Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số và chế độ làm việc của dao đĩa đến chất lượng cắt gốc mía của máy chặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 18 - 25hp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.58 MB, 106 trang )
B GIO DC V O TO
TRNG I HC NễNG NGHIP H NI
NGUYN VN THNH
NGHIÊN CứU ảNH HƯởng một số thông số và
chế độ làm việc của dao đĩa đến chất
lợng cắt gốc mía của máy chặt mía rải
hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 18-25hp
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hoá Nông - Lâm nghiệp
Mã số : 60-52-14
Ngi hng dn khoa hc: TS. Nguyễn Sỹ Hiệt
H NI - 2010
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
i
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và cha hề đợc sử dụng và bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đều
đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ nguồn
gốc.
Hà nội, ngày tháng.năm 2010
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Thạnh
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
ii
Lời cảm ơn
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại lớp cao học khóa 17 chuyên
nghành Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp Trờng Đại học
Nông nghiêp Hà Nội, tôi đ nhận đợc sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình của các
thầy giáo, cô giáo trong trờng. Nhân dịp này tôi xin đợc bày tỏ lòng cảm ơn
chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong trờng.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình và Tiến sĩ Nguyễn Sỹ Hiệt,
ngời đ tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo trong Bộ môn Máy
nông nghiệp - Khoa Cơ điện - Trờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn lnh đạo và các bạn đồng nghiệp của Trung tâm
Phát triển Cơ điện nông nghiệp - Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu
hoạch đ tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập cũng nh thực hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn Ban lnh đạo công ty Mía đờng Lam
Sơn Thanh Hóa, nông trờng mía đờng Hà Trung Thanh Hóa đ tạo điều kiện
cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Hà nội, ngày tháng năm 2010
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Thạnh
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
iii
Mục lục
Trang
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục hình vi
Danh mục bảng viii
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt ix
Lời mở đầu 1
Chơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3
1.1. Khái quát tình hình sản xuất mía trên thế giới và Việt Nam 3
1.1.1. Tình hình sản xuất mía trên thế giới 3
1.1.2. Tình hình sản xuất mía đờng ở Việt Nam 3
1.1.3. Nhu cầu về cơ giới hóa thu hoạch mía ở nớc ta 5
1.2. Công nghệ và phơng pháp thu hoạch mía bằng máy 6
1.2.1. Công nghệ thu hoạch mía 6
1.2.2. Các phơng pháp thu hoạch mía 6
1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng các máy thu hoạch mía trên thế giới
8
1.3.1. Máy sử dụng công nghệ thu hoạch để nguyên cây 9
1.3.2. Nghiên cứu về bộ phận làm việc của dao thu hoạch mía 12
1.3.3. Kết quả nghiên cứu bộ phận cắt gốc mía 13
1.4. Hiện trạng thu hoạch mía và tình hình nghiên cứu ứng dụng máy thu hoạch
mía ở nớc ta 16
1.4.1. Hiện trạng thu hoạch mía ở nớc ta hiện nay 16
1.4.2. Tình hình nghiên cứu máy thu hoạch mía trong nớc 17
1.5. Một số nhận xét về bộ phận dao cắt và mẫu máy thu hoạch mía 21
Chơng 2: Mục tiêu, đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu 22
2.1. Mục tiêu nghiên cứu 22
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
iv
2.1.1 Mục tiêu chung 22
2.1.2. Mục tiêu cụ thể 22
2.2. Đối tợng nghiên cứu 23
2.3. Nội dung nghiên cứu 23
2.3.1. Một số đặc điểm nông học của cây mía 24
2.3.2. Một số tính chất cơ lý của cây mía khi thu hoạch 34
2.4. Phơng pháp nghiên cứu 45
2.4.1. Tổng hợp, tham khảo các tài liệu, partent về máy thu hoạch mía của
nớc ngoài 45
2.4.2. Phơng pháp phân tích, nghiên cứu lý thuyết 45
2.4.3. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 45
2.3.4. Phơng pháp gia công, xử lý số liệu thí nghiệm thu đợc 46
2.5. Các chỉ tiêu đánh giá và phơng pháp xác định 50
2.5.1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lợng gốc mía sau khi cắt 50
2.5.2 Phơng pháp xác định một số đặc điểm nông học 52
2.6. Các thiết bị đo lờng và dụng cụ thí nghiệm 54
Chơng 3: Cơ sở xác định một số thông số chính của dao cắt gốc mía 60
3.1. Một số nhận xét về việc sử dụng máy thu hoạch mía hiện nay ở nớc ngoài
60
3.2. Lựa chọn nguyên lý làm việc của máy thu hoạch mía 61
3.3. Cơ sở xác định một số thông số của dao cắt gốc 63
3.3.1. Cơ sở lý thuyết để lựa chọn các thông số cơ bản của bộ phận dao cắt
64
3.3.2. Nhận xét về các thông số của bộ phận dao cắt 70
Chơng 4: Kết quả ứng dụng dao đĩa trên máy thu hoạch mía liên hợp với
máy kéo 4 bánh công suất 18-25Hp 75
4.1. Thiết kế chế tạo máy thu hoạch mía 75
4.2. Thử nghiệm xác định ảnh hởng của các thông số và chế độ làm việc của
dao đĩa đến chất lợng thu hoạch mía 79
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
v
4.3. Kết quả thí nghiệm máy 79
4.3.1 Điều kiện mía và ruộng thí nghiệm 79
4.3.2 Kết quả thí nghiệm máy 80
4.4. Kết quả ứng dụng máy thu hoạch mía trong sản xuất 86
4.5 Tính toán sơ bộ hiệu quả kinh tế sử dụng máy 88
4.5.1. Các căn cứ tính toán 88
4.5.2. Xác định các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế 90
Kết luận và đề nghị 94
Kết luận 94
Đề nghị 95
Tài liệu tham khảo 96
Phụ lục 1 98
Phụ lục 2 99
Phụ lục 3 100
Phụ lục 4 101
Phụ lục 5 102
Phụ lục 6 103
Phụ lục 7 104
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
vi
Danh mục hình trong luận văn
Trang
- Hình 1.1 Máy cắt mía cỡ nhỏ NB-12 liên hợp với máy kéo 2 bánh của Nhật Bản
9
- Hình 1.2 Máy cắt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh NB-15T của Nhật
Bản 10
- Hình 1.3 Máy thu hoạch mía Thái Lan Super Cane Cuter K-80 12
- Hình 1.4 Các loại dao cắt gốc mía thủ công 13
- Hình 1.5 Các loại lỡi dao cắt cây mía 16
- Hình 1.6 Máy thu hoạch mía THM-0,3 18
- Hình 1.7 Máy chặt mía rải hàng K-80 19
- Hình 1.8 Máy chặt mía rải hàng CMRH-0,1 20
- Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các bộ phận làm việc của máy 23
- Hình 2.2 Cây mía bị đổ ngả 26
- Hình 2.3 Mía đứng cây 27
- Hình 2.4 Mía không đợc bóc lá 28
- Hình 2.5 Khoảng cách giữa hai luống mía và phân tán gốc mía 30
- Hình 2.6 Mặt cắt ngang hai luống mía 31
- Hình 2.7 Sơ đồ xác định tính uốn cây 34
- Hình 2.8 Thiết bị đo độ cứng thân cây 40
- Hình 2.9 Các dạng nhát cắt trên gốc mía 48
- Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống đo lờng đa chức năng điều khiển bằng vi tính
52
- Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc và các bộ phận của máy thu hoạch mía
55
- Hình 3.2 Vùng phân tán của dao khi đi qua chiều dài luống mía 57
- Hình 3.3 Dao đĩa 58
- Hình 3.4 Sơ đồ làm việc của thiết bị con lắc 61
- Hình 3.5 Lỡi dao cắt gốc mía 63
- Hình 3.6 Lỡi dao cắt gốc mía cao 63
- Hình 3.7 Lỡi dao cắt ngầm dới đất 64
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
vii
- Hình 3.8 Góc cắt trợt của dao 65
- Hình 4.1 Bộ phận dao cắt 68
- Hinh 4.2 Lỡi dao 68
- Hình 4.3 Máy thu hoạch mía tại Công ty mía đờng Lam Sơn 70
- Hình 4.4 ảnh hởng của vận tốc dao cắt đến độ phẳng gốc cắt 72
- Hình 4.5 ảnh hởng của góc nghiêng đĩa dao tới độ phẳng của gốc cắt 74
- Hình 4.6 ảnh hởng của chiều dày lỡi dao đến độ phẳng gốc cắt 75
- Hình 4.7 ảnh hởng của góc mài sắc lỡi cắt đến độ phẳng của gốc cắt 76
- Hình 4.8 ảnh hởng của vận tốc máy đến chiều cao gốc cắt 77
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
viii
Danh mục bảng trong luận văn
Trang
- Bảng 1.1 Tổng hợp chung về sản xuất mía đờng trong những năm gần đây
4
- Bảng 1.2 Phân bố vùng mía trên cả nớc 4
- Bảng 1.3 Một số thông số kỹ thuật của dao đĩa 14
- Bảng 1.4 Thông số có bản của máy chặt mía rải hàng CMRH-0,1 20
- Bảng 2.1 Đặc điểm ruộng và cây mía khi thu hoạch 33
- Bảng 2.2 Số liệu thí nghiệm xác định phạm vi uốn đàn hồi của thân cây mía
36
- Bảng 2.3 Số liệu xác định Môđul đàn hồi uốn cây mía ở các đờng kính khác
nhau 37
- Bảng 2.4 Giá trị Môđul đàn hồi uốn ở cây mía ở các vị trí khác nhau theo chiều
cao cây mía 38
- Bảng 2.5 Giá trị lực nén P
K
trớc khi vỡ giập cây mía ở các vị trí khác nhau
41
- Bảng 2.6 Khảo sát chất lợng gốc mía sau khi cắt 49
- Bảng 2.7 Các thông số, chỉ tiêu và phơng pháp xác định 50
- Bảng 2.8 Các chơng trình máy tính sử dụng và xử lý số liệu thí nghiệm 52
- Bảng 4.1 Khả năng thay đổi các thông số trên máy thí nghiệm 69
- Bảng 4.2 Số liệu thí nghiệm: ảnh hởng của vận tốc đĩa dao x1 đén độ phẳng
của gốc mía 72
- Bảng 4.3 Số liệu thí nghiệm: Góc nghiêng đĩa dao x2 ảnh hởng đến chất lợng
cắt gốc y1 73
- Bảng 4.4 Số liệu thí nghiệm: Chiều dày lỡi dao x3 ảnh hởng đến độ phẳng
gốc cắt y1 74
- Bảng 4.5 Số liệu thí nghiệm: Góc mài sắc lỡi cắt x4 ảnh hởng đến độ phẳng
gốc cắt y1. 75
- Bảng 4.6 Số liệu thí nghiệm: Vận tốc liên hợp máy x5 ảnh hởng đến chiều cao
của gốc cắt y2 85
- Bảng 4.7 Bảng thông số kỹ thuật các bộ phận máy chặt mía rải hàng 78
- Bảng 4.8 Chi phí biến đổi cho 1 ha mía thu hoạch bằng máy 80
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
ix
- B¶ng 4.9 B¶ng tÝnh hiÖu qu¶ kinh tÕ m¸y thu ho¹ch mÝa liªn hîp víi m¸y kÐo 4
b¸nh c«ng suÊt 18-25Hp 84
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
x
Ký hiệu và chữ viết tắt dùng trong luận văn
Ký hiệu Đại lợng, tên gọi Thứ nguyên
LHTHM Liên hợp thu hoạch mía -
LHTH Liên hợp thu hoạch -
CGH Cơ giới hoá -
CNSTH Công nghệ sau thu hoạch -
ha Hécta -
t/ha Tấn/hécta -
% Phần trăm -
Ha/h hécta/giờ -
Hp M lực
Kg/h Kilogam/giờ -
m/s mét/giây -
V
m
Vận tốc tiến của máy m/s
Góc nghiêng
0
0
độ -
V
d
Vận tốc đĩa dao m/s
D
d
Đờng kính ngoài đĩa dao m
z Số lỡi dao trên đĩa Cái
Y
N
Năng suất của máy ha/h
Y
s
Độ cắt sót %
Y
xt
Tỷ lệ cắt bị xơ tớc %
Y
hg
Chiều cao gốc mía cm
B Khoảng cách giữa 2 hàng mía m
h Độ sâu đáy luống m
Mật độ cây mía Cây/m
2
h
c
Chiều cao tự nhiên của cây mía cm
c
Góc nghiêng cây mía độ
d Đờng kính thân cây mía cm
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
xi
N Năng suất thuần tuý ha/h
q
m
Sản lợng mía trên 1 đơn vị diện tích kg/m
2
T
s
Tỷ lệ cây cắt sót %
G
m
Số lợng cây mía đợc cắt trên hàng mía thí nghiệm Cây
G
s
Số lợng cây mía không đợc cắt trên hàng mía thí nghiệm Cây
G
st
Số lợng gốc mía bị cắt xơ tớc trên hàng mía thí nghiệm Cây
B Số lợng lỡi dao Cái
Góc mài sắc lỡi dao độ
Góc cắt trợt của lỡi dao độ
L
Chiều dài lỡi dao Mm
Góc đặt nghiêng của đĩa dao so với mặt phẳng nằm ngang độ
d
Vận tốc góc của đĩa dao m/s
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1
Lêi më ®Çu
Lêi më ®ÇuLêi më ®Çu
Lêi më ®Çu
Mía là cây công nghiệp ngắn ngày có hiệu quả kinh tế cao, dễ trồng, dễ
thu hoạch và chế biến. Ở nước ta mía là nguyên liệu của ngành công nghiệp sản
xuất ñường, và là nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp giấy, hoá dược
khác. ðể ñáp ứng nhu cầu về ñường, những năm gần ñây cây mía ñã ñược phát
triển ở nhiều vùng trong cả nước, góp phần xoá ñói giảm nghèo ở nông thôn
vùng sâu, vùng xa.
Hiện nay trong sản xuất mía, cơ giới hoá các khâu chưa ñồng bộ, chỉ có một
số vùng trồng mía tập trung ñược cơ giới hoá canh tác tương ñối khá ở các khâu
làm ñất, còn các khâu thu hoạch như cắt gốc, làm sạch lá, cắt ngọn, bó cây, gom
ñống, chất lên xe hoàn toàn bằng lao ñộng thủ công với các công cụ chủ yếu là
dao, cuốc bàn. Năng suất lao ñộng rất thấp, cuờng ñộ lao ñộng cao, tổn thất còn
nhiều…
Trong những năm qua, nhờ có giá trị kinh tế cao nên diện tích và sản lượng
mía ñã tăng ñáng kể. Theo số liệu thống kê diện tích trồng mía cả nước cao nhất
vào thời ñiểm vụ mía năm 1999, ñạt gần 344,2 nghìn ha và sản lượng mía ñạt
cao nhất 17,4 triệu tấn năm 2007. Diện tích trồng mía ñược phân bố rộng khắp
trên bảy vùng kinh tế nông nghiệp, và ñã hình thành các vùng sản suất nguyên
liệu tập trung cung cấp cho 43 nhà máy ñường trên cả nuớc.
Hiện nay chi phí ñể thu hoạch mía trung bình hơn 2.200.000ñ/ha, và 1 ha
mía cần 60÷65 công lao ñộng. Tại các vùng sản suất mía nguyên liệu, vấn ñề
nhân công lao ñộng ñang rất bức xúc, ñòi hỏi khâu thu hoạch phải ñược cơ giới
hoá.
ðể ñóng góp thiết thực vào việc cơ giới hóa sản xuất mía, ñược sự ñồng ý
của khoa Cơ ñiện, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội và Viện Cơ ñiện Nông
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2
nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, chúng tôi tiến hành ñề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của một số thông số và chế ñộ làm việc của dao ñĩa ñến chất lượng cắt
gốc mía của máy chặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 18-25Hp
nhằm góp phần tạo ra mẫu máy thu hoạch mới làm việc ổn ñịnh, ñảm bảo chất
lượng cắt gốc mía và phù hợp với thực tế của ngành mía ñường ở Việt Nam theo
hướng tập trung, quy mô công nghiệp, máy phải ñạt ñược các chỉ tiêu sau:
Liên hợp thu hoạch mía sử dụng máy kéo 4 bánh, thực hiện cắt gốc, rải
hàng, có thể thu hoạch ñược mía ñổ, có khả năng làm việc trên ñất dốc <6
0
- Năng suất máy thu hoạch mía: 0,1÷0,15ha/h
- ðộ sót: ≤3%
- Giảm ñược 15÷20% chi phí so với phương pháp thu hoạch thủ công hiện
nay.
- Bộ phận dao không ñược cắt chập và có khả năng tự mài sắc.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
3
Chơng 1
Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Tổng quan vấn đề nghiên cứuTổng quan vấn đề nghiên cứu
Tổng quan vấn đề nghiên cứu
1.1. khái quát Tình hình sản xuất mía trên thế giới và ở
việt nam
1.1.1. Tình hình sản xuất mía đờng trên thế giới
Diện tích trồng mía trên thế giới rất lớn (khoảng 16,8 triệu ha) nhng phân
bố không đều. Trên 95 % diện tích trồng mía tập trung ở châu á-Thái Bình
Dơng, còn các nớc khác thuộc các châu Âu, Châu Phi, Châu mỹ chỉ chiếm
khoảng 5%. Khoảng 20 nớc trồng nhiều mía, trong đó có 10 nớc diện tích
trồng lớn nh Trung Quốc -1,06 triệu ha, ấn độ - 3,43 triệu ha, Pakistan - 0,85
triệu ha, Thái Lan - 0,68 triệu ha, Ôxtrâylia - 0,38 triệu ha, Inđônêxia - 0,36 triệu
ha, Philippin - 0,31 triệu ha, Việt nam - 0,271 triệu ha.
Những nớc có năng suất mía cao là Ôxtrâylia - 83 tấn/ha, Inđônêxia - 82
tấn/ha, Philippin -78,8 tấn /ha, Nhật Bản -71,6 tấn /ha, Papua New Ginê-69,3
tấn/ha. Trong khi đó có những nớc năng suất mía còn thấp nh Butan -30 tấn/ha,
NêPan - 31 tấn/ha, Srilanka -35,8 tấn/ha, Việt nam - 42,2 tấn/ha.
1.1.2. Tình hình sản xuất mía đờng ở Việt Nam.
Sản xuất mía đờng ở nớc ta có từ lâu đời nhng chỉ mới bắt đầu phát triển vào
cuối thập kỷ 80 và cho đến năm 1998 Việt Nam vẫn là nớc nhập khẩu đờng. Vào
năm 1994, cả nớc sản xuất đợc khoảng 300.000 tấn đờng (gần 100.000 tấn đờng
công nghiệp còn lại là đờng thủ công) và phải nhập khẩu 124.000 tấn nữa mới đủ
tiêu dùng. Tháng 10/1994 Thủ tớng Chính phủ đ thông qua chơng trình mía
đờng và đề ra mục tiêu sản xuất đạt 1 triệu tấn đờng vào năm 2000 để cung cấp đủ
cho nhu cầu tiêu dùng trong nớc. Từ khi thực hiện chơng trình 1 triệu tấn đờng
vào năm 2000, ngành công nghiệp mía đờng Việt nam đ có những bớc tăng
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
4
trởng rất nhanh. Năm 2009, ngành mía đờng đ đạt mục tiêu sản xuất 15 triệu tấn
đờng, đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nớc. Tổng hợp tình hình sản xuất mía
đờng đợc trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tổng hợp chung về sản xuất mía đờng trong những năm gần đây
(2004-2009)
Vụ sản
xuất
D.tích cả
nớc, (ha)
D.tích vùng
nguyên liệu
tập trung,
(ha)
Năng suất
bình quân,
(T/ha)
Tổng sản
lợng mía
(1.000 T)
Sản lợng
mía ép CN
(1.000T)
2004-2005
286.100 282.800 55,5 15.649 6.600
2005-2006
266.300 263.300 56,8 14.948 8.800
2006-2007
288.100 265.500 62,9 16.719 7.200
2007-2008
293.400 290.700 59,8 17.396 8.500
2008-2009
(Sơ bộ)
271.100 268.800 60,0 16.128 11.600
Đến nay trên cả nớc đ hình thành vùng mía tập trung chủ yếu tại 25 tỉnh
với tổng diện tích trên 271.100 ha, đợc phân nh sau:
Bảng 1.2. Phân bố vùng mía trên cả nớc
Vùng ĐBSH
Trung du &
MN Phía Bắc
Bắc Trung bộ
&
DHMT
Tây
Nguyên
Đông
Nam
bộ
ĐBSCL
Diện tích, 10
3
ha
2,3 24,6 113,4 34,1 31,4 65,3
Tỷ lệ,% 0,8 9,1 41,8 12,6 11,6 24,1
Nguồn: Báo cáo đánh giá về năng lực công nghệ và thực trạng chế
biến của ngành mía đờng 2010 - Tổng cục thống kê
Các vùng mía đờng trên đảm bảo cung cấp nguyên liệu cho 43 nhà máy
hoạt động, đợc phân bố trên cả nớc.
Việc cung cấp mía nguyên liệu cho các nhà máy ngày càng tốt hơn, vụ sản
xuất 2008-2009 sản lợng mía ép công nghiệp đạt 11,6 triệu tấn (bình quân các
nhà máy trong cả nớc đạt 93,0% công suất). Tuy vậy, việc phát triển vùng
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
5
nguyên liệu của các nhà máy vẫn không đồng đều, nhiều nhà máy vẫn trong tình
trạng thiếu nguyên liệu.
1.1.3. Nhu cầu về cơ giới hoá thu hoạch mía ở nớc ta
Trồng mía là một nghề nặng nhọc, tốn nhiều lao động trong đó khâu thu
hoạch mía tốn nhiều công lao động nhất và với cờng độ lao động cao. Nội dung
việc thu hoạch nguyên liệu cho sản xuất đờng gồm 3 nhóm công việc là: thu
hoạch trên đồng (gồm các công đoạn cắt gốc, cắt ngọn, róc lá làm sạch, gom
bó) vận chuyển và bốc dỡ trên sân nhà máy. Riêng các công đoạn thu hoạch mía
trên đồng là nặng nhọc và tốn nhiều lao động do đặc điểm của cây mía và điều
kiện khi thu hoạch khó khăn hơn mang tính đặc thù.
Điều kiện khí hậu, môi trờng khi thu hoạch không thuận lợi cho lao động
thủ công. Mùa vụ thu hoạch thờng vào mùa khô nắng nóng, cây mía thờng cao
trên 3 mét, nhiều lá khô, bụi bẩn và côn trùng tụ bám trên thân, lá mía.
Cờng độ lao động khi thu hoạch mía khá cao vì phải thực hiện nhiều động
tác mạnh nh cắt gốc, róc lá, cắt ngọn, cắt thành khúc Ngời lao động luôn
phải thay đổi các t thế làm việc và thực hiện nhiều thao tác đứng cuối lom khom
không thoải mái. Công việc lặp lại với tần suất lớn, kéo dài gây nên mệt mỏi.
Thời gian thu hoạch lại kéo dài trong 3ữ4 tháng/vụ, vì vậy tốn nhiều công lao
động hơn so với thu hoạch các cây lơng thực khác nh lúa, ngô
Lao động thủ công có năng suất thấp và mùa vụ trùng với thời vụ thu hoạch
lúa và một số cây trồng khác nên tại thời điểm thu hoạch thờng xảy ra tình trạng
thiếu lao động nên chi phí lao động cho khâu thu hoạch mía cao.
1.2. Công nghệ và phơng pháp thu hoạch mía
1.2.1. Công nghệ thu hoạch mía
Mía là nguyên liệu để sản xuất đuờng, có thời gian sinh truởng từ khi mọc
chồi đến khi phát triển thành cây để thu hoạch kéo dài 12ữ14 tháng. Khi thu
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
6
hoạch là thu phần thân cây mía. Từ truớc đến nay trên thế giới áp dụng 2 công
nghệ trong thu hoạch:
- Công nghệ thu hoạch để nguyên cây.
Công nghệ thu hoạch này thực hiện các công đoạn cắt ngọn; cắt gốc; làm
sạch lá; bốc xếp (để nguyên cây dài) lên phơng tiện vận chuyển chở về nhà
máy. Công nghệ này cho phép thời gian bảo quản lu cây trớc chế biến dài hơn
(48 giờ) so với mía cắt đoạn. Chất lợng mía cây nguyên liệu thờng cao hơn và
tỷ lệ hao hụt mía cũng thấp hơn so với công nghệ thu hoạch mía cắt đoạn. Đầu
t ban đầu không lớn.
- 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 có u điểm là giải phóng đợc nhiều công lao động, thu hoạch nhanh, gọn,
năng suất cao nhng đòi hỏi tính đồng bộ nghiêm ngặt và chất lợng cao của hệ
thống vận chuyển, đờng giao thông, thời gian lu trữ mía không quá 24h, đầu t
ban đầu rất lớn.
1.2.2. Các phơng pháp thu hoạch mía
Đồng thời với các công nghệ thu hoạch trên là song song tồn tại hai phơng
pháp thu hoạch một giai đoạn và nhiều giai đoạn. Việc áp dụng công nghệ và
phơng pháp nào tuỳ thuộc vào yếu tố đồng ruộng, nhân công lao động trong
nông nghiệp, trình độ công nghiệp chế tạo máy phục vụ nông nghiệp và tập quán
canh tác ở mỗi nơi, mỗi vùng, mỗi nớc.
- Phơng pháp thu hoạch nhiều giai đoạn
Phơng pháp thu hoạch này thực hiện các công đoạn bằng các máy riêng
biệt, nghĩa là ứng với mỗi công đoạn có các công cụ và máy công tác riêng rẽ,
hoạt động độc lập. Phơng pháp này có thể thực hiện bằng lao động thủ công
hoặc có thể thực hiện bằng máy. Nhợc điểm của phơng pháp thu hoạch này là
phải tiến hành thu hoạch mía theo nhiều công đoạn nên:
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
7
- Tỉ lệ tổn thất qua các công đoạn cắt gốc, làm sạch lá, cắt ngọn, gom, vận
chuyển cao;
- Năng suất các máy thực hiện từng công đoạn thấp;
- Tốc độ thu hoạch chậm, chi phí lao động vẫn còn chiếm tỷ lệ cao;
ở nớc ta từ trớc đến nay áp dụng phơng pháp thu hoạch này bằng lao
động và công cụ thủ công. Về lâu dài phơng pháp này còn tiếp tục tồn tại, bởi
nó có các u điểm sau đây:
- Sử dụng đợc lao động thủ công vào các khâu riêng rẽ, vốn đầu t các máy
cho từng công đoạn ban đầu không lớn.
- Các máy gọn nhẹ, dễ cơ động, thích hợp với các quy mô và điều kiện thu
hoạch khác nhau.
- Phơng pháp thu hoạch một giai đoạn
Phơng pháp thu hoạch một giai đoạn là phơng pháp toàn bộ các khâu thu
hoạch đợc thực hiện bằng máy liên hợp thu hoạch. Khi làm việc, đồng thời cùng
một lúc máy thực hiện các công việc sau:
- Cắt ngọn;
- Cắt gốc;
- Chuyển cây, cắt đoạn và làm sạch lá;
- Thu gom mía vào thùng chứa hoặc chuyển sang xe vận chuyển đi song
hành.
Đối với loại máy liên hợp thu hoạch (THLH) để nguyên cây, máy thực hiện
gom cây vào thùng chứa, định lợng và xả đống trên đồng theo chu kỳ. Công
đoạn sau có máy chuyên dùng bốc xếp gom cây lên phơng tiện vận chuyển.
Phơng pháp thu hoạch này có u điểm cho năng suất cao, giảm đợc lợng
tổn thất mía, rút ngắn đợc thời gian thu hoạch, giảm đợc nhiều công lao động.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
8
Nhợc điểm của phơng pháp này là: Máy thu hoạch cồng kềnh, nhiều bộ
phận phức tạp nên yêu cầu kỹ thuật sử dụng cao, giá máy cao, không phù hợp với
ruộng hẹp và nền yếu.
Cây mía có tỷ lệ lá tơng đối lớn, thờng không đợc bóc kể từ khi mọc
chồi đến khi thu hoạch nên rất rờm rà. Tình trạng này gây rất nhiều khó khăn
cho quá trình thu hoạch bằng cơ giới, hạn chế năng suất làm việc của máy
1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng các máy thu
hoạch mía trên thế giới
Trên thế giới, quá trình nghiên cứu các loại máy thu hoạch mía đợc tiến
hành từ những năm 30 của thế kỷ trớc, đ có nhiều mẫu máy từ giản đơn đến
hiện đại đợc nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất.
Theo số liệu thông tin, chỉ tính từ sáng chế đợc đăng ký bảo hộ đầu tiên năm
1969 đến 2008 toàn thế giới có khoảng 170 sáng chế kỹ thuật về máy thu hoạch
mía. Mỗi sáng chế này liên quan tới giải pháp kỹ thuật mới, cải tiến một hoặc
nhiều bộ phận trên máy thu hoạch mía. Có tới 14 nớc có sáng chế đợc công
nhận. Trong đó đi đầu là úc, Mỹ, Đức. Các phát minh sáng chế tập trung vào cải
tiến các bộ phận sau:
- Gom dựng, tiếp nhận cây ở phía trớc máy;
- Cắt ngọn mía;
- Cắt gốc mía;
- Cắt mía thành đoạn hoặc để nguyên cây;
- Làm sạch lá.
Quá trình nghiên cứu, cải tiến phát triển các loại máy thu hoạch mía có nhiều
thể loại rất đa dạng. Đáp ứng yêu cầu đối với công nghệ và phơng pháp thu
hoạch mía, các loại máy có thể đợc chia thành 2 nhóm: nhóm thu hoạch theo
công nghệ để nguyên cây dài và nhóm thu hoạch theo công nghệ cắt cây thành
đoạn ngắn.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
9
1.3.1. Máy sử dụng trong công nghệ thu hoạch để nguyên cây
Nhóm này bao gồm các máy thực hiện từng khâu riêng rẽ hoặc liên hợp,
thực hiện các khâu: cắt gốc; bóc lá; cắt ngọn; gom bó; bốc xếp lên moóc. Trong
nhóm này gồm các loại máy có năng suất khác nhau, nguồn động lực sử dụng,
nguyên lý làm việc và kết cấu cũng khác nhau:
1) - Máy chặt mía cỡ nhỏ sử dụng nguồn động lực máy kéo nhỏ 2 bánh
(hình 1.1) đợc Nhật bản và Trung Quốc áp dụng trong công nghệ thu hoạch mía
để nguyên cây, theo phơng pháp nhiều giai đoạn, nguồn động lực là máy kéo
nhỏ 2 bánh công suất 10ữ12Hp.
Hình 1.1. Máy cắt mía cỡ nhỏ NB -12 liên hợp với máy kéo 2 bánh
của Nhật Bản
Tác dụng của máy: cắt gốc một luống mía, không cắt ngọn, chuyển rải cây
sang luống bên cạnh.
Cấu tạo máy: Có các bộ phận chính: gồm xích gom giữ cây, dao đĩa cắt
gốc, xích kẹp chuyển cây sang ngang, phía trên có các thanh tựa đỡ cây.
Máy đợc lắp phía trớc máy kéo 2 bánh, có bánh tựa mặt đồng. Ngời sử
dụng lái máy cầm tay đi theo phía sau. Máy thực hiện công việc cắt gốc; chuyển
cây ở trạng thái đứng sang ngang và rải trên đồng.
Hạn chế của máy:
- Năng suất máy thấp (0,05ha/h);
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
10
- Chất lợng gốc mía sau khi cắt bị vỡ, dập nhiều;
- Khi thay đổi vận tốc dao cắt thì máy bị rung rất nhiều ;
- Không thu hoạch hoạch đợc mía đổ;
- Ngời làm việc đi theo sau máy rất vất vả;
- Không có khả năng tăng năng suất do hạn chế bởi vận tốc nguời đi.
2). Máy cắt mía cỡ vừa NB-15T của Nhật (hình 1.2), áp dụng trong công
nghệ để nguyên cây thu hoạch mía theo phơng pháp nhiều giai đoạn, nguồn
động lực là máy kéo 4 bánh công suất 45 Hp.
Hình 1.2. Máy cắt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh NB-15T
Tác dụng của máy: Cắt gốc 1 luống mía, không làm sạch lá, xếp rải cây
sang luống bên cạnh.
Máy có cấu tạo bao gồm các bộ phận chính: vít xoắn nâng cây; xích vơ
gom và giữ cây gắn vấu; dao cắt gốc dạng đĩa; xích ngang kẹp giữ cây và rải
hàng sang bên cạnh. Phía trên xích có các thanh tựa cây. Máy đợc treo phía sau
máy kéo, không có dao cắt ngọn.
Hạn chế của máy:
- Năng suất máy rất thấp (0.07ha/h);
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
11
- Bộ phận dao cắt gốc không thay đổi đợc góc nghiêng, không thay đổi
đợc chiều cao của dao.
- Gốc mía cắt ít bị vỡ dập, nhng vì đĩa dao lớn nên mất nhiều chi phí năng
lợng cho bộ phận cắt.
- Tuy đ có trang bị vít nâng cây nhng khả năng thu hoạch mía đổ còn
rất hạn chế (trang bị một vít xoắn phía bên trái);
3). Máy thu hoạch mía liên hợp với máy kéo 4 bánh của Thái Lan ((hình
1.3)
Máy Super Cane Cuter K-80-200HP do công ty KMT Ltd chế tạo, đợc liên
hợp với máy kéo 4 bánh, áp dụng trong công nghệ thu hoạch để nguyên cây, theo
phơng pháp nhiều giai đoạn, nguồn động lực là máy kéo 4 bánh công suất 65
hp, năng suất làm việc máy trung bình (0,16 ha/h).
Tác dụng của máy: cắt ngọn, cắt gốc, chuyển cây đứng gom vào thùng chứa
và định kỳ xả đống trên đồng.
Các bộ phận làm việc của máy bao gồm: dao đĩa cắt ngọn, dao đĩa cắt gốc,
bộ phận chuyển cây mía đứng dùng xích kẹp và thùng gom chứa cây. Các bộ
phận làm việc này đều sử dụng truyền động bằng động cơ thuỷ lực.
Hạn chế của máy:
- Không thu hoạch đợc mía đổ;
- Tuy có thêm dao cắt ngọn nhng chất lợng cắt cha tốt: cắt còn sót ngọn
và chiều cao cắt khó điều chỉnh nên tỷ lệ hao hụt cao;
- Bộ phận dao cắt gốc hay bị kẹt do lá mía khô, lỡi dao cắt gốc hay bị mòn,
tỷ lệ gốc mía sau khi cắt bị vỡ dập cao dẫn đến góc mía không nảy mầm khi lu
gốc cho vụ sau.
- Máy đợc bố trí lệch bên nên hạn chế khả năng quan sát và điều khiển
máy trong quá trình làm việc của ngời lái.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
12
Hình 1.3. Máy thu hoạch mía Thái Lan Super Cane Cuter K-80
1.3.2. Nghiên cứu về bộ phận làm việc của dao thu hoạch mía.
Cây mía trong thời vụ thu hoạch có trạng thái đứng cây hoặc nghiêng đổ,
đan cài vào nhau, mật độ cây và sự phân tán của các cây trong khóm mía không
đồng đều, một khối lợng lớn lá mía không đợc bóc ảnh hởng đến quá trình
cắt gốc của dao. Để thực hiện công việc cắt gốc, thì dao cắt cần có các bộ phận
làm việc chính bao gồm: bộ phận truyền chuyển động cho dao, đĩa lắp dao, lỡi
dao và các phần phụ trợ khác. Các bộ phận này thực hiện chức năng chính của
công đoạn cắt gốc mía. Chúng có thể kết hợp với nhau theo nhiều phơng án, tạo
thành các kiểu cắt gốc khác nhau. Các bộ phận khác cũng đ đợc nghiên cứu cải
tiến khá công phu, mà trớc hết là cơ cấu tiếp nhận và sử lý trạng thái cây nh:
xích kẹp nâng cây phía, trớc vít nâng cây
Trong điều kiện giới hạn của đề tài, chúng tôi chỉ nghiên cứu sâu đến bộ
phận dao cắt gốc mía.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut
13
1.3.3.Kết quả nghiên cứu bộ phận cắt gốc mía
a. Cắt gốc mía theo dạng thủ công:
Hình 1.4: Các loại dao cắt gốc mía thủ công
Dụng cụ chặt phổ biến hiện nay là dao chuyên dùng (dao quắm, dao chuôi
dài) nên khó chặt sát gốc. Một số nơi đang ứng dụng loại cuốc bàn nhỏ để chặt
ngầm, cũng có nơi còn dùng đến xẻng để bạt gốc mía. Cắt gôc mía theo phơng
pháp thủ công này năng suất rất thấp, tỷ lệ hao hụt là rất cao, cắt còn sót nhiều,
không thuận lợi khi xử lý các phần khác của cây mía, mất nhiều công lao động,
ngời nông dân luôn phải làm việc trong t thế khom nguời, dẫn đến mệt mỏi,
gốc mía cắt không đều.
b. Cắt gốc mía bằng máy móc.
Trên LHTH mía thiết bị cắt gốc có dạng đĩa quay gắn dao. Chất lợng cắt
cây phụ thuộc vào nhiều yếu tố: dạng thiết bị và các dao gắn trên đó, góc nghiêng
dao, độ sắc của lỡi, tốc độ cắt, đờng kính đĩa dao Chất lợng cắt đánh giá
theo tình trạng nhát cắt trên gốc mía và tỷ lệ vỡ dập. Để có cơ sở thiết kế hàng
loạt LHTH mía, từ những năm 50, 60 các nhà khoa học thế giới đ nghiên cứu
khá kỹ bộ phận này, đa ra những thông số tính toán và thiết kế rất cơ bản. Theo
tài liệu của Liên Xô trong bảng 1.3 trình bày tóm tắt một số kết quả nghiên cứu
đó với vận tốc tiến của máy v = 0,95ữ1,0 m/s, và góc nghiêng
= 10
0
.
