tóm tắt 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

1
MỞ ĐẦU
Yêu cầu quan trọng đặt ra cho khâu thu hoạch bằng cơ giới hóa là phải
giảm thiểu tối đa hao hụt. Thật vậy, 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 đường/tấn mía ép”, nên việc bóc lá, loại bỏ tạp
chất trước chế biến không những giảm hao hụt lượng đường mà còn giảm chi
phí cho công đoạn tách bỏ tạp chất trong chế biến. Bên cạnh đó, đối với phương
pháp thu hoạch bằng máy nhiều giai đoạn, mía trước khi thu hoạch được đốt để
loại bỏ phần lá, như vây ngoài việc ảnh hưởng môi trường, tiêu diệt các loại
thiên địch có lợi thì phương pháp này còn làm đất trai cứng, mất cấu tượng, còn
thu hoạch theo phương pháp một giai đoạn không những giảm chi phí nhân công
mà còn trả lại cho đất một lượng lá mía lớn sẽ giúp cải tạo đất. Tuy nhiên,
phương pháp này cần đòi hỏi chi phí ban đầu lớn và LHM phải có bộ phận bóc
lá mía hoạt động hiệu quả. Do vậy, cần phải có những nghiên cứu cơ bản nhằm
nâng cao chất lượng, 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.
Mục đích nghiên cứu
Có được cơ sở khoa học quá trình bóc lá mía, xác định một số thông số ảnh
hưởng đến chất lượng mía sau bóc và chi phí năng lượng riêng của bộ phận bóc lá
mía làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo bộ phận bóc lá mía trong LHMTHM.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Khảo sát nguyên lý làm việc và kết cấu một số bộ phận bóc lá mía
- Nguyên cứu một số đặc điểm cơ lý hóa của nguyên liệu mía Việt Nam
+ Kích thước cây mía
+ Độ cứng cây mía
+ Giới hạn phá vỡ cây
+ Hệ số ma sát cây với một số vật liệu.

2
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xác định một số thông số của bộ phận bóc lá
mía trong LHMTHM.
+ Nghiên cứu động học ảnh hưởng đến quá trình tách, róc lá mía
+ Nghiên cứu động lực học quá trình tách, róc lá mía
- Thiết kế chế tạo mẫu bộ phận bóc lá mía thí nghiệm
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số thông số tới chất
lượng làm việc, chi phí năng lượng riêng.
+ Nghiên cứu đơn yếu tố
+ Nghiên cứu đa yếu tố
+ Giải bài toán tối ưu bằng phương pháp thương lượng có điều kiện.
Cấu trúc luận án:
Luận án gồm 130 trang (chưa kể tài liệu tham khảo và phụ lục), bao gồm
phần mở đầu, kết luận và 4 chương, trong đó có 19 bảng biểu, 89 hình vẽ, đồ thị
và ảnh chụp. Ngoài ra có danh mục 91 tài liệu tham khảo và 5 phụ lục.
Sau đây là nội dụng tóm tắt luận án:

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở phân tích tình hình sản xuất mía tại Việt Nam và trên thế giới,
tình hình áp dụng công nghệ thu hoạch mía, nghiên cứu ứng dụng bộ phận bóc lá
mía và nghiên cứu kết cấu răng bóc lá mía có thể rút ra những nhận xét sau:
- Trong quy trình công nghệ và phương pháp thu hoạch mía khâu tốn
nhiều công nhất là khâu thu hoạch mía, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất
lượng, chi phí tài chính. Trong đó, phương pháp thu hoạch mía bằng máy với
công nghệ thu hoạch mía 1 giai đoạn là lựa chọn phù hợp, đảm bảo tính cấp thiết
trong điều kiện hiện nay.
- Nhằm giảm tỷ lệ hao hụt mía đường, trả lại độ phì cho đất, không gây
ảnh hưởng đến môi trường và giảm chi phí tài chính, yêu cầu cấp thiết cần có bộ

phận bóc lá mía trong LHMTHM hoạt động hiệu quả.

3
- Qua một số kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về bộ phận bóc
lá mía, loại răng bóc lá mía trên thế giới và tại Việt Nam cho thấy: những nghiên
cứu đã đưa ra một số thông số hình học, động học của bộ phận bóc lá mía. Các
tác giả của Trung Quốc đã đánh giá ba loại vật liệu làm răng bóc là cao su, cao
phân tử, cáp thép và bước đầu lựa chọn loại răng cao phân tử dựa trên độ bền
của răng mà chưa xét đến chỉ tiêu độ sạch, độ tổn thương cây sau bóc, chi phí
năng lượng riêng, chi phí tài chính, công nghệ chế tạo răng bóc nên việc lựa
chọn này là chưa thoả đáng.
- Qua những phân tích, đánh giá và một số thử nghiệm nguyên lý, loại răng
bóc đề tài đã lựa chọn nguyên lý bóc lá mía tư thế cây nằm, chuyển dọc, gốc vào
trước với loại răng bóc là cáp thép áp dụng trên LHMTHM nguyên cây.

Chƣơng 2
ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.1. Một số đặc điểm cơ lý tính và sinh hóa của cây mía
Đã giới thiệu cấu tạo, thành phần hoá học, phản ứng hoá học xảy ra tại vết
tổn thương (đường → dấm) từ đó đưa ra khăng định sau: với những vị trí trên
thân cây mía bị tác động do răng bóc làm mía biến đổi mầu sắc từ trắng sang đỏ
là những vị trí tổn thương và lượng mía bị biến đổi màu là lượng hao hụt mía do
tổn thương. Ngoài ra chương này đã đưa ra các chỉ tiêu đánh giá như: tỷ lệ sót lá
đối với bộ phận bóc được nghiên cứu phải nhỏ hơn 10%, cách xác định tỷ lệ sót
lá sau bóc, tỷ lệ tổn thương cây, chi phí năng lượng riêng.
2.2. Xác định lực phân bố tác dụng lên răng bóc bằng phƣơng pháp thực nghiệm
Lực phân bố tác dụng lên răng bóc p phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mật
độ cây mía trên đồng, vận tốc tiến của LHMTHM và các yếu tố khác vì thế việc
xác định p là khá phức tạp. Từ những điều này, ta thấy để xác định được lực
phân bố tác dụng lên răng bóc chỉ có thể bằng phương pháp thực nghiệm xác

định sơ bộ được giá trị trung bình p.
Tại đây, ta có thể xác định công suất tiêu thụ cho 1 lô bóc:
N = N
t
– N
r
- N
k
(2.1)

4
Trong đó: N
k
- công suất tiêu thu của bộ phận lắp 1 lô bóc khi chạy không tải
N
r
- công suất tiêu thụ của hai cặp lô kẹp và rút khi cấp liệu
N
t
- công suất tiêu thụ của bộ phận làm việc với 1 lô bóc khi cấp liệu
Xem lớp mía là một khối cản có bề dày bằng đường kính trung bình của
cây mía, từ đó ta có thể xác định được lực phân bố tác dụng lên răng bóc theo
công thức sau:

m
*
1b
.d.Z.Rω
N
p

(2.2)
Trong đó: p – Lực phân bố; N - Công suất tiêu thụ 1 lô bóc;
R
1
– Bán kính ngoài lô bóc; Z
*

– Số lượng răng bóc trong 1 cánh;
d
m
– Đường kính cây mía; ω
b
– Vận tốc góc của lô bóc;
Kết quả đo lực phân bố tác dụng lên răng bóc được trình bày tại bảng 2.1
Bảng 2.1. Kết quả đo lực tác dụng lên răng bóc
Lượng cung cấp q, kg/s
3
4.5
6
Lực cản lên răng bóc p, N/m
95
100
110
Kết quả đo sơ bộ khoảng giá trị p trên đây là cơ sở bước đầu để khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách róc trong bộ phận bóc lá mía.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được dựa trên nguyên tắc chung của các
phương pháp lập và giải các bài toán trong cơ học như tĩnh học, động học, động lực
học trên cơ sở các định luật, nguyên lý, Từ đó lập được các phương trình cân

bằng của hệ và các phương trình vi phân chuyển động tương đối của cây mía trong
hệ tọa độ đề các, hệ tọa độ cực. Sử dụng các biến đổi toán học để đưa các phương
trình về dạng đơn giản và tìm lời giải, từ các điều kiện biên xác định các hằng số
tích phân. Đề tài đã sử dụng phương pháp giải tích, phương pháp số.
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm gồm:
- Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố.

5
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

Yêu cầu quan trọng nhất đối với chương này là phân tích đánh giá hiện
tượng, quá trình diễn ra khi bộ phận phận bóc làm việc từ đó xây dựng mô hình
động học, động lực học nhằm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bóc
dựa trên hai chỉ tiêu chính là chiều dài quét Δ, độ võng của răng bóc w.
3.1. Quá trình tách, róc lá mía bằng răng bóc tại lô bóc.
Với kết cấu bộ phận bóc được chọn thì hiện tượng xuất hiện trong qua trình
bóc chủ yếu thuộc trường hợp b. Tuy nhiên chiều dài răng lớn hơn nhiều so với
biên độ thay đổi đường kinh cây mía vì vậy khi tính toán ta quy về trường hợp c.

(a) (c)

(b) (d)
Hình 3.1. Các trƣờng hợp xảy ra khi răng bóc tác động đến cây mía
(a)-răng bóc tác động giữa phần trên thân cây mía; (b)-răng bóc tác động cạnh cây mía

(d
c
<d
m
); (c)-răng bóc tác động cạnh cây mía (d
c
≈ d
m
); (d)-hình biều diễn kích thức răng;
d
c
-khoảng cách giữa hai răng bóc; d
m
-đường kính cây mía; d
cb
-đường kính răng bóc;
ω
b
-vận tốc góc lô bóc; V-vận tốc tiến cây mía.

6

A. Vị trí đầu răng bóc bắt đầu chạm vào cây
B. Vị trí đầu răng bóc tại thời điểm kết thúc quá trình tách
bẹ ra khỏi cây
C. Vị trí đầu răng bóc tại thời điểm kết thúc quá trình róc lá
1. Lô bóc lá
2. Răng bóc
3. Cây mía.
Hình 3.2. Sơ đồ quá trình tách, róc lá ra khỏi thân cây mía

của răng bóc tại lô bóc
Qua phân tích ta thấy: quá trình bóc lá mía của răng bóc trong bộ phận
bóc lá mía bao gồm giai đoạn sau:
1 - Quá trình tách lá từ vị trí A đến vị trí B hình 3.2.
2 - Quá trình róc lá tương ứng với khoảng cách khi răng cáp đi từ vị trí B
đến C hình 3.2.
3.2. Khảo sát động học quá trình tách, róc lá ra khỏi cây bằng răng bóc
Giả thiết mô hình:
1- Chưa xét đến biến dạng cong của răng bóc khi khảo sát;
2- Cây mía chuyển động vuông góc trục lô bóc với vận tốc không đổi;
3- Khoảng cách từ tâm trục bóc đến cây mía không thay đổi.


h: Khoảng cách từ cây mía đến tâm lô bóc
ω
b
: Vận tốc góc của lô bóc
R
1
: Bán kính ngoài của lô bóc
R
0
: Bán kính trong của lô bóc.
Hình 3.3. Sơ đồ khảo sát động học của cánh bóc
Giả thiết: Tại thời điểm bắt đầu khảo sát trục OY ≡ O
1
Y
1

Phương trình chuyển động của điểm đầu răng bóc được xác định:

t).sin(ωRhY
t).cos(ωRV.tX
b1
b1
(3.1)
Chiều dài quét Δ được xác định như sau:

2R
h
arcsin
ω
2V
h-R2
1b
22
1
(3.2)

7
Với Z là số cánh bóc, hệ số quét lặp trung bình ξ được xác định:

2
π
R
h
arcsin
π
Z
hR

V π
Zω
ξ
1
22
1
b
(3.3)
Tần suất bóc trung bình xác định:

60V
n
ε
b
Z
(3.4)
Kết quả khảo sát ảnh hưởng các thông số V, R
1
, h, n
b
đến Δ và tần suất bóc
trung bình
v, m/s
150
200
250
300
350
400
450

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
n
b
, min
-1
, mm
v=3.0
v=3.2
v=3.4
v=3.6
v=3.8
v=4.0
v=4.2
v=4.4
v=4.6
v=4.8
v=5.0

Hình 3.4. Đồ thị ảnh hƣởng n
b
và V đến Δ
0
100
200
300
400
500
600
30 60 90 120 150 180 210
h (mm)

Δ
(mm)
R1=175 mm
R1=200 mm
R1=225 mm
R1=250 mm
R1=275 mm
R1=300 mm
R1=325 mm

Hình 3.5. Đồ thị ảnh hƣởng h và R
1

đến Δ
v, m/s
150
650
1150
1650
2150
2650
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
n
b
, min
-1
ξ, %
v=3.0
v=3.2
v=3.4

v=3.6
v=3.8
v=4.0
v=4.2
v=4.4
v=4.6
v=4.8
v=5.0

Hình 3.6. Ảnh hƣởng của V, n
b
tới hệ số
quyét lặp trung bình
n
b
, min
-1
25
30
35
40
45
50
55
60
3 3.4 3.8 4.2 4.6 5
v, m/s
, m
-1
1000

1025
1050
1075
1100
1125
1150
1175
1200
1225
1250
1275
1300
1324
1349

Hình 3.7 Khảo sát chỉ tiêu tần suất đập
trên 1 mét chiều dài
Qua khảo sát sơ bộ ta chọn với R
1
= 250 mm, n
b
=600 ÷ 1200 v/p; với
R
1R
=159 mm, V=3 ÷ 5 m/s; h = 150 ÷ 200 mm; Z = 8 thì Δ > 200 mm (chiều dài
lóng mía) và trên một vị trí của thân cây mía có khoảng 4 tới 21 lần quyét, tần
suất đập nằm trong khoảng 25 ÷ 60 có thể đảm bảo quá trình róc lá.

8
3.3. Khảo sát động lực học quá trình tách, róc lá ra khỏi cây bằng cánh bóc

3.3.1. Thành lập phương trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc
Ta giả thiết như sau:
+ Xem lớp mía là một khối cản có bề dày bằng đường kính trung bình của cây mía
+ Bỏ qua lực cản do lá mía tự do
+ Xét trường hợp c hình 3.1 là trường hợp phổ biến như đã trình bày ở trên
+ Giả thiết biến dạng góc nhỏ
1t)(x,w
,
. Do đó có thể bỏ qua ảnh hưởng
của lực quán tính Coroilis, chỉ quan tâm đến ảnh hưởng của lực quán tính ly tâm.
+ Giả thiết răng bóc là một thanh đàn hồi, đồng chất có mặt cắt luôn
phẳng và vuông góc với trục răng bóc. Khi chưa biến dạng thì trục này là đường
thẳng trùng với trục 0X (hình 3.8).
Xem xét biến dạng tương đối của răng bóc trong mặt phẳng vuông góc với
trục quay, ta xây dựng hệ tọa độ tuyệt đối X0Z có tâm 0 tại chân răng bóc, khi
răng bóc không bị tác dụng lực cản trục 0X vuông góc với phương tiến của cây
mía, trục 0Z ngược với hướng chuyển động của cây mía (hình 3.8).

w: Độ võng;
p: Lực phân bố;
l
c
: Chiều dài răng bóc;
V: Vận tốc tiến cây mía;
ω
b
: Vận tốc góc lô bóc;
R
0
: Bán kính trong của lô bóc;

F
qt
: Lực quán tính ly tâm phân tố;
h: Khoảng cách từ cây mía đến tâm lô bóc;
R
1
: Bán kính từ tâm lô bóc đến
đỉnh răng bóc khi chưa biến dạng;
r(x): Khoảng cách từ tâm lô bóc
đến phân tố được xét.
Hình 3.8. Mô hình biến dạng uốn của răng bóc khi tác động đến cây mía

9

Q: Lực cắt;
φ: Góc xoay;
M: Mô men uốn;
N: Lực pháp tuyến;
dx: chiều dài phân tố;
p.dx: Hợp lực phân bố;
μ: Khối lượng đơn vị dài cánh bóc;
dJ: Mô men quán tính khối
của phân tố với trục Y.
Hình 3.9. Mô hình phân tố của răng bóc
* Để thiết lập phương trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc, ta áp
dụng nguyên lý d
’
Alembert. Từ điều kiện cân bằng lực theo phương Z ta có

0p

x
N
x
N
x
Q
wμω
t
w
μ
2
b
2
2
(3.5)
Vì răng bóc chịu lực phân bố p vuông góc với trục của nó và chịu lực
quán tính ly tâm. Vậy lực pháp tuyến N có thể tính theo đoạn răng bóc từ mặt
cắt x

đến mặt cắt l
c
, tác dụng lên phân tố thoả mãn phương trình:

x2Rx-μω
2
1
N
0
2
b cc

ll
(3.6)

xRμω
x
N
0
2
b
(3.7)
* Từ điều kiện cân bằng mô men các lực ta nhận được phương trình

4
4
x
w
EI
x
Q
(3.8)
Với: EI - độ cứng răng bóc
Từ (3.5), (3.6), (3.7), (3.8) qua biến đổi ta có phương trình vi phân biến
dạng uốn của răng bóc:
μ
p
x
w
xRω
x
w

x2Rx-
2
ω
x
w
μ
EI
wω
t
w
0
2
b
2
2
0
2
b
4
4
2
b
2
2
cc
ll

(3.9)

10

3.3.2. Điều kiện biên của phương trình vi phân biến dạng uốn răng bóc
Để giải phương trình (3.9), ta cần biết các điều kiện biên và điều kiện đầu.
Coi răng bóc là ngàm công xôn thì:
Tại x = 0; w(0,t) = 0;
0
x
t0,w
;
Tại x = l
c
;
0
x
t,w
2
2
c
l
;
0
x
t,w
3
3
c
l

Tại t
0
= 0; w(x) = 0

Quá trình tính toán bắt đầu từ thời điểm đầu răng bóc chạm vào cây mía
tới khi đầu răng rút ra khỏi cây mía.
- Thời điểm bắt đầu quá trình bóc của
răng tại t
0
= 0;

1
1
R
h
arcsin

- Thời điểm kết thúc quá trình bóc của răng:

b
1
max
ω
R
h
2arcos
t

Điều kiện của h khi khảo sát ảnh hưởng
các thông số đến w theo:
h < (R
0
+ x)sin(φ
1

+ω
b
t) < h + d
m
(3.10)
Với d
m
: đường kính trung bình cây mía

Hình 3.10. Minh hoạ thời điểm bóc,
điều kiện của h khi khảo sát
3.3.3. Phương pháp giải phương trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc
Để giải phương trình trên ta sử dụng phương pháp sai phân, chia nhỏ răng
thành n phần có độ dài bằng nhau
n
c
l
i
;
Các nút được đánh số thứ tự từ 0 đến n trong đó nút 0 là vị trí ngàm kẹp.
Phương trình (3.9) sẽ được viết dưới dạng:

11
μ
p
x
w
xRω
x
w

x2Rx-
2
ω
x
w
μ
EI
wω
t
w
(i)(i)
0
2
b
2
(i)
2
0
2
b
4
(i)
4
(i)
2
b
2
(i)
2
cc

ll
(3.11)
Đặt vế phải là f(w,t)
Đây là một hệ phương trình vi phân bậc 4. Để hạ bậc phương trình ta đặt:

.
i
1
i
2
i
i
1
zz
wz
; hay có dạng ma trận

.
1
.
2
1
ZZ
wZ
(3.12)
Ta có hệ phương trình vi phân

.
Zt,FZ

Trong đó:

;
Z
Z
Z
2
.

;
Z
tw,f
tF
1
.
(3.13)
Đây là hệ phương trình vi phân bậc nhất có 2n ẩn 2n phương trình có thể
giải được bằng phương pháp số.
Tuy nhiên, để giải được hệ trên cần xác định được giá trị của vế phải
f(w,t) trong phương trình (3.11) tại các nút i = 1÷n; trong đó cần xác định đạo
hàm riêng của w theo x ở các bậc khác nhau

4
i
4
2
i
2
i
x

w
;
x
w
;
x
w
(3.14)
Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn ta có thể tính được:
Đặt z = w ta có

2h
zz
x
w
1i1i
(3.15)

2
1ii1i
2
2
h
z2zz
x
w
(3.16)

2h
z

2h
z2z2zz
x
w
13
3
2i1-i1i2i
3
z
(3.17)

2
1ii1i
4
2i1ii1i2i
4
h
zz2z
h
z4z6z4zz
x
w
(3.18)

12
Tuy vậy, các công thức trên chưa thể tính được đạo hàm tại các điểm đầu
và cuối do thiếu giá trị của w
-1
; w
n+1

; w
n+2





Vì xem cánh bóc là ngàm công xôn do vậy các giá trị trên có thể xác định
từ điều kiện biên tại x = 0; w
0
= 0;
0
x
0w

Từ đây ta có
0
2h
zz
11
=> w
-1
= w
1

Tại x = l
c
;
0
w

2
2
c
c
l
l
;
0
w
3
3
c
c
l
l
thế vào đạo hàm (3.16), (3.17) ta có

0
h
w2ww
x
w
2
1nn1n
2
n
2
(3.19)
Với w
n+1

= 2w
n
-w
n-1


0
2h
w2w2ww
x
w
3
2n1n1n2n
3
n
3
(3.20)
Với w
n+2
= 2w
n+1
– 2w
n-1
+w
n-2
= 4w
n
– 4 w
n-1
+ w

n-2

3.3.4. Kết quả khảo sát sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến w trong quá trình
tách, róc lá mía của răng bóc
Kết quả khảo sát được thể hiện trong hình 3.11 đến 3.20.

Hình 3.11. Ảnh hƣởng của EI tới w
trong quá trình tách, róc lá mía
0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
21
22
23
24
25
26
27
28
Anh huong cua EI
EI, Nm
2
W max, mm

Hình 3.12. Ảnh hƣởng của EI tới w ở thời
điểm cuối quá trình tách, róc
-1
0
1
2
n-1
n

n+1
n+2

13


Hình 3.13. Ảnh hƣởng của
l
c
tới w trong
quá trình tách, róc lá mía

Hình 3.14. Ảnh hƣởng của
l
c
tới w ở thời
điểm cuối quá trình tách, róc
Hình 3.15. Ảnh hƣởng của R
0
tới w
trong quá trình tách, róc
100 150 200 250
16
18
20
22
24
26
28
30

32
Anh huong cua R0
R0, mm
Wmax, mm

Hình 3.16. Ảnh hƣởng của R
0
tới w ở thời
điểm cuối quá trình tách, róc

Hình 3.17. Ảnh hƣởng của μ tới w trong
quá trình tách, róc lá mía
Hình 3.18. Ảnh hƣởng của μ tới w ở thời
điểm cuối quá trình tách, róc lá mía


14

Hình 3.19. Ảnh hƣởng của n
b
tới w
trong quá trình tách, róc lá mía
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
10
15
20
25
30
35
40

45
50
Anh huong cua Nquay
n, min
-1
Wmax, mm

Hình 3.20. Ảnh hƣởng của n
b
tới w ở thời
điểm cuối quá trình tách, róc lá mía
Quá trình tách, róc lá phải đảm bảo điều kiện:
- Giá trị φ
1
≥ φ
ms
(góc ma sát) hay khả năng tách tăng (khả năng chọc
thủng, phá vỡ liên kết giữa bẹ và thân tăng)
- Giá trị w < 33 mm
- Độ tổn thương cây, độ bền răng chấp nhận được.
Qua đánh giá, phân tích, sơ bộ lựa chọn các giá trị: số vòng quay lô bóc
n
b
=1000 v/p; số vòng quay lô rút n
r
=217 v/p; bán kính ngoài lô rút R
1R
=0.159 m;
độ cứng răng bóc EI=0.01 Nm
2

; chiều dài răng bóc l
c
=0.1 m; khối lượng đơn vị
chiều dài răng bóc μ=0.2 kg/m; Bán kính ngoài lô bóc R
1
=0.25 m có biên dạng
răng bóc tại các thời điểm khác nhau được thể hiện trên hình 3.21.
-0.30
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
X
Y
0.0000
0.0025
0.0050
0.0075
0.0100
0.0125
0.0150
0.0175
0.0200

Hình 3.21. Biên dạng răng cáp tại các thời điểm khác nhau
Từ đồ thị hình 3.21, với các thông số lựa chọn trên đảm bảo điều kiện:
chiều dài quét Δ > 200 mm, biến dạng răng cáp w < 33 mm, quá trình tách, róc

lá mía triệt để.

15
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3

- Cây mía tại thời kỳ thu hoạch chủ yếu có bốn loại lá chính: lá khô gần
gốc, lá vàng giữa thân cây, lá xanh gần ngọn, lá xanh non tại phần ngọn. Tại bộ
phận bóc thì hai loại lá vàng giữa thân cây, lá xanh gần ngọn được bóc là chủ
yếu và phần bẹ lá là phần khó tách nhất.
- Tại bộ phận bóc lá mía, cây mía được bóc nhờ chủ yếu hai quá trình:
+ Quá trình tách lá mía;
+ Quá trình róc lá mía.
- Để đảm bảo hiệu quả bóc lá mía, những khảo sát động học và động lực
học căn cứ chủ yếu vào hai yêu cầu chiều dài quét đủ lớn, độ biến dạng răng bóc
bằng cáp thép trong giới hạn phù hợp, hay quá trình tách, róc lá mía phải đảm
bảo độ tổn thương nhỏ và độ sạch đạt yêu cầu.
- Khảo sát động học cho ta thấy ảnh hưởng của các thông số đến quá trình
tách, róc. Ở đây yêu cầu để róc được lá thì chiều dài quét phải > 200 mm từ đó
sơ bộ ta lựa chọn được các thông số như chiều dài răng bóc, đường kính ngoài lô,
chiều cao từ tâm lô đến cây mía, số vòng quay lô bóc, số vòng quay lô rút. Đồng
thời căn cứ yêu cầu hệ số quét lặp phù hợp ta khảo sát được mối liên hệ giữa số
cánh, số lô đến các thông số khác.
- Khảo sát phương trình vi phân của răng bóc nhờ phương pháp sai phân,
phương pháp số và phương pháp lặp ta đã đưa ra được mối quan hệ giữa biến
dạng răng bóc ảnh hưởng đến các thông số bộ phận bóc.
- Kết quả khảo sát trên ta xác định được giá trị định hướng của một số thông
số cơ bản của bộ phận bóc với bán kính ngoài lô bóc R
1
= 250 mm; Số vòng quay
lô bóc n

b
= 600÷1200 v/p; h = 150÷200 mm; chiều dài răng bóc l
c
= 80÷120 mm;
vận tốc lô rút V = 3 ÷ 5 m/s; độ cứng răng bóc bằng cáp thép EI = 0.01 Nm
2
; khối
lượng đơn vị dài của răng bóc μ = 0.2 kg/m. Đây là kết quả sơ bộ, định hướng cho
nghiên cứu thực nghiệm đơn, đa yếu tố.

16
Chƣơng 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
* Mô hình khảo nghiệm bộ phận bóc lá mía


Hình 4.1. Sơ đồ mô hình khảo nghiệm bộ phận bóc lá mía
1. Băng tải
6. Lô rút dưới
2. Lô kẹp trên
8,7. Lô bóc lá dưới
3. Lô bóc lá trên
9. Lô kẹp dưới
4. Lô rút trên
10. Mô tơ truyền động cho bộ phận bóc
5. Bộ phận căng xích
11. Mô tơ truyền động cho băng tải

Mô hình thí nghiệm gồm: răng bóc làm bằng cáp thép thay đổi được chiều
dài; băng tải cấp cây có thể thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi số vòng quay mô tơ

11 nhờ bộ biến tần; hệ thống các cặp lô kẹp, bóc, rút được truyền động nhờ xích,
nhông và thay đổi được số vòng quay nhờ thay đổi các loại nhông khác nhau.
4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số tới khả năng làm việc của bộ
phận bóc lá mía
4.1.1. Ảnh hưởng của số vòng quay lô bóc (n
b
) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương
ψ và chi phí năng lương riêng Ne


Hình 4.2. Ảnh hƣởng của số vòng quay lô
bóc n
b
tới tỷ lệ sót η
Hình 4.3. Ảnh hƣởng của số vòng quay lô
bóc n
b
tới tỷ lệ tổn thƣơng cây ψ
Rank 161 Eqn 7001 y=(a+cx)/(1+bx)
r
2
=0.99736724 DF Adj r
2
=0.99664921 FitStdErr=0.38992422 Fstat=2272.9736
a=6.8278816 b=-0.00076656544
c=-0.0038841847
600 750 900 1050 1200
n
b
, min

-1
5
10
15
20
25
30
, %o
Rank 156 Eqn 1003 y=a+bx+cx
2
r
2
=0.99732105 DF Adj r
2
=0.99659042 FitStdErr=0.18811218 Fstat=2233.6793
a=36.821429 b=-0.057399048
c=2.3714286e-05
600 750 900 1050 1200
n
b
, min
-1
2
4
6
8
10
12
, %

17

Hình 4.4. Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc (n
b
)
tới chi phí năng lƣơng riêng Ne
Ảnh hưởng của số vòng quay lô bóc (n
b
) tới chỉ tiêu tỷ lệ sót lá sau khi
bóc (η), tỷ lệ tổn thương ψ và chi phí năng lương riêng Ne được trình bày tại đồ
thị hình 4.2, 4.3, 4.4. Trong thí nghiệm các yếu tố được duy trì ở các giá trị
n
r
=250 v/p; q=4,5 kg/s; l
c
=100 mm.
Trên cơ sở các kết quả đơn yếu tố đã nêu, vùng nghiên cứu đa yếu tố của
số vòng quay lô bóc sẽ được chọn khoảng 750 ÷ 1050 vòng/phút. Trong khoảng
này độ sót lá khoảng 3 ÷ 7 %, còn độ tổn thương khoảng 6 ÷ 16 ‰, Chi phí năng
lương riêng từ 900 ÷ 1300 Ws/kg.
4.1.2. Ảnh hưởng của số vòng quay lô rút (n
r
) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương
cây (ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne.




Hình 4.5. Ảnh hƣởng của số vòng quay lô
rút (n

r
) tới tỷ lệ sót (η)
Hình 4.6. Ảnh hƣởng của số vòng quay
lô rút (n
r
) tới tỷ lệ tổn thƣơng cây (ψ)
Rank 151 Eqn 1003 y=a+bx+cx
2
r
2
=0.9971608 DF Adj r
2
=0.99638647 FitStdErr=20.332171 Fstat=2107.2718
a=1859.8581 b=-3.2943946
c=0.0026826772
600 750 900 1050 1200
n
b
, min
-1
800
1000
1200
1400
1600
1800
Ne, Ws/kg

18

Hình 4.7. Ảnh hƣởng của số vòng quay lô rút (n
r
)
tới chi phí năng lƣơng riêng (Ne)
Số vòng quay lô rút n
r
ảnh hưởng tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây
(ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne được trình bày tại đồ thị hình 4.5, 4.6, 4.7.
Trong thí nghiệm, các yếu tố được duy trì ở các giá trị v/p; n
b
= 1000v/p; q = 4,5
kg/s; l
c
= 100 mm.
Để đảm bảo độ sạch cần thiết khoảng 5% , tốc độ của lô rút nên trong
khoảng 200÷300 vòng /phút. Đây là khoảng mà luận án sẽ thực hiện nghiên cứu
đa yếu tố.
4.1.3. Ảnh hưởng của chiều dài răng bóc (l
c
) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương
cây (ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne.




Hình 4.8. Ảnh hƣởng của chiều dài răng
bóc
l
c

tới tỷ lệ sót (η)
Hình 4.9. Ảnh hƣởng của chiều dài răng
bóc
l
c
tới tỷ lệ tỷ lệ tổn thƣơng

19

Hình 4.10. Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc
l
c


tới chi phí năng lƣợng riêng (Ne)
Ảnh hưởng của chiều dài răng bóc l
c
tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây
(ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne được trình bày tại đồ thị hình 4.8, 4.9, 4.10.
Trong thí nghiệm, các yếu tố được duy trì ở các giá trị n
r
=250 v/p; n
b
=1000v/p;
q = 4,5 kg/s.
Khoảng biến thiên được lựa chọn cho nghiên cứu đa yếu tố là l
c
=90÷110
mm, với độ tổn thương khoảng 1%, năng lượng riêng khoảng 900 ÷ 1200Ws/kg.
4.1.4. Ảnh hưởng của lượng cung cấp (q) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây

(ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne.
Ảnh hưởng của lượng cung cấp q tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây (ψ)
và chi phí năng lượng riêng Ne được trình bày tại đồ thị hình 4.11, 4.12, 4.13.
Trong thí nghiệm các yếu tố được duy trì ở các giá trị n
r
=250 v/p; n
b
=1000v/p;
l
c
= 100 mm.


Hình 4.11. Ảnh hƣởng của lƣợng cung
cấp (q) tới tỷ lệ sót (η)
Hình 4.12. Ảnh hƣởng của lƣợng cung
cấp (q) tới tỷ lệ tổn thƣơng cây(ψ)
Rank 1 Eqn 49 y
-1
=a+bx
3
r
2
=0.99779291 DF Adj r
2
=0.99742507 FitStdErr=0.1220079 Fstat=5877.1199
a=0.076865617 b=0.00019236871
1.5 3 4.5 6 7.5
q, kg/s
6

7
8
9
10
11
12
13
,
o
%
Rank 13 Eqn 25 lny=a+bx
2
r
2
=0.9927882 DF Adj r
2
=0.99158623 FitStdErr=0.18696482 Fstat=1789.601
a=1.0500188 b=0.019518076
1 2.75 4.5 6.25 8
q, kg/s
2
3
4
5
6
7
8
9

20

Hình 4.13. Ảnh hƣởng của lƣợng cung cấp (q)
tới chi phí năng lƣơng riêng(Ne)
Theo kết quả đơn yếu tố vùng làm việc của máy nên trong khoảng
3÷6kg/s. Trong vùng này ta có độ sạch cũng như độ tổn thương phù hợp và chi
phí năng lượng riêng không quá cao.
4.2. Kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ưu của bộ phận bóc lá
Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố các yếu tố lựa chọn đưa
vào nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố được trình bày ở bảng 4.1 và chọn kế
hoạch thí nghiệm quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố bậc 2 hợp thành Hartly.
Bảng 4.1. Các yếu tố lựa chọn nghiên cứu
TT
Tên yếu tố
Ký hiệu
Đơn vị
Ký hiệu mã hóa
1
Tốc độ quay của lô bóc
n
b

v/p
x
1

2
Tốc độ quay của lô rút
n
r

v/p
x
2

3
Chiều dài răng bóc
l
c

mm
x
3

4
Lượng cung cấp
q
kg/s
x
4


Chế độ tối ưu của máy được xác định thông qua ba chỉ tiêu là:
Y
1
– hàm tỷ lệ sót (η), %
Y
2
– hàm tỷ lệ tổn thương (ψ), ‰
Y
3

– hàm chi phí năng lượng riêng (Ne), Ws/kg
Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào được trình bày ở bảng 4.2.
Rank 142 Eqn 1213 lny=a+bx+cx
2
r
2
=0.99714132 DF Adj r
2
=0.99636168 FitStdErr=13.697137 Fstat=2092.8719
a=7.6292585 b=-0.21003349
c=0.013821169
1.5 3 4.5 6 7.5
q , kg/s
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
Ne , WS/kg

21
Bảng 4.2. Mực và khoảng biến thiên của các yếu tố vào
Yếu tố vào
Mức biến thiên
x
1
, v/p

x
2
, v/p
x
3
, mm
x
4
, kg/s
Mức dưới -1
750
200
90
3
Mức cơ sở 0
900
250
100
4.5
Mức trên +1
1050
300
110
6
Khoảng biến thiên ε
i

150
50
10

1.5

Bằng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm (QHHTN) đa yếu tố ta thu
được mô hình toán học tương thích thông số ra như sau:
Y
1
= 5.280 - 1.980X
1
+ 0.662X
1
X
1
+ 0.572X
2
+ 0.124X
2
X
1
+ 1.015X
2
X
2
+
1.660X
3
+ 0.153X
3
X
1
- 0.273X

3
X
2
+ 0.460X
3
X
3
+ 1.345X
4
+ 0.118X
4
X
1
-
0.322X
4
X
2
+ 0.246X
4
X
3
+ 0.335X
4
X
4

Y
2
= 9.080 + 2.801X

1
+ 1.241X
1
X
1
- 0.203X
2
+ 0.280X
2
X
1
- 1.251X
2
X
2
-
2.678X
3
+ 0.220X
3
X
1
+ 0.242X
3
X
2
+ 1.061X
3
X
3

- 2.202X
4
+ 0.260X
4
X
1
+
0.757X
4
X
2
- 0.340X
4
X
3
- 0.323X
4
X
4

Y
3
= 1059.886 + 245.966X
1
+ 76.614X
1
X
1
- 133.065X
2

- 19.838X2X
1
+ 26.610X
2
X
2

- 144.355X
3
- 22.257X
3
X
1
+ 31.933X
3
X
2
+ 41.130X
3
X
3
- 138.707X
4
+ 23.709X
4
X
1
-
24.518X
4

X
2
-21.290X
4
X
3
+ 41.935X
4
X
4

Do tính chất ảnh hưởng phức tạp của các thông số đến 3 hàm chỉ tiêu được
trình bày ở trên, trong vùng quy hoạch xét một cách tổng thể các thông số không
có tối ưu thực sự (có giá trị tối ưu ở hàm này nhưng lại không tối ưu ở hàm
khác), nên chỉ có thể xác định được các giá trị hợp lý nhất của chúng trên cơ sở
xem xét các hàm chỉ tiêu, trong bài toán thương lượng đa mục tiêu.
Sử dụng chương trình tối ưu hóa hàm bậc 2 có điều kiện OPTM giải bài
toán tối ưu bằng phương pháp thương lượng có điều kiện (độ sót η
max
=5%, tổn
thương là Ψ
max
=1% (10 ‰), đã xác định được bộ phận bóc lá mía thực nghiệm

22
có chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất Ne
min
=970.83(Ws/kg) tại giá trị các thông
số đầu vào (dạng mã):
X

1
= -0.1817
X
2
= 0.3415
X
3
= -0.2209
X
4
= 0.2501
Chuyển đổi về giá trị thực của các thông số đầu vào ta có giá trị tối ưu của các
thông số là: n
b
=872.745 vg/ph; n
r
=267.075 vg/ph; l
c
=97.791 mm; q=4.87515 kg/s.


Hình 4.14. Mặt cắt của các hàm quy
hoạch theo x
1
, x
2



Hình 4.15. Ảnh hƣởng x

1
, x
2
tới N
e


Hình 4.16. Ảnh hƣởng x1, x2 tới tỷ lệ η


Hình 4.17. Ảnh hƣởng x1, x2 tới tỷ lệ ψ

Ở đây, với mức chi phí năng lượng riêng bé nhất mà vẫn thỏa mãn độ sót
nhỏ hơn 5%, độ tổn thương nhỏ hơn 10‰ chỉ có thể là đường tiếp xúc với
đường đồng mức 5%, 10‰ của hàm sót, tổn thương.
N
e
Sót Tổn thương

23
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
- Kết quả đo kích thước cây mía, hệ số ma sát giữa cây mía với cao su, thép,
bẹ lá mía và độ cứng răng bóc EI, khối lượng đơn vị chiều dài μ dựa trên
phương pháp đo, xử lý số liệu tin cậy. Kết quả này đã sơ bộ đưa ra khoảng giá
trị làm căn cứ cho các khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình tách, róc lá
mía của bộ phận bóc lá mía.
- Thông qua việc nghiên cứu, phân tích các kết quả thực nghiệm thăm dò
đơn yếu tố và thực nghiệm đa yếu tố đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến
chất lượng làm việc của bộ phận bóc lá mía trong LHMTH mía nguyên cây là:
Số vòng quay lô bóc lá n

b
, số vòng quay lô rút cây n
r
, chiều dài răng bóc lá l
c
và
lượng cung cấp q.
- Bằng thực nghiệm đa yếu tố, đã xác định được mức độ ảnh hưởng của các
thông số vào đến thông số ra (hàm mục tiêu) bằng các mô hình toán dưới dạng
phương trình hồi quy, chính tắc và đồ thị.
- Thông qua xây dựng và giải bài toán thương lượng có điều kiện ràng buộc:
tỷ lệ sót lá η ≤ 5%, tỷ lệ tổn thương cây Ψ ≤ 1%, đã xác định được hàm chi phí
năng lượng riêng của bộ phận bóc lá mía có giá trị cực tiểu Ne = 971 Ws/kg khi n
b
=
873 v/p; n
r
= 267 v/p; l
c
= 98 mm; q = 4,9 kg/s.Các thông số này là cơ sở để thiết
kế, chế tạo bộ phận bóc lá trên LHMTHM nguyên cây có năng suất khoảng 17
tấn/h, tương đương khoảng 0,25 ha/h.

KẾT LUẬN
Qua những kết quả nghiên cứu trên, có thể rút ra một số kết luận chính sau:
1. Trong quy trình công nghệ và phương pháp thu hoạch mía khâu tốn
nhiều công nhất là khâu thu hoạch mía, ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng,
chi phí tài chính. Trong đó, phương pháp thu hoạch mía bằng LHMTHM nguyên
cây với công nghệ thu hoạch mía 1 giai đoạn là lựa chọn tốt, đảm bảo tính cấp
thiết trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam.

24
2. Nhằm đảm bảo giảm tỷ lệ hao hụt mía đường, trả lại độ phì cho đất,
không gây ảnh hưởng đến môi trường và giảm chi phí tài chính thì phương pháp
tách, róc lá mía nhờ bộ phận bóc lá trong LHMTHM theo nguyên lý bóc lá, cây
nằm chuyển dọc, gốc vào trước và có răng bóc là cáp thép ưu việt hơn so với
phương pháp, nguyên lý, loại răng bóc khác.
3. Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, đã xây dựng phương trình động
học, phương trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc, mô tả quá trình tách, róc lá
mía ra khỏi cây trong bộ phận bóc với lô bóc có răng bóc bằng cáp thép.
4. Xây dựng lưu đồ thuật giải phương trình vi phân biến dạng uốn răng
bóc mô tả quá trình tách và róc lá mía. Trên cơ sở đó khảo sát động lực học quá
trình tách, róc lá mía, xác định ảnh hưởng của một số thông số đến khả năng róc,
tách lá làm căn cứ để nghiên cứu thực nghiệm.
5. Với kết cấu, nguyên lý bộ phận bóc lá được đề xuất, đã xác định các
thông số ảnh hưởng chính đến chỉ tiêu chất lượng làm việc và chi phí năng
lượng riêng là: Số vòng quay lô bóc n
b
, số vòng quay lô rút n
r
, chiều dài răng
bóc l
c
và lượng cung cấp q.
6. Đã xác định được chế độ làm việc tối ưu thích hợp của bộ phận bóc lá mía
nhờ QHTN đa yếu tố và giải bài toán thương lượng có điều kiện. Bộ phận bóc lá có
bán kính R
1
= 250 mm, khoảng cách từ tâm lô bóc đến cây mía h = 170 mm làm việc có
hiệu quả cao nhất khi: Số vòng quay lô bóc n

b
= 873 v/ph; R
1R
= 159 mm, số vòng quay
lô rút cây n
r
= 267 v/ph; chiều dài răng bóc l
c
= 98 mm; lượng cung cấp q = 4,9 kg/s.
Khi đó chi phí năng lượng riêng của bộ phận bóc lá Ne = 971 Ws/kg với tỷ lệ sót
lá η ≤ 5%, tỷ lệ tổn thương cây Ψ ≤ 1%.
7. Các kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để thiết kế, chế tạo bộ phận
bóc lá trên LHMTHM nguyên cây có năng suất khoảng 17 tấn/h, tương đương
khoảng 0,25 ha/h.