Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ công

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRẦN NGỌC VŨ

“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MÁY CẮT GỐC MÍA SAU THU HOẠCH
THỦ CƠNG”

Chun ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã chuyên ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Trung Thành
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại
học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 21 tháng 11 năm 2020.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Châu Minh Quang

- Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Lê Ngọc Trân

- Phản biện 1

3. TS. Phạm Trung Thành

- Phản biện 2

4. TS. Phạm Văn Việt

- Ủy viên

5. TS. Ao Hùng Linh

- Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Ngọc Vũ

MSHV: 17000851

Ngày, tháng, năm sinh: 12/03/1962

Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã chuyên ngành:60520103

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ cơng.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo được một mơ hình máy cắt gốc mía sau thu
hoạch thủ công để lưu vụ kế tiếp.
- Xây dựng được chế độ làm việc của máy.
- Đưa ra được chi phí tiêu thụ nhiên liệu và năng suất cắt gốc đảm bảo chất lượng lưu vụ.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 758/QĐ-ĐHCN ngày 05/04/2019.
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 24/9/2020.
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Bùi Trung Thành
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này ngoài sự cố gắng của bản thân, tác giả đã được sự giúp
đỡ rất lớn về tinh thần và chuyên môn của bạn bè, các Thầy Cơ. Chính vì vậy tác giả

xin gửi lời cám ơn chân thành đến:
Thầy PGS.TS. Bùi Trung Thành, Viện trưởng Viện Nghiên cứu Khoa học & Chuyển
giao Cơng nghệ đã tận tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình nghiên cứu và hồn
thành luận văn này.
Thầy TS. Đặng Hoàng Minh, thầy TS. Ao Hùng Linh cùng các thầy cô phụ trách
giảng dạy Sau đại học Khoa Cơ khí đã nhiệt tình giảng dạy cho tác giả những kiến
thức bổ ích trong suốt q trình học tập tại trường.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn lớp Cao học Kỹ Thuật Cơ Khí 7A, khóa
2017 đã đồng hành, chia sẻ thơng tin trong q trình học tập

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài đã thực hiện nghiên cứu, thiết kế và khảo nghiệm một mẫu máy cắt gốc mía
nhằm giải quyết vần đề cơ giới hóa cắt lại gốc mía bằng máy sau khi thực hiện thu
hoạch bằng lao động thủ cơng nhằm giải phóng nhân cơng lao động thủ cơng để lưu
vụ mía kế tiếp. Thực nghiệm đơn yếu tố đã thực hiện với hai thông số vận hành máy
gồm vận tốc dao cắt (m/s) và vận tốc tiến của máy (m/s) ảnh hưởng đến 04 hàm mục
tiêu gồm năng suất cắt gốc (m2/giờ), tiêu hao nhiên liệu (lít/ha), chất lượng vết cắt
(%) và độ sót gốc mía khơng được cắt (%). Kết quả thực nghiệm đã xác định được
chế độ vận hành hợp lý của máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ cơng trên dao cắt có
góc cắt 170 cùng với thơng số vận tốc dao cắt phải nằm trong miền vận tốc từ 2125m/s và vận tốc tiến của máy nằm trong miền 0,25 – 0,35m/s. Kết quả thực nghiệm
cũng đã xây dựng được tám phương trình hồi quy xác định ảnh hưởng của vận tốc
dao cắt và vận tốc tiến của máy ảnh hưởng đến 04 hàm mục tiêu nói trên.
- Ảnh hưởng của vận tốc dao
- NS1 = - 648V2d + 31,675Vd + 832,46
- NL1 = - 0,016V2d + 0,836Vd + 7,938
- VC1 = - 0,062V2d + 2,703Vd + 57,642
- ĐS1 = 0,064V2d - 2,726Vd + 30,352

- Ảnh hưởng của vận tốc máy
- NS2 = 3.325,16Vm + 398,22
- NL2 = - 648Vm2 + 31,675Vm + 832,46
- VC2 = - 92,93Vm2 + 53,35Vm + 78,84
- ĐS2 = 417,38Vm2 – 245,56Vm + 34,85
Các phương trình hồi quy được thiết lập khẳng định các mức đã chọn của các yếu tố
đầu vào là hồn tồn phù hợp. Giá trị của thơng số vận tốc dao cắt Vd =23m/s và vận
tốc tiến của máy Vm = 0,3 m/s được chọn làm mức cơ sở để nghiên cứu tối ưu hóa
chế độ vận hành máy cắt gốc mía trong quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố ở bước
nghiên cứu kế tiếp.

ii


ABSTRACT
The topic of the thesis has researched, designed and tested a model of sugarcane root
cutting machine to solve the problem of mechanized re-cutting on sugarcane stumps
by machine after labor harvester to keep the seeds for the next cane. The single-factor
experiments performed with two factors of machine operations including cutter speed
of blades (m/s) and machine speed (m/s) which are affected to 04 target functions
including the cutting capacity (m2/hours), fuel consumption (liter/ha), cut quality (%)
and cane stump residue are not cut (%). Experimental results have determined that
the reasonable operating mode of the sugarcane cutter which has blades with its
cutting angle of 17 degree with the cutter speed must be within the range of 21-25
m/s and the speed of the machine are in the range of 0.25 - 0.35 m/s. Experimental
results have also built eight regression equations to determine the effect of the cutter
speed and the speed of the machine on the above four target functions.
- Effects of cutter speed
- NS1 = - 648V2d + 31,675Vd + 832,46
- NL1 = - 0,016V2d + 0,836Vd + 7,938

- VC1 = - 0,062V2d + 2,703Vd + 57,642
- ĐS1 = 0,064V2d - 2,726Vd + 30,352
- Effect of machine feed speed
- NS2 = 3.325,16Vm + 398,22
- NL2 = - 648Vm2 + 31,675Vm + 832,46
- VC2 = - 92,93Vm2 + 53,35Vm + 78,84
- ĐS2 = 417,38Vm2 – 245,56Vm + 34,85
The established regression equations confirmed that the selected levels of the input
factors are completely suitable. The value of the cutter speed of 23m/s and the speed
of the machine of of 0.3m/s is chosen as the basis numbers for the further research to
optimize the equipment operating mode in the experiments of multiple factors in the
next step.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực
hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên
(Chữ ký)

Trần Ngọc Vũ

iv


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .............................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
MỤC LỤC ................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... xi
BẢNG KÝ HIỆU ......................................................................................................xii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề: ..............................................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài .........................................................................................................2
3. Cách tiếp cận đề tài phục vụ đồ án..........................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
5. Nội dung thực hiện ..................................................................................................2
6. Giới hạn đề tài .........................................................................................................2
7. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................................3
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.............................................................. 4

1.1 Vấn đề cơ giới hóa cây mía ...................................................................................4
1.1.1 Các vấn đề tổng qt. .........................................................................................4
1.1.2 Các cơng đoạn khi thu hoạch mía ......................................................................4
1.1.3 Các cơng đoạn sau khi thu hoạch mía ................................................................5
1.1.4 Sự cần thiết áp dụng cơ giới hóa, khoa học kĩ thuật vào canh tác mía ..............5
1.2 Các máy canh tác cây mía .....................................................................................7
1.2.1 Máy làm đất trồng mía: ......................................................................................7
1.2.2 Máy cắt hom mía và máy trồng hom mía: .........................................................7
1.2.3 Máy bón phân cho cây mía: ...............................................................................8
1.2.4 Máy phun thuốc trừ sâu bệnh .............................................................................8
1.2.5 Máy thu hoạch mía .............................................................................................8

1.2.6 Máy nâng mía lên xe vận chuyển.......................................................................8
1.2.7 Máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ cơng ...........................................................8
1.3 Tổng quan về cây mía ...........................................................................................9

v


1.3.1 Giới thiệu ............................................................................................................9
1.3.2 Tình hình phát triển cây mía đường tại Việt Nam .............................................9
1.3.3 Cấu tạo cơ bản của thân mía ............................................................................10
1.3.4 Các loại mía đường tại việt nam ......................................................................11
1.4 Vấn đề chăm sóc mía lưu gốc và máy băm gốc mía ...........................................12
1.5 Tổng quan về các nghiên cứu máy băm gốc mía trên thế giới và Việt Nam ......13
1.5.1 Tình hình trong nước........................................................................................13
1.5.2 Tình hình các cơng bố về máy cắt mía trên thế giới ........................................15
1.5.3 Máy thu hoạch mía đang có ở Việt Nam .........................................................28
1.6 Tổng quan về các loại dao cắt trong nông nghiệp...............................................28
1.6.1 Cấu tạo của một số máy băm thái thông dụng .................................................28
1.6.2 Các vấn đề liên quan đến dao cắt .....................................................................30
1.6.3 Một số loại dao cắt trong máy thu hoạch mía đường .......................................31
1.6.4 Các phương pháp cắt ........................................................................................33
1.7 Kết luận ...............................................................................................................35
CHƯƠNG 2

TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY ..................................................... 36

2.1 Xây dựng bài toán thiết kế máy ..........................................................................36
2.1.1 Nguyên lý làm việc: .........................................................................................36
2.1.2 Phân tích kết cấu máy: .....................................................................................37
2.1.3 Đặt lời giải bài tốn tính toán thiết kế ..............................................................37

2.2 Thiết kế chung máy cắt gốc mía .........................................................................38
2.2.1 Tính tốn thơng số bộ phận cắt ........................................................................38
2.2.2 Tính tốn thơng số trên các trục cơng tác ........................................................38
2.2.3 Tính tốn bộ truyền đai ....................................................................................40
2.2.4 Tính tốn trục ...................................................................................................46
2.3 Tính tốn thiết kế cụm dao cắt ............................................................................53
2.3.1 Tính tốn đĩa dao ..............................................................................................53
2.3.2 Tính tốn và thiết kế lưỡi dao ..........................................................................53
2.3.3 Tính tốn và thiết kế mặt bích ..........................................................................54
2.3.4 Tính toán và thiết kế trục dao ...........................................................................55
2.4 Kết luận : .............................................................................................................56
CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 58

vi


3.1 Tổng quát các nội dụng thực hiện đề tài nghiên cứu ..........................................58
3.2 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................59
3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................59
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................................59
3.3 Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào và phương pháp xác định ...............60
3.3.1 Xác định các biến số ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu ..................................60
3.4 Xác định các hàm mục tiêu và phương pháp xác định .......................................62
3.4.1 Phương pháp xác định năng suất cắt gốc .........................................................63
3.4.2 Phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu .................................................................63
3.4.3 Phương pháp xác định vết cắt (mức độ sắc ngọt của lát cắt bảo đảm tiêu chuẩn
lưu gốc). ............................................................................................................64
3.4.4 Phương pháp xác định độ sót ...........................................................................66
3.5 Các thiết bị đo và phương pháp đo. ....................................................................66
3.5.1 Máy đo số vòng quay của đĩa dao ....................................................................66

3.5.2 Ca nhựa chia vạch dung để đo nhiên liệu tiêu thụ ...........................................67
3.5.3 Dụng cụ đo đường kính cây gốc cây mía .........................................................67
3.5.4 Dụng cụ xác định độ mấp mô mặt đồng ..........................................................68
3.5.4 Đông hồ bấm giây ............................................................................................68
3.5.5 Các dụng cụ đo khác ........................................................................................68
3.6 Phương pháp sử dụng trong thực nghiệm ...........................................................68
3.6.1 Mô tả tổng quát phương pháp. .........................................................................68
3.6.2 Các bước xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm ..................................70
3.6.3 Giới thiệu về chương trình SPSS Statistics 17.0. .............................................71
CHƯƠNG 4

KHẢO NGHIỆM MÁY VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ................... 74

4.1 Khảo sát sơ bộ cánh đồng mía trước khi khảo nghiệm .......................................74
4.1.1 Khảo sát xác định chiều sâu rãnh mía và chiều cao luống mía ........................74
4.1.2 Khảo sát xác định mật độ cây mía và phân bố gốc mía ...................................75
4.1.3 Khảo sát xác định đường kính gốc mía lúc cắt ................................................77
4.1.4 Khảo sát và xác định mật độ gốc mía trước khi cho máy làm việc. ................78
4.2 Báo cáo kết quả khảo nghiệm máy cắt gốc mía chạy khơng tải .........................81
4.3 Các cơng việc chuẩn bị khảo nghiệm có tải ........................................................82
4.4 Kết quả khảo nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến các hàm mục

vii


tiêu khi máy cắt gốc mía làm việc. .....................................................................84
4.4.1 Xác định ảnh hưởng của vận tốc cắt của dao cắt đến năng suất ......................85
4.4.2 Xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến tiêu hao nhiên liệu. ...................86
4.4.3 Xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến vết cắt. ......................................87
4.4.4 Xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến độ sót gốc mía ..........................89

4.5 Kết quả khảo nghiệm ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến các hàm mục tiêu
khi máy cắt gốc làm việc. ...................................................................................90
4.5.1 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến năng suất. ........................91
4.5.2 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến tiêu hao nhiên liệu. ..........92
4.5.3 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến chất lượng vết cắt. ...........94
4.5.4 Xác định ảnh hưởng của vận tốc tiến của máy đến độ sót gốc ........................95
4.6 Kết luận ...............................................................................................................96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 97
1. Kết luận .................................................................................................................97
2. Kiến nghị ...............................................................................................................99
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ................. 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 101
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 105
Phụ lục 1. Bản vẽ máy chặt gốc mía .......................................................................105
Phụ lục 2. Tính hộp số và Kiểm nghiệm bền các chi tiết máy chặt gốc mía ..........112
Phụ lục 3. Quy trình cơng nghệ chế tạo ..................................................................125
Phụ lục 4. Số liệu về gốc mía và ruộng trước khi cắt ...........................................129
Phụ lục 5. Giới thiệu một số hình ảnh khảo nghiệm máy .......................................134
Phụ lục 6. Bảng kết quả phân tích hồi quy..............................................................138
Phụ lục 7. Phương pháp phân tích hồi quy trong spss statistics 17.0 .....................143
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..................................................................................... 147

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ quy trình canh tác mía trồng mới .......................................................5
Hình 1.2 Ruộng mía sau khi đốt lá để chuẩn bị băm cắt góc mía ...............................6
Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của cây mía ........................................................................11
Hình 1.4 Cơng cụ và cách thức thu hoạch mía bằng lao động thủ cơng ...................13

Hình 1.5 Gốc mía sau thu hoạch thủ cơng ................................................................13
Hình 1.6 Mía được lưu vụ khi để tự nhiên ( khơng cắt gốc) .....................................14
Hình 1.7 Cắt mía lưu gốc bằng lao động thủ cơng ...................................................14
Hình 1.8 Máy chặt mía gốc mía do nơng dân ở Tỉnh Khánh Hịa chế tạo................15
Hình 1.9 Mơ hình cắt gốc mía mơ phỏng dạng 3D của [18].....................................22
Hình 1.10 Mơ hình thực nghiệm cắt gốc mía của Nikhil D. (2018) [19] .................22
Hình 1.11 Mơ hình thực nghiệm cắt gốc mía của P. M. Zode (2015) [21] ..............23
Hình 1.12 Dạng dao cắt gồm các dạng lưỡi bố trí trên đĩa .......................................23
Hình 1.13 Các dạng dao cắt dạng đĩa........................................................................24
Hình 1.14 Hệ thống cắt trong khi thu hoạch thân cây cao lương [22] ......................26
Hình 1.15 Cụm đĩa dao và lưỡi dao ..........................................................................27
Hình 1.16 Mẫu máy thu hoạch mía CH ....................................................................28
Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo các bộ phận máy thái rau, cỏ, rơm [22] .............................29
Hình 1.18 Sơ đồ máy băm rau củ [24] ......................................................................30
Hình 1.19 Sơ đồ góc lưỡi dao từ trên cao [18]..........................................................32
Hình 1.20 Lưỡi dao với các bước răng cưa khác nhau .............................................33
Hình 1.21 Mơ tả vị trí dao cắt gốc mía bằng dao cắt dạng đĩa [5] ............................34
Hình 1.22 Phân loại thiệt hại trong quá trình cắt (Kroes, 1997) [14] .......................34
Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của máy ...........................................................................36
Hình 2.2 Phần chung của máy...................................................................................38
Hình 2.3 Bộ truyền đai ..............................................................................................40
Hình 2.4 Bản vẽ lưỡi dao ..........................................................................................54
Hình 2.5 Bản vẽ mặt bích ..........................................................................................54
Hình 3.1 Lưu đồ thực hiện đề tài của luận văn .........................................................58
Hình 3.2 Dụng cụ đo số vòng quay và phương pháp đo số vịng quay ....................66
Hình 3.3 Ca nhựa chia vạch đo tiêu thụ dầu diesel loại 250 – 1000 ml....................67
Hình 3.4 Cấu tạo thước kẹp ......................................................................................67
Hình 3.5 Dụng cụ xác định độ mấp mơ mặt đồng ....................................................68
Hình 3.6 Đồng hồ bấm thời gian ...............................................................................68
Hình 3.7 Minh họa mơ hình hộp đen ........................................................................69

Hình 3.8 Màn hình quản lý dữ liệu (data view) ........................................................71
Hình 3.9 Mơ phỏng màn hình quản lý biến (variable view). ....................................72

ix


Hình 4.1 Độ mấp mơ đáy luống ảnh hưởng đến chiều cao cắt gốc mía ...................75
Hình 4.2 Sơ đồ mặt luống .........................................................................................76
Hình 4.3 Sơ đồ phân bố gốc mía trồng 2 hàng..........................................................78
Hình 4.4 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và năng suất của máy cắt gốc mía .....86
Hình 4.5 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và tiêu hao nhiên liệu.........................87
Hình 4.6 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và vết cắt ............................................88
Hình 4.7 Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và độ sót .............................................90
Hình 4.8 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và năng suất. .................................................92
Hình 4.9 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và tiêu hao nhiên liệu ....................................93
Hình 4.10 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và vết cắt .....................................................94
Hình 4.11 Đồ thị quan hệ vận tốc máy và độ sót ......................................................96

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Sự thay đổi của mía đường theo thời gian bảo quản [1]..............................5
Bảng 1.2 Mô tả các dạng dao cắt và đĩa lắp dao dùng trong thực nghiệm lắp thu hoạch
mía nguyên cây [4] ....................................................................................16
Bảng 1.3 Đặc tính về các loại dao cắt sử dụng trong thực nghiệm [4] .....................17
Bảng 1.4 Đặc tính về các loại đĩa dao sử dụng trong thực nghiệm [4] .....................17
Bảng 1.5 Phân loại các hư hại trên gốc mía sau khi thực nghiệm cắt.......................19
Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật thiết kế [22] ..................................................................25
Bảng 1.7 Thông số máy CH ......................................................................................28

Bảng 1.8 Bảng thơng số cơ bàn của máy cắt gốc mía...............................................35
Bảng 2.1 Những chi tiết cần gia công .......................................................................56
Bảng 3.1 Bảng quy đổi giá trị vết cắt ........................................................................65
Bảng 4.1 Kết quả đo gốc mía trước khi khảo nghiệm ..............................................79
Bảng 4.2 Tình trạng các đồng mía trước khi đưa máy vào khảo nghiệm .................80
Bảng 4.3 Khảo nghiệm xác định các giá trị vận tốc dao cắt theo cách thay đổi puly
(1) ( 2) ( 3) (4) ............................................................................................82
Bảng 4.4 Khảo nghiệm xác định các giá trị vận tốc tiến của máy theo cách thay đổi
pully (1’) ( 2’) ( 3’) (4’) .............................................................................83
Bảng 4.5 Bảng số liệu khảo nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến .......................84
Bảng 4.6 Bảng số liệu thử nghiệm với vận tốc tiến của máy thay đổi. ....................91

xi


BẢNG KÝ HIỆU
Kí hiệu
T
F
R
P
n
𝛈𝐤𝐧
𝛈𝐨𝐥
𝛈𝐛𝐫𝐜
𝛈đ
nđc
n1
n2
n3

Ud1
Ud2
Uhs
nđv
nđr
D1
D2
Dmin
L
A
Cv
𝐂𝛂
Cl
C2
Cr
𝝈𝑭
𝜹𝟏
𝝈𝟐
𝝈𝒎𝒂𝒙
Lh
𝜹𝒓

Tên gọi
Moment xoắn
Lực
Bán kính
Cơng suất
Số vịng quay
Hiệu suất khớp nối
Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

Hiệu suất cặp bánh răng cơn
Hiệu suất của đai
Số vịng quay của động cơ
Số vòng quay của trục 1
Số vòng quay của trục 2
Số vòng quay của trục dao
Tỉ số truyền của đai 1
Tỉ số truyền của đai 2
Tỉ số truyền của hộp số
Số vòng quay trục đầu vào
Số vòng quay trục đầu ra
Đường kính bánh đai dẫn
Đường kính bánh đai bị dẫn
Đường kính bánh đai nhỏ nhất
Chiều dài dây đai
Khoảng cách chính xác của 2 trục
Hệ số ảnh hưởng của vận tốc
Hệ số xét ảnh hưởng góc ơm đai
Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai
Hệ số xét đến phân bố tải trọng
Hệ số ảnh hưởng của chế độ tải trọng
ứng suất do lực căng phụ
ứng suất kéo trên nhánh căng
ứng suất kéo trên nhánh trùng
ứng suất lớn nhất trong dây đai
Tuổi thọ của đai
Giá trị mòn của đai thang

xii

Đơn vị
N.m
N
m
kW
Vòng/phút
%
%
%
%
Vòng/phút
Vòng/phút
Vòng/phút
Vòng/phút

Vòng/phút
Vòng/phút
mm
mm
mm
mm
mm

Mpa
Mpa
Mpa
Mpa
Giờ

𝝈𝒄𝒉
Ψbe
de
Bw
Re
Z1
Z2

ứng suất giới hạn chảy
Hệ số chiều rộng vành răng
Đường kính vịng chia
Chiều rộng vành răng
Chiều dài cơn ngồi
Số răng bánh răng 1
Số răng bánh răng 2

xiii

Mpa
mm
mm
mm


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề:
Gốc mía có khả năng tái sinh nảy chồi mạnh, lợi dụng đặc điểm này người ta giữ lại
gốc để thu hoạch tiếp một số năm. Một ruộng mía tốt, đất đai thích hợp có thể để gốc
cho thu hoạch từ 5-7 năm. Ở nước ta, trừ những vùng đất thấp thường bị ngập nước
làm chết gốc, cịn lại thường để gốc trung bình khoảng 2 năm. Chu kỳ kinh tế của

ruộng mía thường là 1 vụ mía tơ và 2 vụ mía gốc. Để mía gốc có nhiều lợi ích như
giảm được chi phí sản xuất 30% so với trồng mới (chi phí làm đất, hom giống và cơng
trồng). Mía gốc đẻ nhánh nhiều, nếu được chăm sóc tốt thì năng suất mía cây và hàm
lượng đường của mía gốc có thể cao hơn mía tơ. Theo điều tra của Viên Nghiên Cứu
Mía Đường từ năm 1984-1986 tại Bến Lức (Long An) trên 5 giống mía được trồng
phổ biến cho thấy năng suất trung bình của mía tơ là 48 tấn/ha, mía gốc vụ 1 là 58,8
tấn/ha. Ngồi ra thời gian sinh trưởng vụ mía lưu gốc ngắn hơn, thu hoạch sớm hơn
vụ mía tơ khoảng 1 tháng.
Việc khẩn trương xử lý gốc mía sau thu hoạch và chăm sóc kịp thời, đúng kỹ thuật
tạo điều kiện cho mầm mía mọc nhanh và đều hơn là những yêu cầu quan trọng khi
thực hiện vụ mía lưu gốc.
Để thực hiện lưu gốc cho vụ sau có năng suất cao, gốc mía sau thu hoạch thủ cơng
phải được cắt sát gốc với lát cắt sắc cùng với việc loại bỏ các cây mía bị chết và các
chồi non cịn sót lại trên gốc để gốc mía tái sinh đồng đều.. Việc cắt sát gốc và sắc
cùng với việc xử lý các chồi non mọc sớm trên gốc mía hiện đang được người dân
trồng mía sử dụng bằng cuốc. Việc dùng cuốc và lao động thủ công xử lý gốc mía
vừa cho chất lượng cắt gốc khơng sắc, năng suất thấp , tốn nhiều nhân công, trong
khi lao động trong nơng nghiệp thì ngày càng thiếu hụt.
Nhằm góp phần cơ giới hóa khâu cắt gốc mía sau thu hoạch để tiến hành cày vùi đất
vào gốc để lưu vụ mía có năng suất cao, Học viên thực hiện đề tài “ Nghiên cứu, thiết
kế, chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ cơng”

1


2. Mục tiêu đề tài
- Thiết kế - chế tạo ra một mơ hình máy cắt gốc mía sử dụng máy cày tay làm nguồn
động lực.
- Xây dựng chế độ làm việc của máy
3. Cách tiếp cận đề tài phục vụ đồ án

- Tiếp cận nguồn tài liệu về máy cắt gốc mía, máy thu hoạch mía trên thế giới và ở
Việt Nam
- Khảo sát thực tế các khu vực trồng mía trong khu vực vùng Đồng Nam Bộ.
- Tham khảo những video về máy thu hoạch mía hiện đại
4. Phương pháp nghiên cứu
- Đề tài áp dụng nghiên cứu lý thuyết để tính tồn thiết kế máy.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng chế độ làm việc của máy
5. Nội dung thực hiện
- Khảo sát về cây mía sau khi thu hoạch tại các nơng trường, HTX trồng mía khu
vực miền Đơng Nam Bộ.
- Lựa chọn nguyên lý máy cắt gốc mía phù hợp với điều kiện trồng mía khu vực
miền Đơng Nam Bộ.
- Thực hiện tính tốn, thiết kế và chế tạo máy cắt gốc mía sau thu hoạch bằng thủ cơng.
- Khảo nghiệm máy để đánh giá về chỉ tiêu kỹ thuật và xây dựng chế độ làm việc
của máy.
6. Giới hạn đề tài
- Đề tài tập trung vào việc tính tốn, thiết kế, chế tạo một mơ hình máy cắt gốc mía
sau khi thu hoạch thủ công
- Khảo nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt gốc, vận tốc tiến của máy
đến năng suất làm việc của máy (m2/giờ), tiêu hao nhiên liệu (lít/ha), độ sót cây
(%) và chất lượng vết cắt (%).
- Nghiên cứu của luận văn khi khảo nghiệm chọn các ruộng mía có độ nhấp nhơ đỉnh
luống và đáy luống tốt nhất. Sai lệch cao độ nhấp nhô < 3% nên xem như yếu tố

2


nhấp nhô mặt luống và đáy luống là không đáng kể nên khơng xét đến độ cao gốc
mía tại các vị trí máy làm việc.
7. Ý nghĩa của đề tài

- Cơ giới hóa cắt gốc mía đạt chất lượng nhằm bảo đảm khả năng lưu gốc để cây mía
có thể lên mầm tốt.
- Việc cắt gốc mía bằng máy để lưu vụ cho phép giảm nhân công cho công đoạn xử
lý sau thu hoạch mía trên đồng.
- Góp phần tạo ra được một mẫu máy phục vụ cơ giới hóa canh tác cây mía.

3


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Vấn đề cơ giới hóa cây mía
1.1.1 Các vấn đề tổng qt.
Đường có ý nghĩa rất quan trọng đối với cơ thể người, đường cịn là ngun liệu trong
ngành cơng nghiệp như: đồ hộp, bánh kẹo, hóa học, nước ngọt …vì vậy cây mía là
cây trồng quan trọng của nước ta, do đó ngày 15/2/2007/QĐ-TTG phê duyệt quy
hoạch phát triển mía đường đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020, đến năm
2020 nước ta sẽ sản xuất được mỗi năm 2,1 triệu tấn đường, phát triển diện tích trồng
mía đạt 300.000 ha, năng suất đạt 80 tấn/ha, hàm lượng đường trong mía bình quân
đạt 12CCS (commercial cane sugar). Để đạt được mục tiêu đó, một trong những giải
pháp quan trọng được vạch ra là: thực hiện đồng bộ về giống, đầu tư cơ sở hạ tầng,
kĩ thuật thâm canh, áp dụng cơ giới hóa để tăng năng suất, chất lượng của cây mía.
Bài tốn đặt ra là phải tìm ra một giải pháp khoa học và cơng nghệ nhằm cơ giới hóa
cây mía.
Hiện nay bà con nông dân vẫn phải thu hoạch bằng phương pháp truyền thống, thủ
cơng, thực tế thì hàm lượng đường trong cây mía sau khi thu hoạch giảm nhanh, vì
vậy phải vận chuyển cây mía về nhà máy và ép càng nhanh càng tốt.
Qua kết quả nghiên cứu cho thấy nếu mía được ép sau khi chặt 8 ngày thì năng suất

đường giảm 20%, trong thời gian bảo quản mía các chỉ tiêu quan trọng như chất khơ,
thành phần đường, độ tinh khiết, hàm lượng đường khử thay đổi nhiều.
Để hạn chế chế tổn thất đường sau khi thu hoạch mía, thường có các biện pháp làm
giảm lượng bốc hơi trong cây mía như: chất thành đống, dùng lá mía ẩm ướt để che
mía lúc vận chuyển và dùng nước tưới vào mía.
1.1.2 Các cơng đoạn khi thu hoạch mía
- Róc bỏ lá, bỏ ngọn, chặt đọt (nếu sử dụng làm giống), chặt gốc xếp thành bó.
- Thu hoạch vận chuyển lên xe hoặc ghe.

4


- Vận chuyển mía về nhà máy.
- Chuyển qua khâu bốc xếp, cân đo, chuyển vào băng chuyền chế biến mía tại nhà
máy.
Bảng 1.1 Sự thay đổi của mía đường theo thời gian bảo quản [1]
Số ngày sau
khi chặt
0

Hàm lượng
chất khô (%)
21,2

Thành phần
đường (%)
19,93

Độ tinh khiết
Hàm lượng

(%)
đường khử (%)
94,0
0,3

1

21,6

20,20

93,3

0,3

2

21,7

20,25

93,3

0,4

3

21,8

19,69

90,3

0,8

4

22,3

19,07

85,5

1,6

5

22,5

18,45

82,0

2,1

1.1.3 Các cơng đoạn sau khi thu hoạch mía
- Vệ sinh đồng ruộng, dùng cuốc dao, để bạt (chặt) sát gốc những cây cao, nhằm loại
bỏ cây mầm hay cây bị bệnh sót lại từ vụ trước.
- Tiến hành gom lá mía lại và đốt lá mía.
Làm đất

Rạch hàng

Trồng và
bón lót

Chăm sóc

Thu
hoạch

Tháng 10 – tháng 4
Tháng 10-tháng 4
Thu
hoạch

Sau 6-8 tuần
Băm gốc
mía

Cày, chăm sóc,
bón phân

Đốt lá

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình canh tác mía trồng mới
1.1.4 Sự cần thiết áp dụng cơ giới hóa, khoa học kĩ thuật vào canh tác mía
Theo lộ trình đến năm 2020, tỷ lệ cơ giới hóa nơng nghiệp của chúng ta phải đáp ứng
được 32,6% nhu cầu của thị trường. Mức độ trang bị động lực cho nông nghiệp của
Việt Nam hiện nay được coi là thấp hơn nhiều so với các nước trong khu vực và châu

5


Á. Tuy nhiên, với ngành mía đường thì việc “mạnh tay” để đầu tư cơ giới hóa vào
một số vùng mía đường đang được coi là có tính chất dẫn đầu và tạo ra những hiệu
quả rõ rệt.
Bước đột phá lớn trong những năm qua, hiệu quả canh tác mía tại vùng ngun liệu
đơng Gia Lai đã thể hiện tính ưu việt của cơ giới hóa. Mặc dù các hộ trồng mía trong
vùng nguyên liệu chưa áp dụng đồng bộ, vẫn cịn một số cơng đoạn trong sản xuất
làm theo cách truyền thống, nhưng năng suất bình qn cây mía đã tăng từ 50 tấn lên
trên 65 tấn/ha. Lợi ích trông thấy, gần đây nông dân trong vùng nguyên liệu đông Gia
Lai ngày càng chú tâm đầu tư cơ giới hóa cho cây mía.

Hình 1.2 Ruộng mía sau khi đốt lá để chuẩn bị băm cắt góc mía
Niên vụ trồng mía 2011-2012, tại khu vực này mới chỉ có hơn 2.118 ha mía được
nơng dân đầu tư cơ giới hóa, tập trung ở các khâu như: làm đất, trồng, chăm sóc, bón
phân. Bằng việc đầu tư cơ giới hóa ở các khâu này, đã cho thấy những hiệu quả rõ rệt
nên đến niên vụ 2013-2014, bằng việc đầu tư nên đã có hơn 5.359 ha được thực hiện.
Đặc biệt, người trồng mía nhận thấy ưu điểm trong khâu trồng bằng máy nên đã mạnh
dạn thay đổi tập quán canh tác, diện tích trồng mía bằng máy tăng từng năm.
Theo thống kê năng suất thực thụ, những cánh đồng lớn áp dụng cơ giới hóa đồng bộ

6


đã đưa năng suất đạt đến gần 120 tấn/ha, cao hơn những diện tích đầu tư cơ giới
khơng đồng bộ từ 10 - 20 tấn/ha và cao hơn diện tích canh tác truyền thống từ 30 - 40
tấn/ha[2]. Không những chỉ đầu tư cơ giới hóa đồng bộ vào các diện tích mía đường
được trồng mà năm 2014, Cơng ty CP Đường Quảng Ngãi còn mạnh dạn đầu tư một

máy thu hoạch mía từ tập đồn nổi tiếng của châu Âu với giá 10 tỷ đồng. Chiếc máy
này sẽ hoạt động thử nghiệm để nông dân quen dần với phương thức trồng theo định
vị, để máy thu hoạch thuận lợi khi hoạt động.
Khi việc cơ giới hóa được nơng dân mở rộng và đầu tư chiều sâu, thì việc mở rộng
vùng nguyên liệu đông Gia Lai lên 30.000 ha nằm hiện đang trong tầm tay. Nếu như
trước đây, thiết bị của nhà máy đường An Khê được sử dụng của Trung Quốc thì nay
đã thay thế hồn tồn thiết bị mới được nhập từ các nước tiên tiến như Đức, Mỹ,
Italia... Nhờ cơ giới hóa vào đồng ruộng, cây mía ở đây đã cho năng suất, chất lượng
cao, cộng với tiết kiệm được lao động và sản xuất nên hiệu quả kinh doanh của các
công ty đã tăng cao hơn.
1.2 Các máy canh tác cây mía
Để đạt được mục tiêu giảm chi phí, tăng năng suất và chất lượng cây mía. Cần áp
dụng đầu tư cơ giới hóa trong canh tác mía để giúp cây mía và sản phẩm từ mía có
thể đứng vững trong thời kỳ hội nhập và cạnh tranh như hiện nay.
1.2.1 Máy làm đất trồng mía:
Giúp công việc làm đất, đánh luống, xới đất, vun trồng… trở nên nhanh chóng tiện
lợi, tiết kiệm thời gian cũng như là tăng hiệu quả cơng việc trồng mía.
1.2.2 Máy cắt hom mía và máy trồng hom mía:
Tăng năng suất, rút ngắn thời gian, giảm chi phí nhân cơng, đảm bảo khoảng cách
giữa các hàng mía. Máy trồng mía:
- Tự động trồng mía theo hàng.
- Khối lượng máy: 1.000 kg.
- Cơng suất có thể đạt 0,4 - 0,6 ha/h.
- Năng suất máy trồng hom: trồng được 45.000 – 60.000 hom mía/giờ.

7


- Khoảng cách giữa các hom mía: 15 - 20 cm.
1.2.3 Máy bón phân cho cây mía:

- Bón phân theo từng q trình phát triển của cây mía.
- Bón lót cho mía khi mía trong giai đoạn trước khi đặt hom, xới trộn phân cho đều
với lớp đất mặt.
- Bón thúc.
1.2.4 Máy phun thuốc trừ sâu bệnh
- Giai đoạn 1: từ 30 đến 40 ngày tuổi sử dụng các loại thuốc diệt cỏ được khuyến cáo
để phun giữa các hàng mía(tránh phun vào ngọn và lá mía).
- Giai đoạn 2: từ 2 đến 4 tháng tuổi, nếu xuất hiện cỏ nhiều do làm cỏ khơng kịp hoặc
do trước đó khơng trừ cỏ, có thể sử dụng thuốc trừ có tiếp xúc.
1.2.5 Máy thu hoạch mía
- Giúp nơng dân giảm bớt lao động chân tay, đẩy mạnh thực hiện cơ giới hóa, làm
thay đổi tập qn sản xuất thủ cơng, tiết kiệm thời gian, chi phí.
- Mía được máy chặt sát gốc, lá mía được tự động băm nhỏ để chủ mía khơng tốn
cơng thu dọn gốc mía cũng như dễ dàng cho việc chăm sóc mía vụ sau.
1.2.6 Máy nâng mía lên xe vận chuyển
Việc vận chuyển mía từ ruộng mía lên xe vận chuyển khơng phải là việc dễ dàng vì
số lượng mía vơ cùng lớn, khối lượng từng bó mía rất nặng. Vì vậy máy nâng mía lên
xe vận chuyển đã đáp ứng được nhu cầu này của người trồng mía cũng như người
mua mía.
- Máy đơn giản nhỏ gọn, có độ cơ động cao, dễ dàng vận chuyển máy.
- Máy có thể vận chuyển mía lên độ cao từ 3-4 m.
1.2.7 Máy cắt gốc mía sau thu hoạch thủ cơng
- Để việc trồng mía cho vụ sau thì cắt gốc mía sau thu hoạch thủ cơng là việc tất yếu.
- Mía sau thu hoạch thủ cơng cần được cắt sát gốc nhưng phải đảm bảo độ an tồn
của gốc mía, khơng ảnh hưởng đến sự phát triển của mầm mía cho vụ sau.

8


- Tiết kiệm đươc thời gian, thay vì cắt gốc mía thủ cơng bằng nhân cơng, ta thực hiện

cắt gốc mía bằng máy rút ngắn được thời gian cho vụ mía sau.
1.3 Tổng quan về cây mía
1.3.1 Giới thiệu
Từ lâu cây mía đã được con người ưa thích vì giá trị sử dụng phong phú của nó, mía
là nguồn ngun liệu quan trọng nhất trong công nghiệp đường của thế giới. Mía là
cây có giá trị kinh tế cao. Cây mía ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân. Ngành mía đường việt nam đã có những bước phát triển vượt bậc
kể từ khi thực hiện chương trình một triệu tấn đường do Nghị quyết Đại hội Đảng lần
thứ 8 đề ra. Hơn 10 năm qua sản xuất mía đường đã góp phần phát triển kinh tế nước
nhà, nhất là về nông nghiệp và phát triển nơng thơn. Cây mía đóng vai trị quan trọng
trong việc xóa đói giảm nghèo, thậm chí làm giàu, chuyển dịch cơ cấu giống cây
trồng ở một số vùng, tạo việc làm cho hơn một triệu lao động nông nghiệp và hàng
vạn lao động công nghiệp. Trong những năm qua, tốc độ tăng năng suất mía của nước
ta đạt mức 2%/năm - rất cao so với mức bình quân của thế giới là 0,8%/năm nhưng
vì điểm xuất phát quá thấp (45 tấn/ha) nên năng suất mía bình qn của nước ta còn
kém xa so với các nước trong khu vực và trên thế giới. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn
đến năng suất và chất lượng mía thấp như: khâu tuyển chọn giống, kỹ thuật canh tác
và tưới nước, đặc biệt là việc sử dụng các loại phân bón, số lần bón phân/vụ, tỉ lệ các
loại phân bón khơng cân đối nhiều đạm, ít kali; áp dụng tiến bộ khoa học vào sản xuất
cịn hạn chế…chính vì thế sử dụng các mức phân bón hợp lí, đặc biệt là phân kali để
tăng năng suất và chất lượng mía là con đường gần nhất làm giảm giá thành sản xuất
cũng như giúp ngành mía đường nước nhà phát triển và hội nhập quốc tế.
1.3.2 Tình hình phát triển cây mía đường tại Việt Nam
Theo báo cáo của Hiệp hội Mía đường Việt Nam [2], trong giai đoạn 2014-2018, diện
tích mía bình qn đạt gần 300 nghìn ha/năm. Trong đó có 2 vụ đạt diện tích cao nhất
là niên vụ 2013-2014 và 2014-2015, đạt trên 300.000 ha. Tuy nhiên, niên vụ 20152016 và 2016-2017, diện tích đã giảm cịn 268.300 ha. Ngun nhân giảm diện tích

9