Nghiên cứu xác định một số thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực cho bộ phận cắt trong máy thu hoạch mía

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp I
------------

tạ hanh

Nghiên cứu xác định một số thông số của hệ
thống truyền động thuỷ lực cho bộ phận cắt
trong máy thu hoạch mía

luận văn thạc sĩ kĩ thuật

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và cơ giới hóa nông, lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

Ngời hớng dẫn khoa học: ts. nguyễn văn hựu

Hà nội - 2007


Lời cam Đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha đợc ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ đợc chỉ
rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Tạ Hanh

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.2


lời cảm ơn
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:
- TS. Nguyễn Văn Hựu đ hớng dẫn tận tình, chỉ bảo cặn kẽ cho tác
giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này.
- Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Cơ điện, Khoa Sau Đại học, đặc biệt là
các thầy, cô Bộ môn Máy nông nghiệp - Khoa Cơ điện - Trờng Đại học Nông
nghiệp I, đ trực tiếp đóng góp và tạo điều kiện giúp tác giả hoàn thành luận
văn.
- Ban l nh đạo, các thầy cô giáo và tập thể cán bộ công nhân viên
Trờng Cao đẳng nghề cơ khí nông nghiệp đ động viên tinh thần, tạo điều
kiện về cơ sở vật chất, cho tác giả hoàn thành luận văn.
- Cảm ơn các đồng nghiệp, những ngời thân trong gia đình đ giúp đỡ
tôi tận tình trong quá trình thực hiện luận văn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn.

Tác giả luận văn

Tạ Hanh

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.3


Mục lục

Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục bảng

v

Danh mục đồ thị

vi

Danh mục hình

vii

Mở đầu

1

Tính cấp thiết của luận văn

10

Chơng 1 Tổng quan nghiên cứu

13

1.1. Tình hình thu hoạch mía trên thế giới

13

1.2. Tình hình sản xuất mía đờng ở nớc ta

13

1.3. Xác công đoạn thu hoạch mía ở nớc ta hiện nay

16

1.3.1. Chặt mía và gom bó bằng lao động thủ công

17

1.3.2. Bốc xếp vận chuyển bằng lao động thủ công kết hợp xe cơ giới

17

1.4. Một số loại máy thu hoạch mía trên thế giới

18

1.4.1. Sơ lợc quá trình nghiên cứu chế tạo máy thu hoạch mía

18

1.4.2. Một số loại máy thu hoạch mía trên thế giới

20

1.4.3. Tình hình nghiên cứu máy thu hoạch ở nớc ta

24

1.5. Bộ phận cắt trong máy thu hoạch mía

25

1.5.1. Bộ phận trong máy thu hoạch mía

25

1.5.2. Bộ phận cắt ngọn mía

25

1.5.3. Bộ phận chặt gốc mía.

28

1.6. Đặc điểm ruộng mía và cây mía trong giai đoạn thu hoạch

30

1.7. Những nghiên cứu bộ phận cắt mía ở Việt Nam

37

1.7.1. Kết quả đo mô men cản cắt cây mía của Viện Cơ điện và CNSTH

37

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.4


1.7.2. Nghiên cứu của Khoa Cơ điện Trờng Đai học NNI

37

Chơng 2 đối tợng nghiên cứu, một số cơ sở lý
thuyết và thực nghiệm

42

2.1. Xác định vận tốc dao cắt

42

2.2. Lựa chọn sơ đồ bộ phận cắt
2.3. Lựa chọn hệ thống thuỷ lực

47

2.4. Xác định phơng trình thực nghiệm lực cản cắt

49

2.4.1. Xác định phơng trình thực nghiệm lực cản cắt bằng phơng pháp hồi
quy (bình phơng nhỏ nhất).

49

2.4.2. Xác định phơng trình thực nghiệm lực cản cắt bằng phơng pháp nội
suy Niutơn để là trơn đờng cong.

51

Chơng 3 Mô phỏng và khảo sát xác định một số
thông số hệ thống động lực bộ phận cắt có truyền
động thủy lực trong máy thu hoạch mía

55

3.1. Mô phỏng hệ thống động lực bộ phận cắt có truyền động thủy lực

56

3.1.1. Phần tử động học

56

3.1.2. Phần truyền động

56

3.1.3. Phần tử bộ phận cắt

59

3.2. Khảo sát một số thông số của hệ thống động lực - bộ phận cắt có truyền
động thủy lực

60

3.2.1. Quá trình chuyển tiếp

60

3.2.2. ảnh hởng giá trị trung bình của mô men cản cắt cây mía đến quá trình
chuyển tiếp

62

3.2.3. Khảo sát ảnh hởng giá trị mô men quán tính bộ phận cắt cây mía đến
quá trình chuyển tiếp

65

3.2.4. Khảo sát ảnh hởng thể tích từ bơm đến động cơ V1 trong hệ thống
thủy lực đến quá trình chuyển tiếp
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.5

60

3.2.5. Khảo sát ảnh hởng thể tích làm việc động cơ Vm trong hệ thống thủy
lực đến quá trình chuyển tiếp

69

3.2.6. Khảo sát ảnh đờng cong biên - tần

61

3.3. Kiểm tra lại kết quả bằng simulink

70

Kết luận và kiến nghị

73

1. Kết luận

73

2. Kiến nghị

73

Tài liệu tham khảo

75

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.6

Danh mục bảng

STT

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Tổng hợp chung về sản xuất mía đờng trong những năm gần đây
(1998 2003)

14

Bảng 1.2. Phân bố vùng mía trong cả nớc

15

Bảng 1.3. Một số đặc tính kỹ thuật của đĩa dao

28

Bảng 1.4. Đặc điểm ruộng và cây mía khi thu hoạch

36

Bảng 1.5. Công cắt đứt gốc mía ứng với các góc cắt vát khác nhau

40

Bảng 2.1. Chế độ dao cắt (vận tốc) của dao đờng kính (900 mm)

44

Bảng 2.2. Chế độ dao cắt (vận tốc) của dao có đờng kính (1000 mm)

44

Bảng 2.3. Thông số cơ bản của dao

45

Bảng 2.4. Thông số của bơm và động cơ thuỷ lực bánh răng

49

Bảng 2.5. Kết quả số liệu hồi quy lực cản khi dao làm việc ở góc 00

50

Bảng 2.6. Các giá trị của s và f

52

Bảng 3.1 . ảnh hởng của ML0 đến quá trình chuyển tiếp của hệ

64

Bảng 3.2 . ảnh hởng của J đến quá trình chuyển tiếp của hệ

66

Bảng 3.3 . ảnh hởng của V1 đến quá trình chuyển tiếp của hệ

68

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.7


Danh mục hình
Hình

Trang

Hình 1.1. Các lĩnh vực có sử dụng cây mía

16

Hình 1.2. Máy chặt dải hàng liên hợp máy kéo 4 bánh NB-15T (Nhật)

20

Hình1.3. Máy thu hoạch mía Thái Lan Super Cane Cuter K-80

21

Hình 1.4. Sơ đồ liên hợp máy thu hoạch để nguyên cây, xả đống định kỳ (úc)
22
Hình 1.5. LHTHM cắt đoạn chuyển theo băng tải nghiêng

23

Hình 1.6. LHTH mía cắt đoạn chuyển cây dới gầm máy bằng hệ thống các
cặp ru lô (sáng chế của nhiều nớc úc, Mỹ, Nga, Nhật, Đức)

23

Hình 1.7. LHTHM (THM 03) của Viện Cơ điện và CNSTH

24

Hình 1.8. LHTH mía có trống dồn lá sang bên

26

Hình 1.9. Sơ đồ bộ phận cắt ngọn có trống vơ chủ động

26

Hình 1.10. Sơ đồ bộ phận cắt băm ngọn mía có hai trống vơ và băm

26

Hình 1.11. Trống vơ và băm đọt có các vành dao và đĩa vơ

27

Hình 1.12. Sơ đồ bộ phận cắt ngọn có hai đĩa vơ chủ động và mỗi trống băm
đọt

Hình 1.13. Các loại lỡi dao chặt mía

27
29

Hình 1.14. Sơ đồ kết cấu đĩa dao cắt có trục gỡ lá cuốn dao (sáng chế của
Ôxtraylia, 1992)

30

Hình 1.15. Mặt cắt ngang hai luống mía

31

Hình 1.16. Khoảng cách giữa hai hàng mía và phân tách gốc mía

33

Hình 1.17. Mía bị đổ ng

34

Hình 1.18. Đồ thị đặc tính mô men cản khi cắt 1 cây

37

Hình 1.19. Sơ đồ tính lực cắt riêng

38

Hình 1.20. Sơ đồ bố trí thí nghiệm

38

Hình 1.21. Dao cắt

38

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.8


Hình 1.22. Sơ đồ thí nghiệm

39

Hình 1.23. Đồ thị tổng

39

Hình 2.1. Sơ đồ làm việc bộ phận cắt đĩa dao

42

Hình 2.2. Dao cắt có đờng kính từ đỉnh đến tâm đĩa bằng 900 mm

45

Hình 2.3. Kết quả mô men quán tính khi đĩa dao có đờng kính bằng 1000
(mm)

46

Hình 2.4. Kết quả mô men quán tính khi đĩa dao có đờng kính bằng 900
(mm)

46

Hình 2.5. Bộ phận cắt tác dụng thuỷ lực

48

Hình 2.6. Bơm và động cơ bánh răng -48 của Nga

49

Hình 2.7. Đồ thị hồi quy hàm thực nghiệm lực cản cắt cây mía

51

Hình 2.8. Đồ thị kết quả nội suy Niutơn

53

Hình 3.1. Sơ đồ thay thế bộ phận truyền động

56

Hình 3.2. Sơ đồ khối của hệ 3.9

59

Hình 3.3. Lu đồ thuật giải quá trình chuyển tiếp

62

Hình 3.4. Mô men đáp ứng quá trình chuyển tiếp khi ML0 =280 Nm

63

Hình 3.5. Mô men đáp ứng quá trình chuyển tiếp khi ML0=(100 350)Nm 64
Hình 3.6. Mô men đáp ứng quá trình chuyển tiếp khi J=(0.8 - 2)kgm2

66

Hình 3.7. Mô men đáp ứng quá trình chuyển tiếp khi V1 =(172 ì 10-4
226 ì 10-4) m3

68

Hình 3.8. Mô men đáp ứng quá trình chuyển tiếp khi Vm =(47,5 ì 10-6
49,5 ì 10-6) m3
Hình 3.9. Lu đồ thuật giải bằng simulink

69
70

Hình 3.10. Kết quả kiểm tra quá trình chuyển tiếp của bộ phận cắt có truyền
chuyển động thủy lực bằng sự thay đổi của giá trị vận tốc góc và áp
suất

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.9

71


Mở đầu
Tính cấp thiết của luận văn
Cây mía là cây công nghiệp quan trọng của nớc ta và một số nớc trên
thế giới. Trong đó mía đợc sử dụng rộng r i trong nhiều lĩnh vực (đờng sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm, mật gỉ sử dụng trong công nghiệp riệu, b
mía làm chất đốt). Nhận thấy tầm quan trọng của mía đờng, Chính phủ đ
có chơng trình 1.1 triệu tấn đờng năm 2000. Cùng với sự kiện, Việt Nam ra
nhập tổ chức Thơng Mại Thế Giới (WTO), thì chủ trơng của Đảng và Nhà
nớc ta là đẩy nhanh tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các khâu canh tác, cơ
cấu giống cây trồng nhằm tăng năng suất mía đờng, từng bớc đảm bảo
nhu cầu trong nớc, tiến tới tham gia xuất khẩu, tăng thu nhập cho nông dân.
Trớc yêu cầu thực tế, cơ giới hóa các khâu canh tác, thu hoạch mía là
quan trọng. Trong đó khâu thu hoạch là một trong những khâu phức tạp và
nặng nhọc cần nhiều nhân lực và đảm bảo tính thời vụ. ở một số nớc trên thế
giới, cơ giới hóa trong khâu thu hoạch đợc áp dụng rộng r i. Tại Mỹ, từ
những năm cuối 50 đầu 60, đ xuất hiện hai loại máy Munson Thompson
Cane Harvaster và Wartele Harvester and Loader. Qua 30 năm liên tục phát
triển các loại máy thu hoạch mía đợc cải tiến về mặt nguyên lý, kết cấu đợc
trang bị hiện đại phổ biến đa dạng ở nhiều châu lục. Còn tại nớc ta, hiện nay
các khâu thu hoạch chủ yếu là lao động thủ công trong tất cả các công đoạn
(chặt gốc, róc lá, gom thành bó ). Việc thu hoạch bằng lao động thủ công
làm giảm năng suất lao động, cần nhiều nhân công, chi phí tài chính cho một
đơn vị mía cao, không đảm bảo tính thời vụ. Cây mía đợc chặt bằng thủ công
không đợc sát gốc vì thế làm ảnh hởng đến ruộng mía cần lu gốc, tỷ lệ hao
hụt đờng cao (lợng đờng tập trung ở gốc).

Để khắc phục các khó khăn hiện nay nhằm cơ giới hóa từng bớc khâu

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.10


thu hoạch, góp phần phát triển nhanh cây mía, cần tìm hớng trang bị phù hợp
với điều kiện nớc ta.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Trong thời gian gần đây, một số định hớng nghiên cứu và sản xuất
máy thu hoạch mía cần đợc đẩy mạnh theo các hớng sau:
- Tăng năng suất thu hoạch
- Bộ phận cắt phải đảm bảo: cắt tốt, cắt không bị sót.
- Khả năng thông qua của của bộ phận cắt cũng nh bộ phận làm sạch
có chất lợng tốt.
- Đảm bảo tính cơ động của bộ phận di chuyển
- Máy phải có kết cấu đơn giản gọn nhẹ.
Các hớng nghiên cứu trên, hớng nghiên cứu bộ phận cắt đa vào áp
dụng vào sản xuất, đặc biệt nghiên cứu thông số động học của bộ phận cắt cây
trong thu hoạch mía cha đợc đề cập đến.
Chính vì vậy, chúng tôi tập chung đi nghiên cứu luận văn: Nghiên cứu
xác định một số thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực cho bộ phận cắt
trong máy thu hoạch mía Do TS. Nguyễn Văn Hựu hớng dẫn.
Luận văn gồm các chơng sau
Chơng 1.Tổng quan nghiên cứu
- Tìm hiểu tình hình thu hoạch mía trên thế giới và trong nớc.
-

Một số mẫu máy thu hoạch mía trên thế giới và trong nớc.

-

Bộ phận cắt.

- Đặc điểm cơ lý tính cây mía.
- Tìm hiểu những nghiên cứu lực cản cắt cây mía.
Chơng 2. Đối tợng nghiên cứu và một số cơ sở lý thuyết, thực nghiệm.
- Cơ sở lý thuyết xác định vận tốc dao cắt.
- Lựa chọn sơ đồ bộ phận cắt.
- Lựa chọn hệ thống thuỷ lực.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.11


- Hồi quy hàm lực cản cắt cây bằng phơng pháp bình phơng
nhỏ nhất (hồi quy) và nội suy Niutơn.
Chơng 3. Kết quả nghiên cứu
- Thành lập phơng trình động lực học.
- Sử dụng quá trình chuyển tiếp để khảo sát xác định một số
thông số của hệ thống động lực bộ phận cắt.
Kết luận và kiến nghị
Phụ lục.

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.12


Chơng 1
Tổng quan nghiên cứu
1.1. Tình hình thu hoạch mía trên thế giới
Cây mía có nguồn gốc từ Tân Ghi nê, thích nghi với khí hậu nhiệt đới,
ma nhiều và nhiệt độ cao. Hiện nay, trên thế giới có khoảng 70 nớc trồng
mía, tập trung trong khoảng từ 30 vĩ độ Nam đến 30 vĩ độ Bắc với diện tích

khoảng 20 triệu ha. Đờng mía trở thành thực phẩm cơ bản từ rất lâu. Sản
lợng đờng và mức tiêu thụ đờng mía liên tục tăng. Từ năm 1990 đến năm
2002, sản lợng đờng trên thế giới tăng từ 116.076 triệu tấn lên 135.264 triệu
tấn. Mức tiêu thụ tăng từ 110.090 triệu tấn lên đến 128.268 triệu tấn. Đờng
mía đợc sản xuất tập trung ở Châu Mỹ, sau đó là các nớc Châu á, Châu úc,
Châu Âu. Những nớc có diện tích và sản lợng mía cao hàng đầu thế giới là
ấn Độ 3.43 triệu ha, Trung Quốc 1.06 triệu ha, Pakistan 0.85 triệu ha,
Thái Lan 0.68 triệu ha, Ôxtrâylia 0.38 triệu ha, Inđônêxia 0.36 triệu ha,
Việt Nam 0.315 triệu ha, Philippin 0.31 triệu ha Cây mía có tiềm năng
là năng suất cao, chịu thâm canh. Năng suất mía tối đa đợc ghi nhận ở Đài
Loan là 456.95 tấn/ha với mía 24 tháng tuổi, ở ấn Độ là 440.85 tấn/ha với mía
18 tháng tuổi và 406.38 tấn/ha với mía 12 tháng tuổi [1], [7], [14].
Xu hớng chung của thế giới là đầu t thâm canh tăng năng suất và
chất lợng mía để giảm giá thành đầu t vào công nghiệp sản xuất đờng, ổn
định diện tích trồng mía [5].
1.2. Tình hình sản xuất mía đờng ở nớc ta
Cây mía đợc du nhập vào trồng ở nớc ta từ rất lâu (có tài liệu nói từ
trớc năm 206 trớc Công Nguyên). Cùng với cây mía, công nghiệp đờng ở
nớc ta đ có từ thời Pháp thuộc với hai nhà máy đờng: Tuy Hoà (Trung Bộ)
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.13


và Hiệp Hoà (Nam Bộ) [19].
Sau hoà bình lập lại (nhất là sau khi thống nhất đất nớc), cây mía
đ đợc hồi phục và phát triển nhanh vào một số năm gần đây. Với vị trí
trải dài từ 8030 vĩ độ Bắc đến 23020 vĩ độ Bắc, khí hậu nớc ta thuận lợi
cho sự phát triển và khai thác tiềm năng năng suất của cây mía. Nhằm đáp
ứng nhu cầu tiêu dùng trong nớc và tham gia xuất khẩu, chúng ta đ hoàn
thành chơng trình một triệu tấn đờng vào năm 2000. ở nhiều vùng nông
thôn, trung du, miền núi, cây mía đ thực sự là cây xoá đói giảm nghèo,

góp phần giải quyết việc làm, nâng cao thu nhập cho nhiều hộ gia đình
nông dân, khai thác các tiềm năng đất đai, lao động. Việc hình thành các
vùng nguyên liệu mía gắn liền với các nhà máy chế biến đờng đ góp
phần thay đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp nông thôn, thực hiện công
nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc [7], [14].
Hiện nay, tình hình sản xuất mía đờng ở nớc ta tăng cả về diện
tích và sản lợng; đợc tổng kết trên bảng 1.1 [7].
Bảng 1.1. Tổng hợp chung về sản xuất mía đờng trong những
năm gần đây (1998 2003)

Vụ sản xuất

D.tích cả

Diện tích

Năng

nớc

vùng

(ha)

nguyên liệu

quân

tập trung

(T/ha)

Tổng sản

suất bình lợng mía
(1.000T)

Sản lợng
mía ép công
nghiệp
(1000T)

(ha)
1998-1999

283000

15300

48.9

13800

6600

1999-2000

350000

202000

50.8

17800

8800

2000-2001

300000

201863

49.8

15100

7200

2001-2002

309000

202255

49.2

15200

8500

2002-2003

315000

258750

49.8

15700

11600

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.14


Hiện nay, nớc ta có hơn 40 nhà máy đờng đang hoạt động với vùng
nguyên liệu mía hơn 300.000 ha, có sản lợng cây từ 10-12 triệu tấn. Mục
tiêu của nớc ta là giữ ổn định diện tích trồng mía khoảng 300.000 ha; đầu t
khoa học, công nghệ, vật t để thâm canh đảm bảo năng suất bình quân 50
60 tấn/ha, trữ lợng đờng bình quân từ 11 12 CCS; đảm bảo nguyên liệu
cho các nhà máy hoạt động trong thời gian từ 100 120 ngày với sản lợng
đờng khoảng 1 triệu tấn/năm [1].
Đến nay, cả nớc đ hình thành vùng mía tập trung tại 25 tỉnh với tổng
diện tích trên 350.000 ha; đợc trình bày trên bảng 1.2 [1].
Bảng 1.2. Phân bố vùng mía trong cả nớc
ĐBSH Đông Tây
Vùng

Bắc

Bắc

DHMT

Bắc Trung

Tây

Nguyên Nam

Bộ
Diện
tích,103ha
Tỷ lệ,%

Đông ĐBSCL
Bộ

3.0

17.9 10.5

53.4

57.2

25.5

53.7

81.1

1.0

5.92 3.47 17.66

18.92

8.43

17.76

26.82

ở nớc ta, vấn đề cơ giới hoá đối với cây mía còn hạn chế. Tháng 3 và
tháng 6 năm 2001, nông trờng Hà Trung (Thanh Hoá), công ty mía đờng
Tuy Hoà (Phú Yên), Bộ Nông Nghiệp và PTNT đ tổ chức hội thảo đầu bờ,
trình diễn các loại máy canh tác mía (cày, bừa, rạch hàng, băm lá, bốc xếp,
vận chuyển ) của Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch
cùng Công ty T vấn và Đầu t kỹ thuật cơ điện. Các máy đợc trình diễn
còn tồn tại nh: phí dịch vụ , khả năng áp dụng đại trà [7].
Cây mía có giá trị sử dụng trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp ;
đợc trình bầy trong hình 1.1 [14].

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.15


Thức ăn gia súc
Lợp nhà

Phân hữu cơ

Sử dụng trực tếp đốt lò
Lá mía
Sản phẩm xơ
B mía

Hom trồng
Thức ăn gia súc
Phân hữu cơ
Thức ăn gia súc
MenToruia
Sáp

Ngọn
mía

Bùn lọc

Sản phẩm khác

Cây mía

Đờng
Sử dụng trực tiếp

Phân bón

Tro lò
đờng

Công nghiệp rợu

Phân hữu cơ
Chất đốt

Gốc,
rễ mía

Mật gỉ

Công nghiệp rợu

Công nghiệp rợu

Bột giấy
Ván ép
Bìa cứng

Than hoạt tính
Xenlulôza
Chất dẻo
Thức ăn gia súc
Men Torula
Phân hữu cơ
Thức ăn gia súc
Xiro
Bánh kẹo
Phân hữu cơ
Rợu Rhums
Rợu Vodka

Rợu mùi
Cồn
Các sản phẩm từ
rợu
Dấm
Men Torula
Men bánh mì
Glyxêrin
Axêton
Bột ngọt
Hoá chất

Hình 1.1. Các lĩnh vực có sử dụng cây mía
1.3. các công đoạn thu hoạch mía ở nớc ta hiện nay

Theo nghĩa rộng, thu hoạch mía nguyên liệu cho ngành đờng là công
việc đa cây mía trên đồng về đến sân nhà máy đờng, bao gồm các khâu:
chặt gốc, chặt ngọn, róc lá làm sạch, gom bó, bốc xếp lên phơng tiện chuyên
chở, vận chuyển về nhà máy đờng và dỡ mía ở sân nhà máy. Tuy các khâu
này chia thành 3 nhóm công việc tơng đối độc lập nh: thu hoạch trên đồng,
vận chuyển và bốc dỡ ở sân nhà máy, nhng các khâu có mối quan hệ mật
thiết và chi phối lẫn nhau [5].

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.16


1.3.1. Chặt mía và gom bó bằng lao động thủ công
Khi thu hoạch, cây mía đợc chặt sát gốc và xử lý từ gốc tới ngọn. Vì
lợng đờng tập trung ở gốc. Nếu gốc đợc chặt cao thì vừa gây tổn thất sản
lợng, vừa ảnh hởng xấu đến mía lu gốc vụ sau (mầm chồi cao khó vun và cây

dễ đổ ngả).
Ngọn và lá mía cần đợc chặt bỏ đúng điểm mặt trăng cuối cùng. Toàn
bộ lá và bẹ đợc róc sạch. Các thân mía xếp thành hàng theo hớng tiến của
ngời chặt, sau đó bó lại thành bó bằng lá mía, mỗi bó 10 cây. Toàn bộ các bó
dồn lại một đầu ruộng để bốc xếp lên rơ moóc máy kéo hoặc thùng xe ôtô.
Dụng cụ chặt phổ biến hiện nay là dao chuyên dùng (dao quắm, dao
chuôi dài) nên khó chặt sát gốc. Theo quan sát ở Tây Ninh, các gốc còn lại
trên ruộng cao tới 10 20 cm do thân mía đổ ng , bị lá phủ lấp không nhìn
thấy gốc. Tỷ lệ mía hao hụt khá lớn; tới 20% ở các ruộng mía đổ. Hơn nữa
theo yêu cầu nông học, ở những ruộng cần lu gốc, mía phải đợc chặt ngầm
dới đất, bỏ phần trên, chỉ giữ lại phần dới 3-5 đai rễ để đảm bảo mầm mía
vụ sau mọc khoẻ, không chồi gốc cao. Yêu cầu này không thực hiện đợc
bằng dao chặt mía. Một số nơi đang ứng dụng loại cốc bàn kiểu Trung Quốc
để chặt ngầm, nhng năng suất thu hoạch rất thấp, không cơ động khi xử lý
các phần khác của cây mía [19].
- Một số nơi ở miền tây Nam Bộ, nông dân dùng chẽ thay dao. Khi
chặt, ngời chặt không phải vung tay, chỉ cần ấn lỡi chẽ vào gốc mía để cắt
cây (có thể cắt gốc sát đất). Dụng cụ này giúp giảm độ sót do chặt cao, nhng
chóng mệt mỏi cho ngời lao động, xử lý bằng ngọn lá bẹ không tiện bằng dao.
1.3.2. Bốc xếp vận chuyển bằng lao động thủ công kết hợp xe cơ giới
Hiện nay, vận chuyển là khâu có thiết bị đa dạng nhất, từ phơng tiện
thô sơ; xe trâu bò kéo đến ôtô tải thùng lớn.
Xe trâu bò kéo chủ yếu sử dụng ở các địa bàn miền núi, vùng sâu, xa,
hoặc chở mía cho các lò đờng thủ công, chở mía nội đồng. Tại các vùng mía

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.17


tập trung, phơng tiện chuyên chở chủ yếu là các rơ moóc máy kéo bốn bánh, xe
ôtô thùng lớn không tự đổ. Trong bán kính dới 10 km thuộc vùng mía quy

hoạch của nhà máy đờng, các rơ moóc máy kéo bốn bánh tham gia chuyên chở
khá thuận tiện. Với khoảng cách xa hơn, phơng tiện chuyên chở là chủ yếu là
các xe tải.
Tải trọng các rơ moóc thờng từ 7 10 tấn, của xe tải có thể lớn hơn 10
tấn, tuỳ theo chất lợng đờng giao thông [19].
Nhìn chung, trình độ cơ giới hoá các khâu thu hoạch mía ở nớc ta rất
thấp so với những nớc tiên tiến nh: Mỹ, Ôxtrâylia, Cuba và ngay ở một số
nớc kém phát triển (nh Bắc Phi) ở những điểm sau:
- Thu hoạch hiện nay 100% bằng lao động thủ công: chặt gốc, chặt
ngọn, gom bó, bốc xếp lên xe, năng suất thấp, nặng nhọc.
- Thiếu lao động, chi phí cao.
Chính vì thế, để khắc phục những khó khăn hiện nay nhằm cơ giới hoá
từng bớc khâu thu hoạch, góp phần phát triển nhanh cây mía, cần tìm ra
hớng trang bị phù hợp. Với điều kiện ở nớc ta, việc cơ giới hoá có một ý
nghĩa quan trọng.
1.4. Một số loại máy thu hoạch mía trên thế giới
1.4.1. Sơ lợc quá trình nghiên cứu chế tạo máy thu hoạch mía
Những năm cuối 50 đấu 60, trên thế giới, toàn bộ mía đợc thu hoạch
bằng chặt tay. Vào thời gian này, bang Louisiana (Hoa Kỳ) xuất hiện hai loại
máy chặt mía quy mô công nghiệp đó là Munson và Thompson Cane
Harvester và Wartele Harvester and loader. Qua hơn 30 năm liên tục phát
triển, ngày nay, các máy thu hoạch mía đợc cải tiến về nguyên lý, kết cấu,
đợc trang bị hiện đại và phổ biến một cách đa dạng ở nhiều châu lục (đi đầu
trong lĩnh vực này phải kể đến các nhà nghiên cứu, thiết kế ngời Mỹ) [4].
Để có hai loại máy nói trên đa vào hoạt động trong những năm cuối
50, ngay từ những năm 1939. Mỹ đ thiết kế ra loại máy The Falkiner; làm
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.18


các công việc cắt, làm sạch và vận chuyển thân cây đến rơ moóc. Thân cây

đợc cắt nhỏ thành từng đoạn dài từ 25 30 cm. Tuy vậy, máy này không cho
kết quả tốt. Sau đó, ngời ta chuyển sang thiết kế loại máy Wartele Harvaster
and Loader. Máy chặt một hàng lắp trên máy kéo 4 bánh. Cấu tạo là một
khung hàn ống nhẹ. Đĩa cắt quay lắp trên hai giá đỡ, trớc hết cắt ngọn cây.
Thân cây đợc bộ phận gom có dạng xích gắn mấu ở giữa lấy nhờ những gân
bằng cao su, sau đó lỡi của đĩa dới cắt sát mặt đồng. Sau khi cắt gốc thân,
cây đợc đa vào bộ phận chuyển ngang, chuyển vào rơ moóc của một chiếc
máy kéo khác. Trong quá trình thu hoạch bằng máy này, lá ở thân vẫn còn [4].
H ng Thompson (năm 1942) cũng đ thử nghiệm mẫu máy có bộ phận
chặt nhỏ thân cây thành từng đoạn, bóc lá và róc rễ bằng bàn chải và quạt,
nhng bộ phận này không mang lại kết quả tốt. Cuối cùng, chiếc máy Muson
Thompson Cane Harvester đ ra đời. Máy này treo trên máy kéo ba bánh, có
cấu tạo khung. Ngời điều khiển ngồi ngồi ở vị trí cao nhất (3-3.5m so với
mặt đất). Những bánh xe của máy kéo đi vào hai d nh hai bên. Bánh trớc đi
vào r nh giữa. Các đĩa dao cắt hai hàng mía kề nhau, nằm ở hai bên bánh
trớc. Cắt ngọn có những lỡi ca nằm ngang chạy ở phía trên. Để chuyển
ngọn cây, trên máy có lắp trục vít xoắn ngang, đờng kính lớn. Các phần ngọn
đ cắt theo máng rơi xuống đất. Máy không làm sạch lá trên thân mía. Công
đoạn này, vào thời gian đó thực hiện tại nhà máy đờng ở đó thờng đốt lá
trong đống [4], [25].
Từ những chiếc máy đầu tiên này, các nhà nghiên cứu đ khẳng định khả
năng thay thế chân tay trong thu hoạch mía bằng các máy móc liên hợp. Chúng
thực hiện liên hoàn bằng khâu cắt gốc, cắt ngọn, gom chuyển mía thành đống
hoặc đổ lên rơ moóc đi theo. Từ cuối năm 60 đến nay, cùng với việc chế tạo và
ứng dụng máy thu hoạch mía, quá trình nghiên cứu cải tiến chúng chở nên sôi
nổi, nôi cuốn tham gia không chỉ các nhà khoa học kỹ thuật Mỹ, mà còn hầu
hết các nớc phát triển trên thế giới, kể cả những nớc không có mía.

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.19

1.4.2. Một số loại máy thu hoạch mía trên thế giới
Trên thế giới, máy thu hoạch thờng sử dụng hai loại công nghệ:
- Máy sử dụng công nghệ để nguyên cây.
- Máy sử dụng công nghệ thu hoạch cắt cây thành đoạn.
1.4.2.1. Máy sử dụng công nghệ 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
gồm các loại máy:
a. Máy chặt mía cỡ vừa NB-15T của Nhật Bản
Máy áp dụng trong công nghệ để nguyên cây thu hoạch mía nhiều giai
đoạn, ngồn động lực là máy kéo 4 bánh công suất 45-Hp (hình 1.2) [4], [7].
Tác dụng: Máy cắt gốc một luống mía, không làm sạch lá bẹ, 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.

Hình 1.2. Máy chặt dải hàng liên hợp máy kéo 4 bánh NB-15T (Nhật)
Hạn chế của máy: Năng suất thấp (0.07ha/h); Tuy máy có trang bị vít
nâng cây nhng khả năng thu hoạch mía đổ còn hạn chế (trang bị một vít xoắn
phía bên trái); Máy không thuận lợi trong sử dụng do chuyển đổi tay lái và

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.20


quay đầu máy kéo (bố trí bánh chủ động đi trớc cùng với bộ phận làm việc).
b. Máy thu hoạch mía liên hợp với máy kéo 4 bánh của Thái Lan
Máy Super Cane K-80-200Hp (hình 1.3) do công ty KMT Ltd chế tạo,

máy đợc liên hợp với máy kéo 4 bánh, áp dụng công nghệ thu hoạch để
nguyên cây, theo phơng pháp nhiều giai đoạn, nguồn động lực là máy kéo 4
bánh công suất 65Hp, năng suất làm việc máy trung bình (0,16ha/h) [4].

Hình1.3. Máy thu hoạch mía Thái Lan Super Cane Cuter K-80
Tác dụng: 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 gồm: dao đĩa cắt ngọn, dao đĩa cắt gốc,
các 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.
- Máy đợc bố chí lệch bên nên hạn chế khả năng quan sát và điều
khiển máy trong quá trình làm việc của ngời lái.
c. Máy liên hợp tự hành thu hoạch mía để nguyên cây kéo qua gầm máy
Liên hợp máy tự hành áp dụng công nghệ để nguyên cây. Máy có năng suất
cao (đạt 40-60t/h), thu hoạch cả mía đốt lá và mía xanh (mía không đốt lá) [4], [7].
Tác dụng: Máy thực hiện nhiều công đoạn thu hoạch mía để nguyên

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.21


cây bao gồm các khâu liên hoàn: cắt ngọn, cắt gốc, rút chuyển cây vào thùng
chứa và định kỳ xả đống trên đồng.
Cấu tạo: Máy bao gồm các bộ phận chính sau: dao cắt ngọn, các vít
nâng gom cây đổ, dao cắt gốc, các ru lo rút chuyển cây, thùng chứa cây.

Hình 1.4. Sơ đồ liên hợp máy thu hoạch để nguyên cây,

xả đống định kỳ (úc)
Nhìn chung các loại máy thu hoạch công nghệ này chủ yếu là các máy
thu hoạch theo phơng pháp nhiều giai đoạn, thực hiện các công việc độc lập,
có năng suất thấp, liên hợp với các nguồn động lức sẵn có là các loại máy kéo.
Các máy thu hoạch này đều sử dụng bộ phận gom giữ cây bằng xích kẹp
chuyển cây đứng, kích thớc tơng đối cồng kềnh so với nguồn động lực và
không có khả năng gom cây đổ. Cũng do sử dụng nguồn động lực sẵn có là
các loại máy kéo nên việc bố chí thêm các bộ phận làm việc khác nh: Dao
cắt ngọn, bộ phận làm sạchsẽ rất phức tạp và khó thực hiện.
Ngoại trừ máy liên hợp thu hoạch chuyển cây (hinh 1.4) do các bộ phận
làm việc phù hợp nên thu hoạch đợc mía đổ và có năng suất rất cao. Máy thu
hoạch đợc cả mía xanh và mía đốt lá để nguyên cây rút qua gầm máy bằng
các cặp ru lô chuyển vào thùng chứa.
1.4.2.2. Máy sử dụng công nghệ thu hoạch cắt cây thành đoạn
Nhóm máy này bao gồm các liên hợp thu hoạch (LHTH) thực hiện
đồng thời nhiều công đoạn liên hoàn: cắt ngọn, cắt gốc, cắt đoạn, làm sạch và
vận chuyển mía đoạn sang phơng tiện chuyên chở.
Phần lớn các loại máy này áp dụng phơng thức chuyển rút cây ở trạng
thái lằm qua gầm máy.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.22


Các loại máy chuyển cây theo nguyên lý rút cây qua gầm máy bằng
băng chuyền, thực hiện các công đoạn cắt gốc bởi đĩa dao 5, cắt đoạn bởi dao
cắt dạng lô 7, chuyển mía theo băng truyền 8, làm sạch lá bằng quạt 10, kết
hợp quạt hút 13 (hình 1.5) [4], [7].

Hình 1.5. LHTHM cắt đoạn chuyển theo băng tải nghiêng
Mía đoạn đợc làm sạch rơi vào băng chuyền ngang 9 để chuyển sang
phơng tiện vận chuyển đi song hành bên cạnh.

Loại dùng băng chuyền chuyền mía qua gầm có đặc điểm: Cây mía sau
khi cắt gốc, đợc cắt thành đoạn ngay, sau đó đổ vào băng chuyền để đa qua
gầm máy ra phía sau. Loại này cũng đợc áp dụng cho thu hoạch mía đ đốt
sạch lá trớc khi cắt đoạn.

Hình 1.6. LHTH mía cắt đoạn chuyển cây dới gầm máy bằng hệ thống
các cặp ru lô (sáng chế của nhiều nớc úc, Mỹ, Nga, Nhật, Đức)
Trên hình 1.6, LHTH đợc giới thiệu là loại máy cắt mía đoạn, chuyển
cây nằm qua gầm máy nhờ các cặp ru lô. Loại máy này thực hiện công đoạn cắt
ngọn bởi dao cắt 1, cắt gốc bởi dao đĩa 5, chuyển cây bằng các cặp ru lô 7, cắt
cây thành đoạn ở phía sau bởi cặp dao cắt lô 8. Mía cắt đoạn đợc làm sạch bởi
quạt hút 9 và11. Mía cắt đoạn sau khi đợc làm sạch lá theo băng chuyền 10

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.23


chuyển đến phơng tiện vận chuyển đi song hành với máy. Loại máy này có
năng suất cao và có thể ứng dụng để thu hoạch mía đốt hoặc mía xanh.
1.4.3. Tình hình nghiên cứu máy thu hoạch ở nớc ta
Năm 1996, Viện Cơ điện nông nghiệp và CNSTH Bộ Nông nghiệp và
PTNT đ phối hợp với Sở khoa học và công nghệ môi trờng Tây Ninh nghiên
cứu xây dựng phơng án cơ giới hoá thu hoạch mía. Kết quả đợc dừng ở
bớc điều tra cơ bản, khảo sát tình hình sản xuất mía đờng, xác định đặc
điểm cơ lý tính cây mía trong thời điểm thu hoạch mía ở vùng mía đờng Tây
Ninh, định ra các phơng án thu hoạch mía bằng cơ giới trong thời gian tới.
Năm 2000-2001, Phòng Cơ giới hoá Thu hoạch Viện Cơ điện nông
nghiệp và CNSTH thực hiện đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy thu hoạch
mía cỡ vừa áp dụng cho phơng pháp thu hoạch nhiều giai đoạn. Kết quả quá
trình nghiên cứu cho ra mẫu máy THM 03 (hình 1.7) [7].

Hình 1.7. LHTHM (THM 03) của Viện Cơ điện và CNSTH
1-Càng cuốn; 2-Vít nâng cây; Động cơ thuỷ lực và hộp số dao cắt; 4-Dao đĩa; 5 Rulô nâng gốc; 6-xy
lanh nâng hạ; 7 Rulô rút chuyển cây; 8-Hệ thống di động; 9-Cabin; 10-Khoang độ cơ.

Máy có cấu tạo bao gồm các phần chính: Vít xoắn nâng cây, dao cắt
gốc dạng đĩa, rulô nâng gốc, rulô chuyển cây, xy lanh nâng hạ.
Máy thu hoach mía loại này có tác dụng: cắt gốc, rút cây qua hệ thống
rulo rút cây, bóc lá.
u điểm

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.24


- Thu hoạch cả mía đổ nghiêng cây hoặc cả đổ rạp; Cắt và rút đợc toàn
bộ cây mía trên hàng; Cắt không sót cây.
- Bộ phận dao cắt rà sát đợc mặt luống nên cắt đợc sát mặt đất; chất
lợng gốc cắt đợc đảm bảo yêu cầu (tỷ lệ dập, tớc gốc <12%-13%).
- Tỷ lệ cây dập sau khi rút rải ra đồng tính theo khối lợng (6% - 7%).
- Năng suất máy: trung bình đạt 0.2ha/h.
Nhợc điểm
- Ruộng mía có nhiều lá khô, máy làm việc cha tốt.
- Máy làm việc cha đợc ổn định đối với chiều cao cắt trong điều kiện
ruộng mía không đợc vun gốc, r nh luống không bằng phẳng.
- Trờng hợp ruộng có lẫn nhiều đá dao cắt bị mẻ và chóng mòn.
1.5. bộ phận cắt trong máy thu hoạch mía
1.5.1. Bộ phận trong máy thu hoạch mía
Các bộ phận làm việc chính của máy thu hoạch gồm:
- Bộ phận gom, dựng cây mía phía trớc.
- Bộ phận cắt ngọn mía.
- Bộ phận cắt gốc mía.

- Bộ phận chuyển cây ra phía sau.
- Bộ phận xử lý cây mía.
Các bộ phận này thực hiện các chức năng chính của khâu thu hoạch mía
trên đồng. Chúng có thể kết hợp với nhau theo nhiều phơng án, tạo thành các
liên hợp thu hoạch mía thực hiện đồng thời nhiều công đoạn hoặc tạo thành
các máy thu hoạch thực hiện riêng rẽ từng công đoạn khác nhau.
1.5.2. Bộ phận cắt ngọn mía
Bộ phận cắt ngọn của liên hợp thu hoạch mía có thể ở phía trớc trong thân
hoặc sau máy. Bộ phận cắt ngọn đợc bố trí ở phía trớc máy đợc áp dụng
phổ biến nhất hiện nay. Các h ng lớn của Mỹ (Thompson, Vanguard,

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.25