Nghiên cứu xác định một số thông số cơ bản của bộ phận bóc lá mía trong liên hợp máy thu hoạch mía

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ
SAU THU HOẠCH



TẠ HANH





NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CƠ BẢN
CỦA BỘ PHẬN BÓC LÁ MÍA TRONG LIÊN HỢP
MÁY THU HOẠCH MÍA


LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT




Chuyên ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 62.52.01.03


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. TS. ĐỖ HỮU KHI
2. PGS.TS. LƢƠNG VĂN VƢỢT

HÀ NỘI – 2014

i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên cứu xác định một số thông số cơ
bản của bộ phận bóc lá mía trong liên hợp máy thu hoạch mía” là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả nêu trong luận án này là
trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác và các thông tin trích dẫn trong luận án đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả luận án



Tạ Hanh

ii
LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy
hƣớng dẫn: TS. Đỗ Hữu Khi - Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu
hoạch, PGS.TS. Lƣơng Văn Vƣợt - Trƣờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã
tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn và giúp đỡ để tôi hoàn thành bản luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Cơ điện nông nghiệp và Công
nghệ sau thu hoạch, tập thể cán bộ Trung tâm Máy Nông nghiệp và Thủy khí, bộ
môn Nghiên cứu cơ giới hoá chăn nuôi, bộ môn Điện - Tự động hóa, phòng
Khoa học – Đào tạo và Hợp tác quốc tế thuộc viện Cơ điện nông nghiệp và Công
nghệ sau thu hoạch, Hội cơ khí nông nghiệp Việt Nam; cảm ơn ban Giám hiệu
trƣờng Cao đẳng nghề Cơ khí Nông nghiệp và các đơn vị, cá nhân trong Nhà
trƣờng đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đậu Thế Nhu. Bằng tấm lòng
của mình, thầy đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong
và ngoài cơ quan và đặc biệt các thành viên trong Gia đình đã giúp đỡ, ủng hộ
và động viên để tôi hoàn thành bản luận án này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận án

iii
MỤC LỤC

Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục chữ viết tắt vii
Danh mục các ký hiệu toán học viii
Danh mục bảng xiii
Danh mục hình xiv
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3
1.1 Tình hình sản xuất mía tại Việt Nam và trên thế giới 3
1.2 Tình hình cơ giới hoá khâu thu hoạch mía 5
1.2.1 Nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch mía 5
1.2.2 Yêu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch mía 6
1.3 Tình hình áp dụng công nghệ thu hoạch mía 7
1.3.1 Công nghệ thu hoạch để nguyên cây 7
1.3.2 Công nghệ thu hoạch cắt cây thành đoạn 7
1.4 Tính cấp thiết của việc bóc lá mía bằng bộ phận bóc 8
1.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bộ phận bóc lá mía 9
1.5.1 Nguyên lý bóc lá mía tƣ thế ngang cây 9
1.5.2 Nguyên lý bóc lá mía tƣ thế cây nằm, chuyển dọc 12
1.5.3 Nguyên lý làm sạch cây mía bằng khí động học 15
1.6 Lựa chọn nguyên lý 17
1.7 Tình hình nghiên cứu kết cấu cánh bóc lá 18
1.7.1 Một số kết quả nghiên cứu cánh bóc dựa trên hiện tƣợng miết, chải 18
1.7.2 Những nghiên cứu cánh bóc dựa trên quá trình tách, róc 20

iv
1.8 Lựa chọn răng bóc trong bộ phận bóc lá mía áp dụng nguyên lý
bóc lá mía tƣ thế cây nằm, chuyển dọc, gốc vào trƣớc 25
1.9 Kết luận 27

1.10 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 28
1.10.1 Mục đích nghiên cứu 28
1.10.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 28
Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 29
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 29
2.1.1 Xác định lực phân bố tác dụng lên răng bóc bằng phƣơng
pháp thực nghiệm 30
2.1.2 Xác định độ cứng của răng bóc bằng cáp thép khi uốn EI và khối
lƣợng đơn vị chiều dài μ 32
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 33
2.2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 33
2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 35
2.3 Phƣơng pháp xác định một số thông số của cây mía 43
2.3.1 Một số đặc điểm sinh hóa của cây mía 43
2.3.2 Một số đặc điểm cơ lý của cây mía 47
2.4 Cơ sở vật chất thí nghiệm, thiết bị và dụng cụ đo đạc 49
2.5 Phƣơng pháp xác định các số liệu thí nghiệm 51
2.5.1 Hiệu chuẩn dụng cụ đo 51
2.5.2 Tiến hành thí nghiệm 51
Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THỐNG SỐ
CỦA BỘ PHẬN BÓC LÁ MÍA TRONG LIÊN HỢP MÁY THU
HOẠCH MÍA 54
3.1 Đặc điểm lá mía khi thu hoạch 55
3.2 Quá trình kẹp cây và rút cây của bộ phận bóc 56
3.3 Quá trình tách, róc lá mía bằng răng bóc tại lô bóc 58

v
3.4 Khảo sát động học quá trình tách, róc lá ra khỏi cây bằng răng bóc 62
3.4.1 Xác định quỹ đạo chuyển động của răng bóc 63
3.4.2 Chiều dài quyét của răng bóc lá 65

3.4.3 Hệ số quyét lặp trung bình 65
3.4.4 Tần suất đập trung bình. 66
3.4.5 Khảo sát ảnh hƣởng quan hệ vận tiến của cây mía và số vòng quay
lô bóc tới chiều dài quét 67
3.4.6 Khảo sát ảnh hƣởng quan hệ R
1
và h tới chiều dài quét 69
3.4.7 Khảo sát ảnh hƣởng V và n
b
tới hệ số quét lặp trung bình, 70
3.4.8 Khảo sát chỉ tiêu tần suất đập trung bình trên 1 mét chiều dài 71
3.5 Khảo sát động lực học quá trình tách, róc lá ra khỏi cây bằng
răng bóc 71
3.5.1 Thành lập phƣơng trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 71
3.5.2 Điều kiện biên của phƣơng trình vi phân biến dạng uốn răng bóc 76
3.5.3 Phƣơng pháp giải phƣơng trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 77
3.5.4 Kết quả khảo sát sơ bộ các yếu tố ảnh hƣởng đến w trong quá trình
tách, róc lá mía của răng bóc 80
3.5.5 Khảo sát ảnh hƣởng của EI đến w 82
3.5.6 Khảo sát ảnh hƣởng của l
c
đến w 84
3.5.7 Khảo sát ảnh hƣởng của R
1
đến w 86
3.5.8 Khảo sát ảnh hƣởng của μ đến w 87
3.5.9 Khảo sát ảnh hƣởng của p đến w 89
3.5.10 Khảo sát ảnh hƣởng của n
b
đến w 90

KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 93
Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 94
4.1 Đặc điểm cơ lý của cây mía và cánh bóc 94
4.1.1 Kết quả đo kích thƣớc, khối lƣợng của cây mía 94
4.1.2 Kết quả đo hệ số ma sát của cây mía với các loại vật liệu 95

vi
4.1.3 Kết quả đo độ cứng của răng bóc khi uốn EI, khối lƣợng đơn vị
chiều dài μ của răng bóc 96
4.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số tới khả năng làm
việc của bộ phận bóc lá mía 97
4.2.1 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc (n
b
) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn
thƣơng ψ và chi phí năng lƣơng riêng Ne 102
4.2.2 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô rút (n
r
) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn
thƣơng cây (ψ) và chi phí năng lƣợng riêng Ne 104
4.2.3 Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc (l
c
) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn
thƣơng cây (ψ) và chi phí năng lƣợng riêng Ne. 107
4.2.4 Ảnh hƣởng của lƣợng cung (q) cấp tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn
thƣơng cây (ψ) và chi phí năng lƣợng riêng Ne. 109
4.3 Kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ƣu của bộ phận bóc
lá mía bằng phƣơng pháp quy hoạch hóa thực nghiệm (QHHTN)
đa yếu tố 111
4.3.1 Các yếu tố đƣợc lựa chọn trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 111
4.3.2 Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm, xử lý đồng nhất phƣơng sai 112

4.3.3 Kết quả xác định mô hình hồi quy QHHTN đa yếu tố cho hàm
chất lƣợng làm việc của bộ phận bóc lá mía 115
4.3.4 Hàm tỷ lệ tổn thƣơng 118
4.3.5 Hàm chi phí năng lƣợng riêng 121
4.3.6 Giải bài toán tối ƣu bằng phƣơng pháp thƣơng lƣợng có điều kiện 124
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 129
KẾT LUẬN 130
Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 132
Tài liệu tham khảo 133
Phụ lục 142


vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
Diễn giải
LHM
Liên hợp máy
LHMTHM
Liên hợp máy thu hoạch mía
FAO
Tổ chức Nông Lƣơng Liên Hiệp Quốc
NN-PTNT
Nông nghiệp và phát triển nông thôn
USDA
United States Department of Agriculture
TT
Thứ tự
TN

Thí nghiệm
CCS
(Commercial Cane Sugar) là số đơn vị khối lƣợng đƣờng
saccaroza theo lý thuyết có thể sản xuất từ 100 đơn vị
khối lƣợng mía
QHHTN
Quy hoạch hóa thực nghiệm
PTHQDT

Phƣơng trình hồi quy dạng thực
NLR
Năng lƣợng riêng


viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
Ký hiệu
Đơn vị
Giải thích
G
c
kg
Khối lƣợng lá chƣa bóc
G
1

kg
Khối lƣợng lá còn trên cây sau khi đi qua bộ
phận bóc
G

2

kg
Khối lƣợng lá đƣợc bóc
G
M

kg
Khối lƣợng cây mía gồm cả lá và thân trƣớc thí nghiệm
k


Hệ số bóc lá
b
mm

½ Chiều dài quét
c
mm
½ Khoảng cách giữa hai trục lô bóc
α
max
rad
Góc uốn lớn nhất khi răng tác động vào cây mía
υ
2

rad
Góc uốn của lo xo răng bóc
D

2

m
Đƣờng kính lo xo
d
c
m
Đƣờng kính răng
f
t



Hệ số ma sát tĩnh
υ
ms
rad
Góc ma sát
f
d


Hệ số ma sát động
L
t
mm
Là đoạn đƣờng trƣợt của mẫu thử
s
mm
Khoảng dịch chuyển cây mía lệch khỏi vị trí ban đầu

E
N/m
2

Mô đun đàn hồi của vật liệu
I
y
m
4

Mô men quán tính cáp thép
d
m
mm
Đƣờng kính thân cây mía

ix
Ký hiệu
Đơn vị
Giải thích
p
N
Lực phân bố
w
mm
Độ võng
d
ct

mm

Đƣờng kính cáp thép
m

Số lần lặp lại ở điểm thứ i
y
ij


Giá trị thông số ra ở điểm thứ i, lần lặp thứ j
i
y


Giá trị trung bình thông số ra ở điểm thứ i
m

Số lần thí nghiệm
2
i
S


Phƣơng sai thí nghiệm thứ i
2
tn
S


Phƣơng sai trong các thí nghiệm
F

b


Chuẩn Fisher
G
b


Giá trị Kohren
N

Số thông số nghiên cứu
x
i


Giá trị mã của các thông số thứ i
X
i


Giá trị thực của các thông số thứ i
X
0i


Giá trị thực của thông số thứ i ở mức cơ sở
ε
i

Khoảng biến thiên của thông số
X
it


Giá trị thực mức trên
X
id


Giá trị thực mức dƣới
S
2
a


Phƣơng sai tuyển chọn
i
y
ˆ


Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm i

x
Ký hiệu
Đơn vị
Giải thích
*

k


Số các hệ số trong mô hình hồi quy
tt
F


Giá trị tính toán của chuẩn Fisher
S
b0
; S
bj


Các ƣớc lƣợng độ lệch trung bình theo hệ số
hồi quy
b
0
; b
i


Các giá trị hệ số hồi quy cần kiểm tra
y
s


Cực trị của hàm mục tiêu
X

~


Các thông số vào theo hệ tọa độ mới
B
ii


Hệ số phƣơng trình chính tắc
Y
~


Giá trị tối ƣu
Y
1

%
Tỷ lệ bóc sót
Y
2
%
Tỷ lệ tổn thƣơng
G
M

kg
Khối lƣợng cây mía gồm cả lá và thân trƣớc
thí nghiệm
G

T

kg
Khối lƣợng thân cây sau bóc
G
tt

kg
Khối lƣợng tổn thƣơng trên thân cây mía
ω
k

rad/s
Vận tốc góc lô kẹp
ω
r

rad/s
Vận tốc góc lô rút
ω
b

rad/s
Vận tốc góc lô bóc
V
b

m/s
Vận tốc đầu răng bóc
V

k

m/s
Vận tốc đầu cánh kẹp tại lô kẹp

xi
Ký hiệu
Đơn vị
Giải thích
V
R

m/s
Vận tốc đầu cánh rút tại lô rút
V
m/s
Vận tốc tiến của cây mía
R
0

mm
Bán kính trong lô bóc (đƣợc tính từ chân răng
bóc đến tâm lô)
R
1

mm
Bán kính ngoài lô bóc (đƣợc tính từ đỉnh răng
bóc đến tâm lô)
Δ

mm
Chiều dài quét
F
ms
N
Lực ma sát giữa cánh kẹp (cao su) với thân
cây mía
R
0k

mm
Bán kính trong lô kẹp (đƣợc tính từ chân
cánh kẹp đến tâm lô)
R
1k

mm
Bán kính ngoài lô kẹp (đƣợc tính từ mép
trong bán nguyệt cánh kẹp đến tâm lô)
D
xm

mm
Quãng đƣờng lô bóc đi đƣợc một vòng 2π
R
0r

mm
Bán kính trong lô rút (đƣợc tính từ chân cánh
rút đến tâm lô)

R
1r

mm
Bán kính ngoài lô rút (đƣợc tính từ mép trong
bán nguyệt cánh rút đến tâm lô)
n
r

v/p
Số vòng quay lô rút
h
mm
Khoảng cách từ cây mía đến tâm lô bóc
l
mm
Khoảng cách giữa hai đỉnh nút xicloit giữa
hai dãy cánh bóc liên tiếp

xii
Ký hiệu
Đơn vị
Giải thích
ξ

Hệ số quét lặp trung bình
Z


Số dãy răng bóc (cánh bóc)

Z
*

Số răng bóc trên 1 cánh
ε

Tần suất đập trung bình
υ
rad
Góc xoay tƣơng đối của mặt răng bóc
M
Nm
Mô men uốn
Q
N
Lực cắt của răng bóc.
N
N
Lực pháp tuyến
F
lt

N
Lực quán tính ly tâm
A
mm
2
Diện tích mặt cắt
ρ
g/mm

3
Mật độ khối
dJ
mm
4
Mô men quán tính khối của phân tố với trục Y
μ
kg/m
Khối lƣợng đơn vị chiều dài
dx
mm
Chiều dài phân tố
l
c
mm
Chiều dài răng bóc
r(x)
mm
Khoảng cách từ tâm lô bóc đến phân tố đƣợc xét
p.dx
N
Hợp lực phân bố
F
x
N
Lực quán tính theo chiều X

xiii
DANH MỤC BẢNG

STT
Tên bảng
Trang
1.1 Ảnh hƣởng của vật liệu đối với ứng lực va đập 23
1.2 Ảnh hƣởng của vòng quay lô bóc đối với ứng suất răng bóc lá và
lực va đập của cánh cao phân tử. 24
1.3 Mức nhân tố thí nghiệm 24
2.1 Kết quả đo lực tác dụng lên răng bóc 31
2.2 Ma trận thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly 40
4.1 Một số thông số cấu tạo chính của cây mía 95
4.2 Hệ số ma sát của cây mía với một số loại vật liệu 95
4.3 Kết quả đo độ cứng của răng bóc khi uốn (EI), khối lƣợng đơn vị
chiều dài (μ) của răng bóc 96
4.4 Các yếu tố lựa chọn nghiên cứu 111
4.5 Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố vào 112
4.6 Kết quả thí nghiệm hàm tỷ lệ sót Y
1
, % 113
4.7 Kết quả thí nghiệm hàm tỷ lệ tổn thƣơng Y
2
, ‰ 113
4.8 Kết quả thí nghiệm hàm chi phí năng lƣợng riêng Y
3
, Ws/kg 114
4.9 Giá trị các hệ số và chuẩn Student 115
4.10 Đánh giá sai số của mô hình hồi quy. 116
4.11 Đánh giá sai số của mô hình hồi quy. 118
4.12 Giá trị các hệ số và chuẩn Student 119
4.13 Đánh giá sai số của mô hình hồi quy 121
4.14 Giá trị các hệ số và chuẩn Student 122

xiv
DANH MỤC HÌNH

STT
Tên hình
Trang
1.1 Nguyên lý của bộ phận bóc lá mía khi cây ở tƣ thế đứng 9
1.2 Nguyên lý của bộ phận bóc lá mía khi cây ở trên đồng 10
1.3 Sơ đồ cơ cấu bóc lá mía ở tƣ thế nằm, ngang cây trong LHTH KCT-1 11
1.4 Sơ đồ nguyên lý bộ phận bóc lá mía cấp cây - ngọn vào trƣớc 12
1.5 Sơ đồ cơ cấu bóc lá mía theo nguyên lý cấp cây – gốc vào trƣớc 13
1.6 Sơ đồ hệ thống lô cào bóc lá trên LHTH mía 14
1.7 Liên hợp máy thu hoạch mía nguyên cây của Úc áp dụng bộ phận
bóc sử dụng nguyên lý quạt thổi 15
1.8 Máy bóc lá mía trên hàng 16
1.9 Sơ đồ bộ phận làm sạch cây mía trên LHTH để nguyên cây 16
1.10 Sơ đồ bộ phận làm sạch cây mía trên LHTH cắt khúc 17
1.11 Cánh bóc bằng thép tấm xẻ thuỳ lắp trên LHMTHM của Úc 19
1.12 Thử nghiệm mầu cánh bóc bằng thép tấm xẻ thuỳ 19
1.13 Răng bóc làm bằng thép lò xo 21
1.14 Sơ đồ kết cấu bộ phận bóc lá mía ở tƣ thế, nằm ngang 22
1.15 Bộ phận bóc theo nguyên lý bóc lá mía tƣ thế cây nằm, chuyển
dọc, gốc vào trƣớc với loại cánh bóc là cáp thép 27
2.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm xác định lực p 30
2.2 Sơ đồ thí nghiệm thử độ cứng răng cáp thép 32
2.3 Các bƣớc xây dựng mô hình toán 33
2.4 Mô hình bài toán của bộ phận bóc lá mía 38
2.5 Cấu tạo bẹ và thân cây mía 44

2.6 Chuỗi phản ứng của sự biến chất tại vết tổn thƣơng sau bóc 45
2.7 Sơ đồ xác định hệ số ma sát của thân cây mía với các loại vật liệu 48

xv
2.8 Mía đƣợc cắt lát tại vị trí tổn thƣơng 53
2.9 Xác định khối lƣợng tổn thƣơng trên thân cây mía 53
3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động bộ phận bóc lá mía 55
3.2 Lá mía trên cây 56
3.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc và lực tác động lên cây mía của cặp lô
kẹp và rút 57
3.4 Các trƣờng hợp xảy ra khi cánh bóc tác động đến cây mía 59
3.5 Sơ đồ quá trình tách, róc lá ra khỏi thân cây mía của răng bóc 60
3.6 Hình ảnh răng bóc róc lá dọc theo thân cây mía 61
3.7 Sơ đồ khảo sát động học của răng bóc 63
3.8 Quỹ đạo chuyển động tƣơng đối của điểm đầu răng bóc so với
thân cây mía 64
3.9 Đồ thị ảnh hƣởng n
b
và V đến Δ 68
3.10 Đồ thị ảnh hƣởng h và R
1
đến Δ 69
3.11 Ảnh hƣởng của V, n
b
tới hệ số quyét lặp trung bình 70
3.12 Khảo sát chỉ tiêu tần suất đập trên 1 mét chiều dài 71
3.13 Mô hình biến dạng uốn của răng bóc khi cây mía tác động đến 72
3.14 Mô hình phân tố của răng bóc 73
3.15 Minh hoạ thời điểm bóc, điều kiện của h khi khảo sát 77
3.16 Lƣu đồ thuật giải phƣơng trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 80

3.17 Đƣờng cong biến dạng của răng bóc ở các thời điểm khác nhau 81
3.18 Ảnh hƣởng của EI tới w trong quá trình tách, róc lá mía 82
3.19 Ảnh hƣởng của EI tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc 83
3.20 Ảnh hƣởng của l
c
tới w trong quá trình tách, róc lá mía 85
3.21 Ảnh hƣởng của l
c
tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc 85
3.22 Ảnh hƣởng của R
0
tới w trong quá trình tách, róc 86
3.23 Ảnh hƣởng của R
0
tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc 86

xvi
3.24 Ảnh hƣởng của μ tới w trong quá trình tách, róc lá mía 88
3.25 Ảnh hƣởng của μ tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc lá mía 88
3.26 Ảnh hƣởng của p tới w trong quá trình tách, róc lá mía 89
3.27 Ảnh hƣởng của p tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc lá mía 90
3.28 Ảnh hƣởng của nb tới w trong quá trình tách, róc lá mía 91
3.29 Ảnh hƣởng của nb tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc lá mía 91
3.30 Biên dạng răng bóc tại các thời điểm khác nhau 92
4.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm bộ phận bóc lá mía 99
4.2 Sơ đồ mô hình khảo nghiệm bộ phận bóc lá mía 100
4.3 Giàn khảo nghiệm bộ phận bóc lá mía 100
4.4 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc n
b
tới tỷ lệ sót η 102

4.5 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc nb tới tỷ lệ tổn thƣơng cây (ψ) 103
4.6 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc (n
b
) tới chi phí năng lƣơng
riêng (Ne) 104
4.7 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô rút (n
r
) tới tỷ lệ sót (η) 105
4.8 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô rút (nr) tới tỷ lệ tổn thƣơng cây (ψ) 106
4.9 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô rút (n
r
) tới chi phí năng lƣơng
riêng (Ne) 106
4.10 Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc l
c
tới tỷ lệ sót (η) 107
4.11 Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc l
c
tới tỷ lệ tỷ lệ tổn thƣơng (ψ) 108
4.12 Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc lc tới chi phí năng lƣợng
riêng (Ne) 108
4.13 Ảnh hƣởng của lƣợng cung cấp (q) tới tỷ lệ sót (η) 109
4.14 Ảnh hƣởng của lƣợng cung cấp (q) tới tỷ lệ tổn thƣơng cây(ψ) 110
4.15 Ảnh hƣởng của lƣợng cung cấp (q) tới chi phí năng lƣợng riêng (Ne) 110
4.16 Mặt cắt của các hàm quy hoạch theo x
1
, x
2
125
4.17 Ảnh hƣởng x

1
, x
2
tới N
e
125

xvii
4.18 Ảnh hƣởng x
1
, x
2
tới tỷ lệ η 125
4.19 Ảnh hƣởng x
1
, x
2
tới tỷ lệ ψ 125
4.20 Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x
1
, x
3
126
4.21 Ảnh hƣởng x
1
, x
3
đến Ne 126
4.22 Ảnh hƣởng x
1

, x
3
đến tỷ lệ η 126
4.23 Ảnh hƣởng x
1
, x
3
đến tỷ lệ ψ 126
4.24 Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x
1
, x
4
126
4.25 Ảnh hƣởng x
1
, x
4
đến Ne 126
4.26 Ảnh hƣởng x
1
, x
4
đến tỷ lệ η 127
4.27 Ảnh hƣởng x
1
, x
4
đến tỷ lệ ψ 127
4.28 Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x
2

, x
3
127
4.29 Ảnh hƣởng x
2
, x
3
đến Ne 127
4.30 Ảnh hƣởng x
2
, x
3
đến tỷ lệ η 127
4.31 Ảnh hƣởng x
2
, x
3
đến tỷ lệ ψ 127
4.32 Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x
2
, x
4
128
4.33 Ảnh hƣởng x
2
, x
4
đến Ne 128
4.34 Ảnh hƣởng x
2

, x
4
đến tỷ lệ η 128
4.35 Ảnh hƣởng x
2
, x
4
đến tỷ lệ ψ 128


1
MỞ ĐẦU

Nội dung Nghị quyết Đại hội XI của Đảng về phát triển nông nghiệp,
nông dân, nông thôn trong giai đoạn hiện nay là phát triển nông nghiệp toàn
diện theo hƣớng hiện đại, hiệu quả, bền vững trên cơ sở phát huy những lợi
thế của nền nông nghiệp nhiệt đới gắn với giải quyết tốt các vấn đề nông dân,
nông thôn. Trong điều kiện hiện nay, phát triển nông nghiệp phải theo hƣớng
sản xuất hàng hóa lớn, có năng suất, chất lƣợng, hiệu quả và sức cạnh tranh
cao; đảm bảo vững chắc an ninh lƣơng thực, thực phẩm quốc gia cả trƣớc mắt
và lâu dài; sản xuất một số sản phẩm nông nghiệp hàng hóa ứng dụng công
nghệ cao, có năng suất, chất lƣợng và giá trị gia tăng cao; đồng thời, phát
triển nông nghiệp cũng tính tới những yếu tố bảo vệ môi trƣờng và các nguồn
tài nguyên thiên nhiên. Để đạt đƣợc mục tiêu trên cần đẩy nhanh áp dụng tiến
bộ khoa học và công nghệ hiện đại, đặc biệt là cần áp dụng cơ giới hóa trong
tất cả các khâu của quá trình sản xuất.
Đối với nền nông nghiệp nhiệt đới của nƣớc ta, mía là cây công nghiệp
có giá trị cao. Ngoài để sản xuất đƣờng, mía còn là nguyên liệu cho 50 loại
sản phẩm chế biến khác của ngành giấy, dệt, hóa dƣợc … Nghề trồng mía
nƣớc ta đã đƣợc hoạch định và phát triển với tốc độ lớn. Trong niên vụ

2012÷2013 diện tích mía cả nƣớc khoảng 300.000 ha (tăng so với vụ trƣớc
16.778 ha), sản xuất 16 triệu tấn mía (tăng 300 nghìn tấn so với vụ trƣớc). Để
đạt đƣợc mục tiêu này, ngành mía đƣờng cần phải giải quyết nhiều vấn đề:
tăng cƣờng biện pháp kỹ thuật thâm canh, sử dụng giống mới để tăng năng
suất mía, cơ giới hóa đồng bộ trong tất cả các khâu sản xuất, đồng thời cần
giảm tối đa tổn thất sau thu hoạch.
Thời gian thu hoạch chính của mía kéo dài từ 4 ÷ 6 tháng liên tục trong
một năm trùng với một hoặc hai vụ thu hoạch lúa. Mặc dù dân số ở khu vực
nông nghiệp lớn, nhƣng lại là những vùng trọng điểm, lực lƣợng lao động

2
thƣờng khan hiếm vào lúc thu hoạch rộ, giá công lao động khá cao, tăng dần
qua hàng năm. Đồng thời, các khâu thu hoạch nhƣ chặt gốc, róc lá, chặt ngọn,
bó cây, gom đống, chất lên xe vận chuyển … đƣợc thực hiện bằng lao động
thủ công. Công cụ chủ yếu là dao, cuốc bàn nhỏ. Do đó năng suất lao động
thấp, cƣờng độ lao động lớn, thất thoát mía còn nhiều. Trƣớc tình hình này,
việc cơ giới hóa trong khâu thu hoạch là cần thiết.
Yêu cầu quan trọng đặt ra cho khâu thu hoạch bằng cơ giới hóa là phải
giảm thiểu tối đa hao hụt. Theo Carlos Leon (Philsurin 3/2010): “Cứ 1% tạp chất
sẽ giảm đi 0,1 ÷ 2% tổng thu hồi trong chế biến có nghĩa là cứ tăng 1% tạp chất
sẽ mất đi từ 2 ÷ 4 kg đƣờng/tấn mía ép”, Việc bóc lá, loại bỏ tạp chất trƣớc chế
biến không những giảm hao hụt lƣợng đƣờng mà còn giảm chi phí cho công
đoạn tách bỏ tạp chất trong chế biến. Để loại bỏ tạp chất lá mía trong quá trình
thu hoạch có nhiều phƣơng pháp thu hoạch mía bằng máy liên hợp không có bộ
phận bóc lá mía trƣớc khi thu hoạch đƣợc đốt để loại bỏ phần lá, ngoài việc ảnh
hƣởng môi trƣơng, tiêu diệt các loại thiên địch có lợi thì phƣơng pháp này còn
làm đất chai cứng, mất cấu tƣợng. Thu hoạch bằng máy có bóc lá mía không
những giảm chi phí nhân công, mà còn trả lại cho đất một lƣợng lá mía lớn, giúp
cải tạo đất. Tuy nhiên, phƣơng pháp này đòi hỏi chi phí ban đầu lớn và LHM
phải có bộ phận bóc lá mía hoạt động hiệu quả. Đây là phƣơng pháp nƣớc ta tất

yếu phải áp dụng trong quá trình phát triển ngành mía đƣờng. Do vậy, cần phải
có những nghiên cứu nhằm nâng cao chất lƣợng, hiệu quả làm việc của bộ phận
bóc trong LHMTHM.
Vì những lý do trên nên việc thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu xác
định một số thông số cơ bản của bộ phận bóc lá mía trong liên hợp máy thu
hoạch mía” là cấp thiết
Đề tài này nhằm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định
thông số cơ bản của bộ phận bóc lá mía trong LHMTHM, làm cơ sở thiết kế
bộ phận bóc trong LHMTHM phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đề tài đƣợc
hoàn thành tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch.

3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình sản xuất mía tại Việt Nam và trên thế giới
Cây mía có tên khoa học là Saccharum ssp. Thuộc họ Graminaea (họ
Hoà Thảo), cã nguån gèc tõ T©n Ghi nª, thÝch nghi víi khÝ hËu nhiÖt ®íi, m-a
nhiÒu vµ nhiÖt ®é cao. Từ thế kỷ thứ 16, ngành mía đƣờng thế giới bắt đầu
phát triển. Sản lƣợng đƣờng toàn cầu phát triển nhanh theo nhu cầu tiêu thụ,
đầu những năm cách mạng công nghiệp (1750 ÷ 1830) khoảng 820 ngàn
tấn/năm, trƣớc thế chiến thứ nhất (1914-1918) khoảng 18 triệu tấn/năm, đến
nay đạt trên 170 triệu tấn/năm, thể hiện ở bảng 1 (phụ lục 1) [1], [2], [18], [24],
[40]. Vụ đƣờng 2012/2013 đƣợc dự báo 174 triệu tấn, lƣợng tiêu thụ toàn cầu
là 163 triệu tấn. Đƣờng đƣợc sản xuất tại hơn 100 nƣớc, trên 70% tiêu thụ nội
địa, tập trung trong khoảng từ 30 vĩ độ Nam đến 30 vĩ độ Bắc. Các nƣớc xuất
khẩu đƣờng chủ yếu là Brazil, Ấn Độ, Australia, chiếm 50% sản lƣợng và 56%
xuất khẩu của thế giới, thể hiện bảng 2 (phụ luc 1) [18], [54].
Bình quân tiêu thụ đƣờng của hai nƣớc đông dân nhất hành tinh còn ở
mức rất thấp: Trung Quốc:7 kg/ngƣời/năm và ngƣời Ấn Độ 17 kg/ngƣời/năm,

trong khi đó tiêu thụ nhiều đƣờng nhất thế giới là ngƣời Cuba: 61
kg/ngƣời/năm, kế đến là Úc: 61 kg/ngƣời/năm và Brazil: 56 kg/ngƣời/năm,
thể hiện bảng 2 (phụ lục 1). Dự báo ngành đƣờng Trung Quốc và Ấn Độ sẽ
tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu trong nƣớc. Brazil, Thái Lan, Úc, Nam
Phi sẽ mở rộng xuất khẩu, trong khi Cuba và Mexico sẽ giảm lƣợng xuất
khẩu. Các nƣớc nhập khẩu chủ yếu là Mỹ, Indonesia, Hàn Quốc, Canada,
Trung Quốc, Nhật Bản.
Ở nƣớc ta, cây mía đƣợc du nhập vào trồng từ rất lâu (có tài liệu nói từ
trƣớc năm 206 trƣớc Công Nguyên) [4], [13]. Cùng với cây mía, công nghiệp

4
đƣờng ở nƣớc ta đã có từ thời Pháp thuộc với hai nhà máy đƣờng: Tuy Hoà
(Trung Bộ) và Hiệp Hoà (Nam Bộ) [4].
Hiện nay, tại nƣớc ta, mía là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công
nghiệp khác nhau nhƣ giấy, ván ép, điện từ bã mía; chăn nuôi bò từ lá, ngọn
mía; rỉ đƣờng đƣợc dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp để sản xuất
nhiên liệu sinh học, rƣợu, dung môi aceton, butanol, nấm men, axit citric,
lactic, aconitic và glycerin, thức ăn cho gia súc, phân bón…[4], [24], [38].
Theo thống kê của Tổ chức Nông Lƣơng Liên Hiệp Quốc (FAO, 2011),
sau gần 20 năm (1990÷2009) năng suất mía bình quân của Việt Nam đã tăng
lên 17,3 tấn/ha, bình quân tăng khoảng 0,91 tấn/ha/năm (bảng 3 phụ lục). Tuy
nhiên năng suất mía bình quân của Việt Nam vẫn còn rất thấp so với thế giới
(70,9 tấn/ha năm 2009) [18].
Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và PTNT, niên vụ 2011÷2012, diện
tích mía cả nƣớc đạt 283.222 ha, tăng hơn 11.822 ha so với vụ trƣớc. Trong đó,
diện tích mía của 25 tỉnh có nhà máy đƣờng là 270.961 ha, diện tích các nhà máy
có ký hợp đồng đầu tƣ và bao tiêu là 234.243 ha, cao hơn vụ trƣớc 15.577 ha.
Năng suất mía bình quân cả nƣớc đạt 61,7 tấn/ha tăng so với vụ trƣớc 1,2 tấn/ha,
sản lƣợng mía cả nƣớc đƣợc 17,5 triệu tấn tăng so với vụ trƣớc 1,1 triệu tấn. Tổng
lƣợng đƣờng sản xuất cả niên vụ đƣợc 1.306.240 tấn (trong đó đƣờng luyện là

350.000 tấn. So với vụ 2010, lƣợng mía ép công nghiệp tăng 2,0 triệu tấn (16,0
%), sản lƣợng đƣờng tăng 155.780 tấn (13,5 %). Hiện tại, nƣớc ta thừa đƣờng để
xuất khẩu và đã xuất khẩu đƣợc khoảng 200.000 tấn [1], [2], [13], [40].
Về giống mía, hiện nay, nhiều giống mới có triển vọng đƣợc du nhập từ
nƣớc ngoài cũng nhƣ chọn tạo trong nƣớc nhƣ: MEX 105, K88-65, VN84-
1427, Liễu Thành 00-236, Việt Đƣờng 55…có năng suất và hàm lƣợng đƣờng
cao đang đƣợc khảo nghiệm và sản xuất thử ở vùng nguyên liệu trên cả nƣớc.
Nhìn chung tình hình sản xuất mía trên thế giới và ở nƣớc ta ngày càng
phát triển nhanh cả về diện tích và sản lƣợng.

5
Trong niên vụ 2012÷2013, diện tích mía cả nƣớc khoảng 300.000 ha,
tăng so với vụ trƣớc 16.778 ha; diện tích các nhà máy có ký hợp đồng và đầu
tƣ là 268.728 ha, tăng so với vụ trƣớc 34.483 ha. Phấn đấu vụ tới đƣa năng
suất mía bình quân lên 63 tấn/ha, sản lƣợng mía đƣợc 18,9 triệu tấn. Niên vụ
2012÷2013 có thêm một nhà máy đƣờng đi vào hoạt động đó là nhà máy
đƣờng Hàm Yên của Công ty CP Mía đƣờng Sơn Dƣơng, nâng tổng số nhà
máy hoạt động lên 40 nhà máy với tổng công suất thiết kế là 139.000 tấn
mía/ngày. Sản lƣợng mía ép là 16,7 triệu tấn, sản lƣợng đƣờng đạt 1.590.000
tấn, trong đó đƣờng luyện là 450.000 tấn. [1], [13].
Để đạt đƣợc mục tiêu trên, song song với việc tăng diện tích gieo trồng,
cần phải tăng cƣờng đầu tƣ vốn cho việc nghiên cứu lai tạo các giống cây có
năng suất và chất lƣợng cao, đẩy nhanh việc thực hiện cơ giới hóa sản xuất
trong tất cả các khâu là yếu tố then chốt.
1.2. Tình hình cơ giới hoá khâu thu hoạch mía
1.2.1. Nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch mía
Trồng mía là một nghề nặng nhọc, tốn nhiều lao động, trong đó khâu
thu hoạch mía tốn nhiều công lao động nhất, cƣờng độ lao động cao. Nội
dung thu hoạch mía nguyên liệu cho sản xuất đƣờng gồm các nhóm công việc
là: công đoạn cắt gốc, cắt ngọn, róc lá làm sạch, gom bó, vận chuyển và bốc

dỡ đến sân nhà máy. Riêng các công đoạn thu hoạch mía trên đồng là nặng
nhọc và tốn nhiều lao động.
Vùng trồng mía chủ yếu là vùng có khí hậu nhiệt đới, mùa vụ thu hoạch
thƣờng vào mùa khô. Do vậy, tại thời điểm thu hoạch, điều kiện khí hậu, môi
trƣờng không thuận lợi cho lao động thủ công., Ngoài ra, cây mía thƣờng cao
trên 2.5 mét, nhiều lá khô, bụi bẩn và côn trùng tụ bám trên thân, lá mía cũng
là yếu tố trở ngại trong thu hoạch.

6
Thời gian thu hoạch thƣờng kéo dài trong 4 6 tháng/vụ, vì vậy tốn
nhiều công lao động hơn so với thu hoạch các cây lƣơng thực khác nhƣ lúa,
ngô… Mùa vụ lại trùng với thời vụ thu hoạch lúa và một số cây trồng khác,
thƣờng xảy ra tình trạng thiếu lao động, nên chi phí lao động cho khâu thu
hoạch mía ngày càng cao.
Nhiều nhà máy ở nƣớc ta phải vận chuyển mía nguyên liệu với khoảng
cách xa từ 50 ÷100 km [1], [6], [18], [24]. Thời gian từ lúc thu hoạch xong
đến thời điểm chế biến dài làm sụt giảm nghiêm trọng hàm lƣợng đƣờng trong
mía, trong khi khoảng thời gian tối ƣu là trong vòng 24 giờ, thể hiện tại biểu
đồ 6 phần phụ lục 1.
Theo [2], [5], [24], trên thế giới, mẫu máy thu hoạch mía đã đƣợc
nghiên cứu và ứng từ những năm cuối 50 đầu 60 thế kỷ XX đến nay và đáp
ứng phần lớn khâu thu hoạch. Tại Việt Nam, các mẫu máy đã đƣợc nhập khẩu
nhằm bƣớc đầu đáp ứng nhu cầu cơ giới hoá thu hoạch mía. Tuy vậy, các mẫu
máy này không phù hợp với tập quán cánh tác, điều kiện tài chính Bên cạnh
đó, những nghiên cứu, cải tiến mẫu máy thu hoạch ở trong nƣớc mới dừng lại
ở việc thử nghiệm, chƣa áp dụng vào điều kiện thực tế.
Từ những phân tích trên, thấy rằng nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch
mía là rất lớn, việc nghiên cứu cải tiến máy thu hoạch mía là điều cấp thiết.
1.2.2. Yêu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch mía
Để thỏa mãn nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch cần đạt đƣợc các yêu cầu:

- Đảm bảo tính thời vụ;
- Độ biến chất đƣờng của mía sau thu hoạch nhỏ;
- Chi phí tài chính của khâu thu hoạch giảm;
- Đảm bảo việc tái tạo đất, môi trƣờng sau thu hoạch.
Từ những yêu cầu trên, chúng ta cần đầu tƣ tìm hiểu, phân tích công
nghệ, phƣơng pháp thu hoạch mía.

7
1.3. Tình hình áp dụng công nghệ thu hoạch mía
1.3.1. Công nghệ thu hoạch để nguyên cây
Công nghệ thu hoạch này thực hiện các công đoạn cắt ngọn; cắt gốc;
làm sạch lá; bó thành bó nhỏ, bốc xếp (để nguyên cây dài, hoặc chặt cây làm
hai đoạn) lên phƣơng tiện vận chuyển chở về nhà máy. Công nghệ này áp
dụng phƣơng pháp thu hoạch một giai đoạn (sử dụng LHMTHM) và nhiều
giai đoạn (sử dụng các máy phục vụ khâu thu hoạch nhƣ máy chặt mía, máy
bóc lá chặt ngọn ).
Theo [24], sản phẩm của công nghệ này là cây mía đã đƣợc làm sạch và
còn nguyên cây do vậy cho phép thời gian bảo quản lƣu cây trƣớc chế biến
dài hơn (48 giờ) so với mía cắt đoạn. Chất lƣợng mía cây nguyên liệu thƣờng
cao hơn và tỷ lệ hao hụt mía cũng thấp hơn so với công nghệ thu hoạch mía
cắt đoạn. Đầu tƣ ban đầu không lớn.
1.3.2. Công nghệ thu hoạch cắt cây thành đoạn
Công nghệ này thực hiện các công đoạn cắt ngọn; cắt gốc; cắt cây mía
thành đoạn; làm sạch lá; bốc xếp lên xe và chuyên chở về nhà máy. Công
nghệ này chỉ áp dụng phƣơng pháp thu hoạch một giai đoạn (sử dụng
LHMTHM).
Công nghệ này có ƣu điểm là giải phóng đƣợc nhiều công lao động, thu
hoạch nhanh, gọn, năng suất cao nhƣng đòi hỏi tính đồng bộ nghiêm ngặt và
chất lƣợng cao của hệ thống vận chuyển, đƣờng giao thông, thời gian lƣu trữ
mía không quá 24 h, đầu tƣ ban đầu rất lớn.

* Từ hai công nghệ trên và căn cứ theo [1], [18], [24], [40] cho ta thấy:
với điều kiện hiện nay gồm công suất chế biến của các nhà máy đƣờng, điều
kiện canh tác, hệ thống vận chuyển, đƣờng giao thông chƣa thể đáp ứng đƣợc
thời gian lƣu trữ mía nhỏ hơn 24 h. Do vậy, để đạt đƣợc yêu cầu này chúng ta
cần có những tìm hiểu, phân tích LHMTHM để nguyên cây.