THIẾT kế, cải TIẾN cụm GIEO hạt tự ĐỘNG TRONG máy GIEO hạt tự ĐỘNG TRÊN KHAY

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

THIẾT KẾ, CẢI TIẾN CỤM GIEO HẠT TỰ ĐỘNG
TRONG MÁY GIEO HẠT TỰ ĐỘNG TRÊN KHAY
Đặng Văn Nghìn1,a, Kiều Nguyễn Phƣơng Đại1,b, Phạm Xuân Hiển2,c, Lê Thanh Trị3,d
1
Viện Cơ học và Tin học Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2
Khoa Vật lý - Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM
3
Công ty trách nhiệm hữu hạn Cơ khí Nông nghiệp Thanh Trị
b

TÓM TẮT:
Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế
cải tiến cụm gieo hạt tự động trong máy gieo hạt
tự động trên khay, qua đó khắc phục được các
vấn đề như gieo hạt không đồng đều, chỉ gieo
được một số loại hạt nhất định. Đặc biệt nâng cao
năng suất gieo hạt và gieo được cho ba loại khay
có kích thước khác nhau.
Từ khóa: máy gieo hạt tự động, dây chuyền
gieo hạt tự động, cụm gieo hạt.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Để đáp ứng với mục đích tăng năng suất,
giảm thời gian trong quá trình gieo hạt, gieo hạt
đồng đều, kịp thời mùa vụ, giảm bớt sức lao động,
giá thành phù hợp với thu nhập của người nông
dân và quan trọng nhất là có đáp ứng khả năng
gieo được 3 loại khay đang phổ biến trên thị

trường hiện nay đó là khay 84, 66, 50 lỗ. Nhóm
nghiên cứu đã tiến hành thiết kế cải tiến từ cụm
gieo hạt đang hiện có. Qua đó phân tích đánh giá
các phương án cải tiến cho cơ cấu truyền động
cho bộ phận hút hạt nhằm tăng năng suất cho quá
trình gieo hạt.
2. GIỚI THIỆU CÁC PHƢƠNG ÁN GIEO HẠT
HIỆN NAY
2.1. Phƣơng án gieo hạt kiểu tọa độ
Nguyên lý hoạt động: như theo Hình 1, bộ
điều khiển (28) được lắp ghép thành một robot
được lập trình sẵn, bộ điều khiển này sẽ điều
chỉnh bộ hút (29) theo 3 phương X, Y, Z và di
chuyển trên các đường ray (36) và (40) đến vị trí
chứa hạt và nhả hạt. Phễu chứa hạt (110) sẽ đưa
hạt tới các bộ phân phối ống (14). Sau khi hút hạt,

E-mail: a
phuongdai,
c

d


bộ hút (29) sẽ phân phối hạt trên khay (16a),
(16b) lên các vị trí (18) định sẵn trên khay.

Hình 1. Gieo hạt kiểu tọa độ
2.2. Sử dụng xylanh hút và thùng quay cấp
hạt

Hình 2. Gieo hạt kiểu xylanh hút và thùng quay
cấp hạt
Nguyên lý hoạt động: bánh răng (26) (Hình 2)
quay ngược chiều ăn khớp với bánh răng (27)
truyền động cho cần trục (23) và làm cho con lăn
(37) đè lên tấm (39). Sự đè lên này làm tác động
xylanh (4) phun hạt từ vòi (8) từ thùng cấp hạt (2)
xuống phễu (15). Dưới áp suất chân không, hạt
sau khi xuống phễu (15), hạt sẽ được hút bởi đầu
hút (10) bằng cơ cấu hút và thổi (11) thông qua bộ

Trang 369


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

tạo áp suất (12), (13). Sau khi hạt được hút ở đầu
hút (10), cơ cấu (11) sẽ thổi hạt xuống phễu 18 và
được dẫn xuống khay.
2.3. Gieo hạt theo kiểu tang quay

Hình 3. Gieo hạt kiểu tang quay
Nguyên lý hoạt động: theo Hình 3 khi máy
hoạt động, băng tải (2) sẽ truyền khay đến khâu
đột lỗ .Khi khay đến đúng vị trí cần đột lỗ thì cảm
biến vị trí (6) sẽ phát tín hiệu cho trục truyền động
tang (5) hoạt động. Có thể điều chỉnh chiều cao
đột lỗ thông qua bộ điều chỉnh độ cao tang (16).

Sau khi đột lỗ xong khay sẽ được đưa tới khâu
gieo hạt , đến đúng vị trí cần gieo thì cảm biến vị
trí (6) sẽ phát tiến hiệu cho tang gieo hạt (7) quay,
đồng thời các chức năng khác của cum gieo hạt
cũng hoạt động như: tấm giữ hạt giống (12) để
chứa đựng hạt giống.
Bộ rung (15) để dàn trải hạt giống đều trên
các vị trí hút của tang gieo hạt (7), các ống thổi (8)
dùng để tách hạt khi hạt nhiều hạt bị dính trên
cùng 1 lỗ hút, bộ thu hồi hạt (14) dùng để thu hồi
hạt về sau khi tách hạt hoặc những trường hợp
hạt rơi đột ngột, lưỡi gạt (13) sẽ giúp hạt rơi đúng
vị trí lỗ mà không chịu ảnh hưởng lực ly tâm.
2.4. Gieo hạt theo kiểu đĩa nghiêng

Hình 4. Gieo hạt kiểu đĩa nghiêng
Nguyên lý hoạt động: trống tời (1) (Hình 4)
quay làm khung gieo (2) chuyển động tịnh tiến
nhờ sợi dây (3) và làm cho bánh xe (4) lăn trên
mặt phẳng nằm ngang. Thông qua bộ truyền động
xích (5) và cặp truyền động bánh răng nón (6),
chuyển động quay của bánh xe (4) truyền chuyển
động quay cho đĩa gieo (7). Đĩa gieo (7) lắp song
song với đĩa cố định (8) và nghiêng so với
phương nằm ngang một góc nghiêng α. Trên đĩa
gieo (7) có khoan các lỗ lấy hạt. Trong một vòng

Trang 370

quay của đĩa, lỗ lấy hạt di chuyển qua khối hạt tập

trung ở góc nghiêng thấp của đĩa cố định, tại đây
dưới tác dụng của trọng lực của khối hạt, hạt sẽ
được điền vào trong lỗ, sau đó lỗ tiếp tục di
chuyển lên cao và trong quá trình này các hạt
không nằm trong lỗ sẽ di chuyển xuống phía dưới
do tác dụng của trọng lực và chỉ có những hạt
nằm trong lỗ của đĩa gieo tiếp tục di chuyển đến
cửa nhả hạt (9) của đĩa cố định (8). Hạt từ cửa (9)
rơi xuống và theo ống dẫn hạt xuống rãnh gieo.
3. PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN GIEO HẠT TRƢỚC
CẢI TIẾN
3.1. Nguyên lý gieo hạt trƣớc cải tiến
Nguyên lý hoạt động: đầu hút hạt di chuyển
từ vị trí hút sang vị trí nhả theo cơ cấu cần lắc đơn
(culit). Ở vị trí hút, đầu hút sẽ hút hạt theo nguyên
lý hút chân không, sau đó đầu hút di chuyển sang
vị trí nhả hạt, cơ cấu ngừng hút, hạt rơi vào vị trí
thả, sau đó đầu hút quay về bắt đầu chu trình mới
(Hình 5).

Hình 5. Nguyên lý gieo hạt trước cải tiến
Nhận xét:
Cơ cấu lắc đơn có ưu điểm với tốc độ nhanh,
độ ổn định và chính xác. Nhược điểm là chỉ gieo
được từng hàng cho mỗi loại khay có kích thước
cố định và năng suất chưa cao.
Nhìn chung thì nguyên lý gieo hạt dạng lắc
đơn sử dụng nguyên lý hút chân không để hút và
nhả hạt đã có thể đảm bảo được khả năng gieo
hạt trên khay. Nhưng do trong phạm vi ứng dụng

thực tế thì nguyên lý và cơ cấu gieo hạt phải có
khả năng linh động và đáp ứng được cho nhiều
loại khay với kích thước và đường kính lỗ khác
nhau. Do đó, nhóm đã tiến hành phân tích và thiết
kế cải tiến để thay đổi cơ cấu hút và nhả hạt theo
nguyên lý hút chân không với mục đích nâng cao
năng suất và gieo được cho cả 3 loại khay với
kích thước khác nhau.


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

3.2. Phân tích lựa chọn cơ cấu cải tiến
truyền động cho bộ phận hút hạt
3.2.1. Cơ cầu tịnh tiến theo phƣơng
nghiêng
Nguyên lý hoạt động: kim hút sẽ được thanh
dẫn truyền động tịnh tiến theo phương nghiêng
đến phễu đựng hạt để hút hạt. Sau đó trở lai vị trí
cũ, đến vị trí nhả hạt để nhả hạt vào bộ phận dẫn
hướng hạt làm cho hạt rơi vào đúng vị trí lỗ trên
khay

Hình 6. Cơ cấu tịnh tiến theo phương nghiên
3.2.2. Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn có
thanh dẫn hƣớng
Nguyên lý hoạt động: thanh hút hạt sẽ được
chuyển động qua lại giữa vị trí hút và vị trí nhả hạt
thông qua trục tạo chuyển động quay (Hình 7). Cơ

cấu tạo chuyển động quay có thể là xylanh quay
hoặc động cơ. Để đảm bảo miệng kim hút hạt
hướng đúng vị trí hút và nhả cần có thanh dẫn
hướng.

Hình 7. Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn có thanh dẫn
hướng
3.2.3. Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn với
bánh răng truyền động
Yêu cầu đảm bảo sao cho kim hút hạt luôn
hướng thẳng đứng từ vị trí hút đến vị trí nhả (Hình
8). Ta sử dụng 3 bánh răng ăn khớp tạo chuyển
động quay tương đối, giúp cho đầu kim hút hạt
luông hướng vị trí thẳng đứng.

Hình 8. Cơ cấu cần lắc đơn với bánh răng truyền
động
Khi cần lắc quay, bánh răng 1 cố định sẽ ăn
khớp truyền động tới bánh răng trung gian số 2 và
bánh răng số 2 sẽ truyền động đến bánh răng 3.
Bánh răng 1 và 3 có số răng và modun bằng nhau
nhằm đảm bảo cho thanh hút hạt luôn hướng
thẳng đứng. Cần lắc có lắp các hệ nhiều ống hút
sẽ chuyển động qua lại đưa hạt được hút từ khay
chứa hạt đến nhả vào ống dẫn hướng hạt xuống
khay chứa bên dưới.
3.2.4. Cơ cấu sử dụng cần lắc đơn với bộ
truyền xích truyền động

Hình 9. Cơ cấu cần lắc đơn với bộ truyền xích

truyền động
Tương tự như cơ cấu sử dụng cần lắc đơn
với bánh răng truyền động nhưng với việc sử
dụng cơ cấu truyền chuyển động cho thanh lắc là
bộ truyền xích (Hình 9).
Nhận xét:
Sau khi phân tích, chúng tôi chọn phương án
sử dụng cần lắc kép do có ưu điểm là năng suất
cao hơn so với phương án cần lắc đơn, sử dụng
nguyên lý dạng hút chân không, cơ cấu truyền
chuyển động cho cần lắc là bộ truyền bánh răng.
Dưới đây là bảng năng suất sau khi cải tiến cụm
gieo hạt:
Bảng 1. Năng suất gieo hạt trước và sau khi cải
tiến
Năng suất

Trước cải tiến
300 (khay/giờ)

Sau cải tiến
> 600 (khay/giờ)

3.3. Cơ cấu cải tiến sử dụng đƣợc 3 loại
khay

Đối với khay 12 x 7 (hàng x cột) = 84 lỗ
Khay 84 lỗ thì các hạt đến lỗ trên tấm chia và
sau đố rơi xuống khay.

Trang 371


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Cơ cấu culit có tác dụng di chuyển cần hút
qua lại liên tục giữa 2 vị trí A và B. Tại vị trí A, cần
hút hút hạt, sau đó cần hút di chuyển đến vị trí B,
tại đây hạt được nhả ra sẽ rơi vào vị trí giá thể
trên khay. Sau khi nhả hạt ở vị trí B, cần hút trở lại
vị trí A và chu kỳ hoạt động hút nhả được lặp lại
liên tục trong quá trình hoạt động của máy gieo
hạt.
Tại B, hạt được các ống dẫn đưa đến các lỗ
trên tấm chia có 12 x 7 lỗ. Tại các lỗ này, hạt
được đưa đến khay ứng với từng kiểu khay.

Đối với khay 11 x 6 (hàng x cột) = 66 lỗ
Khay 66 lỗ do số lượng lỗ trên tấm chia lớn
hơn số giá thể nên hạt rơi khỏi lỗ sẽ được thu hồi.


Đối với khay 10 x 5 (hàng x cột) = 50 lỗ
Khay 50 lỗ tương tự, do số lượng lỗ trên tấm
chia lớn hơn số giá thể nên hạt rơi khỏi lỗ sẽ
được thu hồi trở lại.


Hình 10. Thiết kế các bộ phận của cụm gieo hạt

Cấu tạo cụm gieo hạt bao gồm:
1. Bộ phận truyền động cho thanh hút hạt
2. Phễu chứa hạt
3. Thanh hút hạt
4. Tấm dẫn hướng hạt
4.2. Thiết kế cơ cấu truyền động hút hạt
Chọn vật liệu cho bánh răng là C45 được tôi
cải thiện.
Modun bánh răng: m = 1
Số răng: z1 = z2 = z3 = 40 răng
Khoảng cách trục: a = m.z = 1x40 = 40 mm
Đường kính vòng chia: d1 = z1 m = 40 mm
Đường kính vòng đỉnh: da1 = d1 + 2m = 40
+2 = 42 mm
Đường kính vòng đáy: df = d1 – 2.5m =40 2.5x1 = 37.5 mm
Chiều rộng vành răng: b1 = b2 = 10 mm
Bánh răng 2 có bề rộng là b2 = 12 mm

4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
4.1. Thiết kế các bộ phận cụm gieo hạt
Cụm gieo hạt với những chức năng trong
quá trình làm việc là vận chuyển các hạt giống từ
khay chứa hạt đến các ống dẫn hướng, qua tấm
chia rồi tới khay gieo. Quá trình làm việc nhanh
chóng, tao ra năng suất cao. Yêu cầu nhằm tăng
năng suất của máy gieo hạt nên sử dụng ống hút
kép và 2 cần lắc hút hạt đối xứng (Hình 10).

Hình 11. Thiết kế cơ cấu bánh răng truyền động
thanh hút hạt

Cấu tạo cơ cấu truyền động thanh hút hạt:
1. Bánh răng truyền động thanh quay
2. Bánh răng trung gian
3. Bánh răng truyền động thanh đựng kim hút
hạt
4.3. Thiết kế ống hút hạt
Ống hút hạt là một thanh nhôm vuông 20 x
20 mm, có chiều dài là 450 mm, rỗng bên trong và
có bề dày là 2 mm. Hai đầu ống được bịt kín để
khí không thoát ra ngoài. Dọc theo chiều dài ống

Trang 372


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

được chia đều và khoan lỗ (cụ thể là 21 lỗ trên 1
ống) để gắn các núm hút có đầu tiện côn để gắn
kim hút hạt. Mặt đối diện ta khoan 2 lỗ bên để tạo
đường dẫn khí hút hạt (Hình 12).

Hình 12. Thiết kế ống hút hạt
Cũng có thể thay thế các kim hút khác nhau
tùy thuộc với từng loại giống để đảm bảo quá
trình hút không bị tắc và quá trình hút được thao
tác một cách dễ dàng hơn.
4.4. Thiết kế phễu chứa hạt
Phễu chứa hạt được thiết kế sao cho quá
trình hút hạt là thuận tiện nhất. Phễu với biên

dạng hình chữ V sẽ giúp hạt được dồn vào đáy
phểu làm cho quá trình hút hạt thuận tiện.

hạt sẽ được đưa đến đúng vị trí lỗ trên khay).
Trên các lỗ cũng sẽ được gắn với các côn nhựa.

Hình 16. Tấm phân chia hạt
Để liên kết các lỗ của tấm phân chia hạt với
các lỗ của tấm dẫn hướng hạt thì ta gắn các ống
nhựa làm trung gian trong quá trình dẫn hướng
hạt. ống nhựa có đường kính trong Ø = 18 mm bề
dày là 2mm

Hình 13. Mặt cắt biên dạng phễu chứa hạt
Hình 17. Cấu tạo côn nhựa của bộ phận dẫn
hướng hạt
a) Côn nhựa cho tấm dẫn hướng hạt
b) Côn nhựa cho tấm phân chia hạt
Bộ phận dẫn hướng hạt sau khi được gắn
tấm dẫn hướng, các côn nhựa, ống dẫn hạt và
tấm phân chia hạt như sau:
Hình 14. Thiết kế phễu chứa hạt
4.5. Thiết kế bộ phận dẫn hƣớng hạt
Tấm dẫn hướng hạt được làm bằng nhôm và
có kích thước 520 x 170 mm, bề dày 2 mm. Trên
khung được khoan 84 lỗ Ø18 mm và được phân
bố đều thành 4 hàng, mỗi hàng 21 lỗ. Các trên
các lỗ sẽ được gắn các côn nhựa
Hình 18. Thiết kế bộ phận dẫn hướng hạt
Cấu tạo bộ phận dẫn hướng hạt bao gồm:

1: Tấm dẫn hướng hạt từ vị trí nhả hạt
Hình 15. Tấm dẫn hướng hạt
Tấm phân chia hạt làm bằng nhôm có kích
thước 520 x 300 mm, bề dày tấm là 2 mm. Mặt
dưới khung được khoan các lỗ Ø16 và được chia
đều thành 7 hàng, mỗi hàng 12 lỗ (đảm bảo các

2: Ống dẫn hạt
3: Tấm phân chia hạt đến các lỗ trên khay
KẾT LUẬN
Trên đây chúng tôi đã trình bày về việc phân
tích, thiết kế cải tiến cụm gieo hạt tự động trên

Trang 373


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

khay. Lựa chọn các phương án cải tiến tối ưu và
tiến hành thiết kế những yêu cầu cần thiết cho
cụm gieo hạt. Bài báo định hướng cải tiến bằng
cách thay đổi cơ cấu gieo hạt bằng khí nén với
kiểu gieo lắc kép kết hợp với sử dụng cơ cấu
truyền động bánh răng sao cho mỗi lần gieo được
một khay và gieo được cho 3 loại khay so với cụm
gieo hạt cũ mỗi lần gieo chỉ gieo một hàng trên
khay.
Lời cảm ơn
Công trình được thực hiện trong khuôn khổ

đề tài: “Cải tiến máy gieo hạt rau, hoa tự động
trên khay” do PGS.TS Đặng Văn Nghìn làm chủ
nhiệm. Chân thành cám ơn Sở Khoa học và Công
nghệ TP .Hồ Chí Minh đã cấp kinh phí cho chúng
tôi thực hiện đề tài này. Nghiên cứu này được
thực hiện tại Viện Cơ học và Tin học Ứng dụng,
các tác giả xin chân thành cám ơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Douglas O. Keller, Lake Oswego, Troy M.
Swartwood, Jelì'rey D. Donaldson - Robotic
seed-planting apparatus and methods, US
patent 6,688,037 B2, 2004.
[2] Kirk Alan Lang - Rotary drum seeder, Trinity,
US patent 6,520,111 B2, 2003.
[3] Anthony Visser - Method and aparathus for
dosing seed, US Patent 4004713, 1977.
[4] Graham Goodenough - Seeder with linear
actuation and seed leveling shuffler with dust
removal capability, US Patent 5878680,
1999
[5] Geoffrey A. Williames - Multi-purpose
seeding machine, US Patent 4718363, 1988
[6] Lê Song Giang, Nguyễn Thị Bảy - Giáo trình
cơ lưu chất, nhà xuất bản đại học Bách Khoa
Tp.HCM, 2004.
[7] Peter Croser, Frank Ebel - Pneumatics.

ABSTRACT
This paper presents results of design and

improvement for automated seeding machine
tray, thereby solve issues such as uneven
Keywords:

Trang 374

automatic

seeding

machine,

seeding, and increase usability for many kinds of
seed. In particular, increase the capacity of
machine.

automated

seeding

system,

seeding

clusters