(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
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.6 MB, 175 trang )
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
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
luan an
4.20. Dao động của LHM khi đi qua chướng ngại đơn ...............................................96
4.21. Dao động của trọng tâm O2 máy GBĐ (1)..........................................................97
4.22. Dao động của trọng tâm O2 máy GBĐ (2)..........................................................98
4.23. Đậu tương DT84 .................................................................................................99
4.24. Kích thước hạt đậu tương DT84 theo các phương............................................100
4.25. Đồ thị phân bố khối lượng hạt đậu tương .........................................................100
4.26. Kết quả đo theo phương pháp ảnh (DEM)........................................................101
4.27. Biểu đồ hồi quy giữa khối lượng đo trung bình và trung bình khối lượng
thu được từ mơ phỏng DEM .............................................................................102
4.28. Đồ thị quan hệ giữa lực ép và biến dạng của hạt ..............................................103
4.29.
Mô phỏng nén ép hạt trong mơ hình DEM .......................................................103
4.30. Đồ thị kết quả mơ phỏng nén hạt bằng DEM ...................................................104
4.31.
Kết quả mô phỏng xả silo bằng DEM...............................................................105
4.32.
Trường vận tốc của các hạt tại các vị trí khác nhau của tấm nén .....................106
4.33. Mạng lưới chuỗi lực tại các vị trí khác nhau của tấm nén ................................107
4.34.
Đánh giá số lượng lực tiếp xúc theo chức năng của .........................................107
4.35.
Đánh giá lực tiếp xúc ở các độ cao khác nhau ..................................................108
4.36.
Đánh giá lực tiếp xúc ở độ cao 200 mm ...........................................................109
4.37. Mơ men qn tính khối lượng của máy GBĐ ...................................................111
4.38. Đồ thị quan hệ nđ (vòng/phút) với Y1, Y2, Y3 (%) ............................................113
4.39. Đồ thị quan hệ dlđ (mm) với Y1, Y2, Y3(%) ......................................................115
4.40. Đồ thị quan hệ δđ (mm) với Y1, Y2, Y3 (%) ......................................................117
4.41. Đồ thị quan hệ giữa độ lớn cửa xả và lượng cung cấp .....................................120
4.42. Đồ thị quan hệ giữa số vòng quay của trục cuốnvới năng suất ........................122
4.43. Đồ thị ảnh hưởng của số vòng quay tới hệ số nạp ............................................122
4.44. Đồ thị Pareto Chart với hàm Y1 ........................................................................125
4.45. Đồ thị mặt chỉ tiêu cho hàm tỷ lệ lỗ lấy được hạt Y1........................................128
4.46. Đồ thị Pareto Chart hàm Y2 ..............................................................................129
4.47. Đồ thị mặt chỉ tiêu hàm Y2 ...............................................................................131
4.48. Đồ thì mặt chỉ tiêu tổng quát ............................................................................133
4.49. Một số hình ảnh thử nghiệm máy và kết quả ....................................................134
xiv
luan an
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Nguyễn Chung Thơng
Tên Luận án: Nghiên cứu xác định một số thông số làm việc chính của máy gieo hạt
đậu tương kết hợp bón phân
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9 52 01 03
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Xác định các thơng số cấu tạo và thơng số làm việc chính, tối ưu của hai bộ phận
làm việc chính (bộ phận gieo và bộ phận bón phân) của máy gieo hạt đậu tương kết
hợp với bón phân làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy gieo đậu tương kết hợp với
bón phân.
Lựa chọn được kết cấu và chế độ làm việc phù hợp cho liên hợp máy gieo đậu
tương kết hợp với bón phân khi liên hợp máy làm việc trong một số điều kiện mặt đồng
khơng bằng phẳng điển hình.
Phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là máy gieo hạt đậu tương kết hợp bón phân.
Trong đó, các thơng số cấu tạo và thơng số làm việc chính của hai bộ phận gieo hạt
và bộ phận bón phân được tập trung nghiên cứu, phân tích.
Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng trong luận án:
* Phương pháp lý thuyết:
Trên cơ sở xây dựng các mơ hình lý thuyết bằng phương pháp mơ hình hóa và mơ
phỏng hệ thống kỹ thuật và giải các phương trình vi phân để xác định các thơng số làm
việc chính của máy.
* Phương pháp thực nghiệm:
Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố để xác định ảnh hưởng
của một thông số vào đến thông số ra của bộ phận gieo và bộ phận bón phân.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố để đánh giá đồng thời ảnh
hưởng của các thông số vào đến hàm chỉ tiêu của bộ phận gieo, ở đây tác giả lựa
chọn kế hoạch hợp thành không đối xứng bậc 2 của Hartly.
xv
luan an
Kết quả chính và kết luận
Xây dựng được các mơ hình lý thuyết mơ phỏng và xác định các thơng số làm
việc của hai bộ phận làm việc chính và máy. Đồng thời tiến hành thực nghiệm đơn và
đa yếu tố để xác định các thơng số làm việc chính và tối ưu của bộ phận gieo và bộ
phận bón phân.
* Ý nghĩa khoa học:
Xây dựng được cơ sở lý thuyết để xác định một số thơng số chính về cấu tạo và chế
độ làm việc của máy gieo hạt đậu tương và bón phân nói chung, bộ phận gieo và bộ
phận bón phân nói riêng nhằm định hướng cho việc thiết kế, chế tạo máy. Đây cũng là tài
liệu tham khảo cho các nghiên cứu về máy gieo và bón phân cho các cây trồng khác.
* Ý nghĩa thực tiễn:
Gieo hạt và bón phân bằng máy sẽ có năng suất cao hơn so với gieo và bón phân
bằng lao động thủ cơng nên có thể mở rộng được diện tích, tăng sản lượng đậu tương.
Đồng thời cũng tiết kiệm giống và đảm bảo mật độ hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho cây
sinh trưởng, phát triển và cho năng suất cao hơn.
Đây là kết quả nghiên cứu máy trong điều kiện sản xuất trong nước nên có thể
thay thế cho các máy nhập ngoại đắt tiền và làm việc chưa phù hợp với điều kiện canh
tác và đồng ruộng của nước ta.
xvi
luan an
THESIS ABSTRACT
PhD candidate: Nguyen Chung Thong
Thesis title: Research to determine some main working parameters of sowing machine
combined with fertilization for soybean
Major: Mechanical Engineering
Code: 9 52 01 03
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
Determine the main and optimal structural and working parameters of the two
main working parts (sowing unit and fertilizing unit) of sowing machine combined with
fertilization for soybean as the basis for design and manufacture the machine.
Selected the suitable structure and working regime of sowing machine combined
with fertilization for soybean.
Materials and Methods
The research object of the thesis is sowing machine combined with fertilization
for soybean.In which, the main structural parameters and working parameters of the two
parts sowing and fertilizing were focused on research and analysis.
Research methods used in the thesis:
* Theoretical method:
Method of modeling and simulating engineering systems and solving differential
equations.
* Experimental method:
Single factor experimental research method to determine the effect of one input
parameter on output parameters of the sowing and fertilizing parts.
Multi-factor experimental research method to simultaneously evaluate the effects
of input parameters on the index function of the sowing part. Author selects Hartly's
second-order asymmetric composition scheme.
Main findings and conclusions
Constructing theoretical simulation models and defining working parameters of
two main working parts and machines.At the same time, to conduct a single and multi-
xvii
luan an
factor experimental study to determine the main and optimal working parameters of the
sowing and fertilizing department.
* Scientific significance:
Building the theoretical basis to determine some main parameters of structure
and working regime of sowing machine combined with fertilization for soybean in
general, the sowing part and the fertilizer department in particular to guide designing
and manufacturing the machine. It is also the reference for sowing and fertilizing
studies of other crops.
* Practical significance:
Sowing seeds and fertilizing by machines will have higher yields than sowing
and fertilizing by manual labor, so it is possible to expand the area, increase soybean
production. At the same time, it also saves seeds and ensures more density, creates
favorable conditions for plants to grow, develop and produce higher yields.
This is the result of machine research in the domestic production conditions, so
it can replace expensive imported machines and work not suitable for farming and field
conditions of our country.
xviii
luan an
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đậu tương hay đậu nành (tên khoa học Glycine max) là loại cây họ Đậu
(Fabaceae). Protein trong đậu tương chứa khoảng trên 38% tùy giống, lượng lipit
chiếm khoảng 12 ÷ 25% tùy theo giống và điều kiện khí hậu, protein trong đậu
tương có một phạm vi đầy đủ hơn các axit amin thiết yếu so với hầu hết các loại
thực phẩm khác (Đồn Thị Thanh Nhàn, 1996). Đậu tương khơng chỉ được trồng
để cung cấp thức ăn gia súc và cho ni trồng thủy sản mà cịn dùng để chế biến
thực phẩm giàu protein cho người và gần đây còn được dùng làm nguyên liệu sản
xuất dầu sinh học (biodiesel).
Tổng sản lượng đậu tương thế giới năm 2018/19 đạt khoảng 358,21 triệu
tấn, trong đó một số nước (đơn vị: triệu tấn): Braxin 117,88; Mỹ 123,66;
Achentina 37,78; Trung Quốc 14,19; Ấn Độ 13,78 (FAOSTAT, 2019). Dự báo
tổng sản lượng đậu tương thế giới niên vụ 2019/20 sẽ đạt 337,48 triệu tấn, thiếu
hụt so với nhu cầu khoảng 12,19 triệu tấn (Trung tâm Thông tin Công nghiệp và
Thương mại, 2020).
Ở nước ta, đậu tương được trồng tại 25 trong số 63 tỉnh thành cả nước, với
khoảng 65% tại các khu vực phía Bắc và 35% tại các khu vực phía Nam, với hai
mơ hình chuyên canh và luân canh lúa - đậu tương (Tổng cục Thống kê, 2017).
Năm 2016 diện tích gieo trồng cây đậu tương là 99,58 nghìn ha với tổng sản
lượng 160,7 nghìn tấn, đến năm 2018/19 diện tích gieo trồng cây đậu tương chỉ
cịn là 53,4 nghìn ha với tổng sản lượng 81,3 nghìn tấn (FAOSTAT, 2019; Tổng
cục thống kê, 2020). Trung bình mỗi năm chúng ta phải nhập khẩu khoảng 80%
đậu tương làm nguyên liệu trong sản xuất. Trong tháng 3/2020, lượng nhập khẩu
đậu tương về Việt Nam đạt 211,3 nghìn tấn, trị giá 85,8 triệu USD, tăng 63,1%
về lượng và tăng 59,9% về trị giá so với tháng trước, tăng 88,2% về lượng và
89,4% về trị giá so với tháng 3 năm trước (Trung tâm Thông tin Công nghiệp và
Thương mại, 2020).
Các nguyên nhân được đánh giá dẫn đến diện tích canh tác và sản lượng
đậu tương của nước ta trong những năm qua không những không tăng mà còn
giảm mạnh là do canh tác đậu tương còn lạc hậu, manh mún, chủ yếu lao động
thủ công nên năng suất thấp, giá thành cao, cơ giới hóa cịn thiếu và chưa đồng
1
luan an
bộ. Khâu chuẩn bị mặt đồng và khâu làm đất: Kỹ thuật làm đất là kết hợp cày và
phay hoặc phay trực tiếp với nguồn động lực chủ yếu là máy kéo 2 bánh trên 10
mã lực và máy kéo 4 bánh cỡ trung từ 20 ÷ 40 HP. Khâu lên luống, gieo trồng và
bón phân: chủ yếu là thủ công, dùng sức người. Đã ứng dụng một số máy nhập
ngoại và kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước trong khâu gieo, tuy
nhiên các máy gieo này còn tồn tại nhiều nhược điểm như: chưa phù hợp với điều
kiện đồng ruộng của nước ta; còn hỏng hóc nhiều và thường xuyên phải thay thế
sửa chữa; các thiết bị phụ tùng thay thế khó tìm kiếm; các máy do ta chế tạo hoặc
còn hệ thống điều khiển phức tạp hoặc chủ yếu gieo vãi hay rải hàng nên tốn
nhiều hạt giống, cây mọc không đều và chỉ thực hiện được một khâu gieo, chưa
có bộ phận bón phân. Khâu chăm sóc và thu hoạch: hồn tồn thủ cơng.
Canh tác đậu tương ở Việt Nam có những đặc thù riêng, yêu cầu về kỹ thuật
gieo cũng có những khác biệt: phải lên luống trước khi gieo (khu vực phía Bắc);
khoảng cách gieo, mật độ gieo, độ sâu gieo theo mùa vụ và loại giống; gieo hạt
thường kết hợp với bón phân,...
Một số máy gieo của nước ngồi đã được mua về thử nghiệm, mặc dù các
máy này hiện đại nhưng không phù hợp với điều kiện đồng ruộng và tập quán
trong nước. Thực tiễn cũng đã chứng minh và có tính ngun lý là khơng một
quốc gia nào thành cơng về cơ giới hóa với việc nhập khẩu máy nơng nghiệp.
Đẩy mạnh nghiên cứu và tạo chính sách phát triển doanh nghiệp chế tạo máy
nông nghiệp trong nước là giải pháp bền vững và tự chủ trong việc phát triển cơ
giới hóa nơng nghiệp (Nguyễn Huy Bích, 2016). Ngồi ra, cũng đã có một số sản
phẩm máy gieo của cơng trình nghiên cứu trong nước, tuy nhiên chủ yếu mang
tính chất thử nghiệm, đơn lẻ, mới chỉ thực hiện được khâu gieo hạt (gieo vãi hoặc
rải hàng) và cũng chưa đem lại kết quả đáng kể. Trong thực tế bà con vẫn gieo
hạt bằng tay: gieo vãi, bỏ gốc rạ, theo hốc hoặc gieo hạt theo hàng ngang luống
làm cho lượng giống phải tăng cao và mật độ cây không đều, gieo rất chậm, tốn
công và thời gian.
Việc cơ giới hóa khâu bón phân cho đậu tương cũng gặp nhiều khó khăn.
Do đây là cây ngắn ngày nên bón bằng các loại phân bột, tơi rời hoặc hạt nhỏ và
nhanh tan. Các bộ phận hay máy bón phân đang dùng hiện có chưa thể thực hiện
được do các phân này có kích thước nhỏ và thường dính vào bộ phận bón phân
nên khâu bón phân vẫn phải thực hiện bằng tay, chia làm nhiều giai đoạn gây tốn
phân bón và khơng đều.
2
luan an
Ngày 02/02/2012 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 124/QĐ-TTg
Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển sản xuất ngành nơng nghiệp đến năm
2020 và tầm nhìn đến 2030. Theo đó, diện tích đất quy hoạch trồng đậu tương
khoảng 100 ngàn ha, tận dụng tăng vụ trên đất lúa để năm 2020 diện tích gieo
trồng khoảng 350.000 ha, sản lượng 700.000 tấn; vùng sản xuất chính là đồng
bằng sơng Hồng, trung du miền núi phía Bắc, Tây Ngun.
Những vấn đề trên cho thấy, trong cơ giới hóa cây đậu tương thì gieo hạt và
bón phân là hai khâu quan trọng, chiếm tỷ trọng cao (khoảng trên 30% công lao
động) nhưng còn tồn tại nhiều yếu kém làm cho chi phí sản xuất cao, năng suất
thấp, khơng thể mở rộng được diện tích gieo trồng đậu tương và trong khi đó đất
đai bị bỏ hoang. Các máy gieo trong nước và nhập ngoại đang được áp dụng còn
nhiều hạn chế và đặc biệt chưa phù hợp với điều kiện đồng ruộng và tập quán
canh tác của nước ta. Hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu cơ bản nào về gieo hạt,
bón phân cho đậu tương và gieo hạt kết hợp với bón phân cho đậu tương trong
điều kiện canh tác của nước ta. Để có thể mở rộng được diện tích canh tác đậu
tương, nâng cao năng suất, sản lượng và đồng thời đảm bảo sản xuất đậu tương
có hiệu quả và mang lại giá trị kinh tế, dần đáp ứng yêu cầu về nguyên liệu trong
sản xuất thì ngoài việc quy hoạch lại đồng, cần thiết phải xây dựng lại quy trình
canh canh tác và có được hệ thống máy canh tác đậu tương phù hợp theo hướng
cơ giới hóa đồng bộ.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Thiết kế, chế tạo được mẫu máy gieo hạt đậu tương kết hợp với bón phân
đồng thời. Máy có năng suất cao, chi phí thấp, đáp ứng được các yêu cầu nông
học, phù hợp với điều kiện đồng ruộng, điều kiện tự nhiên, khí hậu vùng trồng
tập trung và chuyên canh đậu tương khu vực Đồng bằng Sông Hồng, góp phần
tăng diện tích canh tác và sản lượng đậu tương.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Xác định được các thông số cấu tạo và thơng số làm việc chính, tối ưu của
hai bộ phận làm việc chính (bộ phận gieo và bộ phận bón phân) của máy gieo hạt
đậu tương kết hợp với bón phân làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy gieo
đậu tương kết hợp với bón phân.
Lựa chọn được kết cấu và chế độ làm việc phù hợp cho liên hợp máy gieo
đậu tương kết hợp với bón phân khi liên hợp máy làm việc trong một số điều
kiện mặt đồng khơng bằng phẳng điển hình.
3
luan an
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Phạm vi về đối tượng nghiên cứu
Máy gieo hạt đậu tương kết hợp bón phân bao gồm nhiều bộ phận và cụm
chi tiết, trong đó bộ phận gieo hạt và bộ phận bón phân là hai bộ phận chính quan
trọng, chất lượng làm việc của hai bộ phận này ảnh hưởng lớn đến chất lượng
làm việc của máy. Do đó, đối tượng chính trong nghiên cứu này là bộ phận gieo
hạt và bộ phận bón phân.
1.3.2. Phạm vi về thời gian và địa điểm nghiên cứu
- Thời gian thực hiện các nội dung của luận án từ năm 2015 đến năm 2020.
- Các nghiên cứu cơ bản của luận án bao gồm các nghiên cứu lý thuyết và
nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện và tiến hành phân tích tại phịng thí
nghiệm Cơ học ứng dụng, bộ môn Cơ học kỹ thuật, khoa Cơ - Điện, Học viện
Nông nghiệp Việt Nam. Máy gieo hạt đậu tương kết hợp bón phân sau khi chế
tạo được thử nghiệm trong điều kiện ruộng thí nghiệm của Học viện, các ruộng
chuyên canh đậu tương tại xã Sơn Đông, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội và xã
Tân Lễ, huyện Hưng Hà, tỉnh Thái Bình.
1.4. NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Đã xác định được mối quan hệ giữa các thơng số hình học và cơ lý tính
của một số giống đậu tương và phân bón với các thơng số hình học và động học
của bộ phận gieo và bộ phận bón phân, hồn thiện lý luận cho nghiên cứu lý
thuyết, làm cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo máy.
- Đã xây dựng được các mô hình và cơng thức tốn xác định các thơng số
cơ bản của bộ gieo hạt đậu tương và bộ phận bón phân. Đồng thời, xây dựng
được mơ hình lý thuyết nghiên cứu ổn định của liên hợp máy khi di chuyển trên
mặt đồng làm cơ sở cho việc lựa chọn kết cấu máy và chế độ làm việc hợp lý của
liên hợp máy.
- Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được các giá trị
tối ưu của bộ phận gieo; xác định được mối quan hệ làm việc giữa trục cuốn và
cửa xả để bộ phận bón phân đạt năng suất cần thiết, tránh hiện tượng kẹt và dính
phân làm cơ sở lựa chọn chế độ làm việc hợp lý cho bộ phận bón phân.
4
luan an
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
- Ứng dụng nguyên lý phù hợp và phát triển kết cấu trong việc gieo hạt
đậu tương và bón phân đồng thời trong điều kiện đồng ruộng và canh tác tại các
vùng trồng tập trung và chuyên canh đậu tương khu vực Đồng bằng Sông Hồng.
- Xây dựng được cơ sở lý thuyết để xác định một số thơng số chính về cấu
tạo và chế độ làm việc của máy gieo hạt đậu tương kết hợp bón phân nói chung,
bộ phận gieo và bộ phận bón phân nói riêng nhằm định hướng cho việc thiết kế,
chế tạo máy gieo đậu tương kết hợp bón phân. Đây cũng là tài liệu tham khảo cho
các nghiên cứu về máy gieo và bón phân cho các cây trồng khác.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Gieo hạt và bón phân bằng máy sẽ có năng suất cao hơn so với lao động
thủ cơng nên có thể mở rộng được diện tích, tăng sản lượng đậu tương, đặc biệt
tận dụng được diện tích đất vụ đơng trong ln canh lúa - đậu tương. Đồng thời
cũng tiết kiệm giống và đảm bảo mật độ hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho cây sinh
trưởng, phát triển và cho năng suất cao hơn.
- Đây là kết quả nghiên cứu máy trong điều kiện sản xuất trong nước nên có
thể thay thế cho các máy nhập ngoại đắt tiền và làm việc chưa phù hợp với điều
kiện canh tác và đồng ruộng của nước ta.
- Góp phần thúc đẩy sự phát triển cơ giới hóa trong canh tác đậu tương
nói riêng và sản xuất nơng nghiệp nói chung theo hướng đồng bộ.
5
luan an
