Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng tay máy cho liên hợp máy thu hoạch khóm tự động

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu,
kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tơi trùng lặp với bất kỳ cơng trình nghiên
cứu nào đã cơng bố, tơi xin hồn tồn chụi trách nhiệm và tuân thủ kết luận
đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học.

Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2018
Người cam đoan

Lâm Văn Lên


ii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tơi được bày tỏ lịng biết
ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS.Hoàng Sơn,
đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn
này.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phòng sau Đại học, khoa Cơ
điện và Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận
lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn Ban giám đốc, phịng Khoa học cơng nghệ và hợp
tác quốc tế Phân hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp Miền Nam đã giúp đỡ, tạo
điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của
mình.
Trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Trung Cấp Nghề Vùng Tứ

Giác Long Xuyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa học
và luận văn tốt nghiệp này.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp
nhiều ý kiến q báu trong suốt q trình làm và hồn chỉnh luận văn.
Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2018
Tác giả luận văn

Lâm Văn Lên


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................. 4
1.1. Khái qt về tình hình trồng khóm ở Tây Nam Bộ ................................... 4
1.2. Thực trạng về thu hoạch trái khóm ở vùng Tây Nam Bộ .......................... 4
1.2.1. Cơng nghệ thu hoạch khóm .................................................................... 4
1.2.2. Cơng nghệ và thiết bị thu hoạch khóm tại Tây Nam Bộ......................... 6
1.2.3. Những tồn tại trong thu hoạch trái khóm ở vùng Tây Nam Bộ .............. 9
1.3. Thuyết minh mơ hình liên hợp thu hoạch trái khóm tự động .................. 10
1.3.1. Xuồng chở liên hợp máy và vận chuyển khóm..................................... 10
1.3.2. Liên hợp máy thu hoạch khóm............................................................. 11
1.4. Thuyết minh mơ hình cánh tay máy cắt trái khóm .................................. 13
1.5. Tổng quan về các cơng trình nghiên cứu về tay máy thu hái khóm ........ 15

1.5.1. Các cơng trình nghiên cứu ở nước ngồi .............................................. 15
1.5.2. Các cơng trình nghiên cứu ở trong nước............................................... 17
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 18
2.1. Đối tượng của tay máy thu hái khóm ....................................................... 18
2.1.1. Điều khiện tự nhiên khu vực trồng khóm tại Tây Nam Bộ .................. 18
2.1.2. Đặc điểm của trái khóm tại Tây Nam Bộ vào mùa thu hoạch .............. 19
2.1.2.1. Các giống khóm được trồng tại Tây Nam Bộ .................................... 19
2.1.2.2. Đặc điểm cây khóm cần thu hoạch tại Tây Nam Bộ ......................... 22
2.2. Thiết bị nghiên cứu .................................................................................. 24


iv

2.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 24
2.3.1. Phương pháp thu thập và xử lý thông tin .............................................. 24
2.3.2. Phương pháp tham khảo ý kiến các chuyên gia .................................... 24
2.3.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ....................................................... 24
2.3.4. Phương pháp đồng dạng và mơ phỏng.................................................. 24
Chương 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TAY MÁY CHO LIÊN HỢP
MÁY THU HÁI KHÓM TỰ ĐỘNG .............................................................. 25
3.1. Phân tích lựa chọn phương án thu hái trái khóm ..................................... 25
3.1.1. Phương án cắt bằng cưa đĩa .................................................................. 25
3.1.2. Phương án cắt bằng dao ........................................................................ 26
3.2. Đề xuất phương án tay máy cắt khóm ..................................................... 27
3.2.1. Tổng thể tay máy cắt khóm ................................................................... 27
3.2.2. Đề xuất cánh tay dao cắt khóm ............................................................. 29
3.2.3. Xây dựng cơ cấu cơ khí cho tay máy cắt khóm .................................... 30
3.3. Trang bị điện, khí nén cho tay máy cắt khóm ......................................... 38
3.3.1. Hệ thống trang bị điện ........................................................................... 38
3.3.2. Hệ thống trang bị khí nén ...................................................................... 40

3.4. Xây dựng chương trình điều khiển cho PLC ........................................... 41
3.4.1. Kết nối phần cứng PLC ......................................................................... 41
3.4.2. Xây dựng lưu đồ giải thuật.................................................................... 43
3.4.3. Xây dựng chương trình điều khiển cho PLC ........................................ 45
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................................. 49
4.1. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm .................................................... 49
4.2. Nội dung của nghiên cứu thực nghiệm .................................................... 49
4.3. Kết quả thực nghiệm ................................................................................ 49
4.3.1. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 49
4.3.2. Tổ chức thí nghiệm ............................................................................... 50


v

4.3.3. Tiến hành thí nghiệm ............................................................................ 52
4.3.4. Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 54
1. Kết luận ...................................................................................................... 55
2 . Kiến nghị .................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Tổng hợp số liệu của quá trình thí nghiệm ..................................... 54

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cánh đồng khóm ở huyện Tân Phước-Tiền Giang ........................... 4
Hình 1.2: Cơng nghệ thu hoạch khóm .............................................................. 5

Hình 1.3: Chặt và quăng trái khóm xuống kênh nước ...................................... 6
Hình 1.4: Vớt trái khóm lên thuyền ba lá.......................................................... 7
Hình 1.5: Vận chuyển trái khóm về bến tập kết ............................................... 7
Hình 1.6: Bốc xếp khóm lên phương tiện vận chuyển...................................... 8
Hình 1.7: Trái khóm sau thu hoạch xếp thành từng đống lớn .......................... 9
Hình 1.8: Xuống chuyên dùng để vận chuyển liên hợp máy và trái khóm .... 11
Hình 1.9: Mơ hình liên hợp máy tự động thu hoạch trái khóm ...................... 12
Hình 1.10: Bộ phận cơng tác của liên hợp thu hái khóm ................................ 13
Hình 1.11: Tay cắt trái khóm .......................................................................... 14
Hình 1.12: Mơ hình hệ thống cắt tự động trái khóm ...................................... 14
Hình 1.13: Cơ cấu tự động cắt trái khóm ........................................................ 15
Hình 1.14: Cơ cấu tự động cắt trái khóm ........................................................ 16
Hình 2.1: Cánh đồng khóm ở huyện Tân Phước - Tiền Giang ...................... 18
Hình 2.2: Khóm Queen ................................................................................... 19
Hình 2.3: Khóm Cayen ................................................................................... 20
Hình 2.4: Khóm ta Ananas comosus var spanish ........................................... 21
Hình 2.5: Khóm Ananas red spanish .............................................................. 22
Hình 2.6: Cuống trái khóm.............................................................................. 22
Hình 2.7: Đặc điểm thân cây khóm................................................................. 23
Hình 2.8: Khoảng cách trồng giữa hai cây khóm ........................................... 23


vii

Hình 3.1: Tay máy cắt trái khóm sử dụng cưa đĩa .......................................... 25
Hình 3.2: Đĩa cưa tác giả Hồng [1] sử dụng ................................................... 25
Hình 3.3: Bàn tay cắt trái khóm sử dụng dao cắt [2] ...................................... 26
Hình 3.4: Hình ảnh vườn khóm đến mua thu hoạch ....................................... 27
Hình 3.5: Đề xuất tay máy cắt trái khóm ........................................................ 28
Hình 3.6: Cánh tay cắt đề xuất ........................................................................ 29

Hình 3.7: Sơ đồ động lực học của bàn tay cắt ................................................ 29
Hình 3.8: Hình ảnh nguồn điện 24 V một chiều được sử dụng ...................... 38
Hình 3.9 : Hình ảnh rơle trung gian được sử dụng ......................................... 39
Hình 3.10 : Hình ảnh rơle trung gian được sử dụng ....................................... 39
Hình 3.11: Sơ đồ hệ thống khí nén được sử dụng........................................... 40
Hình 3.12: Van điều khiển (điện-khí nén) ...................................................... 40
Hình 3.13: Sơ đồ ngun lý mạch điều khiển ................................................. 41
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý mạch lực (mạch cấp điện cho động cơ) ............. 42
Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý điều khiển van khí nén ....................................... 43
Hình 3.16: Lưu đồ giải thuật điều khiển ......................................................... 44
Hình 3.17: Chương trình điều khiển cho PLC ................................................ 47
Hình 4.1: Mơ hình thiết kế cánh tay thu hoạch khóm..................................... 49
Hình 4.2: Khoảng cách hai cây khóm được trồng .......................................... 50
Hình 4.3: Cuống trái khóm có đường kính 18,5 mm ...................................... 50
Hình 4.4: Hình cuống trái khóm có đường kính 18mm .................................. 51
Hình 4.5: Hình cuống trái khóm có đường kính 16,5mm ............................... 51
Hình 4.6: Tiến hành lần cắt thứ 1.................................................................... 52
Hình 4.7: Tiến hành lần cắt thứ 2.................................................................... 53
Hình 4.8: Tiến hành lần cắt thứ 3.................................................................... 53


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Cây khóm (cây dứa) là cây ăn quả nhiệt đới được trồng khá phổ biến hiện
nay ở Việt Nam, sản lượng và diện tích chỉ sau cây có múi và cây chuối, theo
số liệu của Cục trồng trọt Bộ Nông nghiệp và phát triển nơng thơn thì cây khóm
được trồng từ Miền Bắc vào đến Miền Nam, diện tích trồng khóm hiện nay ở
Việt Nam khoảng 55.000 ha, sản lượng đạt 600.000 tấn/năm, Các tỉnh Miền

Bắc trồng khóm có các tỉnh Ninh Bình, Thanh Hóa, Tun Quang, Lào Cai,
Miền Trung có các tỉnh Nghệ An, Quảng Bình, Bình Định, Miền Nam có Tiền
Giang, Hậu Giang, Long An, Cà Mau, Kiên Giang, trong đó các tỉnh vùng Tây
Nam Bộ chiếm 90% về diện tích và sản lượng trồng khóm trên cả nước, riêng
3 tỉnh Tiền Giang, Long An, Hậu Giang diện tích trồng khóm đạt 40.000ha,
huyện trồng khóm nhiều nhất trong cả nước là huyện Tân Phước tỉnh Tiền
Giang với diện tích 16.000 ha, hiệu quả kinh tế của trồng khóm thu được gấp
4-5 lần trồng lúa.
Việc thu hoạch trái khóm của bà con nông dân tại các tỉnh Tây Nam Bộ
hiện nay được thực hiện thủ công: chặt bằng dao và cầm trái khóm quăng xuống
kênh; vớt trái khóm lên thuyền ba lá; vận chuyển khóm đến nơi tập kết; bốc
xếp các trái khóm lên thùng xe vận tải; vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Việc thu
hoạch trái khóm thủ cơng cịn tồn tại nhiều nhược điểm như:
- Thủ cơng nên tốn nhiều công lao động, khi đến thời vụ cần thu hoạch
với số lượng lớn đáp ứng yêu cầu của các nhà máy sản xuất cơng nghiệp thì
khó khăn, khi diện tích trái khóm chín nhiều, khi các nhà máy cần nguồn
ngun liệu lớn thì thu hoạch bằng thủ cơng như vậy thì khơng đáp ứng được
sản phẩm. Theo số liệu điều tra khảo sát của nhóm nghiên cứu tại huyện Tân
Phước tỉnh Tiền Giang nguồn nhân lực lao động thủ cơng cho thu hoạch khóm
là rất ít, thanh niên họ đi làm nhà máy, công trường, do vậy nếu cứ thu hoạch
bằng thủ cơng như hiện nay thì sẽ thiếu lao động khi đến thời vụ thu hoạch rộ


2

- Công nghệ thu hoạch thủ công như hiện nay ảnh hưởng đến chất lượng
sản phẩm lý do như sau: khi quăng từng trái khóm xuống nước sau đó lại vướt
từng trái khóm lên tàu, thuyền thành từng đống, sau đó lại bốc xếp từng trái
khóm lên phương tiện vận chuyển và xếp thành từng đống, mỗi lần như vậy có
sự va đập giữa các trái khóm với nhau, trọng lượng của lớp trái khóm trên đè

xuống lớp trái khóm ở dưới, từ đó trái khóm bị tổn thương, bằng mắt thường
khơng phát hiện được, nhưng nếu để lâu thì trái khóm nhanh bị hư hỏng, dẫn
đến tổn thất sau thu hoạch lớn. Thực tế sản xuất cho thấy nhiều doanh nghiệp
Việt Nam xuất khẩu khóm sang Trung Quốc bị trả về lý do là trái khóm bị tổn
thương trong quá trình thu hoạch vận chuyển từ vườn trồng đến nhà máy.
- Với công nghệ và thiết bị thu hoạch khóm như hiện nay thì chất lượng
trái khóm khơng đáp ứng được yêu cầu xuất khẩu (trái khóm bị tổn thương), từ
đó ảnh hưởng đến đầu ra cho người trồng khóm.
Muốn tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất sau thu
hoạch và đáp ứng được yêu cầu xuất khẩu thì nhất thiết phải có nghiên cứu
thiết kế chế tạo ra hệ thống thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa khâu thu hái,
vận chuyển trái khóm sau thu hoạch.
Do vậy, việc nghiên cứu tổ hợp liên hợp máy thu hái khóm tự động trong
đó có tay máy thu hái khóm là rất cần thiết, mang tính cấp bách vì với việc thu
hoạch bằng liên hợp máy sẽ: tăng năng suất thu hoạch; giảm thiểu tổn thất trong
quá trình thu hoạch; đáp ứng tốt yêu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu;
tăng thu nhập cho các hộ trồng khóm…vv. Hiện nay, tại Việt Nam chưa có
nhiều cơng trình nghiên cứu về tay máy thu hái khóm được công bố.
Xuất phát từ lý do nêu trên tác giả đã chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng tay máy cho liên hợp máy thu hoạch khóm
tự động”.


3

2. Mục tiêu nghiên cứu
Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục
tiêu nghiên cứu là: Xây dựng mơ hình mơ phỏng tay máy cho liên hợp máy thu
hái khóm tự động.
3. Phạm vi nghiên cứu

Do thời gian nghiên cứu có hạn, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung
sau:
3.1. Thiết bị nghiên cứu
Thiết bị nghiên cứu là tay máy cắt khóm trên liên hợp máy thu hái khóm
tự động do đề tài cấp nhà nước tiến hành thiết kế chế tạo từ tháng 6 năm 2018
đến tháng 6 năm 2020.
3.2. Đối tượng nghiên cứu
Trái khóm đến vụ thu hoạch được trồng trên các liếp tại một số
tỉnh Tây Nam Bộ của Việt Nam.
4. Nội dung nghiên cứu
Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên. Để đạt được mục tiêu
của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
- Cơ sở để thiết kế các chuyển động cho bộ phận cắt trái khóm và tay
cắt khóm.
- Xây dựng mơ hình bộ phận cắt và tay cắt khóm
- Thiết lập chương trình điều khiển tay cắt khóm
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm để xác định khả năng cắt khóm, thời gian thao
tác (thời gian cắt) chu trình cắt (hái) một trái khóm hồn thiện của tay máy từ đó
làm cơ sở để xác định năng suất hái khóm thực tế của liên hợp máy thu hoạch
khóm tự động.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về tình hình trồng khóm ở Tây Nam Bộ

Vùng Tây Nam Bộ là vùng đất trũng, chua phèn nên không phù hợp với
cây lúa, người dân nơi đây đã sử dụng máy xúc múc đất ở dưới ruộng lên đắp
thành liếp để trồng khóm, cây khóm thích hợp với vùng đất phèn này. Theo kết
quả điều tra khảo sát 100% diện tích trồng khóm ở vùng Tây Nam Bộ đều trồng
khóm ở trên liếp. Kích thước liếp có chiều rộng 6 - 9 m, chiều dài 30 - 50 m,
xung quanh có kênh do múc đất đổ lên tạo liếp, kích thước kênh rạch rộng 3 –
5 m, sâu 1-2 m.

Hình 1.1: Cánh đồng khóm ở huyện Tân Phước-Tiền Giang
1.2. Thực trạng về thu hoạch trái khóm ở vùng Tây Nam Bộ
1.2.1. Cơng nghệ thu hoạch khóm
Cơng nghệ thu hoạch trái khóm là q trình biến trái khóm ở trong vườn
trồng thành trái khóm ở nơi tiêu thụ hoặc là nhà máy chế biến nông sản không
gây ảnh hưởng chất lượng của trái khóm. Cơng nghệ thu hoạch trái khóm được
thực hiện như sau:


5

Vườn trồng khóm
đã vào mùa thu
hoạch

Hái quả, cắt
quả khóm

Vận chuyển đến
nhà máy chế biến
hoặc nơi tiêu thụ

Xếp quả đã
cắt vào sọt,
thùng

Di chuyển
sọt, thùng
đã xếp đầy
trái

Bốc xếp sọt, thùng đã
chứa đầy trái lên xe ơ
tơ, hoặc lên tàu
thuyền

Hình 1.2: Cơng nghệ thu hoạch khóm
- Khâu thu hoạch trái, cắt trái khóm: trong thu hoạch khóm hiện nay ở
Việt Nam khâu hái và cắt trái khóm chủ yếu bằng thủ cơng, cắt trái khóm bằng
dao.
- Khâu xếp trái khóm đã thu hoạch vào sọt, vào thùng: Sau khi cắt, hái
xong người thu hoạch một tay cầm dao tay còn lại đỡ lấy trái đã cắt đặt vào sọt,
vào thùng, xếp lần lượt từ dưới lên trên.
- Khâu di chuyển sọt, thùng đã xếp đầy trái: Việc di chuyển các sọt, các
thùng đã xếp đầy trái sau thu hoạch từ trong vườn trồng ra nơi có thể bốc lên
xe ơ tơ hoặc bốc xếp xuống tàu thuyền có thể bằng ba hình thức sau:
+ Bằng thủ công: sử dụng người để khuân vác (gánh, đội lên đầu)
+ Sử dụng xe đẩy bằng tay: sử dụng xe 3 bánh, xe thồ, xe cút kít
+ Sử dụng xe cơng nơng, máy kéo có rơ móoc, hoặc sử dụng xuồng ba lá
- Khâu bốc xếp lên xe ô tô, lên tàu thuyền; Sau khi di chuyển các sọt,
các thùng chứa đầy trái sau thu hoạch ra đến bến bãi tập kết, các sọt, các thùng
được bốc xếp lên xe ô tô hoặc bốc xếp lên tàu thuyền để vận chuyển đến nơi

tiêu thụ, quá trình bốc được thực hiện chủ yếu bằng thủ công.
- Khâu vận chuyển đến nơi tiêu thụ: sản phẩm được bốc xếp lên xe, lên


6

tàu thuyền được vận chuyển đến nơi tiêu thụ, quá trình vận chuyển được thực
hiện bằng đường bộ (ơ tơ) hoặc đường thủy (tàu thuyền).
Nhận xét: Công nghệ thu hoạch trái khóm hiện nay ở Việt Nam chủ
yếu bằng thủ công, năng suất thấp, lao động nặng nhọc, chất lượng sản phẩm
thấp, trái bị dập vỡ, tổn thất sau thu hoạch lớn, chất lượng sản phẩm thấp.
1.2.2. Công nghệ và thiết bị thu hoạch khóm tại Tây Nam Bộ
1) Khâu chặt khóm: Chặt khóm bằng dao chun dùng, người cơng
nhân đi trên liếp chọn trái chín sau đó sử dụng dao chặt hoặc cắt trái khóm, sau
khi chặt xong thì lấy tay quăng trái khóm xuống kênh nước.

Hình 1.3: Chặt và quăng trái khóm xuống kênh nước
2) Vớt trái khóm lên thuyền: Sau khi chặt xong và quăng trái khóm
xuống kênh nước thì đến khâu tiếp theo vớt trái khóm ở dưới kênh nước xếp
lên thuyền ba lá, quá trình vướt và xếp bằng thủ công.


7

Hình 1.4: Vớt trái khóm lên thuyền ba lá
3) Vận chuyển về nơi tập kết: Sau khi vớt xong trái khóm và xếp lên đầy
thuyền, người lái thuyền sẽ chèo thuyền chở khối lượng khóm đã thu hoạch về
bến, từ bến này khóm lại được bốc lên ơ tơ hoặc bốc xếp lên tàu thuyền lớn hơn
để mang đi tiêu thụ, tồn bộ khâu cơng việc này đều làm bằng thủ cơng.

Hình 1.5: Vận chuyển trái khóm về bến tập kết


8

4) Bốc xếp khóm lên phương tiện vận chuyển mang đi tiêu thụ: Khóm
sau khi được di chuyển đến bến tập kết sau đó bốc lên xe ơ tơ hoặc lên xuống
lớn hơn để mang về nhà máy hoặc mang đi tiêu thụ, q trình bốc xếp bằng thủ
cơng.

Hình 1.6: Bốc xếp khóm lên phương tiện vận chuyển
5) Dụng cụ chứa trái khóm sau thu hoạch: Trái khóm sau thu hoạch
được quăng xuống kênh nước, sau đó vướt lên thuyền xếp thành đống, sau đó
bốc xếp lên xe ơ tơ hoặc xếp lên thành từng đống, như vậy trái khóm sau thu
hoạch khơng có thùng chứa (giỏ chứa) mà xếp thành từng đống, dẫn đến trọng
lượng của trái phía trên tác dụng lên trái dưới làm cho trái khóm bị dập hoặc bị
tổn thương, từ đó ảnh hưởng đến thời gian bảo quản, ảnh hưởng đến chất lượng
trái khóm.


9

Hình 1.7: Trái khóm sau thu hoạch xếp thành từng đống lớn
1.2.3. Những tồn tại trong thu hoạch trái khóm ở vùng Tây Nam Bộ
Do thu hoạch bằng thủ công nên tốn nhiều công lao động, khi đến thời
vụ cần thu hoạch với số lượng lớn đáp ứng yêu cầu của các nhà máy sản xuất
cơng nghiệp thì khó khăn, khi diện tích trái khóm chín nhiều, khi các nhà máy
cần nguồn nguyên liệu lớn thì thu hoạch bằng thủ cơng như vậy thì khơng đáp
ứng được sản phẩm.
Theo số liệu điều tra khảo sát của nhóm nghiên cứu tại huyện Tân Phước

tỉnh Tiền Giang nguồn nhân lực lao động thủ cơng cho thu hoạch khóm là rất
ít, thanh niên họ đi làm nhà máy, công trường, do vậy nếu cứ thu hoạch bằng
thủ cơng như hiện nay thì sẽ thiếu lao động khi đến thời vụ thu hoạch hàng loạt.
Công nghệ thu hoạch như hiện nay ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
lý do như sau: khi quăng từng trái khóm xuống nước sau đó lại vướt từng trái
khóm lên tàu thuyền thành từng đống, sau đó lại bốc xếp từng trái khóm lên
phương tiện vận chuyển và xếp thành từng đống, mỗi lần như vậy có sự va đập
giữa các trái khóm với nhau, trọng lượng của lớp trái khóm trên đè xuống lớp


10

trái khóm ở dưới, từ đó trái khóm bị tổn thương, bằng mắt thường không phát
hiện được, nhưng nếu để lâu thì trái khóm nhanh bị hư hỏng, dẫn đến tổn thất
sau thu hoạch lớn. Thực tế sản xuất cho thấy nhiều doanh nghiệp Việt Nam
xuất khẩu khóm sang Trung Quốc bị trả về lý do là trái khóm bị tổn thương
trong quá trình thu hoạch vận chuyển từ vườn trồng đến nhà máy.
Với công nghệ và thiết bị thu hoạch khóm như hiện nay thì chất lượng
trái khóm khơng đáp ứng được yêu cầu xuất khẩu (trái khóm bị tổn thương), từ
đó ảnh hưởng đến đầu ra cho người trồng khóm.
Do vậy, muốn tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất sau thu
hoạch và đáp ứng được u cầu xuất khẩu thì nhất thiết phải có nghiên cứu thiết
kế chế tạo ra hệ thống thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa khâu thu hoạch, vận chuyển
trái khóm sau thu hoạch.
1.3. Thuyết minh mơ hình máy liên hợp thu hoạch trái khóm tự động
1.3.1. Xuồng chở liên hợp máy và vận chuyển khóm
Do đặc điểm của vùng trồng khóm ở Tây Nam Bộ xung quanh liếp trồng
là các kênh rạch, nên khó khăn cho liên hợp máy hoạt động khi di chuyển từ
liếp này sang liếp khác. Từ đặc điểm này đề tài tính tốn thiết kế chế tạo xuồng
chun dùng với 2 cơng năng đó là chở liên hợp máy khi cần di chuyển đến nơi

cần thu hoạch, khi máy leo lên các liếp để thu hoạch thì xuồng dùng để chứa
trái khóm sau khi thu hái, sau đó vận chuyển trái khóm về nơi tập kết, mơ hình
xuồng chun dùng thể hiện trên hình 1.10.


11

1

2
3

4

1. Xuồng chuyên dùng;

2. Liên hợp máy tự động thu hoạch khóm

3. Cầu để liên hợp máy lên xuống xuồng; 4. Sàn để để chở liên hợp máy
Hình 1.8: Xuống chuyên dùng để vận chuyển liên hợp máy và trái khóm
1.3.2. Liên hợp máy thu hoạch khóm
Để tạo ra thiết bị tự động thu hoạch trái khóm đạt năng suất và chất lượng
cao, luận văn đề xuất thiết kế liên hợp máy tự động thu hoạch trái khóm như trong
hình 1.8


12

1. Động cơ; 2. Bánh chủ động của máy kéo; 3. Ly hợp từ; 4. Vô lăng lái
5. Thanh trượt dọc; 6. Băng tải dọc; 7. Băng tải ngang; 8. Camera

9. Thanh trượt ngang xe; 10. Thanh trượt đứng; 11. Tay máy tự động cắt trái khóm
Hình 1.9: Mơ hình liên hợp máy tự động thu hoạch trái khóm
Liên hợp máy tự động thu hoạch khóm được thiết kế chế tạo như hình
13, tồn bộ các bộ phận, cơ cấu đều được tính tốn thiết kế mới để cho phù hợp
với điều kiện địa hình và cơng nghệ thu hoạch khóm.
1) Động cơ xe kéo
Phần động cơ được thiết kế là động cơ Diezel công suất 15 hp hãng
Huyndai, từ động cơ (1) truyền chuyển động qua ly hợp số (3), ly hợp này
được thiết kế là ly hợp từ để tích hợp với phần tự động khi thu hoạch, khi ly
hợp từ đóng lại thì mơmen quay của trục động cơ truyền qua hộp giảm tốc
đến bánh xe chủ động số (2), từ mô mem của bánh xe chủ động tạo ra lực kéo
tiếp tuyến và làm cho liên hợp máy di chuyển.


13

2) Bộ phận công tác của liên hợp máy thu hoạch khóm

Hình 1.10: Bộ phận cơng tác của liên hợp thu hoạch khóm
Bộ phận cơng tác được đặt trên thùng sau của xe đầu kéo bao gồm: 03
tay máy có chức năng cắt trái khóm; Trên mỗi tay cắt được đặt 01 camera có
chức năng nhận dạng trái khóm chín (trái khóm đã đạt độ chín để thu hoach),
đầu ra của camera cho tín hiệu là tọa độ trái khóm để làm đầu vào cho hệ thống
điều khiển điều dẫn chuyển động của tay máy cắt khóm; cuối cùng bộ phận
cơng tác có các băng tải có chức năng vận chuyển trái khóm sau khi được cắt
xong đến thùng vận chuyển riêng biệt được đặt dưới xuồng.
1.4. Thuyết minh mô hình cánh tay máy cắt trái khóm
Tay cắt khóm được mơ tả trên hình 1.10, tay cắt có thể di chuyển theo 3
trục (trục X, trục Y, trục Z), cuối cánh tay là bàn tay cắt có gắn dao để cắt trái
khóm ( Hình 1.11). Khi xe di chuyển trên cây khóm camera nhận diện hình ảnh,

xử lý tín hiệu và hệ thống điều kiển cho cơ cấu cắt di chuyển đến vị trí trái
khóm cần cắt, xi lanh khí nén làm cho 2 lưỡi cắt kép lại cắt đứt cuống trái khóm
và đưa trái khóm đã cắt đi lên cao đồng thời di chuyển sang bên cạnh xe thả
trái đã cắt vào bằng tải dọc theo xe.


14

Hình 1.11: Tay cắt trái khóm
Hệ thống dao cắt cắt trái khóm được thể hiện trên hình 1.11, hệ thống xi lanh
khí nén cho phép lưỡi cắt số (1)( hình 1.9) kép lại và cắt cuống quả, quả sau khi
được cắt và giữ trong bao che, sau đó cả hệ thống cắt di chuyển đến băng tải và mở
bao che ra, trái khóm rơi vào băng tải

1. Lưỡi dao cắt; 2.Thanh đỡ; 3. Bao che để giữ trái khóm sau khi cắt;
4. Thanh giằng; 5. Xi lanh khí nén; 6. khung treo cánh tay
Hình 1.12: Mơ hình hệ thống cắt tự động trái khóm


15

1.5. Tổng quan về các cơng trình nghiên cứu về tay máy thu hái khóm
1.5.1. Các cơng trình nghiên cứu ở nước ngồi
Trên thế giới có nhiều cơng trình, nghiên cứu về cây khóm tập trung chủ
yếu về giống, kỹ thuật canh tác, phòng trừ sâu bênh hại, song các cơng trình
nghiên cứu về các thiết bị thu hoạch trái khóm cịn hạn chế.
Tác giả Trương Nhật Hồng [3] (张日红 đã giới thiệu cơ cấu tự động cắt
trái khóm (Hình 1.11) trên tạp chí SCI, tuy nhiên hệ thống này được sử dụng
trên máy thu hoạch khóm trồng trên cánh đồng có nền đất cứng.

Hình 1.13: Cơ cấu tự động cắt trái khóm
Tác giả Tân Ngọc Anh [1] (辛宝英) “ Thiết kế cơ cấu tay máy cho máy
thu hoạch (hái) khóm”, tạp chí thiết bị và cơng nghệ nơng nghiệp Trung Quốc,
số 6(13): Trang 12-14, năm 2014. Nghiên cứu này đã giới thiệu tay máy thu


16

hoạch khóm, thiết bị này được gắn trên robot chuyên dùng, tuy nhiên hiện nay
thiết bị này chưa được sử dụng rộng rãi trên thị trường.

Hình 1.14: Cơ cấu tự động cắt trái khóm
Ngơ Bái Thạch [2] “Thiết kế robot thu hoạch khóm”, Tạp chí nơng nghiệp
Lan Châu-Trung Quốc , số 39(6): trang 9861-9863, năm 2011. Kết quả bài báo đã
đưa ra ý tưởng thực tế cho việc thiết kế một tay máy robot cắt trái khóm, tuy nhiên
kết quả của nghiên cứu này vẫn chưa được ứng dụng trong thực tiễn.
Tác giả Hồ Kiệt Văn, Trương Nhật Hồng. “Thiết kế tối ưu cơ cấu chuyển
động máy hái khóm tự động”, Tạp chí cơng nghệ và thiết bị Trung Quốc, số
02:50 -53, năm 2012, [4], kết quả của bài báo đã xác định được các cơ cấu tối
ưu cho máy thu hoạch khóm tự động, các có cấu này có thể áp dụng trong điều
kiện ở Việt Nam.
Tác giả Wang Haifeng, Li Bin, Liu Guangyu, Xu Liming trong cơng trình
“ Thiết kế và thử nghiệm cánh tay cơ khí thu hoạch khóm ”, Tạp chí cơng trình
nơng nghiệp Trung Quốc, số 28(2): 42-48, 2012, [5], kết quả của bài báo đã
đưa ra sơ đồ thiết kế cánh tay cơ khí thu hoạch khóm và kết quả thử nghiệm,
thiết bị này hiện đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới, trong đó Trung
Quốc được sử dụng phổ biến.
Tác giả Hongmei Xia, Qingrong Li, Wenbin Zhen công bố bài báo “Design

17

of a pineapple picking end-actuator”. Applied Mechanics and Materials, Vol
184:(134-139), 2012, [6], kết quả bài báo đã đưa ra được cấu tạo bộ phận đưa trái
khóm vào thùng chứa.
Tác giả Bin Li , Maohua Wang , Ning Wang đã công bố cơng trình
“ Phát triển hệ thống nhận dạng thời gian thực cho robot thu hoạch khóm”. An
ASABE Meeting Presentation, 1-11, 2010, [7], kết quả bài báo đã trình bày hệ
thống nhận dạng thời gian thực cho robot thu hoạch khóm, kết quả này có thể
ứng dụng trong liên hợp thu hoạch khóm đề tài sẽ thiết kế.
Tác giả Xia Hong - mei, Zou Xiang-jun, Wang Hong-jun trong cơng
trình “Thiết kế mơ phỏng chu trình cánh tay thu hoạch dứa”, Hội nghị khoa
học tại Thụy Sĩ, 2011, [8], kết quả nghiên cứu đã mơ phỏng được chu trình
cánh tay thu hoạch dứa.
Tóm lại, đã có một số bài báo cơng bố kết quả nghiên cứu về các hệ
thống trong máy thu hoạch khóm tự động, và các robot thu hoạch hoa quả, các
thông tin trên các bài báo là rất quý và làm tài liệu tham khảo rất tốt cho nghiên
cứu thiết kế chế tạo liên hợp máy tự động thu hoạch khóm ở Việt Nam. Tuy
nhiên chưa có tài liệu cơng bố tồn diện và đầy đủ máy thu hoạch khóm. Trên
các trang thơng tin khoa học chưa có cơng bố robot thu hoạch khóm ở trong
thực tế sản xuất.
1.5.2. Các cơng trình nghiên cứu ở trong nước
Ở Việt Nam đã có một số cơng trình nghiên cứu về đặc điểm sinh thái,
cải tạo giống, lai tạo giống, phòng trừ sâu bệnh hại, kỹ thuật canh tác, kỹ thuật
bảo quản trái khóm, các cơng trình này đã được áp dụng vào sản xuất mang lại
hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên các cơng trình nghiên cứu về cơng nghệ và thiết
bị thu hoạch trái khóm, đặc biệt về nghiên cứu tay máy cắt trái khóm cho liên
hợp thu hái khóm cịn rất ít, hầu như chưa có cơng trình nghiên cứu được công
bố rộng rãi.

18

Chương 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng của tay máy thu hoạch khóm
2.1.1. Điều khiện tự nhiên khu vực trồng khóm tại Tây Nam Bộ
Vùng Tây Nam Bộ là vùng đất trũng, chua phèn nên không phù hợp với
cây lúa, người dân nơi đây đã sử dụng máy xúc múc đất ở dưới ruộng lên đắp
thành liếp để trồng khóm, cây khóm thích hợp với vùng đất phèn này. Theo kết
quả điều tra khảo sát 100% diện tích trồng khóm ở vùng Tây Nam Bộ đều trồng
khóm ở trên liếp. Kích thước liếp có chiều rộng 6 - 9 mét, chiều dài 30 -50 mét,
xung quanh có kênh do múc đất đổ lên tạo liếp, kích thước kênh rạch rộng 3 –
5 mét, sâu 1-2 mét.

Hình 2.1: Cánh đồng khóm ở huyện Tân Phước - Tiền Giang