ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
o0o
HOÀNG TRUNG KIÊN
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐẬP TÁCH HẠT CỦA MÁY GẶT
ĐẬP LIÊN HỢP THU HOẠCH LÚA
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số: 60520103
Thái Nguyên, 2013
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sản xuất nông nghiệp đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, đảm bảo đầy đủ
lương thực, thực phẩm cho xã hội, có dự trữ và xuất khẩu. Từ đó góp phần ổn định
nền kinh tế, chính trị xã hội của đất nước, đồng thời khẳng định vị thế quan trọng
của nông nghiệp và nông thôn trong nền kinh tế quốc dân.
Trong sản xuất nông nghiệp từ xưa đến nay, sản xuất lúa gạo luôn giữ vai trò
chủ đạo, chiếm tỷ trọng khoảng 90% tổng sản lượng lương thực sản xuất hàng năm.
Đó là một quá trình lao động nặng nhọc với nhiều công đoạn, trong đó, khâu thu
hoạch tiêu tốn khoảng 30 ÷ 40% chi phí lao động và là khâu có cường độ lao động
vất vả, căng thẳng nhất. Chất lượng sản phẩm chịu ảnh hưởng và được quyết định
bởi nhiều yếu tố tổng hợp nhưng ảnh hưởng trực tiếp và trước tiên vẫn là khâu thu
hoạch. Trước thực tế là cơ cấu mùa vụ thay đổi, kỹ thuật canh tác cũng như nhiều
giống lúa mới năng suất cao được đưa vào áp dụng khiến cường độ lao động, mức
độ nặng nhọc của khâu thu hoạch gia tăng. Vì lẽ đó, khâu thu hoạch lúa cần được
trang bị các loại máy gặt đập liên hợp, đáp ứng nhu cầu thu hoạch lúa phù hợp với
từng vùng sản xuất.
Thực tế những năm gần đây, loại hình máy gặt đập liên hợp đã được đưa vào
sử dụng ở một số vùng miền trồng lúa trên cả nước đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Tuy nhiên, do đặc thù địa hình cũng như phương thức canh tác khác nhau giữa các
vùng miền, để có thể áp dụng hiệu quả, linh hoạt và phát triển rộng rãi loại máy trên
thì cần có những nghiên cứu sâu hơn nữa. Chính vì vậy đề tài luận văn “Nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đập tách hạt của máy gặt đập liên
hợp thu hoạch lúa” được đặt ra với mục đích nghiên cứu sâu về lý thuyết và thực
nghiệm, làm cơ sở cho việc thiết kế máy, chế tạo và vận hành máy gặt đập liên hợp
với các kiểu cỡ, năng suất phù hợp với các nguồn động lực hiện có. Thiết thực hơn,
đề tài đi giải quyết một vấn đề của thực tế sản xuất, đó là khi sử dụng các loại máy
gặt đập liên hợp hiện nay, độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm cao, nằm ngoài giá trị cho
phép. Chính vì vậy cần tìm ra lượng lúa cung cấp vào trống đập hợp lý và tốc độ
2
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 2
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
quay tối ưu của trống để đạt được độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm phù hợp, đảm bảo
năng suất và chất lượng của quá trình thu hoạch lúa.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện và
bổ sung cho việc thiết kế, chế tạo bộ phận đập của máy gặt đập liên hợp.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để nâng cao chất
lượng và hiệu quả làm việc của máy gặt đập liên hợp từ đó nâng cao năng suất lao
động, đem lại hiệu quả kinh tế. Đề xuất chế độ làm việc hợp lý cho máy gặt đập liên
hợp GLH-1500A đang sử dụng tại Đông Hưng – Thái Bình.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng
đập tách hạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ và tiêu thụ năng lượng khâu tách hạt của
cơ cấu đập lắp trên máy gặt đập liên hợp thu hoạch lúa. Trên cơ sở đó, tìm ra chế độ
làm việc hợp lý cho máy GLH-1500A sử dụng tại Thái Bình.
Đối tượng nghiên cứu gồm: Lúa Q5 cần thu hoạch - Trống đập của máy
gặt đập liên hợp GLH-1500A - Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng mô hình
và tính toán lý thuyết trống đập, từ đó xác định được bộ thông số hợp lý.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan vấn đề thu hoạch lúa ở Việt Nam.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đập, xác định các yếu tố ảnh hưởng trong
khâu đập tách hạt; lý thuyết quy hoạch thực nghiệm; lý thuyết đồng dạng – mô hình
– thứ nguyên.
- Thực nghiệm, phân tích kết quả.
- Ứng dụng lý thuyết đồng dạng, mô hình tính toán bộ phận đập.
3
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 3
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam
Nước ta có lịch sử và truyền thống trồng lúa nước lâu đời và là nước có diện
tích trồng lúa đứng hàng thứ 6 trên thế giới. Hiện nay trong tổng số diện tích tự
nhiên 33095700ha có khoảng 26226400ha sử dụng cho đất nông nghiệp, với
4120200ha diện tích để trồng lúa nước, được phân bố trên cả 7 vùng sinh thái: Miền
Núi và Trung Du phía Bắc, vùng Đồng Bằng Sông Hồng (ĐBSH), vùng khu 4 cũ
(K4), vùng duyên hải Miền Trung (DHMT), vùng Tây Nguyên (TN), vùng Đông
Nam Bộ (ĐNB) và vùng Đồng Bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) [13]. Trong 7 vùng
sản xuất nêu trên thì hai vùng ĐBSH và ĐBSCL đóng vai trò rất quan trọng, đây là
hai vùng sản xuất lúa trọng điểm của cả nước đảm bảo được an toàn lương thực
quốc gia và cung cấp gạo cho xuất khẩu. Theo thống kế năm 2011 tại hai vùng có:
Diện tích trồng lúa chiếm 68,4% cả nước [14]. Sản lượng lúa cả năm chiếm 71,3%
cả nước [15].Bình quân sản lượng lúa và diện tích lúa trên một lao động nông
nghiệp cao nhất cả nước.
Đối với khu vực ĐBSH diện tích canh tác đạt tới mức giới hạn tối đa. Sản
lượng lương thực đảm bảo duy trì ổn định nhu cầu cho khu vực và các tỉnh miền núi
và trung du phía Bắc.
Vùng ĐBSCL diện tích canh tác vẫn được phát triển, mở rộng trong các năm
tới do có các dự án về thủy lợi, làm đê bao, khai hoang vùng Đồng Tháp Mười, Tứ
giác Long Xuyên, Tây Sông Hậu. Do có sự dịch chuyển cơ cấu mùa vụ, năng suất
lúa bình quân toàn vùng tăng từ 30 tạ/ha năm 1985 lên 46,2 tạ/ha năn 2002 và đến
2011 là 56,7 tạ/ha [16].
Nhìn lại năm 2011 nông nghiệp được mùa toàn diện và khởi sắc trong
chuyển dịch cơ cấu sản xuất. Diện tích cây lương thực cả năm đạt 8769,5 nghìn ha,
4
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 4
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
tăng 153,6 nghìn ha so với năm 2010, trong đó diện tích lúa cả năm ước đạt 7651,4
nghìn ha, tăng 162 nghìn ha [17]. Sản xuất lúa phát triển tốt, cơ cấu sản xuất chuyển
đổi theo hướng tiến bộ, giảm diện tích lúa vùng ven biển năng suất thấp sang nuôi
tôm, lấy thâm canh tăng năng suất làm hướng chính để tăng sản lượng. Vụ lúa Đông
– Xuân 2011 được mùa trên phạm vi cả nước, năng suất lúa đạt 63,9 tạ/ha, tăng 1,6
tạ/ha so với 2010, sản lượng đạt 19778,4 nghìn tấn, tăng 561,6 nghìn tấn so với vụ
Đông – Xuân trước; trong đó các tỉnh phía Bắc đạt 3789,1 nghìn tấn, tăng 169,5
nghìn tấn, riêng ĐBSCL đạt 10483,4 nghìn tấn, tăng 207,4 nghìn tấn [18]. Nguyên
nhân được mùa một phần do thời tiết thuận lợi trên phạm vi cả nước, song phần chủ
quan do các địa phương chủ động đổi mới cơ cấu giống lúa và chỉ đạo tốt thời vụ
cho nên năng suất đạt mức cao nhất từ trước tới nay. Vụ hè thu năm 2011 tăng cả
diện tích và năng suất. Diện tích lúa hè thu cả nước đạt 2585,0 nghìn ha, tăng 149
nghìn ha so với vụ hè thu trước [19]. Nguyên nhân chủ yếu do giá lúa gạo tăng theo
hướng có lợi cho người nông dân, thúc đẩy họ đầu tư nhiều hơn cho sản xuất lúa hè
thu. Năng suất trung bình cả nước đạt 51,6 tạ/ha, tăng 3,6 tạ/ha so với vụ trước [20].
Sản lượng lúa hè thu năm 2011 cả nước đạt 13341,1 nghìn tấn, tăng 1655 nghìn tấn,
riêng ĐBSCL đạt 11085,9 nghìn tấn, tăng 1338,3 nghìn tấn so với vụ hè thu 2010
[21]. Về lúa mùa, diện tích gieo cấy của cả nước đạt 1969,6 nghìn ha, tăng 2,1
nghìn ha so với vụ trước [22]. Nguyên nhân chủ yếu do nhiều địa phương ở ĐBSCL
đã chuyển diện tích lúa mùa sang gieo sạ lúa Đông Xuân. Tính chung lúa cả năm
năng suất đạt 55,3 tạ/ha [23], sản lượng đạt khoảng 42324,9 nghìn tấn, tăng 2319,3
nghìn tấn so với năm 2010 [15].
1.2. Vị trí khâu thu hoạch trong sản xuất lúa
Thu hoạch là một trong những khâu lao động nặng nhọc nhất trong quá trình
sản xuất liên tục. Hầu hết các nước trồng lúa ở vùng nhiệt đới và trên thế giới nói
chung, phần lớn công việc gặt hái vẫn còn dùng sức lao động thủ công và công cụ
liềm hái cầm tay. Chi phí công lao động có thể lên tới 120 người giờ/ha [26-28].
Trong khâu thu hoạch, cắt gặt là công đoạn đầu tiên, nó ảnh hưởng lớn đến sản
lượng và chất lượng sản phẩm. Do điều kiện tự nhiên và tập quán canh tác ở nhiều
5
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 5
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
nước trên thế giới, cũng như các vùng trồng lúa ở nước ta có khác nhau nên yêu cầu
kỹ thuật đối với công cụ và máy cắt gặt cũng như quy trình thu hoạch lúa cũng khác
nhau.
1.3. Các phương pháp thu hoạch lúa bằng máy
1.3.1 Phương pháp thu hoạch một giai đoạn
1.3.2 Phương pháp thu hoạch lúa nhiều giai đoạn
1.4. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng máy thu hoạch lúa trên thế giới
1.4.1. Phương pháp thu hoạch lúa một giai đoạn
1.4.2. Phương pháp thu hoạch lúa nhiều giai đoạn
1.5. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng máy thu hoạch lúa ở Việt Nam
Trước đây cũng như hiện nay ở nước ta quy trình thu hoạch lúa chủ yếu là
phương pháp nhiều giai đoạn, được tiến hành với các bước sau:
- Cắt gặt lúa - Thu gom lúa - Tuốt hoặc đập tách hạt. - Làm sạch sơ bộ, thu
gom hạt, bảo quản - Xử lý rơm rạ.
1.5.1 Máy gặt bó
1.5.2 Máy gặt rải lượm
1.5.3 Máy gặt lúa rải hàng
1.5.4 Máy gặt rải hàng chuyển cây đứng với đĩa gạt lúa bị động hình sao
1.5.5. Máy gặt đập liên hợp
Máy gặt đập liên hợp là loại
máy được sử dụng phổ biến trong
sản xuất lúa ở nước ta hiện nay.
Theo số liệu của Tổng Cục Thống
Kê, năm 2011 cả nước có 14701
máy gặt đập liên hợp được đưa vào
sử dụng. Trong đó, 21 máy thuộc
6
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 6
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
quyền sở hữu của doanh nghiệp, 150 Hình 1.1. Máy gặt đập liên hợp
máy thuộc các hợp tác xã và 14530 máy do các hộ gia đình làm chủ [32].
1.6. Máy gặt đập liên hợp GLH – 1500A
Là máy được thiết kế, chế tạo
bởi TS Nguyễn Sỹ Hiệt và các cộng
tác viên - Viện Cơ Điện NN &
CNSTH. Hiện máy đang được sử
dụng tại Đông Vinh – Thái Bình
đem lại hiệu quả kinh tế cao cho bà
con nông dân. Máy có kết cấu đơn
giản, gọn nhẹ nhưng vận hành thuận
tiện và phù hợp với địa hình đồng
ruộng Thái Bình. Dưới đây là một số
bộ phận chính của máy:
Hình 1.2. Máy gặt đập liên hợp GLH-1500A
1.6.1. Cấu tạo bộ phận cắt gặt
1.6.2. Trục xoắn tải lúa
1.6.3. Băng tải lúa
1.6.4. Bộ phận đập phân ly và làm sạch
1.6.5. Bộ phận làm sạch
1.6.6. Vít tải
1.6.7. Gầm máy
1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đập tách hạt của máy gặt đập liên
hợp và hướng nghiên cứu.
Quá trình đập là quá trình phá vỡ sự liên kết giữa hạt và gié. Sự làm việc của
bộ phận đập chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố thuộc về vật liệu đập như: loại giống,
độ ẩm khối lúa, tỷ lệ hạt trong khối lúa, độ chín của lúa, tạp chất cỏ rác. Các yếu tố
7
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 7
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
thuộc về cấu tạo của bộ phận đập như: số thanh hoặc răng trống đập, góc bao, độ
dài trống, đường kính trống, vận tốc trống, khe hở giữa trống và máng trống.
Trên thế giới có nhiều nghiên cứu về trống đập. Petre I. Miu, Heinz-Dieter
Kutzbach đã mô hình hóa và mô phỏng quá trình đập tách hạt trong trống đập [1].
Còn để đo thất thoát khi máy làm việc, C.A. Glasbey, M.B. Mc Gechan đã có
nghiên cứu về thất thoát ngẫu nhiên trên trống đập của máy gặt đập liên hợp [2];
M.J. Le Flufy, G.T. Stone có công trình về điều khiển tốc độ của trống đập giữ ở
một mức cố định trong việc đo lượng tổn thất hạt trong quá trình đập [3]. Du Chen,
Feng Kang, Qingyuan Zhu and Shumao Wang lại tập trung nghiên cứu điều khiển
tốc độ máy gặt đập liên hợp trên cơ sở mô hình công suất tiêu thụ tối ưu của trống
đập [4]. Kế đến là hàng loạt nghiên cứu về mô hình toán của dòng nguyên liệu
chuyển động trong trống đập một trục [5], nghiên cứu độ ổn định của máy gặt đập
liên hợp [6], những lợi ích của hệ thống điều khiển tốc độ khác nhau của máy gặt
đập liên hợp [7]. Như vậy chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của lượng lúa đưa
vào trống đập và tốc độ quay của trống đến độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm.
Luận văn này trình bày quá trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để xác
định mối quan hệ giữa lượng lúa đưa vào trống đập và tốc độ quay của trống đến độ
sót và tỷ lệ hạt theo rơm. Bằng cách áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, một
loạt các thí nghiệm đã được thiết kế và triển khai trên máy GLH-1500A xác định
vùng tốc độ quay của trống và lượng lúa đưa vào trống thỏa mãn đồng thời hai chỉ
tiêu độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm nhỏ nhất. Cách tiếp cận này có thể được phát triển
cho nhiều loại máy gặt đập liên hợp với kích cỡ và hình dạng khác nhau.
8
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 8
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
1. Sản xuất lúa gạo đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân,
đó là một quy trình lao động nặng nhọc với nhiều công đoạn, trong đó thu hoạch lúa
là khâu cuối cùng và quan trọng nhất cần được cơ giới hóa.
2. Ở Việt Nam hiện áp dụng nhiều loại hình máy gặt đập liên hợp, tuy nhiên do địa
hình cũng như điều kiện canh tác khác nhau giữa các vùng miền nên đôi khi máy
đưa vào sử dụng chưa cho kết quả cao nhất. Vì vậy cần có nhiều hơn nữa những
nghiên cứu về các loại máy này.
3. Chất lượng làm việc của máy gặt đập liên hợp chịu ảnh hưởng của nhiều yêu tố
như: loại giống, độ ẩm khối lúa, tỷ lệ hạt trong khối lúa, độ chín của lúa, tạp chất cỏ
rác, nhưng ảnh hưởng mạnh nhất vẫn là: số thanh đập, góc bao, độ dài trống, đường
kính trống, vận tốc trống, khe hở giữa trống và máng trống, lượng lúa đưa vào
trống. Như vậy trống đập là bộ phận quyết định chủ yếu đến chất lượng làm việc
của máy gặt đập liên hợp.
4. Khi thu hoạch lúa bằng máy gặt đập liên hợp, yêu cầu đặt ra là tổn thất phải nhỏ,
điều đó đồng nghĩa với việc tỷ lệ hạt theo rơm và độ sót càng nhỏ càng tốt. Điều
này được quyết định bởi chế độ làm việc của trống đập. Từ các tài liệu [1-7] nhận
thấy chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của lượng lúa đưa vào trống đập và tốc
độ quay của trống đến độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm, do đó hướng nghiên cứu của tác
giả là tìm ra mối quan hệ giữa tốc độ quay của trống, lượng lúa cung cấp vào trống
9
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 9
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
với độ sót vào tỷ lệ hạt theo rơm, cuối cùng chọn ra chế độ làm việc tối ưu cho máy
gặt đập liên hợp. Nghiên cứu thực nghiệm sẽ tiến hành trên máy GLH-1500A.
Chương 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Trống đập của máy gặt đập liên hợp GLH-1500A.
- Nguyên liệu : Lúa Q5 cần thu hoạch.
- Địa điểm nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết tại Viện Cơ Điện Nông Nghiệp
và Công Nghệ sau Thu Hoạch, nghiên cứu thực nghiệm tại : Đông Vinh – Đông
Hưng – Thái Bình.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực
nghiệm đơn yếu tố
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đập tách hạt trên máy gặt đập
liên hợp, các yếu tố đó là: Loại giống lúa, Độ ẩm khối lúa, Tỷ lệ hạt trong khối lúa,
Độ chín của hạt lúa, Lượng lúa đưa vào trống đập, Vận tốc trống đập, Đường kính
trống đập, Chiều dài trống đập, Số thanh trống, Góc bao, Khe hở giữa trống và
máng trống. Để lựa chọn những yếu tố chính, ta có thể dùng phương pháp tìm hiểu
thu thập thông tin qua các tài liệu tham khảo và lấy ý kiến của chuyên gia, nhờ đó
có thể loại bỏ bớt những yếu tố không cần thiết. Trong điều kiện và khuôn
khổ của luận văn, tác giả chọn những thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng đập
tách hạt, đó là: lượng lúa cung cấp vào trống đập và tốc độ quay của trống đập.
Ký hiệu các yếu tố như sau:
10
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 10
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
- x
1
: Lượng lúa cung cấp vào trống đập, x
2
: Tốc độ quay của trống đập.
- y
t
: Tỷ lệ hạt theo rơm, y
s
: Độ sót.
Từ thí nghiệm đơn yếu tố sẽ xác định ảnh hưởng của từng yếu tố đến các
thông số y
t
, y
s
.
2.2.2. Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực
nghiệm đa yếu tố
* Xác định các thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng đập tách hạt
Thông qua tài liệu tham khảo và kết quả áp dụng phương pháp thực nghiệm
đơn yếu tố, sơ bộ đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến hai thông số tối ưu là
Độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm, đã xác định được các yếu tố chính ảnh hưởng, tức là
các thông số vào “hộp đen” - máy gặt đập liên hợp, theo mô hình dưới đây:
Chọn các mức biến thiên của yếu tố và vùng thí nghiệm gồm có các mức
trung bình, mức cơ sở, khoảng thí nghiệm và các mức biến thiên đối xứng qua mức
cơ sở gọi là mức dưới và mức trên, xác định khoảng biến thiên ε, nếu mô hình tuyến
tính, chỉ chọn 2 mức trên và dưới; nếu mô hình phi tuyến, phải thêm các mức bổ
sung.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
1. Xác định rõ được đối tượng nghiên cứu là giống lúa Q5 và trống đập trên
máy GLH-1500A.
2. Hàm mục tiêu cần đạt được là tỷ lệ hạt theo rơm y
t
và độ sót y
s
. Biến đầu
vào là lượng lúa cung cấp vào trống đập và tốc độ quay của trống.
11
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 11
y
t
: tỷ lệ hạt
theo rơm
Máy gặt đập
liên hợp
(hộp đen)
x
2
: tốc độ quay
của trống đập
x
1
: lượng lúa đưa
vào trống đập
y
s
: độ sót
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
3. Ứng dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố để tìm phương trình toán
mô tả ảnh hưởng của các yếu tố kể trên và lựa chọn được bộ thông số làm
việc hợp lý của máy gặt đập liên hợp nhằm đạt được tỷ lệ hạt theo rơm y
t
và độ sót y
s
nhỏ nhất.
Chương 3
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN ĐẬP TÁCH HẠT
3.1. Phân loại bộ phận đập tách hạt
Bộ phận đập tách hạt trên các máy gặt đập liên hợp gồm hai loại là: đập tiếp
tuyến và đập dọc trục. * Bộ phận đập tiếp tuyến (Hình 3.1)
Hình 3.1. Bộ phận đập kiểu tiếp tuyến
* Bộ phận đập dọc trục (Axial)
12
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 12
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Hình 3.2. Máy GĐLH sử dụng trống đập dọc trục, cấp liệu đầu trục
1- Bộ phận gặt, 2-Trống cấp lúa, 3- Băng chuyền nghiêng, 4- cánh vơ đầu trống đập, 5-
Cánh vít, 6- Cabin, 7- Thùng chứa, 8,15,17,21,22, và 24- vít tải, 9 và 10- Thanh trống đập,
11- trống đập, 12- Động cơ, 18, 19- Sàng làm sạch, 20 Máng trống, 23- Quạt gió…
(4,5,9,10,11-Các bộ phận của trống đập cấp liệu đầu trục)
3.2. Tính toán bộ phận đập tách hạt
3.2.1. Quá trình làm việc của bộ phận đập
Quá trình đập là quá trình phá vỡ sự liên kết giữa hạt và gié. Sự làm việc của
bộ phận đập chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố thuộc về vật liệu đập như: loại giống,
độ ẩm khối lúa, tỷ lệ hạt trong khối lúa, độ chín của lúa, tạp chất cỏ rác. Các yếu tố
thuộc về cấu tạo của bộ phận đập như: số cái đập (hoặc thanh hoặc răng), góc bao,
độ dài trống, đường kính trống, vận tốc trống và khe hở giữa trống và máng trống.
Các yếu tố này sẽ có ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu: độ sót và độ nát.
3.2.2. Lượng lúa cung cấp vào trống đập
Lượng cung cấp riêng đưa vào bộ phận đập của máy gặt đập liên hợp làm
việc trên đồng được tính bằng công thức sau:
v
AB
q
tb
11,0
β
=
(kg/s) (3.1)
- A là sản lượng lúa thu hoạch trên 1 ha tính bằng tấn.
13
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 13
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
- B là bề rộng làm việc của máy gặt liên hợp (m).
- v là vận tốc chuyển động của máy (m/s).
-
β
là tỷ lệ trọng lượng hạt chứa trong toàn bộ trọng lượng hạt và rơm.
Lượng cung cấp riêng được xác định theo công thức trên là lượng cung cấp
riêng trung bình.
3.2.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình làm việc của bộ phận đập
3.2.3.1. Vận tốc quay của trống đập
Vận tốc quay của trống đập đặc trưng bởi số vòng quay trong một phút hay
vận tốc góc, vận tốc vòng của trống đập. Dựa vào lý thuyết đập rụng hạt ta thấy
rằng công để làm rụng một hạt có khối lượng m là:
2
.
2
mv
hGL ==
(3.2)
Trong đó v là vận tốc của hạt, nếu vận tốc của trống là v
tr
thì vận tốc của hạt
sẽ là:
tbtr
Cosvv
αε
)1( +=
. Trong đó
ε
là hệ số hoàn nguyên, hệ số này thay đổi
tùy theo độ ẩm của hạt, với hạt ẩm
1,0
=
ε
; hạt khô
2,0=
ε
;
tb
α
là góc giữa hướng
vận tốc trống và trục của hạt, góc này thay đổi trong khoảng
÷
2
0
π
vì thế ta lấy:
14
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 14
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
∫
===
2/
0
64,0
2
2
π
π
α
π
α
α
d
Cos
Cos
tb
Do đó ta có:
( )
[ ]
2
1
2
1
tbtr
CosvmL
αε
+=
Hình 3.3. Răng đập rụng hạt
Suy ra:
( )
m
L
Cos
v
tb
tr
2
1
1
αε
+
=
Hay
( )
thtr
v
m
L
v <
+
=
max
2
164,0
1
ε
(3.3)
Ở đây v
tr
là vận tốc tới hạn làm hỏng hạt.
3.2.3.2. Lực đập
Lực P cần thiết để đập theo V.P. Goriatskin là:
FPP +=
1
(3.4)
Trong đó:
- P
1
: lực làm rụng hạt và làm biến dạng cây lúa.
- F : lực ma sát.
'
1
vm
dt
dm
vP ==
(3.5)
fPF =
(3.6)
- f là hệ số.
Theo Goriatskin: f = 0,2 ÷ 0,85
15
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 15
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Ta có lực đập cần thiết là:
fPvmP += '
hay
f
vm
P
−
=
1
'
(3.7)
3.2.3.3. Công suất cần thiết – Phương trình cơ bản của trống đập
Ta gọi N là năng lượng chi phí cho trống làm việc với lượng cung cấp riêng
m’. Năng lượng đó sẽ gồm hai thành phần N
1
và N
2
tương ứng với hai loại lực cản
trên. Ta có:
21
NNN +=
(3.8)
N
1
là một hàm số đối với vận tốc góc
ω
của trống đập:
3
1
ωω
BAN +=
(3.9)
N
2
chính là tích số của lực đập P và vận tốc v.
Ta có:
f
vm
N
−
=
1
.
2'
2
(3.10)
Như vậy công suất cần thiết để trống làm việc là:
( )
f
vm
BAN
−
++=
1
'.
2
3
ωω
(Nm/s) (3.11)
Bây giờ đề ý trống quay không (không cung cấp lúa) thì chính N
2
này sẽ làm
cho trống quay có gia tốc. Nếu gọi I là mô men quán tính của trống (Nms
2
), ta có:
t
NN
dt
d
IN −==
ω
ω
2
(3.12)
Cân bằng hai phương trình (3.10) và (3.12) ta có:
16
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 16
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
f
vm
dt
d
IN
−
==
1
'
2
2
ω
ω
(3.13)
Đây là phương trình cơ bản của trống đập, cân bằng giữa công nhận được và
công tiêu thụ. Từ phương trình cơ bản ta suy ra những kết quả sau:
+ Vận tốc giới hạn:
'
)1(
30
2
m
fN
R
n
th
−
=
π
(vg/min)
Ta cũng có thể xác định vận tốc giới hạn
bằng đồ thị (hình 3.4). Hoành độ giao
điểm của hai đường biểu diễn hàm số
dt
d
ω
cho ta vận tốc tới hạn
th
ω
.
Vận tốc góc làm việc
lv
ω
của trống đập
phải nhỏ hơn vận tốc tới hạn
th
ω
.
Hình 3.4 Đồ thị xác định
th
ω
+ Giới hạn đường kính trống:
Từ phương trình cơ bản trên ta có:
222
2
)1(41'
D
f
v
f
N
m
ω
−
=
−
=
(3.14)
Trong đó D là đường kính trống đập.
3.2.4. Những thông số cấu trúc của bộ phận đập
Những thông số chính của trống đập là: chiều dài l, đường kính D, số thanh
I, số vòng quay n. Những thông số này ảnh hưởng nhiều đến chất lượng và năng
suất làm việc của bộ phận đập: Chiều dài trống l, Đường kính trống D, Vận tốc
trống, Số thanh trống i.
17
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 17
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
1. Các máy gặt đập liên hợp thu hoạch lúa sử dụng hai loại bộ phận đập chủ
yếu là: đập tiếp tuyến và đập dọc trục. Trong đó bộ phận đập tiếp tuyến
thường được sử dụng vì cho năng suất đập cao.
2. Xây dựng được cơ sở lý thuyết làm việc của trống đập, bao gồm: tính toán
vậc tốc quay của trống đập, lực đập, công suất cần thiết, phương trình cơ
bản của trống đập, lượng lúa cung cấp vào trống đập.
Chương 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐẬP TÁCH HẠT CỦA
MÁY GLH -1500A
3.1. Mục đích thí nghiệm
- Xác định các thông số chính ảnh hưởng đến độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm sau
khi đập trên máy gặt đập liên hợp GLH – 1500A.
- Chỉ ra các mối quan hệ giữa các thông số ảnh hưởng và hàm mục tiêu bằng
thực nghiệm (những đại lượng này khó hoặc không thể xác định được bằng tính
toán lý thuyết).
- Lựa chọn được giá trị tốc độ quay của trống đập và lượng lúa đưa vào trống
để độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm là nhỏ nhất.
3.2. Đối tượng thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là giống lúa Q5:
18
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 18
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
* Độ ẩm cây và hạt khi thu hoạch theo mùa vụ
[34]:
- Vụ Xuân: Độ ẩm cây 75÷80%; độ ẩm hạt
22÷25%.
- Vụ Mùa: Độ ẩm cây 65÷72%; độ ẩm hạt 18÷21%.
* Lực cần để bứt hạt ra khỏi gié: 0,78N [30]
Hình 4.1. Lúa Q5
3.3 Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm
* Thông số đầu vào:
- Tốc độ quay của trống đập x
2
, v/ph:
{ }
700;600;500
2
=x
v/p
- Khối lượng lúa đưa vào trống đập q, kg ; q = S.ρ (kg).
Trong đó: S = 25.x
1
(m
2
). Với: - 25 (m) là chiều dài của các đường cắt.
- x
1
là bề rộng của đường cắt,
{ }
35,1;15,1;95,0
1
=x
m, ρ = 1,2 kg/m
2
.
Suy ra:
{ }
5,40;5,34;5,28=q
kg.
* Thông số đầu ra: Tỷ lệ hạt theo rơm y
t
, % ; Độ sót hạt y
s
, %.
3.4. Thiết bị thí nghiệm
3.4.1 Máy gặt đặp liên hợp GLH -1500A
3.4.2 Thiết bị đo
Máy đo tốc độ vòng quay, Cân, Thước dây, Các thiết bị thu gom, hứng,
đựng, sàng, xảy thóc.
19
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 19
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
3.5. Mô hình thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành
trên thửa ruộng có kích thước là
25x134,55m được chia thành các
đường chạy với bề rộng lần lượt là:
0,95m; 1,15m; 1,35m.
Hình 4.2. Mô hình thí nghiệm
3.6. Tiến hành thí nghiệm
* Tiến hành thí nghiệm:
- Cho máy gặp đập liên hợp GLH-1500A gặt với các đường chạy có bề rộng
lần lượt là: 0,95m; 1,15m; 1,35m tương ứng với các tốc độ quay của trống đập: 500
(v/p), 600 (v/p), 700 (v/p).
- Trong mỗi lần chạy, tiến hành thu gom thóc và toàn bộ phần rơm mà máy
nhả ra. Thóc sẽ được đóng vào bao rồi đem cân. Còn rơm sẽ được rũ nhẹ để cho các
hạt thóc bám theo rơm trong quá trình đập rơi ra. Phần thóc đó được gọi là thóc
theo rơm, thóc theo rơm được đóng gói và đem cân. Cuối cùng, nhặt các hạt thóc
còn liên kết ở rơm – là lượng thóc mà quá trình đập chưa phá được liên kết giữa hạt
thóc với gié lúa – gọi là thóc sót. Thóc sót cũng được đóng gói và đem cân. Như
vậy thóc thu thập trong thí nghiệm là tổng hợp của 3 loại trên. Tỷ số khối lượng
giữa thóc theo rơm trên tổng số thóc thu được gọi là tỷ lệ thóc theo rơm y
t
(%), tỷ số
khối lượng giữa thóc sót trên tổng số thóc thu được gọi là độ sót y
s
(%). Chúng ta
mong muốn là cả y
t
và y
s
đều nhỏ.
20
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 20
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Hình 4.3. Quá trình tiến hành thí nghiệm
* Kết quả thí nghiệm: lặp lại thí nghiệm 3 lần ta thu được kết quả như sau:
N
0
x
1
(m)
x
2
(v/p
)
Y (g)
Y
T.R 1
Y
sót 1
Y
Tổng 1
Y
T.R 2
Y
sót 2
Y
Tổng 2
Y
T.R 3
Y
sót 3
Y
Tổng 3
1
1.3
5
500
104.
6 10.7
25215.3
0
104.
2
10.6
8
20114.8
8 104.3
10.7
2
23115.0
2
2
0.9
5
500
103.
8 10.4
14614.2
0
104
10.3
7
22114.3
7 103.9
10.4
5
24614.3
5
3
1.3
5
700 106
10.8
25616.8
0
105.
5
10.7
5
22616.2
5 104.9
10.9
1
25115.8
1
4
0.9
5
700 105
10.7
18615.7
0
105.
5
10.6
5
15116.1
5 105.2
10.7
4
14615.9
4
5
1.3
5
600
105.
4 10.3
23815.7
0
105.
5
10.3
4
17115.8
4 105.2
10.2
6
16615.4
6
6
0.9
5
600
104.
2 10.3
18614.5
0
104.
4
10.3
4
18114.7
4
104.1
4
10.2
5
18114.3
9
7 1.1 700 104 10.5 24114.5 104. 10.5 22115.1 103.9 10.4 21114.3
21
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 21
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
5 0 6 5 5 8 8
8
1.1
5
500 104
10.5
20114.5
0
104.
5
10.6
1
23115.1
1 103.8
10.4
2
21614.2
2
9
1.1
5
600
100.
2
10.0
5
22710.2
5
100.
1
10.0
3
24610.1
3
100.1
5
10.0
1
24360.1
6
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm với 3 lần lặp
3.7. Xác định ảnh hưởng của tốc độ quay của trống đập x
2
và lượng lúa đưa
vào trống x
1
đến tỷ lệ hạt theo rơm y
t
* Thiết kế thí nghiệm
Trong Minitab, kích menu: Start\DOE\Response Surface\Create Response
Surface Design.
* Nhập các kết quả thí nghiệm vào phần mềm.
* Phân tích kết quả thí nghiệm
Kích menu Start\DOE\Response Surface\Analyze Response Surface
Design. Kết quả phân tích mô hình hồi quy hiển thị trong cửa sổ Secssion.
Vậy mô hình hồi quy nhận được là:
21
2
2
2
121
058,0003,2676,2417,0303,0751,100 xxxxxxy
t
−++++=
(4.1)
* Đồ thị bề mặt chỉ tiêu:
Trong Minitab, kích menu Start\DOE\Response Surface\Contour, Surface
Plots. Với mỗi dạng đồ thị, kích nút Setup để thiết lập các thông số.
22
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 22
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Hình 4.4. Đồ thị bề mặt (trái) và đường mức (phải)
Từ đồ thị đường mức, kích chuột phải, chọn Crosshairs để xác định vùng
cực trị, theo đó ta nhận được thông số tối ưu như sau:
Hình 4.5. Giá trị tối ưu
- Lượng lúa đưa vào trên chiều
dài cắt x
1
:
mmx 1150
1
≈
- Tốc độ quay của trống đập x
2
:
pvx /600
2
≈
- Lượng lúa theo rơm Y
t
:
%40674,0726,100 =⇒=
tt
ygY
3.8. Xác định ảnh hưởng của tốc độ quay của trống đập x
2
và lượng lúa đưa
vào trống x
1
đến độ sót y
s
.
Tiến hành tương tự như ở mục 3.7 ta thu được kết quả như sau:
Mô hình hồi quy:
21
2
2
2
121
0425,04236,0212,00683,007,00423,10 xxxxxxy
s
−++++=
(4.2)
23
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 23
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
* Đồ thị bề mặt chỉ tiêu:
Trong Minitab, kích menu Start\DOE\Response Surface\Contour, Surface
Plots. Với mỗi dạng đồ thị, kích nút Setup để thiết lập các thông số.
Hình 4.6. Đồ thị bề mặt (trái) và đường mức (phải)
Từ đồ thị đường mức, kích chuột phải, chọn Crosshairs để xác định vùng
cực trị, theo đó ta nhận được thông số tối ưu như sau:
Hình 4.7. Giá trị tối ưu
- Lượng lúa đưa vào trên chiều
dài cắt x
1
:
mmx 1150
1
≈
- Tốc độ quay của trống đập x
2
:
pvx /600
2
≈
- Lượng lúa sót Y
s
:
%04076,00263,10 =⇒=
ss
ygY
* Tối ưu hóa đa mục tiêu:
24
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 24
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Từ phương trình 3.1 và 3.2 ta đã xác định được mối quan hệ giữa tốc độ
quay của trống đập x
2
và lượng lúa đưa vào trống x
1
đến tỷ lệ hạt theo rơm y
t
và độ
sót y
s
.
21
2
2
2
121
058,0003,2676,2417,0303,0751,100 xxxxxxy
t
−++++=
21
2
2
2
121
0425,04236,0212,00683,007,00423,10 xxxxxxy
s
−++++=
Mong muốn tiếp theo là tìm được giá trị cụ thể của x
1
và x
2
sao cho y
t
và y
s
là
nhỏ nhất. Sử dụng chức năng tối ưu hóa đa mục tiêu Respone Optimizer trong
Minitab 16 ta nhận được kết quả tối ưu như sau:
- Lượng lúa đưa vào trên chiều dài cắt x
1
:
mmx 1150
1
=
tương ứng với q =
34,5kg
- Tốc độ quay của trống đập x
2
:
pvx /600
2
=
- Tỷ lệ lúa theo rơm y
t
:
%40674,0726,100
=⇒=
tt
ygY
- Độ sót y
s
:
%04076,00263,10 =⇒=
ss
ygY
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên máy GLH-1500A xác định
được ảnh hưởng của lượng lúa cung cấp vào trống đập và tốc độ quay của trống đến
độ sót y
s
và tỷ lệ hạt theo rơm y
t
. Theo đó, với x
1
= 1150mm; x
2
= 600 v/p thì cả y
t
và y
s
đều đạt giá trị nhỏ nhất
%40674,0=
t
y
;
%04076,0=
s
y
, tức là tổn hao khi
thu hoạch lúa là thấp nhất. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết khi tính toán
chế độ làm việc cho máy gặt đập liên hợp, đó là khi tăng lượng lúa cung cấp vào
25
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 25
