(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu xác định một số thông số làm việc chính của máy gieo hạt đậu tương kết hợp bón phân

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN CHUNG THÔNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ LÀM VIỆC CHÍNH
CỦA MÁY GIEO HẠT ĐẬU TƯƠNG
KẾT HỢP BÓN PHÂN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2021


HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN CHUNG THÔNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ LÀM VIỆC CHÍNH
CỦA MÁY GIEO HẠT ĐẬU TƯƠNG
KẾT HỢP BÓN PHÂN

N

Kỹ t uật cơ k í

M

9 52 01 03

N ười ướ

dẫ k oa ọc

1. PGS.TS. Lê Mi

Lư

2. TS. N uyễ Xuâ T iết

HÀ NỘI - 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng
dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được
cám ơn, các thơng tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin cam đoan rằng việc sử dụng kết quả nghiên cứu đã công bố vào một
phần nội dung của luận án đã được các đồng tác giả và chủ nhiệm đề tài đồng ý,
cho phép sử dụng.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2021

Tác giả luận án

Nguyễn Chung Thông

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận án, tơi đã được
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cơ giáo, sự giúp đỡ của, động viên
của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hồn thành luận án, cho phép tơi được bày tỏ lịng kính trọng và
biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn: PGS.TS. Lê Minh Lư và TS. Nguyễn Xuân
Thiết khoa Cơ – Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, những người đã tận tình
hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và điều kiện cho tôi trong suốt q trình
học tập và thực hiện đề tài.
Tơi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Cơ học kỹ thuật, Khoa Cơ Điện, Ban
Quản lý đào tạo, Ban Tổ chức cán bộ, Ban Giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt
Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được đi học nâng cao trình độ và đồng
thời là nơi đào tạo tôi trong thời gian qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Khoa, Ban, Viện trong Học viện đã giúp đỡ
về chuyên môn và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình nghiên cứu, thực
hiện luận án.
Tơi xin chân thành cảm ơn sự động viên, ủng hộ, đóng góp ý kiến của các
đồng nghiệp, các thầy cơ giáo, các nhà khoa học trong và ngoài nước trong q
trình thực hiện luận án.
Tơi xin cảm ơn các thành viên trong gia đình, bạn bè đã ủng hộ, động viên,
tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Chung Thông

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan .................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ....................................................................................................................... ii
Mục lục ........................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt ..................................................................................................... vi
Danh mục ký hiệu .......................................................................................................... vii
Danh mục bảng .................................................................................................................x
Danh mục hình ............................................................................................................... xii
Trích yếu luận án ............................................................................................................xv
Thesis abstract.............................................................................................................. xvii
Phần 1. Mở đầu ...............................................................................................................1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................3

1.2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................................3
1.2.2. Mục tiêu cụ thể .....................................................................................................3
1.3.

Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................4

1.4.

Những đóng góp mới của luận án .........................................................................4

1.5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................................5

1.5.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................................5
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................................5
Phần 2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .....................................................................6
2.1.

Tình hình sản xuất và cơ giới hóa canh tác đậu tương .............................................6

2.1.1. Tình hình sản xuất và cơ giới hóa canh tác đậu tương trên thế giới .....................6
2.1.2. Tình hình sản xuất và cơ giới hóa canh tác đậu tương ở trong nước ....................7
2.1.3. Kỹ thuật canh tác đậu tương truyền thống ............................................................9
2.2.

Quy trình và hệ thống máy canh tác đậu tương theo hướng cơ giới hóa
đồng bộ ...............................................................................................................11

2.2.1. Quy trình canh tác đậu tương..............................................................................11
2.2.2. Nguồn động lực và hệ thống máy canh tác .........................................................13

iii


2.3.

Phương án canh tác và sơ đồ kết cấu tổng thể của máy GBĐ ............................15

2.3.1. Phương án gieo hạt, bón phân.............................................................................15
2.3.2. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của máy GBĐ ..........................................17
2.4.

Tổng quan về nguyên lý gieo hạt và bón phân, một số mẫu máy gieo hạt bón phân ..............................................................................................................19

2.4.1. Một số nguyên lý bộ phận gieo hạt .....................................................................19
2.4.2. Một số nguyên lý bộ phận bón phân ...................................................................23
2.4.3. Một số mẫu máy gieo..........................................................................................26
2.5.

Lựa chọn bộ phận gieo và bộ phận bón phân .....................................................34

2.5.1. Lựa chọn bộ phận gieo ........................................................................................34
2.5.2. Lựa chọn bộ phận bón phân ................................................................................37
Kết luận phần 2 ...............................................................................................................40
Phần 3. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................42
3.1.

Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................42

3.2.

Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................42

3.2.1. Phương pháp giải tích .........................................................................................42
3.2.2. Phương pháp số ...................................................................................................43
3.2.3. Phương pháp mơ hình hóa và mô phỏng hệ thống kỹ thuật ...............................43
3.2.4. Phương pháp phần tử rời rạc số (Discrete element method) ..............................44

3.2.5. Phương pháp nghiên cứu xác định một số thơng số hình học và cơ lý tính .......44
3.2.6. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố .........................50
3.2.7. Phương pháp thử nghiệm máy ............................................................................58
Phần 4. Kết quả nghiên cứu .........................................................................................59
4.1.

Mơ hình tốn xác định các thơng số cơ bản của bộ phận gieo ...........................59

4.1.1. Mơ hình xác định quy luật chuyển động của hạt ................................................60
4.1.2. Mơ hình xác định khả năng lấy hạt .....................................................................66
4.1.3. Mơ hình xác định khả năng phân ly và giữ hạt ...................................................71
4.1.4. Mơ hình xác định tác động của lưỡi gạt phân ly.................................................73
4.1.5. Mô hình tốn xác định khả năng nhả hạt của đĩa gieo ........................................75
4.1.6. Đĩa cố định và ống dẫn hạt .................................................................................77

iv


4.2.

Mơ hình tốn xác định các thơng số cơ bản của bộ phận bón phân ...................79

4.2.1. Xác định lượng phân qua cửa xả ........................................................................79
4.2.2. Năng suất và hệ số nạp của trục cuốn .................................................................81
4.3.

Nghiên cứu ổn định liên hợp máy gbđ ................................................................86

4.3.1. Mơ hình ổn định liên hợp máy GBĐ ..................................................................86
4.3.2. Kết quả mô phỏng ...............................................................................................92

4.4.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về một số thơng số hình học và cơ lý tính .....99

4.4.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về đậu tương ..................................................99
4.4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phân bón .................................................109
4.4.3. Kết quả nghiên cứu về một số tham số trong nghiên cứu ổn định máy............110
4.5.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn và đa yếu tố ..........................................111

4.5.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố của bộ phận gieo ........................111
4.5.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố của bộ phận bón phân ................119
4.5.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố của bộ phận gieo ..........................123
4.6.

Kết quả sơ bộ thử nghiệm máy .........................................................................133

4.6.1. Thời gian, địa điểm và điều kiện thử nghiệm ...................................................133
4.6.2. Kết quả thử nghiệm ...........................................................................................135
Kết luận phần 4 .............................................................................................................135
Phần 5. Kết luận và kiến nghị ....................................................................................138
5.1.

Kết luận .............................................................................................................138

5.2.

Kiến nghị...........................................................................................................140

Danh mục các cơng trình đã cơng bố có liên quan đến luận ấn ....................................141
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................142
Phụ lục ..........................................................................................................................146

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

DEM

Discrete element method (Phương pháp phần tử rời rạc)

ĐTĐL

Đề tài độc lập

FAOSTAT

The Food and Agriculture Organization Corporate Statistical
Database (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

GBĐ

Tên của máy gieo hạt đậu tương kết hợp bón phân

GMO

Genetically Modified (Cải biến di truyền)

HP

Mã lực

LHM

Liên hợp máy

NN-PTNT

Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

USD

United States Dollar (Đô la Mỹ)

TTXVN

Thông tấn xã Việt Nam

VNĐ

Việt Nam đồng

vi

DANH MỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

ρvl

kg/m3

Khối lượng thể tích của hạt đậu tương và phân
bón

mvl

kg

Khối lượng của hạt chiếm chỗ trong cốc thí
nghiệm

Vvl

m3

Thể tích chiếm chỗ trong cốc thí nghiệm

λ

độ

Góc ma sát giữa tấm vật liệu với hạt đậu tương
hoặc phân bón (tgλ = f)

vm

m/s

Tốc độ làm việc của máy

MSF

Trung bình bình phương của nhân tố

MSE

Trung bình bình phương của phương sai

α

Mức ý nghĩa

f1

Bậc tự do của nhân tố

f2

Bậc tự do của sai số

N

Tổng số thí nghiệm

̅

Giá trị trung bình chung

̅

Giá trị trung bình của mẫu i (mức i).

Xi

Giá trị thí nghiệm thơng số vào thứ i

X0i

Mức cơ sở của thông số vào thứ i

xi

Giá trị mã đã chuẩn hóa của thơng số vào thứ i

ɛi

Khoảng biến thiên của thơng số thứ i.

a0, ai, aij

Hệ số phương trình hồi quy (i ≠ j)

b0, bi, bij

Các ước lượng hệ số hồi quy

S2y

Phương sai

S2b0, S2bi, S2bij, S2bii

Sai số của các hệ số hồi quy theo phương sai

B

m

Bề rộng mặt luống

H

m

Chiều cao luống

R

m

Chiều rộng rãnh luống

vii


Zh

hàng

Số hàng gieo

Zp

hàng

Số hàng phân

bk

m

nhh

hạt/hốc

ah

m

Qp

kg/ha

Lượng phân

ωđ

rad/s

Vận tốc góc của đĩa gieo

Dc

m

Khoảng cách hai hàng kép
Số hạt trên hốc
Khoảng cách hốc

Đường kính của cốc định lượng
Hệ số ma sát của hạt với cánh gạt

fc

Vận tốc lỗ đĩa

vlđ

m/s

δđ

m

Chiều dầy đĩa gieo

Δvm

m

Chiều dài cạnh vát mép

dlđ

m

Đường kính lỗ đĩa

dh

m

Đường kính hạt đậu tương

Zlđ

lỗ

Số lỗ trên đĩa gieo

e

m

Khe hở giữa hai đĩa

Phh

N

Lực phá hủy hạt

Ppl

N

Lực phân ly hạt

Kpl

N/m

Độ cứng tấm phân ly
Hệ số chảy của cửa xả phân

fx
dp

kg/m3

ex

m

Chiều rộng cửa xả phân

bx

m

Chiều dài cửa xả phân

Ψn

%

Hệ số nạp đầy

Zt

rãnh

dr

m

Đường kính rãnh trục cuốn

Lt

m

Chiều dài rãnh trục cuốn

nt

vịng/phút

Số vịng quay của trục cuốn

Dt

m

Đường kính ngồi trục cuốn

Qt

kg/h

Khối lượng thể tích của phân

Số rãnh trên trục cuốn

năng suất làm việc của trục cuốn

viii


J1 , J 2

kg.m2

Mơ men qn tính với trục y1 và y2 của khối
lượng m1 và m2 đi qua trọng tâm O1 và O2

Ct, Clt, Cls

N/m

Độ cứng tương đương của hai lị xo giảm xóc
cầu trước, hai bánh lốp trước và hai bánh bánh
lốp sau

kt, klt, kls

N.s /m

Hệ số giảm chấn tương đương của hai lị xo
giảm xóc cầu trước, hai bánh lốp trước và hai
bánh bánh lốp sau

 1 , 2

độ

Chuyển vị góc của thân máy kéo và thân máy
GBĐ quanh trục y1 và y2 đi qua trọng tâm O1
và O2

zt, z1, z2

m

Chuyển vị thẳng đứng của các trọng tâm bánh lốp
cầu trước, máy kéo và máy GBĐ

zA, zB, zk

m

Chuyển vị thẳng đứng của các điểm trên thân máy
kéo và máy GBĐ phía trên bánh lốp cầu trước và
cầu sau

hm, ht, hs

m

Chiều cao mấp mô mặt đường tại điểm tiếp xúc
với bánh xe máy GBĐ, các bánh xe cầu trước và
cầu sau của máy kéo

h0

m

Biên độ của mấp mô mặt đồng

S0

m

Bước của mấp mô mặt đồng

Bm

m

Bề rộng làm việc của máy gieo

ix


DANH MỤC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

2.1.

Diện tích và sản lượng đậu tương thế giới ............................................................6

2.2.

Diện tích và sản lượng đậu tương nước ta giai đoạn 2015-2019 ..........................8

2.3.

Phương án gieo hạt và bón phân .........................................................................17

3.1.

Giá trị các mức thí nghiệm đơn yếu tố của bộ phận gieo ...................................51

3.2.

Giá trị các mức thí nghiệm đơn yếu tố của bộ phận bón phân ...........................52

3.3.

Chuyển đổi ký hiệu các thông số vào .................................................................54

3.4.

Chuyển đổi ký hiệu các thông số ra ....................................................................55

3.5.

Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm đa yêu yếu tố bộ phận gieo .........................55

3.6.

Giá trị của các thông số vào của bộ phận gieo....................................................56

4.1.

Thời gian chuyển động của hạt ...........................................................................66

4.2.

Vận tốc giới hạn của lỗ đĩa .................................................................................69

4.3.

Số lỗ trên đĩa gieo tính theo vận tốc giới hạn của lỗ đĩa .....................................70

4.4.

Bảng kết quả tính lượng phân qua cửa xả ...........................................................80

4.5.

Kết quả tính số vịng quay của trục cuốn ............................................................84

4.6.

Kết quả tính năng suất của trục cuốn ..................................................................85

4.7.

Kết quả đo kích thước đậu tương DT84 .............................................................99

4.8.

Khối lượng của hạt đậu tương DT84 ................................................................100

4.9.

Kết quả xử lý ảnh kích thước đậu tương DT84 ................................................101

4.10. Một số đặc điểm và cơ tính của phân bón ........................................................109
4.11. Một số thơng số của máy kéo Kubota L4508VN .............................................110
4.12. Một số thông số của máy GBĐ .........................................................................111
4.13.

Giá trị các mức thí nghiệm đơn yếu tố của bộ phận gieo .................................112

4.14. Ảnh hưởng của số vòng quay đến khả năng lấy hạt .........................................112
4.15. Ảnh hưởng của số vòng quay đến khả năng lấy hạt .........................................113
4.16. Ảnh hưởng của đường kính lỗ đến khả năng lấy hạt ........................................115
4.17. Ảnh hưởng của chiều dầy của đĩa đến khả năng lấy hạt ...................................117
4.18.

Giá trị các mức thí nghiệm đơn yếu tố của bộ phận bón phân .........................119

x


4.19. Quan hệ giữa độ lớn cửa xả đến lượng cung cấp ..............................................120
4.20. Quan hệ giữa số vòng quay của trục cuốn ới năng suất và hệ số nạp đầy ........121
4.21. Giá trị của các thông số vào của bộ phận gieo..................................................123
4.22. Kết quả thí nghiệm về tỷ lệ lỗ lấy được hạt Y1 (%) ..........................................124
4.23. Giá trị ước lượng của hệ số hồi quy và mức ý nghĩa của hàm Y1 ....................124
4.24. Giá trị ước lượng của hệ số hồi quy hàm Y1 khi đã bỏ hệ số b11......................125
4.25. Kiểm tra tính tương thích của mơ hình hồi quy Y1 ...........................................126
4.26. Hệ số của phương trình hồi quy dạng thực cho hàm Y1 ...................................126
4.27. Tọa độ điểm tối ưu cho hàm chỉ tiêu Y1 đạt giá trị max ...................................127

4.28. Kết quả thí nghiệm về tỷ lệ lỗ lấy được nhiều hơn một hạt Y2 ........................128
4.29. Giá trị ước lượng của hệ số hồi quy Y2 và mức ý nghĩa ...................................129
4.30. Kiểm tra tính tương thích của mơ hình hồi quy Y2 ...........................................130
4.31. Hệ số của phương trình hồi quy dạng thực Y2 ..................................................130
4.32. Tọa độ điểm tối ưu cho hàm chỉ tiêu Y2 đạt giá trị min ...................................131
4.33. Tọa độ điểm tối ưu tổng quát ............................................................................132

xi


DANH MỤC HÌNH
TT
2.1.

Tên hình

Trang

Một số mẫu máy cơ giới hóa các khâu canh tác cây đậu tương ở các nước
nông nghiệp phát triển ..........................................................................................7

2.2.

Quy trình canh tác vùng chuyên canh bằng cơ giới hóa .....................................12

2.3.

Quy trình canh tác vùng ln canh bằng cơ giới hóa..........................................12

2.4.

Hệ thống máy canh tác vùng chuyên canh bằng cơ giới hóa ..............................14

2.5.

Hệ thống máy canh tác vùng luân canh bằng cơ giới hóa ..................................14

2.6.

Phương án gieo hạt và bón phân bằng máy ........................................................16

2.7.

Sơ đồ kết cấu tổng thể của máy GBĐ .................................................................18

2.8.

Bộ phận gieo kiểu rung .......................................................................................19

2.9.

Bộ phận gieo kiểu trục cuốn ...............................................................................20

2.10. Bộ phận gieo kiểu đĩa (lỗ kiểu rãnh mép ngoài đĩa) ...........................................21
2.11. Bộ phận gieo kiểu đĩa (lỗ trong đĩa) ...................................................................21
2.12. Bộ phận gieo kiểu trống thìa múc .......................................................................22
2.13. Bộ phận gieo kiểu khí động ................................................................................22
2.14. Sơ đồ bộ phận bón phân kiểu cánh dẫn ..............................................................24
2.15. Sơ đồ bộ phận bónphân kiểu AT-2 .....................................................................25
2.16. Máy gieo hạt kết hợp bón phân Kuhn ................................................................26

2.17. Máy gieo kết hợp bón phân của Jonh Deere .......................................................27
2.18. Máy liên hợp phay và gieo hạt của Claas ...........................................................27
2.19. Sơ đồ máy gieo CYK-24A ..................................................................................28
2.20. Sơ đồ máy gieo C3H-24 .....................................................................................28
2.21. Sơ đồ máy gieo CKHK-6A .................................................................................29
2.22. Máy gieo kết hợp với bón phân NX-4/NXF-4 ....................................................29
2.23. Máy gieo đa năng Yazaki RX5 ...........................................................................30
2.24. Máy phay, gieo và bón phân 2BYF-6 .................................................................30
2.25. Máy gieo hạt đậu tương 4RĐK ...........................................................................31
2.26. Máy gieo hạt khí động của Trường Đại học Cần Thơ ........................................32
2.27. Máy gieo đa năng GĐN-0,3 ................................................................................32
2.28. Máy gieo và bón phân MGBN-04 ......................................................................33

xii


2.29. Máy gieo và bón phân MGH-02D ......................................................................33
2.30. Máy gieo đa năng GBPVN-02 ............................................................................34
2.31. Sơ đồ cấu trúc của bộ phận gieo .........................................................................35
2.32. Bộ phận bón phân kiểu trục cuốn .......................................................................37
2.33. Sơ đồ cấu trúc của bộ phận bón phân .................................................................39
3.1.

Cơ cấu 4 khâu bản lề ...........................................................................................43

3.2.

Sơ đồ nền tảng để chụp ảnh đậu tương và phân bón ..........................................44

3.3.

Hình dạng hạt đậu tương và phân bón ................................................................45

3.4.

Xác định góc ma sát ............................................................................................47

3.5.

Sơ đồ hóa q trình nén khối hạt ........................................................................48

3.6.

Mơ hình nén gây hư hỏng hạt .............................................................................48

3.7.

Sơ đồ ảnh hưởng của các thông số vào đến hàm chỉ tiêu ...................................50

3.8.

Sơ đồ điều khiển chuyển động của đĩa gieo và trục cuốn ...................................50

4.1.

Mơ hình lực tác động của hạt trên đĩa.................................................................61

4.2.

Mơ hình lực tác động lên hạt ..............................................................................62

4.3.

Sơ đồ xác định góc đặt cánh gạt dẫn hướng .......................................................63

4.4.

Sơ đồ động học của hạt dọc cánh gạt dẫn hướng................................................64

4.5.

Mơ tả q trình lấy hạt ........................................................................................67

4.6.

Mơ hình xác định điều kiện hạt rơi xuống lỗ ......................................................67

4.7.

Đồ thị quan hệ giữa kích thước hạt và vận tốc tới hạn .......................................69

4.8.

Mơ hình xác định điều kiện phân ly và giữ hạt...................................................72

4.9.

Sơ đồ lực tác dụng lên hạt...................................................................................74

4.10. Sơ đồ xác định vị trí nhả hạt ...............................................................................75

4.11. Hiện tượng kẹt hạt trong lỗ .................................................................................77
4.12. Cấu tạo đĩa cố định .............................................................................................77
4.13. Sơ đồ xác định điểm đặt ống dẫn hạt ..................................................................78
4.14. Mơ hình tính tốn trục cuốn ................................................................................81
4.15. Lực tác dụng lên hạt phân ...................................................................................85
4.16. Mơ hình dao động thẳng đứng của LHM............................................................88
4.17. Hàm kích thích của mặt đồng hình cosin ............................................................91
4.18. Dao động của LHM khi đi qua mấp mơ tuần hồn (1) .......................................93
4.19. Dao động của LHM khi đi qua mấp mơ tuần hồn (2) .......................................94

xiii