THIẾT kế CHẾ tạo hệ THỐNG SAN PHẲNG điều KHIỂN BẰNG kỹ THUẬT LASER

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SAN PHẲNG ĐIỀU KHIỂN
BẰNG KỸ THUẬT LASER
DESIGN AND FABRICATION OF A LASER-CONTROLLED LAND LEVELING SYSTEM
Trần Thị Kim Ngà1a, Đào Duy Vinh1, Nguyễn Đăng Khoa1,
Trần Minh Lộc2, Nguyễn Văn Hùng1
1
Khoa Cơ khí công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP HCM
2
Trường Cao đẳng Công nghệ TP HCM
a

TÓM TẮT
San phẳng là một khâu quan trọng trong cải tạo đồng ruộng nhằm giảm thiểu độ chênh
lệch mặt đồng, nước, phân bón, thuốc trừ sâu, tổn thất sau thu hoạch,… Từ năm 1970, kỹ
thuật san phẳng điều khiển bằng tia laser đã phát triển nâng cao độ chính xác và được áp dụng
thử nghiệm tại Việt Nam từ năm 2004, mang lại nhiều lợi ích nhưng vẫn còn hạn chế do thiết
bị hoàn toàn nhập ngoại nên chi phí để đầu tư, bảo trì và sửa chữa rất cao. Hệ thống thiết bị
san phẳng điều khiển bằng kỹ thuật laser được chế tạo gồm bốn phần chính: 1/ Thiết bị phát
mặt phẳng laser (PLS); 2/ Thiết bị nhận tia laser và điều khiển (NLS); 3/ Hệ thống thủy lực
(TL); và 4/ Gàu san (GS). PLS được thiết kế gồm đầu phát laser được gắn cố định để phát ra
một tia laser theo chiều thẳng đứng, gương phản xạ nghiêng góc 450 được gắn trên mô tơ
quay để thay đổi tia laser từ thẳng đứng thành mặt phẳng nằm ngang và cảm biến góc gia tốc
MPU-6050 điều chỉnh mặt phẳng laser cân bằng. NLS gồm dãy cảm biến nhận tia laser để
nhận biết máy kéo đang ở vùng đất thấp, cao hay cân bằng, từ đó điều khiển hệ thống thủy lực
nâng, hạ hay duy trì gàu san nhằm làm phẳng mặt đồng. Kết quả thiết kế chế tạo, PLS tạo ra
một mặt phẳng laser cân bằng nằm ngang với sai lệch nhỏ hơn 0,05%. NLS xuất tín hiệu ổn
định theo 3 trường hợp nâng, hạ và cân bằng của gàu san. TL được cải tiến để không bị nóng
dầu, đáp ứng nâng hạ nhanh đồng thời thay 2 van 3/2 như hệ thống nhập ngoại bằng van 4/3
để giảm cồng kềnh. Kết quả nghiên cứu góp phần mang lại lợi ích trực tiếp cho người trồng

lúa và phát triển kinh tế sản xuất nông nghiệp nước nhà.
Từ khóa: san phẳng laser, bộ phát laser, bộ nhận laser, hộp điều khiển, máy san phẳng.
ABSTRACT
Land leveling is an important step of land preparation or reforming in order to decrease
soil’s high deviation, water, fertilizer, pesticide, post harvest losses,.. Since 1970, laser
controlled land leveling technology has developed to improve the accuracy and applicated in
Viet Nam from 2004 showed a lot of benefits but remained some disadvantages because of
importing equipment completely with high costs for investment, maintenance and repair.
Laser controlled land leveling system was fabricated including four main parts: 1/ lasersurface transmitter (PLS), receiver and control box (NLS), hydraulic system (TL) and scraper
(GS). PLS includes a laser transmitter that is fixed to generate a verticle laser beam, a mirror
with 45 degree angle was mounted on a motor to change the laser beam from verticle to
horizontal surface and a MPU – 6050 sensor to adjust balance of laser surface. NLS with an
array of sensors to detect the tractor position on low, high or standard soil area and then
control the hydraulic system to raise up, down or maintain the scraper to flatten the surface of
soil. PLS generates a horizontal balance laser surface with deviation less than 0.05 %. NLS
gives stable signals for three cases: raise up, down and balance. TL was improved to prevent
the causes of high temperature of oil, response faster and reduce space by replacing two
valves 3/2 as imported equipment by a valve 4/3. The research results contribute directly
benefits for farmers and develope the domestic agriculture economy.
Keywords: laser land leveling, laser tranmitter, laser receiver, control box, leveling
machine.
69


K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV
1. T VN
Trong canh tỏc nụng nghip, b mt rung cú cao chờnh lch s gõy nờn khú khn
trong canh tỏc, nc s dn v ch trng, phõn bún, thuc bo v thc vt, s trụi v phớa
cú nc, cõy phỏt trin khụng u, Vi phng phỏp truyn thng, ngi nụng dõn thng
s dng sc ngi, trõu bũ, mỏy kộo san phng da vo mc nc trờn mt rung. Kiu

san th cụng hoc bỏn th cụng ny ch thc hin c trờn rung t v khú t chớnh xỏc
cao nờn nng sut v hiu sut thp. Mt trong nhng gii phỏp cho khõu lm t l ng dng
iu khin bng k thut laser trong cụng ngh san phng. K thut san phng c iu
khin bng tia laser ó phỏt trin nõng cao chớnh xỏc v cú th ỏp dng trờn rung khụ nờn
nõng cao c nng sut v hiu sut san phng. Hin nay, h thng ny ang chỳ trng phỏt
trin v thng mi bi mt s cụng ty nh Trimble, Topcon,...
Mt nghiờn cu c thc hin bang Uttar Pradesh phớa bc n t nm 2009
n 2011 ó cho thy san phng laser tit kim c 21% ngun nc ti so vi phng
phỏp san truyn thng [1]. Sn lng thu c lỳa, mỡ v mớa cng cao hn tng ng 6.6;
5.4 v 10.9% v li tc trung bỡnh hng nm cao hn 14; 13,5 v 23,8% so vi san truyn
thng. Nghiờn cu khỏc ca Jeetendra Pradesh Aryal v cng s cng chng t san phng
laser lỳa gim thi gian ti 47-69h/ha/v mựa v tng sn lng lờn 7% so vi phng
phỏp truyn thng [2]. Vi lỳa mỡ, thi gian ti gim 10-12h/ha/v mựa v sn lng tng 79%. Nh ú ngi nụng dõn thu li 143,5 USD/ha/nm. Kt qu thớ nghim ca vin nghiờn
cu lỳa quc t ti Philippines v Campuchia cho thy cỏc li im ca mt rung bng
phng nh tng nng sut lỳa khong 0,5 tn/ha, d dng kim soỏt c di nờn gim 70% cụng
lm c, tng din tớch t hu hiu thờm khong 5-7% vỡ khụng cn b rung,... Vit Nam,
san phng ng rung bng tia laser ó em li nhiu li ớch cho nụng dõn, m ra hng phỏt
trin nụng nghip theo mụ hỡnh cỏnh ng mu ln v thun li cho c gii húa trong sn
xut nụng nghip [3,4,5].
Tuy nhiờn, vic trin khai rng rói h thng ny nc ta ang gp phi vn l chi
phớ u t cho mt h thng khỏ cao ng thi khõu bo trỡ, bóo dng khú khn vỡ thit b
ang th nghim l nhp ngoi hon ton. Vỡ vy, nghiờn cu ny nhm ni a húa h thng
thit b cú th d dng trin khai rng rói, em li hiu qu kinh t cao cho nn nụng
nghip nc nh. Hin nay, h thng thit b san phng bng k thut laser c sn xut bi
mt s cụng ty nh Cụng ty Trimble [6], Topcon [7],... gm bn thnh phn chớnh: thit b
phỏt mt phng laser (PLS); thit b nhn tia laser v iu khin (NLS);h thng thy lc
(TL); v gu san (GS) nh Hỡnh 1.
1

2

3

4

5

6

7

8

9

Vaùch 0

Maởt phaỳng Laser

Hỡnh 1. S cu to ca liờn hp mỏy san laser
1: B phỏt tia laser

2. Xy lanh thy lc

3. B phn nhn tớn hiu laser

4. Cm gu san

5. Hp phõn phi thy lc

6. ng thy lc

7. Van thy lc

8. Hp x lý v iu khin

9. Mỏy kộo.

B phỏt laser (1) c t trờn giỏ , phỏt ra tia laser to thnh mt mt phng song
song vi mt phng nm ngang. B phn nhn tớn hiu laser (3) lp c nh trờn cm gu san
(4) s thu nhn tớn hiu laser t thit b phỏt xỏc nh mỏy kộo ang vựng t cao hay
70


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
xuống vùng đất trũng, từ đó truyền tín hiệu về bộ điều khiển (8) xử lý. Sau khi xử lý, tín hiệu
được truyền tới hệ thống thủy lực (5) để kích đóng hoặc mở van thủy lực để nâng /hạ hay duy
trì xy lanh thủy lực (2). Nghĩa là khi cụm gàu san lên vùng đất cao thì bộ phận điều khiển sẽ
điều khiển cho xy lanh thủy lực hạ gàu san để lấy đất, còn khi cụm gàu san xuống vùng đất
trũng thì bộ phận điều khiển sẽ điều khiển cho xy lanh thủy lực nâng gàu san lên để thả đất
xuống. Gàu san nâng lên hay hạ xuống sao cho mức giữa của bộ nhận luôn nằm trên mặt
phẳng laser.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2. 1. Thiết bị phát mặt phẳng laser
Trong nghiên cứu này, thiết bị phát mặt phẳng laser có kết cấu cơ khí như Hình 2 và bao
gồm các cụm điều khiển như Hình 3 [8]. Bộ điều khiển thiết bị được thiết kế theo nguyên lý
điều khiển vòng kín. Khi hoạt động, tín hiệu từ cảm biến cân bằng MPU-6050 được báo liên
tục về vi điều khiển và vi điều khiển sẽ tiến hành phân tích trạng thái và xuất tín hiệu điều
khiển các động cơ DC theo phương X và phương Y nhờ mạch công suất. Khi các động cơ X,
Y hoạt động sẽ làm cho trạng thái cân bằng thay đổi. Vòng lặp cứ thực hiện cho đến khi giá trị

góc lệch của cả hai phương đạt giá trị cần điều khiển (thiết bị đã thiết lập được vị trí cân
bằng). Vi điều khiển sẽ kích mở đèn laser và đồng thời kích động cơ quay ụ xoay hoạt động.

Hình 2. Kết cấu cơ khí

Hình 3. Sơ đồ điều khiển thiết bị phát mặt phẳng
laser tự cân bằng

2.2. Thiết bị nhận tia laser và điều khiển
Thiết bị nhận gồm dãy các cảm biến quang nhạy với tia laser và được chia làm ba phần:
phần trên, giữa và phần dưới để nhận biết độ cao của đất [9]. Để loại bỏ bớt ánh sáng trời,
Yongsheng Si đã sử dụng kính lọc ánh sáng được thiết kế gồm kính đỏ và kính lọc nhiễu để
lọc tia laser [10]. Tương tự, xác định cách làm suy yếu ánh sáng trời là vấn đề chính trong
thiết kế thiết bị nhận, thiết bị nhận đã được thiết kế gồm kính lọc để lọc tia laser trước khi đến
các cảm biến quang và tiếp đến bộ phận xử lý tín hiệu để đến thiết bị điều khiển [11]. Một
thiết kế khác của Lv Qingfei sử dụng 52 cảm biến quang chia làm 4 hàng đặt ở bốn góc hình
chữ nhật để nhận tia laser theo bốn hướng [12]. Thiết bị nhận laser và điều khiển LR 40 của
công ty Trimble gồm hai dãy cảm biến để nhận tia laser ở hai bên thân và được che chắn bởi
một lớp kính lọc để loại bỏ bớt ánh sáng trời được thể hiện trong Hình 4, Hình 5. Trong quá
trình di chuyển của cụm gàu san thiết bị nhận sẽ cho biết được độ chênh lệch của gàu san khi
ở vùng đất cao hay vùng đất trũng và sẽ truyền tín hiệu về cho thiết bị điều khiển xử lý để
nâng hạ gàu san.

71


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

CONTROL SYSTEM

AUTO

POWER

TRIMBLE

HIGH
MANUAL

ON

RAISE M
A
N
U
A
L

ON

LOW

Hình 4. Thiết bị nhận của Trimble

LOWER

10 AMP
OFF

Hình 5. Hộp điều khiển (Control box)

Thiết bị nhận laser hoạt động trong điều kiện ánh sáng mặt trời nên xử lý nhiễu là vấn
đề cốt lõi trong thiết kế bộ nhận. Trong điều kiện ban ngày, cường độ của sánh sáng trời mạnh
hơn cường độ tia laser nên phải làm sao để giảm ánh sáng trời yếu hơn tia laser khi đến cảm
biến quang. Do đó, trong nghiên cứu này, tín hiệu laser trước khi đến các cảm biến quang, nó
được đưa qua một kính lọc màu đỏ để cho thành phần ánh sáng đỏ đi qua, loại bỏ bớt các
thành phần của ánh nắng mặt trời, lớp lọc thứ hai loại bỏ các thành phần gây nhiễu. Sau đó,
tín hiệu này qua bộ khuyếch đại và cuối cùng là đưa vào trong bộ điều khiển như Hình 6.

Hình 6. Sơ đồ khối bộ nhận laser
Điều khiển nâng/hạ hay duy trì gàu san được thực hiện nhờ vào việc điều khiển hệ
thống thủy lực dựa vào tín hiệu laser nhận được từ bộ nhận tín hiệu. Bộ điều khiển bao gồm
các thành phần chính: CPU (STM32F103RCT6), bộ hiển thị độ cao, mạch chuyển đổi chế độ
hoạt động bằng tay hoặc chế độ tự động, Solid State Relay (SSR) để điều khiển van thủy lực
4/3 như Hình 7.

Hình 7. Sơ đồ bộ điều khiển
2. 3. Hệ thống thủy lực
Cụm thiết bị thủy lực nhập ngoại bao gồm 2 van thủy lực 3/2 như Hình 8 được nối với
nhau nên cồng kềnh, chiếm chỗ lắp đặt và làm tăng chi phí vận chuyển. Khi hoạt động ở trạng
thái duy trì và hạ gàu san, đường dầu bị chặn cưỡng bức và chỉ trả về thùng khi nào áp lực dầu
từ bơm lớn hơn áp lực của van an toàn. Đây là nhược điểm lớn nhất của hệ thống này vì dầu
luôn bị duy trì áp lực nên làm cho dầu bị nóng. Do đó cần lắp thêm hệ thống làm mát dầu để
giảm khả năng loãng dầu. Tuy nhiên, thiết bị làm mát này cũng làm tăng diện tích lắp đặt hệ
thống, dễ hư hỏng và làm tăng chi phí năng lượng trong quá trình làm việc. Khi ở trạng thái
hạ theo trọng lượng, tốc độ hạ phụ thuộc vào trọng lượng gàu nên không kiểm soát được tốc
72


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

độ và làm cho thời gian đáp ứng hạ chậm. Vì những lý do đó nên trong đề tài này thay thế 2
van thủy lực 3/2 bằng van thủy lực 4/3.

Hình 8. Sơ đồ hệ thống thủy lực 3/2

Hình 9. Gàu san

a. Trạng thái nâng; b. Trạng thái duy trì;

1. Ốc hiệu chỉnh 1; 2. Cữ chặn;

c. Trạng thái hạ theo trọng lượng

3. Lưỡi nạo

2.4. Gàu san
Gàu san gồm 2 phần là phần gàu và lưỡi nạo được lắp với nhau nhờ 1 trục nên lưỡi có
thể xoay được (Hình 9). Phần lưỡi cắt được cải tiến để phù hợp với nhiều địa hình, giảm bớt
chi phí năng lượng do ma sát. Cơ cấu thay đổi góc nâng đất của lưỡi nạo: do thiết kế cơ cấu
lưỡi nạo (3) và ốc hiệu chỉnh 1 (1) nằm liền với nhau nên chỉ cần kìm hãm góc xoay bằng
cách hiệu chỉnh ốc hiệu chỉnh 1 (1) và cữ chặn (2). Cữ chặn có tác dụng giữ kìm hãm sự
chuyển động của lưỡi từ trái sang phải theo phương x. Ốc hiệu chỉnh 1 có tác dụng kéo lưỡi từ
phải sang trái. Cơ cấu thay đổi góc nâng đất của lưỡi nạo từ 5 ÷ 10º.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả chế tạo thiết bị phát mặt phẳng laser
Kết quả chế tạo được trình bày trong Hình 10 [8].

a)

b)

c)

d)

Hình 10. Bộ phát được chế tạo và lắp ráp
a. Bộ phận phát và tạo ra mặt phẳng laser;
c. Gắn mạch điều khiển vào thiết bị;
73

b. Phần cơ khí thiết bị phát;
d. Thiết bị hoàn chỉnh.


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2. Kết quả chế tạo thiết bị nhận tia laser và điều khiển
Theo yêu cầu của hệ thống thì gàu san hoạt động ở ba trạng thái: hạ gàu, duy trì, nâng
gàu. Như vậy, mạch cảm biến sẽ cho ra ba tín hiệu biểu thị độ cao của đất để điều khiển ba
trạng thái của gàu san. Các cảm biến được ghép thẳng hàng và chia ra ba vùng nhận tín hiệu
như Hình 11. Thiết bị nhận được thiết kế gồm bốn mặt với 84 Photo IC trên mỗi mặt kết hợp
hai lớp lọc ánh sáng bên ngoài như Hình 12. Mỗi mặt được thiết kế làm việc với góc nhận tín
hiệu là 900, như vậy với bốn mặt ở bốn góc sẽ nhận được tia laser với góc 3600.

Hình 11. Ghép các phần tử cảm biến Hình 12. Sơ đồ bố trí phần cứng bộ phận laser
Kết quả chế tạo thiết bị nhận và hộp điều khiển được thể hiện trong Hình 13. Hộp điều
khiển công suất được chế tạo bằng một hộp bằng sắt có kích thước 220x140x60 (mm), gồm
nút nhấn, relay, công tắc gạt, bên ngoài có nút nhấn, nút gạt cùng đèn báo.

Hình 13. Kết quả chế tạo thiết bị nhận và điều khiển
3.3. Kết quả chế tạo hệ thống thủy lực

Hệ thống sử dụng van thủy lực 4/3 như Hình 14. Khi gàu san ở vùng đất cao (so với
mức chuẩn), van thủy lực (6) được kích ở vị trí A (Hình a). Dầu từ bơm qua van, đẩy xy lanh
(8) lùi về, gàu san hạ xuống để lấy đất. Khi gàu san ở mức chuẩn, van thủy lực (6) được kích
ở vị trí B (Hình b). Dầu từ bơm đến van rồi được trả về thùng, xy lanh (8) được duy trì và gàu
san cũng được duy trì ở mức chuẩn. Khi gàu san ở vùng đất thấp (so với mức chuẩn), van
thủy lực (6) được kích ở vị trí C (Hình c). Dầu từ bơm thông qua van đẩy xy lanh (8) duỗi ra,
gàu san được nâng lên để thả đất xuống vùng thấp.
Ưu điểm của hệ thống này là khi xy lanh hoạt động ở cả 3 chế độ: nâng, hạ, duy trì,
đường dầu được lưu thông từ bơm qua van đến xy lanh thủy lực rồi trả về thùng tạo thành một
vòng khép kín. Do đó giảm áp lực của dầu, giảm nhiệt độ dầu, không gây hiện tượng nóng
dầu như cụm van thủy lực 3/2 của hệ thống nhập ngoại, vì vậy không cần lắp bộ phận làm mát
dầu. Đồng thời chế độ hạ được thực hiện bằng thủy lực, nên hệ thống đáp ứng nhanh hơn.
74


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 14. Nguyên lý làm việc của hệ thống van thủy lực 4/3
1. Thùng dầu;

2. Lọc dầu;

3. Máy bơm;

4. Đồng hồ đo áp suất;

5. Van tràn;

6. Van đảo chiều 4/3;

7. Van tiết lưu;

8. Xy lanh thủy lực;

9. Gàu san.

3.4. Kết quả chế tạo gàu san
Thiết kế dựa trên các thiết bị ngoại nhập và được cải tiến phần lưỡi cắt để phù hợp với
nhiều địa hình, giảm bớt chi phí năng lượng do ma sát. Gàu san được thiết kế bằng thép hộp
vuông bề dày 8mm (gàu san cũ 6mm) nhằm tăng khối lượng gàu, tăng lực tác dụng mặt đất
tránh được hiện tượng trượt của gàu khi làm việc với đất dẽ. Các bộ phận của gàu được chế
tạo như Hình 15. Kết quả chế tạo hệ thống thủy lực và gàu san như Hình 16.

Hình 15. Sơ đồ lắp gàu san

Hình 16. Kết quả chế tạo gàu san và thủy lực

1. Đầu gắn máy kéo;

7. Bánh xe;

2. Gắn van thủy lực;

8. Khung bánh xe;

3. Tăng đơ điều chỉnh;

9. Ốc điều chỉnh;

4. Gàu san;

10. Lưỡi;

5. Cây sắt để gắn bộ nhận tín hiệu

11. Chốt;

6. Xy lanh thủy lực;

12. Khung kéo.
75


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.5. Kết quả khảo nghiệm
Khảo nghiệm sự chênh lệch của mặt phẳng laser so với phương ngang
Theo kết quả nghiên cứu đã công bố [8], sự chênh lệch của mặt phẳng laser so với
phương ngang được bố trí thí nghiệm theo Hình 17 và kết quả được thể hiện theo Hình 18.

Hình 17. Bố trí thí nghiệm

Hình 18. Biểu đồ kết quả sai lệch của mặt phát laser

Kết quả khảo nghiệm cho thấy với khoảng cách 100m từ bộ phát thì sai lệch theo cả hai
phương ox va oy đều nhỏ hơn 44mm. Kết quả này đáp ứng yêu cầu đặt ra là mặt phẳng laser
cân bằng nằm ngang có sai lệch nhỏ hơn 0,05% so với mặt ngang.
Khảo nghiệm độ ổn định của thiết bị nhận, điều khiển và đáp ứng nâng hạ gàu của
van thủy lực
Thí nghiệm được thực hiện bằng cách chiếu tia laser vào bộ nhận nhiều lần với thay đổi
độ cao thấp khác nhau của mặt phẳng laser sao cho tia laser đến ba vùng cao, giữa, cân bằng

trên bộ nhận. Quan sát tín hiệu trên bộ điều khiển thông qua ba đèn nâng, cân bằng hay hạ gàu
và quan sát đáp ứng nâng hạ của hệ thống thủy lực.
Kết quả: Bộ nhận và điều khiển xuất tín hiệu ổn định theo 3 trường hợp nâng, hạ và cân
bằng của gàu san với độ chính xác 100% theo bảng mô tả dưới đây.
Bảng 1. Kết quả đáp ứng của thiết bị nhận, điều khiển và đáp ứng nâng hạ gàu
của van thủy lực
Mức laser đến Tín hiệu đèn sáng trên Tín hiệu kích van thủy Tín hiệu kích van thủy
bộ nhận
bộ điều khiển
lực Y1 (nâng gàu san)
lực Y2 (hạ gàu san)
Cao

Đèn nâng gàu

Có kích, 12V

Không kích, 0V

Giữa

Đèn cân bằng

Không kích, 0V

Không kích, 0V

Thấp

Đèn hạ gàu

Không kích, 0V

Có kích, 12V

3.6. Thảo luận
Xuất phát từ yêu cầu nội địa hóa hệ thống thiết bị san phẳng điều khiển bằng kỹ thuật
laser nhằm giảm giá thành, thuận lợi trong khâu bảo trì và bảo dưỡng, hệ thống được nhóm
nghiên cứu chế tạo đáp ứng yêu cầu về mặt kỹ thuật, đồng thời kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,
phù hợp với công nghệ hiện có trong nước.
Thiết bị phát mặt phẳng laser: nghiên cứu này đã có các thay đổi mới về phần cơ khí
cũng như phần cảm biến so với thiết bị ngoại nhập. Thiết bị sử dụng cảm biến cân bằng MPU6050 dễ tìm thấy trên thị trường để phát hiện sự sai lệch so với phương nằm ngang theo hai
hướng vuông góc nhau, từ đó điều khiển hai động cơ nâng hạ để xác lập vi trí cân bằng. Kết
cấu cơ khí sử dụng tia laser phát ra theo hướng từ dưới lên kết hợp với gương phản xạ để tạo
ra một phằng laser xoay tròn và kết cấu bốn khâu bản lề để tạo ra chuyển động điều chỉnh mặt
phẳng chứa tia laser. Kết cấu này đơn giản, dễ chế tạo và dễ điều khiển.
76


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Thiết bị nhận laser và điều khiển: đáp ứng yêu cầu đặt ra như không bị nhiễu trong điều
kiện làm việc dưới ánh nắng mặt trời, đáp ứng ổn định nâng hạ gàu san theo đúng độ cao thấp
của đất.
Hệ thống thủy lực: được cải tiến bằng chỉ một van 4/3 nên khắc phục nhược điểm của
cụm van 3/2 khi hệ thống hoạt động ở trường hợp duy trì và hạ gàu, đường dầu từ bơm được
trả về thùng tự do nên không bị duy trì áp suất và không bị nóng. Do đó, hệ thống không cần
phải lắp đặt thêm thiết bị làm mát dầu. Đồng thời, nhờ lắp thêm van chỉnh áp nên chất lỏng
liên tục rót về thùng chứa để đảm bảo giữ áp suất không đổi tại đầu vào của van 4/3 khi van
chưa bị kích. Khi gàu san được nâng lên quá giới hạn của pít tông, áp suất dầu tăng cao,
nguồn kích chưa được đảo chiều, khi đó van chỉnh áp sẽ làm giảm áp suất và dẫn dầu về

thùng chứa.
Gàu san: được thiết kế đáp ứng tốt khả năng chịu lực và kết hợp tính toán, thiết kế cơ
cấu thay đổi góc nâng đất của lưỡi nạo nhằm giảm nhiên liệu trong quá trình san phẳng.
KẾT LUẬN
Hệ thống thiết bị san phẳng điều khiển bằng kỹ thuật laser được nhóm nghiên cứu thiết
kế chế tạo hoàn chỉnh gồm bốn phần: Thiết bị phát mặt phẳng laser; Thiết bị nhận tia laser và
điều khiển; Hệ thống thủy lực và Gàu san.
- Thiết bị phát mặt phẳng laser có khả năng tự động cân bằng theo phương ngang với sai
số nhỏ hơn 50mm ở khoảng cách 100m, thỏa mãn yêu cầu sai lệch nhỏ hơn 0,05% so với
phương ngang.
- Thiết bị nhận laser và điều khiển hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng mặt trời và
xuất tín hiệu ổn định theo ba trường hợp nâng, duy trì và hạ gàu san.
- Hệ thống thủy lực được thiết kế cải tiến bằng thay thế van 4/3 thay cho 2 van 3/2 của
thiết bị ngoại nhập nên giảm cồng kềnh, không bị nóng dầu, đáp ứng nâng hạ nhanh.
- Gàu san được thiết kế với chiều dài 1400mm, rộng 550mm, cao 500mm và có cải tiến
lưỡi nạo nhằm giảm nhiên liệu trong quá trình san phẳng.
Kết quả của đề tài không những góp phần tác động tích cực đến hạn chế biến đổi khí
hậu, phát triển một nền sản xuất nông nghiệp bền vững mà còn mang lại lợi ích trực tiếp cho
người trồng lúa nói riêng và phát triển của kinh tế sản xuất nông nghiệp nói chung.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] P. K. Naresh, S. P. Singh, A. K. Misra, S. S. Tomar, Pardeep Kumar, Vineet Kumar and
Sanjeev Kumar. Evaluation of the laser leveled land leveling technology on crop yield
and water user productivity in Western Uttar Pradesh. African Journal of Agriculture.
Vol. 9(4), pp. 473-478, 23 January, 2014.
[2] Jeetendra Prakash Aryal Meera Bhatia mehrotra, m.L.Jat, Harminder Singh Sidhu.
Impacts of laser land leveling in rice-wheat systems of the north-western indo-gangetic
plains of India. Food security. June 2015, Volume 7, Issue 3, pp. 725-738.
[3] Phan Hieu Hien, Tran van Khanh, Nguyen Duc Canh, Pham Duy Lam. Application of
laser-controlled equipment for leveling rice fields in Viet Nam. Proc. International
workshop on Agricultural and Bio-systems Engineering (IWABE), 11-13 December

2007. Nong Lam University, Ho Chi Minh City 2007.
[4] Nguyễn Văn Xuân, Nguyễn Đức Cảnh, Phạm Duy Lam, Nguyễn Văn Hùng, Phan Hiếu
Hiền, Trương Quang Trường. 2013. Báo cáo tổng hợp các kết quả đo đạc thực tế về độ
chênh lệch mặt đồng. Kỷ yếu Hội thảo San phẳng đồng ruộng ứng dụng điều khiển kỹ
thuật Laser. Dự án ADB-IRRI-VN, 03/2013.
77


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
[5] Nguyễn Văn Khải, 2013. Các phương pháp san phẳng truyền thống. Kỷ yếu Hội thảo
San phẳng đồng ruộng ứng dụng điều khiển kỹ thuật Laser. Dự án ADB-IRRI-VN,
03/2013.
[6] www.trimble.com
[7] www.topconpositioning.com
[8] Đào Duy Vinh, Đặng Thiện Ngôn, Trần Văn Lộc, Nguyễn Văn Hùng. Thiết kế chế tạo
thiết bị phát mặt phẳng laser ứng dụng trong hệ thống san phẳng. Hội nghị toàn quốc lần
thứ 7 về Cơ điện tử-VCM 2014, p. 456-462.
[9] S. S. Mohtasebi, A. Hoseinzadeh, M.omid, N. Bolfathi. Design and evaluation of
automatic agricultural land leveling control system for scraper. International journal of
agriculture and biology. 1560-8530/2007/09-1-59-63.
[10] Yongsheng Si, Giang Liu, Jianhan Lin, Qingfei Lv, Feng Juan. Design of control system
of laser leveling machine based on fussy control theory. International Conference on
Computer and Computing Technologies in Agriculture (CCTA 2007), Wuyishan, China,
August 18-20, 2007.
[11] Yang Zheng, LV Qingfei, Liu Gang. Improvement and experiment on laser-controlled
land leveling system. New Zealand Journal of agriculture research, 2007, Vol.50: 10591065.
[12] Lv Qingfei, Liu Gang. Research on an improved laser-controlled land leveling system.
11th IEEE international conference on communication technology proceedings. P. 413416. 2008.

78