất tối thiểu (làm ñất bỏa tồn). Làm ñất tối thiểu ñang là vấn ñề thời sự, hiện dang phát triển mạnh ở các nước Âu, Mỹ. Theo dự ñoán của các chuyên gia nông nghiệp Italia thì trong thời gian không xa sẽ có 43% diện tích ñất canh tác ñược áp dụng phương pháp làm ñất tối thiểu. * Khâu chuẩn bị hom sắn và trồng hom + Chuẩn bị hom sắn giống: Bao gồm cắt hom, ñánh dấu dầu hom theo trật tự ñàu ñuôi và xếp hom vào thùng. ðể chuẩn bị hom sắn có thể dùng lao ñộng thủ công hoặc máy chuẩn bị hom. Chuẩn bị hom bằng lao ñộng thủ công cho kết quả chiều dài hom không ñều gây khó khăn cho việc trồng máy. ðể tiến tới cơ giới hóa ñồng bộ, và giảm nhẹ cường ñộ lao ñộng, một số nước ñã sử dụng máy chuẩn bị hom sắn riêng. Ở Malaysia ñã dùng máy ñể cắt hom. Máy có 4 dao ñĩa và cắt ñược 4 hom ñồng thời. Với máy cắt hom như của Malaysia, do cạnh sắc dao ñĩa là răng cưa có kích thước lớn nên ñầu hom sắn không phẳng, bị dập là nơi cư trú của nấm bệnh phát triển. ngoài ra hom sắn khi cắt xong chảy xuống máng hứng, không ñược xếp trật tự ñầu ñuôi, nếu dùng thủ công ñể xếp lại sẽ khó phân biệt chính xác ñùa ñuôi hom sắn và chi phí tăng cao. Nếu hom sắn không ñược xếp theo trật tự ñầu ñuôi sẽ xảy ra một số hom trồng ngược, mà trồng ngược thì năng suất sắn sẽ giảm 30%. + Trồng hom sắn bao gồm: rạch hàng, bón lót, ñặt hom, tưới nước, phủ và nén ñất. (ñối với vùng trồng xen canh, máy cần lắp bộ phận gieo hạt) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 12 Hom sắn ñược trồng theo 3 cách phổ biến nhất: ñặt nằm, ñặt nghiêng, ñặt thẳng ñứng. Hom sắn ñặt nghiêng chống ñược úng nước, cho năng suất cao và dễ thu hoạch sau này. Tuy vậy nếu vùng ñất khô hạn nên ñặt hom nằm. Do vậy máy trồng sắn phải làm ñược các việc: rạch hàng, bỏ phân, ñặt hom nghiêng, nằm ñứng theo yêu cầu nông học, tưới nước, phủ nén ñất và gieo hạt trồng xen khi cần. Việc trồng hom sắn có thể tiến hành bằng thủ công hoặc bằng máy. Trồng hom sắn bằng thủ công cho năng suất thấp, khó ñiều chỉnh về khoảng cách hàng gây khó khăn cho việc chăm sóc và thu hoạch bằng máy sau này. Việc trồng sắn bằng máy ñã ñược nhiều nước nghiên cứu từ rất sớm, nhưng chủ yếu ñi theo 2 hướng máy trồng tự ñộng hoàn toàn và máy bán tự ñộng. Hiện nay chưa có máy trồng hom sắn tự ñộng hoàn toàn vì chi phí cho máy ñó quá cao, hiệu quả kinh tế không cao. Máy trồng hom sắn bán tự ñộng ñã phát triển ở một số nước với các dạng cấu trúc khác nhau. Nhìn chung máy trồng hom sắn hiện nay trên thế giới có chủ yếu ở các nước Brazin, Colombia, Malaysia. .., ñã bước ñầu ứng dụng ñược song còn nhiều nhược ñiểm, cần nghiên cứu hoàn thiện hơn. 1.2.2. Tình hình cơ giới hóa trồng sắn tại Việt Nam Về tình hình cơ giới hóa sản xuất cây sắn ở nước ta có thể tóm tắt như sau: * Khâu làm ñất: Ở Việt Nam, khâu làm ñất chủ yếu là dùng sức trâu bò, nay ñã dần thay thế bằng máy móc. Cày bằng trâu, bò thì ñộ cày sâu không quá 20 cm. Qua ñiều tra của nhiều nhà nghiên cứu cho thấy: củ sắn phát triển ñạt ñộ sâu phổ biến ñến 35 cm. Vì vậy dùng sức trâu, bò có ñộ cày sâu thấp, sẽ hạn chế ñến sự phát triển của củ sắn. Thực tế ñã chứng minh ñiều ñó: trên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 13 cùng một loại ñất nếu nông dân chỉ dùng cày trâu bò thì năng suất chỉ ñạt <14 tấn/ha, còn dùng máy móc với ñộ cày sâu ñạt 35 cm thì năng suất cây sắn >20 tấn/ha. Về mặt năng suất, cày trâu chỉ ñạt 0,1 ha/ngày, nếu dùng cày máy với nguồn ñộng lực 80 mã lực cho năng suất 4 ha/ngày. Nhiều ñịa phương ñã dùng máy ñể làm ñất, nhưng chưa thực hiện ñược theo phương pháp làm ñất tối thiểu mà làm ñất nhiều lần vừa tăng chi phí lao ñộng vừa làm vỡ kết cấu của ñất không bảo tồn ñược dinh dưỡng trong ñất. * Khâu trồng sắn: Ở Việt Nam hiện nay, việc trồng sắn ñược thực hiện hoàn toàn bằng thủ công, chi phí cho khâu trồng bằng thủ công ở Nghệ An là 20 công/ha mà khoảng cách hàng và giữa các hom sắn không ñảm bảo gây khó khăn cho thu hoạch bằng máy. * Khâu xới và bón phân: hiện nay ñược thực hiện bằng thủ công, ñịnh mức khâu xới bón hiện nay là 60 công/ha * Khâu thu hoạch sắn: Hiện nay vẫn dùng công cụ thủ công ñể ñào nhổ, chi phí công cho khâu thu hoạch là 100 công/ha 1.3. Giống sắn và kỹ thuật trồng sắn 1.3.1 Giống sắn Các giống sắn tốt, cho năng suất cao, thích hợp với ñiều kiện ñất ñai tại Việt Nam là KM60, KM94,KM95, HL20, HL23 và HL24, SM937-26. Giống sắn KM 140 dạng củ ñẹp, thịt củ màu trắng, ít ñắng, dạng cây thẳng, nhặt mắt, ñường kính thân vừa phải; ít sâu bệnh hại. Các giống này có thời gian sinh trưởng ngắn 210 – 230 ngày, năng suất cao từ 35 – 40 tấn /ha, nếu thâm canh cao có thể ñạt năng suất 80-120 tấn và ñặc biệt có hàm lượng tinh bột cao (25,5-28,6%). Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 14 * Chất lượng hom sắn làm giống Nên lấy giống từ các ruộng sắn sản xuất tốt ñã ñủ 8 tháng tuổi trở lên, chọn các cây sắn khoẻ mạnh, không bị nhiễm bệnh. Khi thu hoạch cây giống phải ñể nguyên cả gốc và thân cây sắn, chặt bỏ ngọn, không ñược ñể sây sát, bảo quản ở nơi râm mát. Khi cắt hom ñảm bảo không dập nát 2 ñầu. Khi cắt hom xong chấm 2 ñầu vào hỗn hợp tro bếp và phân bón ñể hom sắn bớt chảy nhựa, không bị vi khuẩn và nấm bệnh xâm hại. Hom sắn ñược trồng ñược cắt dài từ 20 – 25 cm, hom giống phải lấy ở những cây ñủ già, ñặc ruột, sạch sâu bệnh, cây phát triển tốt có ñường kính trên 1,5 cm. Hom sắn không bị trầy sước vỏ, bảo quản ở những nói khô ráo thoáng mát. 1.3.2. Kỹ thuật trồng sắn * Khoảng cách trồng Tùy loại ñất mà quyết ñịnh mật ñộ trồng cho thích hợp, ñất xấu trồng dày hơn ñất tốt. Thường có khoảng cách và mật ñộ như sau: Trồng hàng ñơn Cách trồng dày: - Hàng cách hàng là 1m - Cây cách cây là 0,8 m Cách trồng thưa: - Hàng cách hàng là 1m - Cây cách cây là 1 m Hình 1.1. Hình ảnh hàng sắn ñơn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 15 Trồng hàng ñôi theo kiểu nanh sấu Cách trồng dày: - Luống cách luống là 1,2 m - Hàng cách hàng trên luống ñôi là 0,4 m - Cây cách cây là 0,8 m Cách trồng thưa: - Luống cách luống là 1,2 m - Hàng cách hàng trên luống ñôi là 0,4 m - Cây cách cây là 1 m Phương pháp trồng - Cuốc hố sâu 20cm - Rộng 20 cm - Bón phân lót vào, lấp một lớp ñất nhẹ lên phân - Tiếp ñến ñặt hom nằm hơi nghiêng trong hố, phần gốc ở dưới, phần ngọn ở trên. - Lấp ñất phủ 2/3 hom * ðể ñảm bảo thuận lợi cho cơ giới hoá cây sắn chúng ta thực hiện trồng sắn theo hàng ñơn, khoảng cách hàng là 1,2m, khoảng cách cây là từ 70 - 80 cm ñể dảm bảo ñược năng suất và yêu cầu nông học * Làm ñất: cày sâu 30 – 35 cm, bừa 2 lượt ñể lên luống, bổ hốc hoặc rạch hàng tùy theo vùng ñất cao hay thấp ñể tránh ngập úng. Hình 1.2. Hình ảnh hang sắn ñôi Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 16 * Thời vụ: Vào ñầu mùa mưa ( thánh 6,7 dương lịch ). Mật ñộ trồng thích hợp 11360 hom/ha. Nếu ñất giàu dinh dưỡng thì trồng 12500 hom/ha. * Bón phân: Phân chuồng ủ 10 -12 tấn/ha; phân NPK (75:45:90)kg/ha. Cách bón: bón lót toàn bộ phân chường và phân lân. Từ 15 – 20 ngày sau khi trồng bón lần 1 thao tỷ lệ: 40%N và 40%K, từ 35 – 40 bón lần 2 theo tỷ lệ: 40%N và 40%K; từ 60 – 80 ngày bón lần 3; toàn bộ số phân còn lại. * Thu hoạch: nên thu hoạch ñúng thời ñiểm . Nếu thu hoạch sớm quá sắn sẽ ít tinh bột, nếu muộn quá sẽ tiêu hao chất khô trong củ 1.4 Mục ñích nội dung của ñề tài 1.4.1 Mục ñích của ñề tài Có ñược mẫu thiết kế máy liên hợp trồng hom sắn ñơn giản, gọn nhẹ, ñảm bảo ñược ñộ an toàn mầm hom và ñiều chỉnh ñược ñộ nghiêng của hom sắn theo yêu cầu nông học. ðồng thời kết hợp với gieo hạt, bón phân,… 1.4.2 Nội dung của ñề tài Nghiên cứu tổng quan tình hình phát triển, kỹ thuật trồng sắn, tình hình cơ giới hóa trồng hom sắn trên thế giới và tại Việt Nam. Nghiên cứu, ñánh giá ñặc ñiểm của một số nguyên lý trồng sắn, gieo hạt và lựa chọn nguyên lý làm cơ sở cho quá trình thiết kế. Tính toán thiết kế một số bộ phận, cơ cấu làm việc chính của liên hợp máy. Xây dựng phương pháp khảo nghiệm, tổ chức khảo nghiệm, ñánh giá chất lượng, chi phí năng lượng, ñiều kiện sử dụng và hiệu quả kinh tế. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 17 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ CẤU TRÚC, VỊ TRÍ CHO CÁC BỘ PHẬN CỦA LIÊN HỢP MÁY TRỒNG SẮN 2.1. Một số máy trồng cây non trên thế giới Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam có nhiều loại máy trồng cây non, ta có thể phân loại như sau: - Phân loại theo nhiệm vụ: + Máy trồng cây rau: thuốc lá, dâu tây, cà chua, … + Máy trồng cây trong vườn ươm, cây rừng, … + Máy trồng cây ăn củ: khoai tây, củ cải ñường, … - Phân loại theo cách liên kết với máy kéo: + Máy trồng ñược móc sau máy kéo. + Máy trồng ñược treo sau máy kéo. + Máy trồng nửa treo. - Phân loại theo cách trồng trên ñồng ruộng: + Máy trồng cây theo hàng. + Máy trồng cây theo ô vuông. - Phân loại theo mức ñộ phức tạp của cơ cấu trồng: + Máy có cơ cấu trồng ñơn giản: Máy này khi làm việc người công nhân phải dung tay nạp cây vào cơ cấu trồng như các máy: Brao, Meduso của Mỹ, Mat Xay – Haris của Canada, HPM-4 và HPM-6 của Liên Xô, các loại máy này làm việc có năng suất thấp, công nhân làm việc vất vả. + Máy trồng bán tự ñộng: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 18 Máy này khi làm việc người công nhân nạp cây non vào bộ phận kẹp của băng truyền ñể cung cấp cho cơ cấu như máy: CPM-6, CPH-6, CPHM-4 của Liên Xô, các loại máy này làm việc có năng suất cao hơn so với máy trồng ñơn giản nhưng vẫn có sự can thiệp của người công nhân. + Máy trồng tự ñộng: Máy cày khi làm việc cây non ñược cung cấp tự ñộng cho cưo cấu trồng không có sự can thiệp trực tiếp của người công nhân. - Phân loại theo cây giống: + Loại có bầu + loại không có bầu Nói chung máy trồng cây non bao gồm những bộ phận chính sau: * Bộ phận chứa cây. * Bộ phận cung cấp. * Bộ phận trồng cây. * Bộ phận tạo rãnh. * Bộ phận bón phận. * Bộ phận vun lấp, nén ñất vào gốc cây. * Bộ phận tưới nước. Hiện nay các máy trồng cây non thường là các máy bán tự ñộng kết hợp giữa người phục vụ và bộ phận trồng cây, dưới ñây là một số nguyên lý cơ cấu trồng. 2.2. Một số nguyên lý trồng cây non 2.2.1. Nguyên lý làm việc của bộ phận trồng cây theo kiểu ñĩa tay kẹp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 19 Hình 2.1 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bộ phận trồng cây kiểu ñĩa quay 1 – Cây non 2- Con lăn tì 3 – ðĩa gắn tay kẹp 4 – Má kẹp 5 – Cung tì Bộ phận trồng cây kiểu ñĩa tay kẹp gồm có: ñĩa 3 trên ñĩa hàn các thanh cố ñịnh, cuối thanh cố ñịnh có hàn má kẹp 4, bên trong má kẹp 4 có dán lớp cao su xốp ñể khi kẹp cây không bị dập nát. Thanh di ñộng ñầu dưới ñược uốn tạo ra tay quay, ñầu tay quay xỏ qua con lăn. Khi làm việc ñĩa chuyển ñộng quay, con lăn luôn tì lên bề mặt ñĩa, má của hai thanh kẹp giữ cây chặt lại. Khi thanh kẹp quay tới vị trí ñiểm thấp nhất con lăn tì lên cung tì 5, tay quay và thanh di ñộng quay ñi một góc làm má kẹp di ñộng quay và mở rộng, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 20 cây non theo trọng lượng rơi xuống rãnh ñã ñược rạch sẵn. 2.2.2. Nguyên lý làm việc của bộ phận trồng cây kiểu băng tải tay kẹp Hình 2-2. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bộ phận trồng cây kiểu băng tải kẹp 1 - Bộ phận kẹp 2 – Băng tải kẹp 3 – Bánh ñai căng 4 – Cung tì Bộ phận kẹp gồm hai má, có cấu trúc là vật liệu ñàn hồi ñể kẹp cây cho an toàn. Một má kẹp tĩnh ñược liên kết cứng với băng tải chuyển ñộng 2, má kẹp ñộng tự do, hai má kẹp ở tư thế mở và chuyển ñộng theo băng tải tới ñiểm P, khi ñó người công nhân ñặt cây vào giữa hai má kẹp, băng tải tiếp tực chuyển ñộng, má kẹp ñộng tì vào thanh tì 4, làm hai má kẹp ép cây lại. Khi chuyển ñộng tới 0 má kẹp ñộng thoát khỏi thanh tì , hai má kẹp mở rộng ra, nhờ trọng lượng mà cây rơi xuống rãnh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 21 2.2.3. Nguyên lý làm việc của bộ phận trồng cây kiểu cơ cấu bốn khâu hình bình hành tay kẹp Hình 2-3. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bộ phận trồng cây kiểu cơ cấu bốn khâu hình bình hành. 1- Bầu cây 2- Má kẹp 3- Cơ cấu hình bình hành 4- Cam 5- Con lăn 6- ðĩa chủ ñộng 7- ðĩa thụ ñộng Bộ phận trồng cây kiểu cơ cấu 4 khâu hình bình hành có cấu tạo va nguyên lý hoạt ñộng như sau: má kẹp 2 ñược hàn vào phần cuối tay quay, ñầu kia cảu tay quay xỏ qua tâm con lăn, khi làm việc con lăn luôn tì vào bề mặt cam nhờ lực kéo của lò xo, cam hình tròn gồm hai phần mỏng và dày, cam ñược hàn chắc với trục. Một ñầu trục bắt chặt với tia cố ñịnh của guồng trồng, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 22 ñầu kia của trục quay quanh khớp bản lề. khi bánh xe máy trồng quay, truyền qua hệ thống xích làm tia chủ ñộng quay, làm trục cam quay. Khi con lăn tì vào phần dầy của cam, tác ñộng vào con lăn làm tay quay xoay ñi một góc, má kẹp ñược mở ra, cây ñược thả xuống rãnh. Cung kẹp mở từ vị trí kẹp ở ñiểm O tới vị trí ñiểm P. ðiểm P là ñiểm người công nhân ñặt cây vào kẹp. Cam tiếp tục quay còn con lăn chuyển sang phần mỏng, kẹp cây từ từ khép lại và giữ chắc cây ñến vị trí ñiểm O, kẹp mở và cây ñược thả xuống rãnh. Giá ñỡ tay quay và tay kẹp ñược hàn chắc với thanh nối tia mà thanh nối tia chính là một cạnh của cơ cấu hình bình hành O1O2AB. Do tính chất của cơ cấu hình bình hành khi guồng ñưa cây quay, thanh nối tia AB luôn chuyển ñộng song song với chính nó, nên cây ñược cung cấp từ ñiểm P tới ñiểm O luôn ở vị trí thẳng ñứng. Các nguyên lý trồng cây con như ñã nêu trên có nhược ñiểm chính là: + Kết cấu cồng kềnh, phức tạp do ñó giá thành chế tạo cao + Do trồng sắn không có bầu nên các nguyên lý trên không thể trồng ñược hom sắn nghiêng. + Hom sắn rất dễ bị tổn thương, do ñó không thể áp dụng nguyên lý trồng cây con kiểu kẹp. + Người lao ñộng phải thả cây non ñều tay nên gây căng thẳng và mệt mỏi cho người lao ñộng Từ những ưu nhược ñiểm của các nguyên lý trồng cây trên, chúng tôi ñã tiến hành nghiên cứu nguyên lý trồng hom sắn. Nguyên lý trồng hom sắn ñược trình bày như sau: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 23 2.4. Nghiên cứu lựa chọn sơ ñồ cấu trúc tổng thể Chúng tôi ñã nghiên cứu một số máy trồng hom trên thế giới ñể tìm ra ưu ñiểm và nhược ñiểm, từ ñó ñề suất ñược nguyên lý trồng mới tốt hơn, ñơn giản hơn, giảm giá thành chế tạo. Dưới ñây là một số loại máy trồng hom sắn hiện có: 2.4.1. Máy trồng hom sắn của Malaisia (hình 2.4) Hình 2.4. Máy trồng hom sắn của Malaisia - Máy trồng sắn Malaisia trên ñây chỉ là máy thử nghiệm - Do chỉ trồng một hang nên năng suất thấp. - Sắn chỉ trồng ñược nằm ngang Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 24 b. Máy trồng hom sắn của Brazin Hình 2.5. Máy trồng hom sắn Braxin ðây chỉ là hình vẽ về ý tưởng + Hom sắn ñược thả vào trong ống trụ nên khó thả hơn và gây căng thẳng cho người thả hom. + ðầu hom sắn bị mài trong suốt quá trình làm việc nên làm ñầu hom sắn bị trầy sước, ñồng thời hom sắn di chuyển quay vòng trong suốt quá trình làm việc nên làm tổn thương các mắt của hom sắn, làm ảnh hởng tới nảy mầm của hom. 2.1.2. Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý máy trồng hom sắn a. Nguồn ñộng lực Chúng tôi chọn máy kéo MTZ 80/82 là loại máy kéo phổ biến ở vùng trồng sắn, nó có thể làm ñược các việc như: làm ñất, trồng, chăm sóc, thu hoạch. Như vậy hệ số sử dụng thời gian của máy sẽ lớn, tiết kiệm ñược vốn ñầu tư, chăn sóc, sửa chữa Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 25 b. Sơ ñồ tổng thể Từ những nhận xét ở trên, c._.húng tôi ñã xây dựng lên ý tưởng máy trồng sắn như sau: + Bộ phận trồng hom có ñộ an toàn cho hom cao, máy có thể trồng hom sắn với ñộ nghiêng có thể thay ñổi ñược, khoảng cách giữa các hom sắn và các hàng là ñều nhau, thả hom sắn trồng một cách dễ dàng. + Máy trồng hom sắn có thể liên hợp với bộ phận bón phân, bộ phận gieo hạt, bộ phận rạch hàng ñể lên luống. Sơ ñồ tổng thể Hình 2.6. Sơ ñồ tổng thể Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 26 Hình 2.7. Sơ ñồ tổng thể 1: Cụm khung 2: Cụm bánh lấp hàng 3: Cụm gieo trục cuốn 4: Cụm phân phối hom 5: Cụm rạch hàng ñặt hom 6: Cụm bánh xe 7: Cụm chân rạch 8: Cụm bón phân lò xo 9: Cụm truyền ñộng phân phối hom 10: Cụm lưỡi rạch luống Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 27 Nguyên tắc làm việc của máy liên hợp dự kiến chế tạo: 1- Cụm khung: ñể nối ghép với các tất cả các bộ phận trồng, gieo hạt, bón phân, bánh tựa và bộ phận treo với máy kéo. Do vậy khung cần cứng vững, chịu ñựng ñược khi làm việc, vận chuyển không bị cong vênh biến dạng. 2- Cụm lưỡi rạch luống: ñể thuận tiện cho việc chăm sóc và thoát nước khi úng. Bộ phận rạch luống có thể dịch chuyển ñược trên khung ñể ñiều chỉnh khoảng cách hai luống từ 1- 1,3 m phù hợp với tập quán canh tác từng vùng trồng sắn. 3- Cụm gieo hạt trồng xen: có khả năng gieo ñược hạt ñỗ xanh, ñỗ ñen xen giữa các hàng sắn ñể che phủ phần ñất trống khi cây sắn còn non, hạn chế cỏ dại mọc, khi thu hoạch thân cây băm nhỏ chôn vùi vào ñất ñể tăng ñộ xốp và phân hữu cơ trong ñất, khi không cần trồng xen ta có thể tháo bỏ ra ngoài. 4- Cụm bón phân: có nhiệm vụ bón kết hợp và bón phân hoá học bổ sung vào ñất ñể cây non phát triển thuận lợi, bộ phận bón phân có bộ phận ñiều chỉnh mức phân bón phù hợp cho từng loại ñất, khi không cần bón phân bổ sung ta có thể tháo bỏ ra ngoài. 2.5. Nghiên cứu lựa chọn sơ ñồ cấu trúc bộ phận làm việc chính 2.5.1. Cụm rạch hàng ñặt hom Gồm mũi 6: có dạng lưỡi xới có nhiệm vụ làm tơi ñất, phá vỡ lớp ñất do cày bừa lỏi ñể các bộ phận tạo rãnh và ñặt hom làm việc thuận lợi. Từ ñiều kiện mũi lưỡi cắt vào ñất, tránh cong vênh và làm việc bền lâu, chúng tôi chọn bằng vật liệu thép 65Г. Trụ 4: ñể liên kết máng chắn ñất 3, mũi lưỡi xới và khung máy. Phía trước trụ lắp dao ñể cắt ñứt cỏ rác không cho cuốn vào trụ lưỡi xới. Máng chắn ñất 3: ñể không cho ñất tràn vào rãnh ñể ñặt hom sắn và bón phân ñúng ñộ sâu theo yêu cầu nông học. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 28 Thanh ngang 1: có các hàng lỗ ñể ñiều chỉnh cụm rạch hàng ñặt hom sắn về phía trước hoặc sau tạo ra khoảng cách với bánh xe nén ñất cho phù hợp ñể hom sắn khi vừa ñặt xuống là có ñất vun vào cho vững và nén ñất cho chặt vừa phải. Ống dẫn hom: ñể hom trượt theo ống xuống rãnh, ống dẫn hom phía trước cong ñể hom sắn trượt xuống thuận tiện, hai bên có thành ñể ñất khỏi tràn vào, phía sau mở ñể khi máy dịch chuyển không kéo hom sắn ñổ theo. Ống dẫn có thể thay ñổi ñược phương ñể ñiều chỉnh ñược ñộ nghiêng của hom sắn sau khi trồng và có thể dịch chuyển ñược về phía trước hoặc sau ñể ñất vun vào giữ hom sắn khi thả xuống thuận lợi nhất. Hình 2.8. Sơ ñồ tổng thể cụm rạch hàng ñặt hom Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 29 1 2 3 2.5.2. Lựa chọn kết cấu, nguyên lý phân phối hom Tùy vào từng ñiều kiện ñất ñai, khí hậu và yêu cầu kỹ thuật mà hom sắn ñược trồng theo dộ nghiêng khác nhau: Hom sắn ñược trồng theo 3 cách phổ biến nhất ñó là: trồng nằm, trồng nghiêng hoặc trồng ñứng. Hom sắn trồng nghiêng chống ñược úng nước, cho năng xuất cao và ñễ thu hoạch củ say này. Trồng ñứng cây ở những nơi ñất xốp, hàm lượng sét ít, những nơi gió mạnh. Trồng xiên và nằm ngang ở những nơi ñất thịt, hàm lượng sét cao. Khoảng cách giữa các hàng với hàng và cây với cây là ñều nhau ñể tạo ñiều kiện tốt nhất cho việc cơ giới hóa khâu chăm sóc, thu hoạch và băm thân cây sắn sau này Từ yêu cầu trên ta ñi thiết kế bộ phận phân phối và dẫn hom ñáp ứng ñược trồng hom sắn nằm ngang, nghiêng, ñứng với khoảng cách các hàng và cây là ñều nhau - Thiết kế mới ta có 2 phương án ñể lựa chọn kết cấu, nguyên lý cụm phân phối hom: Nguyên lý 1: Dùng ñĩa tròn ñể phân phối hom - Nguyên lý hoạt ñộng: Hom sắn ñược người lao ñộng thả vào ống 1. ðĩa 2 có tác dụng tạo chu kì rơi của hom sắn: ñĩa phân phối nhận truyền ñộng từ bánh lấp hàng, quay làm cho hom sắn trượt trên mặt ñĩa. Khi hom sắn gặp lỗ ñã ñược khoét trên ñĩa thì rơi xuống, qua ống dẫn hướng 3 xuống hố. ðể thay ñổi chu kỳ rơi của hom sắn thì ta thay ñổi tốc ñộ quay của ñĩa Hình 2.9. Phân phối hom dạng ñĩa Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 30 - Nhược ñiểm của kết cấu này: Bộ truyền ñộng cho ñĩa phân phối phức tạp như cụm bánh răng côn hay trục vít bánh vít thì giá thành chế tạo cao. Mặt khác tay người lao ñộng thả không ñều trong giới hạn nhỏ. Hom sắn thả không ñúng lúc có thể rơi 2 hom cùng lúc hoặc bị kẹt giữa ống và ñĩa, có thể làm hư hỏng bộ truyền, hom sắn phân bố không ñều Nguyên lý 2: Dùng cụm cánh phân phối hom Hình 2.10. Sơ ñồ cấu tạo máng phân phối hom Cấu tạo: 1: Máng phân phối 2: Cánh phân phối 3: Trục 4: Bạc 5: Vít Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 31 - Nguyên lý hoạt ñộng: Cánh phân phối ñược truyền ñộng từ trục phân phối làm cánh phân phối lắc qua lắc lại theo một hành trình, làm hom sắn rơi xuống với khoảng cách ñều. Trục phân phối ñược dẫn ñông từ bánh lấp hàng thông qua cụm truyền ñộng cần lắc. Hom sắn ñược bỏ lần lượt vào 2 bên của cánh phân phối. Khi cánh phân phối lắc qua lắc lại làm các hom sắn lần lượt rơi xuống máng phân phối. Máng phân phối có ñộ dốc ñảm bảo cho hom sắn tự trượt xuống. Cánh phân phối ñược ñặt nghiêng một góc ñảm bảo cho ñầu dưới của hom sắn rơi xuống trước. Từ ñó hom sắn ñược rơi vào ống dẫn hom Hình 2.11. Ống dẫn hom + Ống dẫn hom có công dụng: hướng cho hom sắn khi rơi xuống không bị nghiêng sang hai bên ñảm bảo cho bánh lấp hàng làm việc tốt không ñè lên hom sắn. Ngoài ra công dụng chính của ống dẫn hom ñó là có thể thay ñổi ñược góc nghiên và khoảng cách từ bánh xe ñến hom sắn nhờ bulong, ñai ốc và thành của máng chắn ñất nên có thể thay ñổi ñược ñộ nghiên của hom sắn khi trồng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 32 - Ưu ñiểm: Với kết cấu nguyên lý cấu tạo phân phối hom dùng cụm máng phân phối thì ta có thể trồng sắn nằm ngang, thẳng ñứng, hoặc nghiêng một góc nào ñó tùy theo yêu cầu nông học * Kết luận: Từ những ưu nhược ñiểm và công dụng của 2 nguyên lý, kết cấu phân phối hom, ta ñi ñến quyết ñịnh sử dụng cụm phân phối hom là cụm phân phối kiểu cánh dẫn 2.2.3. Cụm bánh lấp hàng Cụm bánh lấp hàng yêu cầu phải nén ñất giữ cho hom sắn không bị ñổ và ñảm bào ñược ñộ chặt của ñất quanh hom sắn, giúp hom sắn ñứng vững mà vẫn ñảm bảo ñược ñộ an toàn của hom sắn. Mặt khác cụm bánh lấp còn phải thay ñổi ñược khoảng cách giữa 2 bánh ñể không kẹp vào hom sắn ñồng thời cũng ñảm bảo ñược ñộ chặt của ñất. Bánh lấp hàng còn có nhiệm vụ là truyền chuyển ñộng từ bánh lấp lên cụm phân phối hom và cụm gieo trục cuốn, thay ñổi ñược khoảng cách từ tâm trục tới khung máy ñể thay ñổi với những thay ñổi của mặt ñồng ñể bánh lấp luôn ñược bám sát vào ñất ñể truyền ñộng liên tục cho cụm gieo hạt và cụm phân phối hom. Từ những yêu cầu trên ta có kết cấu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 33 Hình 2.12. Sơ ñồ cụm bánh lấp hàng Hình 2.13. Sơ ñồ chi tiết cụm bánh lấp hàng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 34 Nguyên tắc hoạt ñộng Trục 1 có dạng trụ ở giữa ñể lắp với ổ bi và vuông ở hai ñầu ñể lắp bánh lấp lên, bánh lấp có thể dịch ñược trên trục. Cụm bánh lấp hàng bao gồm hai bánh lấp 4 có dạng côn, lỗ ở giữa có dạng vuông ñể có thể dịch chuyển dễ dàng trên trục, có tác dụng vun nén ñất từ hai bên lấp vào hom sắn Khung ñỡ bánh 3 có tác dụng liên kết các chi tiết của cụm với khung máy. Giảm chấn 6 có tác dụng luôn ép bánh xe xuống ñể bánh xe luôn tiếp xúc với mặt ñồng Bánh lấp hàng ñược lắp trên trục tròn có then nên có thể dễ dàng thay ñổi ñược khoảng cách 2.2.4. Cụm truyền ñộng cho cụm phân phối hom Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 35 Hình 2.14. Sơ ñồ tổng thể cụm truyền ñộng cho trục cánh dẫn Cụm truyền ñộng cho cụm phân phối hom làm nhiêm vụ biến chuyển ñộng quay từ bánh lấp hàng truyền tới thành chuyển ñộng lắc của cánh phân phối. Ở ñây ta sử dụng cơ cấu cam và cơ cấu cần lắc ñể thực hiện nhiệm vụ này. Nguyên tắc hoạt ñộng: Trục 4 ñược nhận truyền ñộng từ bánh lấp thông qua bộ truyền xích và cơ cấu cam biến chuyển ñộng quay thành chuyển ñộng tịnh tiến qua lại. Thông qua cơ cấu cần lắc 1 truyền chuyển ñộng qua lại cho trục 2. Trục 2 biến chuyển ñộng tịnh tiến thành chuyển ñộng lắc qua lắc lại của trục cánh phân phối thông qua cần lắc 2. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 36 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH LÀM VIỆC TRONG MÁY TRỒNG HOM SẮN 3.1. Tính toán bộ phận phân phối hom Hình 3.1. Máng dẫn hom - Bộ phận phân phối hom kiểu cánh phân phối hom ñảm bảo khoảng cách trồng là ñều nhau ngay cả khi có sự bỏ hom không ñều của người lao ñộng, ñồng thời ñẳm bảo ñược ñộ làm việc tin cậy và an toàn cho hom sắn - Yêu cầu của máng ñẫn hom là hom có thể tự trượt xuống khi rơi từ trên xuống và bố trí ñược cánh phân phối sao cho ñầu dưới của hom sắn trượt xuống trước ñồng thời hom sắn dễ ñi vào ống dẫn hom. Góc nghiêng của lòng máng phải lớn hơn góc ma sát của tôn với cây sắn. Qua thí nghiệm chúng tôi ñã lựa chọn góc nghiêng của máng dẫn hom là 660 ñảm bảo ñược 2 yêu cầu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 37 Hình 3.3 Sơ ñồ xác ñịnh ñường kính của bánh xe trên. Bề rộng của máng dẫn hom ta chọn là 120 mm, dài 250 mm. Ta có kết cấu cụ thể như hình vẽ: Hình 3.2. Cánh phân phối hom ðối với cánh phân phối ñược lắp trên trục ñặt nghiêng một góc so với phương ngang ñảm bảo cho hom sắn một ñầu rơi xuống trước còn một ñầu rơi xuống sau. Góc gấp của cánh phân phối chọn là 450. Từ những lựa chọn trên, chúng tôi ñã chế tạo ra cụm phân phối hom và xác ñịnh ñược góc lắc của cánh phân phối là 300 3.2. Tính toán cụm bánh xe lấp nén ñất 3.2.1. Tính toán kích thước chính bánh xe lấp nén ñất 3.2.1.1. Tính toán lựa chọn sơ bộ ñường kính bánh lấp nén ñất Nhiệm vụ của bánh xe máy trồng sắn là ñể truyền chuyển ñộng, nén ñất ở gốc sắn giữ cho cây sắn ñứng ổn ñịnh và giới hạn ñộ sâu của hom sắn. ðể cho bánh xe làm việc ổn ñịnh, không bị trượt thì bánh xe cần hàn thêm các ω V O D rkt rkmAδ δ B Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 38 Hình 3.4. Chất lượng làm ñất của máy xới phay tại Ninh Bình Hình 3.5. Khảo nghiệm máy xới phay tại Ninh Bình mấu bán Bánh xe lấp hàng phải có kích thước ñường kính sao cho khi gặp các cục ñất có thể vượt qua ñược ( phá vỡ hoặc nén nó xuống mặt ñồng), không ñẩy nó ra phía trước gây ùn tắc. ðể cho bánh lấp làm việc bình thường cần thảo mãn ñiều kiện sau: δ ≤ φ1 + φ2 (3.1) Trong ñó δ: góc kẹp φ1: góc ma sát giữa cục ñất và bánh xe φ2: góc ma sát giữa cục ñất và mặt ñồng: φ2 = 470 (Theo giáo trình Nền móng. NXB Xây dựng) Theo hình vẽ trên AB = rkm + rkmcosδ = rkt - rktcosδ (3.2) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 39 Hình 3.6. Sơ ñồ lực tác dụng của bánh xe Sau khi biến ñổi ta ñược: rkmcos 2δ/2 = rktsin2δ/2 (3.3) Giải phương trình trên ta ñược bán kính tối thiểu của bánh xe lấp hành rktmin có thể vượt qua cục ñất bán kính rkm: rktmin = rkm.tg2((φ1 + φ2)) (3.4) Qua nghiên cứu của bộ môn cơ học kỹ thuật cho thấy góc ma sát φ giữa thép 45 với ñất cát pha của trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội là: 32030’ ≤ φ ≤ 33001’, ñất thịt nhẹ của hợp tác xã Nga Xuyên là 36007’≤ φ ≤ 37036’. ðây là 2 loại ñất phổ biến hiện nay (Theo tài liệu “ Sản xuất và chế biến sắn” của ðinh Văn Lữ ) . Vì thế ta chọn hệ số ma sát lớn nhất giữa thép 45 với ñất φ1 = 37036 ñể ñảm bảo bánh xe lấp hàng làm việc ñược với cả hai loại ñất trên. Khâu làm ñất vùng canh tác sắn ñược cơ giới hóa bởi máy xới phay của ñề tài KC.07.07/06-10. Máy ñã ñược khảo nghiệm tại vùng sản xuất sắn tập trung tại Ninh Bình cho kết quả như hình: Qua ño ñạc và kiểm tra thấy ñường kính của cục ñất ≤ 5 cm Thay vào công thức trên ta tính toán ñược ñường kính bánh xe lấp hàng rkt = 450 mm hay ñường kính bánh lấp hàng là 450 mm, ñảm bảo ñược công thức (1) 3.2.1.2. Lực cản lăn. * Mô men chuyển ñộng và mô men cản Giả sử bánh xe lăn phụ ñộng chuyển ñộng tạo thành vết trên mặt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 40 ruộng. Trong trường hợp ñó trục bánh xe sẽ chịu tác ñộng của lực thảng ñứng Q ( trọng lượng của máy và trọng lượng của bánh xe) và lực kéo ñặt tại tâm O. Tác dụng của hai lực ñó gây ra phản lực R của ñất tác dụng tác dụng lên bánh xe ở ñiểm a nào ñó và hướng tâm của nó. ðộ lớn của phản lực R tỷ lệ thuận với biến dạng của ñất. Phân tích lực R thành 2 thành phần: thành phần nằm ngang Rx và thành phần thảng ñứng Ry. ðiều kiện cân bằng khi bánh xe chuyển ñộng ñều: ∑X = T – Rx = 0 ∑Y = Q – Ry = 0 (3.5) ∑Mz = Tya – Qxa = 0 Từ phương trình thứ nhất và thứ 2 ta thấy: T = Rx và Q = Ry. Như vậy bánh xe chịu tác ñộng của hai cặp lực T và Rx, Q và Ry. Cặp lực ñầu tiên với vánh tay ñòn ya tạo ra mô men chuyển ñộng, còn Q với Ry với cánh tay ñòn xa tạo thành mô men cản. Từ phương trình trên ta có: T = Qxa/ya (3.6) Theo công thức trên ta thấy chiều sâu vết bánh càng nhỏ thì xa càng nhỏ và lực cần thiết T ñể bánh xe chuyển ñộng càng nhỏ. ðể giảm lực T ta cần tăng ñường kính của bánh xe 3.2.1.3. Lực cản kéo của bánh xe lấp hàng Giả thiết áp suất của bánh xe tác ñộng lên ñất tỷ lệ thuận với biến dạng của ñất: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 41 q = c.h (3.7) trong ñó: c – hệ số cản nén thể tích của ñất; h – biến dạng cảu ñất. Công cần thiết ñể biến dạng ñất trên quãng ñường dl ñược xác ñịnh: Tdl = ∫ ∫= 0 0 0 0 h h chbldhqdfdh (3.8) T = cb 2/20h (3.9) Theo hình 3.11 ta có: R = ∫ x ydxbc 00cosβ Trong ñó: x 0Dh≈ và y = h0 – x 2/D. Thay x và y vào phương trình trên và phân tích ta có: βcos3 02 DhbchR = (3.10) Nhưng Q = Rcosβ, ta có: 3 22 2 31,10 Dcb Qh = (3.11) Thay h0 vào công thức trên ta ñược: T = 0,863 2 4 bcD Q (3.12) Tra bảng ta chọn c = 30 (N/cm3) Hình 3.7. Sơ ñồ xác ñịnh lực cản kéo của bánh xe Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 42 Máy liên hợp trồng hom sắn với phân bón, hom và hai người ngồi có tổng trọng lượng ước tính khoảng 350 kg với tải trọng phân bố gần như ñều ở 4 bánh xe. Như vậy mỗi bánh xe chịu một tải trọng Q = 350.9,81/4 = 858 N Với bề rộng bánh xe ñược chọn theo thiết kế b = 6 cm Thay vào công thức trên ta ñược: T = 82,78 N 3.2.2. Tính toán ñộ lún của bánh xe chuyển ñộng không lê không trượt Hình 3.8. Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe cứng khi chuyển ñộng khi lăn trên ñường biến dạng Khi chuyển ñộng bánh xe vừa quay quanh trục vừa chuyển ñộng tịnh tiến theo máy kéo. Nếu ñoạn ñường dịch chuyển ở tâm bánh xe bằng cung tròn bánh xe ứng với góc quay ở tâm bánh xe thì bánh xe lăn không có hiện tượng trượt lê và trượt ðộ dịch chuyển ở tâm bánh xe là: S = r.∆φ (3.13) Trong ñó: ∆φ: là góc quay ở tâm r: bán kính bánh xe Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 43 Khi bánh xe lăn trên mặt ñồng, tâm quay tức thời là ñiểm bánh xe tiếp xúc với mặt ñồng. Vận tốc tiến của máy là V0. Ta có thể tìm ñược vận tốc của ñiểm a trên vành bánh xe, với bán kính vec tơ là Pa = Oa, khi ñó trị số của vận tốc ñiểm a: Va = Oa.ω (3.14) Trong ñó ω là vận tốc góc của bánh xe (rad/s) Trong ñiều kiện bánh xe máy trồng lăn trên mặt ñồng, khi ñó bánh xe sẽ bị lún tạo thành một vết. Khi ñó hướng vận tốc Va sẽ nghiêng so với phương pháp tuyến một góc α. Xét 2 trường hợp: + α ≤ φ + α > φ *Trường hợp 1: α ≤ φ Phần tử ñất tiếp xúc với vành bánh xe tại a se chịu các lực tác dụng là lực pháp tuyến Na và lực ma sát Fa. Hợp lực Pa tác ñộng lên phần tử ñất tại a sẽ bằng: → + → = → aFaNaP (3.15) Lực ma sát Fa là lực thụ ñộng. Trong trường hợp α < φ trị số của Fa là αtgNaF . → = → ⇒ )1( αtgaNaP + → = → (3.16) Như vậy lực Pa có phương và chiều cùng với vân tốc Va của ñiểm a trên vành bánh xe. Trong trường hợp này phân tử ñất m tiếp xúc tại a với vành bánh xe sẽ cùng dịch chuyển với ñiểm a của vành bánh xe. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 44 Trong trường hợp: α = φ ta cũng có )1( αtgaNaP + → = → (3.17) Như vậy: khi α ≤ φ giữa các ñiểm trên vành bánh xe và vế của nó không có sự dịch chuyển tương ñối với nhau. *Trường hợp 2: α > φ thì phần tử ñất tiếp xúc với vành bánh xe tại thời ñiểm b sẽ chịu lực tổng hợp là: → + → = → bFbNPb (3.18) Vì α > φ nên phương của lực → Pb không trùng với phương của vân tốc → bV mà nghiêng về phía → bN , phương này nghiêng so với → bN một góc là α – φ. Còn ñiểm trên vành bánh xe sẽ chuyển ñộng theo phương → bV . Từ ñiểm cuối → bV hạ ñường vuông góc → bN cắt phương lực → Pb tại một ñiểm chính là ñiểm nút của → Vm . Nối ñầu nút của → Vm với ñầu nút của → bV ta có vận tốc trượt → trV . Từ hình vẽ ta thấy góc α tăng dần từ 0 ÷ 90 ở ñiểm k, trong quá trình ñó thì trị số góc α = φ . Với những ñiểm nằm phía trước vành bánh xe trược vùng 0 < α ≤ φ thì vành bánh xe chuyển ñộng cùng phần tử ñất ở vết bánh xe không có sự trượt lê, trượt lăn. Ở những ñiểm trên vành bánh xe có α > φ thì có sự chuyển ñộng tương ñối so với phần tử ñất ở ñáy vết, khi có hiện tượng này vận tốc của phần tử ñất sẽ có hướng ngược chiều quay của bánh xe, gây cản trở chuyển ñộng lăn của bánh xe, do ñó tốn công ñể thắng lực cản ñó. Bánh xe của máy nông nghiệp khi ñi chuyển trên mặt ñồng thường bị lún, ñộ lún tối ña có thể tiến tới ñiểm a sao cho α = φ và khi ñó ta tính ñược ha ( là ñộ lún sâu của bánh xe lấp) ⇒ ha = 2.R.Sin2φ (3.19) Với bánh xe lấp máy trồng sắn có R = 225 mm, φmin = 150, ta có ha = 30,14 mm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 45 3.2.3. Xác ñịnh vị trí của bánh xe với hom sắn 3.2.3.1. Xác ñịnh áp suất bắt ñầu làm dập nát hom Tiến hành thí nghiệm trên máy ño lực nén tại phòng Sức bền vật liệu của khoa Cơ ñiện trường ðại học Nông nghiệp Hà nội, chúng tôi ñược bảng kết quả sau: Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm lực nén thân cây sắn qua ñai kẹp Stt ðường kính D Biểu hiện Lực nén (kG) 1 D=24mm Chảy nước 5,5 2 D=20mm Chảy nước 5,5 3 D=22,5mm Chảy nước 5 4 D=22mm Chảy nước 5 5 D=21,5mm Chảy nước 5,5 *Nhận xét: Khi tiến hành thí nghiệm với tất cả các mẫu thí nghiệm nhận thấy các biểu hiện của cây sắn khi chịu lực nén là khá giống nhau.ðặc biệt, Ở tất cả các mẫu thử, khi cây sắn có biểu hiện bắt ñầu bị bẹp vỡ như hình ảnh và ñều nghe thấy tiếng :tách lớn Nếu ta tiếp tục quay nhanh tay ñể tăng lực nén lên thân cây sắn thì kim chỉ lực nén trong ñồng hồ ño không chỉ tăng lên mà còn có xu hướng giảm về sau.Sau một khoảng thời gian rất ngắn nhất ñịnh, nếu ta tiếp tục quay tay quay ñể tăng lực ép thì ñồng hồ ño lực nén lại tăng nhanh và lúc này thân cây sắn ñã bị ép dập hoàn toàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 46 Hình 3.9. Mặt cắt cấu tạo than cây sắn Dựa vào ñặc ñiểm cấu trúc của thân cây sắn ta hoàn toàn có thể giải thích ñược hiện tượng thí nghiệm nói trên: Quá trình ép thân cây sắn là quá trình phá vỡ sự liên kết của các tế bào tạo trong các lớp của thân cây sắn. Khi giá trị lực ép ñạt khoảng từ 4,5kG ñến 5,5kG chính là giá trị lực nén làm phá hỏng liên kết của các tế bào trong lớp vỏ ngoài cùng và vùng tiếp giáp làm cho thân cây sắn có biểu hiện chảy nước. Nếu tiếp tục tăng lực ép nằm trong khoảng từ 7,5kG ñến 9,5 kG thì tiếp theo lớp sợi vòng và vùng mô mềm bị phá hủy và ñang lan truyền ứng suất nén sang các vùng khác .Do ñặc ñiểm cấu trúc của lớp này nên thân cây sắn bị ép có biểu hiện tiếng kêu lách tách. Tiếp ñến là sự phá vỡ của các tầng gỗ, ñây là 1 lớp cứng và giòn, lớp này tạo nên ñộ cứng chủ yếu cho thân cây sắn.Dưới tác dụng của lực nén từ 10kG ñến 11kG thì lớp này bị ép vỡ và phát ra tiếng kêu lớn. Trong cùng là lớp lõi rỗng, khi ta quay tay quay ñể tiếp tục tăng lực nén thì ñồng hồ ño lực nén lại không tăng mà còn có xu hướng giảm chính là do hành trình ñi lên của má ép ñộng là ñể nén lớp rỗng này lại với nhau. Sau ñó, nếu ta tiếp tục ép thì khe hở trong lõi ñã không còn, cây sắn lại bị ép bình thường nên giá trị lực nén trên ñồng hồ ño tiếp tục tăng lên. Kết luận: Với lực nén là 5,5 kG thì hom sắn bắt ñầu ảnh hưởng ñến sự nảy mầm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 47 Tính toán ứng suất ép khi thân cây sắn bắt ñầu chảy nước: Thí nghiệm lực ép giả thiết thẳng góc với thân cây sắn và diện tích chịu dập là toàn bộ diện tích ñai ôm lên cây sắn khi thân bắt ñầu chảy nước. ` Do ñó: Scn Pep =][σ (3.20) Trong ñó: [σ] là ứng suất khi thân cây sắn bắt ñầu chảy nước, gọi là ứng suất nén cho phép Pep là lực nén thể hiện trên ñồng hồ ño. Scn là diện tích ép. Scn ñược tính theo công thức: Scn=D’.2b (3.21) Với 4 2 4 2 '2 eDD −= (3.22) b là bề rộng ñai thí nghiệm, b = 22mm., e là khe hở Hình 3.10. Diện tích chịu dập khi b=22mm Kết quả lực ép và ứng suất nén khi thân cây sắn bắt ñầu bị chảy nước ñược thể hiện trong bảng 3-2 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 48 Hình 3.11. Sơ ñồ phân bố áp khi bánh xe nén ñất Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm lực nén thân cây sắn qua ñai kẹp Stt ðường kính D Quá trình nén Lực nén (N) Khe hở ñai khi thân sắn bắt ñầu dập Ứng suất nén (N/mm2) 1 D=24mm Giai ñoạn 1 55 22 0,26 2 D=20mm Giai ñoạn 1 55 18,5 0,28 3 D=22,5mm Giai ñoạn 1 50 21 0,28 4 D=22mm Giai ñoạn 1 50 20 0,25 5 D=21,5 Giai ñoạn 1 55 20 0,302 Như vậy, Ứng suất nén trên thân cây sắn cho phép xác ñịnh theo ñiều kiện an toàn cho cây sắn dao ñộng xung quanh và nằm trong khoảng từ 0,25N/mm2 ñến 0,303N/mm2 tùy thuộc vào ñường kính thân cây sắn và ñoạn sắn mang thí nghiệm. Trong tính toán ñể ñảm bao an toàn khi nén ñất cho hom sắn, chọn [σ]=0,25(N/mm2) 3.2.3.2. Xác ñịnh áp suất trong ñất dưới tác dụng của bánh xe lấp hàng Sau khi hom sắn ñược thả xuống ñất, công việc tiếp theo là phải vun nén ñất với áp suất cần thiết. Áp suất nén ñất cần ñể ñất kín khít vào hom sắn tạo sự ñứng vững và hom sắn phải bén rễ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 49 Hình 3.12. Sơ ñồ phân bố áp xuất trong ñất theo ñộ sâu của bánh xe tốt. Lực nén ñất phải nhỏ hơn lực làm dập nát hom. Khi bánh xe nén ñất, ñất bị biến dạng và áp xuất nén ở những ñiểm trên cung tròn của hình vẽ bên là như nhau và áp suất giảm dần Tính toán lực xuất hiện trong ñất dưới tác ñộng của bánh xe lấp ñất, dưới tác ñộng bánh xe lên những lớp ñất song song với mặt nén Giả sử bánh xe tác ñộng lên ñất lực R, áp lực bánh xe phân bố ñều diện tích: S0 = L0.B (3.23) Trong ñó B là bề rộng bánh xe (m) L0 : ñoạn ñất bị nén từ ñiểm bánh xe tiếp xúc với ñất tới ñiểm thấp nhất của bánh xe (cm) r: là bán kính bánh xe lấp ñất(m) Mà: L0 = 2rsinδ ⇒Áp lực phân bố ñều trên diện tích bề mặt là: )2/( .000 mmN BL R S RP == (3.24) Trong ñó R: là lực tác ñộng lên ñất (N) S0 : Diện tích bánh xe ñè lên ñất (mm2) Thay L0 = Dsinδ, R = δcos G vào công thức ở trên ta ñược: R G P Po Lo Pz H δ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 50 )( cossin0 NDB GP δδ= (3.25) Ta tính ñược áp lực (Pz) trong ñất ở ñộ sâu theo công thức: Pz = P0 )2/())(0( 0 mmN ZBZL BL ++ (3.26) Dùng công cụ tính Excel ta tính ñược Với bánh xe có thiết kế: D = 450 mm, B = 60 mm, δ = 150, G = 858 N Kết quả thể hiện ở bảng sau: Bảng 3.3. Bảng áp suất trong ñất phân bố theo ñộ sâu Z khi chịu lực nén R ðộ sâu Z (mm) Áp suất Pz(N/mm2) 0 1 10 0.82 20 0.69 30 0.59 40 0.51 50 0.45 60 0.40 70 0.35 80 0.32 90 0.29 100 0.26 110 0.24 120 0.22 130 0.20 140 0.19 150 0.17 Từ bảng kết quả trên ta chọn vị trí bánh xe lấp ñất vào hom sắn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 51 3.3. Tính toán cụm truyền ñộng cho cánh phân phối Với cụm phân phối hom ta ñã thiết kế ở trên, trục phân phối yêu cầu lắc một góc 300. Với yêu cầu trên, kích thước của các thanh ta ñã chọn theo hình vẽ: Hình 3.13. Sơ ñồ cơ cấu cần lắc Theo phương pháp họa ñồ của nguyên lý máy ta xác ñịnh ñược chuyển vị các thanh như hình vẽ: Hình 3.14. Sơ ñồ sự thay ñổi vị trí của cơ cấu cần lắc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 52 Như vậy thanh chủ ñộng 1 cần dịch chuyển một ñoạn là 9,38 mm. Ta dùng cơ cấu cam ñể có sự thay ñổi này. Do ñó ta dung cam có sự thay ñổi về biên dạng là 9,38 mm. 3.4 Lực tác ñộng lên máy liên hợp máy, hệ phương trình cân bằng lực và mô men, tính lực tác ñộng lên bánh tựa và các thanh treo, xác ñịnh bề rộng bánh tựa 3.4.1 Lực tác ñộng lên máy liên hợp khi làm việc Khi liên hợp máy làm việc chịu các lực sau: Hình 3.15. Các lực tác dụng lên máy trồng * Trọng lượng máy liên hợp: G + Phương thẳng ñứng + Chiều từ trên xuống dưới + ðiểm ñặt tại trọng tâm của máy Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 53 * Lực tác ñộng lên 2 thanh treo dưới của cơ cấu treo là PM1 và PM2. Vì cả 2 bánh xe máy kéo ñi trên mặt ruộng phẳng nên PM1 = PM2 và phương lực theo hướng thanh treo hợp với phương nằm ngang x một góc η có chiều theo chiều tiến của máy, trị số chưa xác ñịnh. * Lực tác ñộng lên thanh treo trên Pk, có phương trùng với phương thanh treo trên, hợp với phương nằm ngang x một góc χ, chiều tùy thuộc vào sự bố trí của các bộ phận làm việc. Phổ biến bố trí thanh treo trên bị nén, chiều ngược chiều tiến với máy. Trị số chưa xác ñịnh. * Lực tác ñộng lên bánh tựa trước Q có phương lệch so với phương so với phương thẳng ñứng góc ma sát giữa bánh tựa với ñất, có chiều từ dưới lên trên, ñiểm ñặt tại ñiểm thấp nhất của bánh tựa về phía trước ≈ 1/3 ñộ lún sâu của bánh, có ñộ lớn ñược tính dựa vào lực căng lò xo Hình 3.16. Lực tác ñộng lên bánh tựa * Lực tác ñộng lên bánh vun nén ñất T. Có phương lệch so với phương thẳng ñứng một góc ma sát giữa bánh tựa với ñất φ = 150. Chiếu hướng từ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 54 dưới lên, ñiểm ñặt cách ñiểm thấp nhất của bánh về phía trước ≈ 1/3 ñộ lún sâu của bánh. Trị số ñược tính theo lực nén lò xo. Như chúng ta ñã tính toán ở trên ñể hom sắn không bị dập thì Tx = 82 N Do có 2 bánh xe lấp hàng nên Ttổng = 2.82 = 164 N * Lực cản R trong mặt phẳng ñứng dọc: → + → = → zRxRR (3.29) Theo kết quả nghiên cứu trước ñây: [1] Ta có: Rz = ± Rxtgψ (với ψ = 140 ⇒Rz = ± 0,25 Rx) (3.30) Dấu “–“ với lưỡi xới cùn, ñất cứng. Trường hợp này ñất tơi trước khi trồng ta chọn Rz = 0,25Rx Rx = ko.ab với ñất trước khi trồng ko = 2÷3 N/cm2, chọn ko = 2 N/cm2, a = 20 cm, b = 30 cm (3.31) Thay k0, a, b vào công thức trên ta ñược Rx = 1200 N. Máy trồng có 2 lưỡi rạch ⇒ Rx tổng = 2Rx = 2. 1200 = 2400 N Rz = 0,25Rx = 0,25.2400 = 600 N. * Tương tự ta tính ñược lực cản Sx: Sx = ko.ab với ko = 2N/cm2, a = 12 cm, b = 10 cm (3.32) ⇒Sx = 2.12.10 = 240N. Có 2 lưỡi rạch ⇒Sx tổng = 240.2 = 480N 2Sz = 0,25.480 = 120 N. 3.4.2. Hệ phương trình cân bằng lực và mô men. Theo ñịnh luật cơ học: khi máy liên hợp chuyển ñộng ổn ñịnh thì tổng các lực tác ñộng lên liên hợp máy chiếu theo phương x bằng 0 .Tổng các lực chiếu lên phương z bằng 0. Các lực lấy mô men với một ñiểm bất kỳ bằng 0. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 55 Từ nguyên lý trên vận dụng vào liên hợp máy trồng, ta viết ñược hệ phương trình lực cân bằng sau: ∑ X = Pkcosχ - Pmcosη + Qx + Rx + Sx + Tx = 0 ∑ Z = Pksinχ + Pmsinη + Qz – G – Rz – Sz + Tz = 0 (3.33) ∑ Mm = - Pkcosχ.KM - G.lG +S.ls +T.lT + R.lR - Q.lQ = 0 Trong ñó: KM, lG, ls, lT, lR, lQ là cánh tay ñòn của các lực Pk, G, S, T, R, Q lấy ñối với ñiểm M Nhận xét: Hệ phương trình trên ñã biết các lực G, R, S, T về phương chiếu, trị số, ñiểm ñặt. Còn 3 lực Pk, Pm, Q chưa biết trị số còn phương chiếu ñiểm ñặt ñã biết. Các cánh tay ñòn KM, lG ñã biết bằng phương pháp ño trên bản vẽ theo tỷ lệ 1:10. Thay các trị số ñã biết vào hệ phương trình trên ta hoàn toàn giải ñược với hệ 3 phương trình có 3 ẩn số 3.4.3. Giải hệ phương trình 3 ẩn số - Xác ñịnh lực Q, Pk, Pm. - Vẽ sơ ñồ máy liên hợp trồng hom sắn với tỷ lệ ñúng 1:10. - ðặt các lực G, Pm, Pk, Q, T, R, S theo ñúng ñiểm ñặt và phương chiều. - ðo các cánh tay ñòn KM, lG, ls, lT, lR, lQ từ trong thực tế: lG = 297 mm ls = 550 mm . lR = 750 mm. lT = 800 mm. lQ = 180 mm - ðo xác ñịnh các góc η, χ, θ, φ, ψ, µ là góc hợp bởi các lực Pm, Pk, Q, T, R, S. T._.