Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hoàn thiện thiết kế máy cắt băm thân cây sắn già ứng dụng vào mô hình cơ giới hoá sản xuất sắn

....

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
------***&***------

NGUYỄN NGỌC BÌNH

NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN THIẾT KẾ MÁY CẮT
BĂM THÂN CÂY SẮN GIÀ, ỨNG DỤNG VÀO MƠ HÌNH
CƠ GIỚI HOÁ SẢN XUẤT SẮN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hố
nơng, lâm nghiệp
Mã số
: 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học: TS. HÀ ðỨC THÁI

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của bản thân. Tuy nhiên,
trong quá trình nghiên cứu tơi đã tham khảo, sử dụng một số tài liệu, kết quả
liên quan đến đề tài, được trích dẫn cụ thể trong luận văn và phần Tài liệu
tham khảo. Vì vậy, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực và do quá trình nghiên cứu mang lại.

Tác giả

Nguyễn Ngọc Bình

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... i


LỜI CẢM ƠN

ðể hồn thành luận văn này tơi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận
tình của thầy giáo TS. Hà ðức Thái - Trưởng bộ môn Máy nơng nghiệp, Khoa
Cơ điện. Bên cạnh đó tơi cịn nhận ñược sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô
giáo trong Bộ mơn Máy nơng nghiệp - Khoa Cơ điện, Trường ðại học Nơng
nghiệp Hà Nội.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc ñến TS. Hà ðức Thái cùng các thầy
cơ trong Khoa Cơ điện, lãnh đạo cơ quan nơi tơi cơng tác, thực tập, khảo
nghiệm, các đồng nghiệp và người thân cũng như bạn bè ñã giúp ñỡ động
viên và tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2010
Học viên

Nguyễn Ngọc Bình

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục bảng

vi

Danh mục hình

vii

MỞ ðẦU

i

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

3

1.1

Tình hình sản xuất, tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam

3

1.2

Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu cắt nghiền thân cây sắn.

9

Chương 2: HOÀN THIỆN NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TRÚC MÁY CẮT
BĂM (NGHIỀN) THÂN CÂY SẮN GIÀ

12

2.1

ðặc ñiểm cây sắn già khi thu hoạch.

12

2.2

Các phương pháp tận dụng cây sắn già trước khi thu hoạch.

13

2.3

Tìm hiểu một số loại máy cắt nghiền thân cây hiện nay.

14

2.4

Yêu cầu kỹ thuật cắt nghiền thân cây sắn già.

20

2.5

Tìm hiểu, đề xuất nguyên lý cấu trúc máy nghiền thân cây sắn già.

21

2.6

ðánh giá chung.

27

Chương 3: HỒN THIỆN TÍNH TỐN THIẾT KỀ MỘT SỐ BỘ
PHẬN CỦA MÁY CẮT NGHIỀN

28

3.1

Mục đích.

28

3.2

Nội dung và kết quả hồn thiện tính tốn một số chi tiết cụm máy
chính của máy cắt nghiền thân cây sắn.

3.2.1

28

Một số cơ sở lý thuyết cắt thái cơ bản liên quan ñến tính tốn
thiết kế.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... iii

28


3.2.2

Nội dung và kết quả hồn thiện tính tốn một số bộ phận chính
của máy cắt nghiền.

36

3.2.3

Thiết kế một số bộ phận, chi tiết làm việc chính của máy.

43

3.3

Tính tốn một số thông số cấu trúc máy cắt nghiền thân cây sắn già.

50

3.3.1

Phân bố thân cây sắn già.

50

3.3.2

Tính tốn chiều dài của gốc sắn khi dao cắt gốc tác ñộng vào

3.4

gốc sắn.

52

ðánh giá chung:

56

Chương 4: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP KHẢO NGHIỆM VÀ
ðÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG

58

4.1

Mục đích.

58

4.2

ðối tượng, nội dung, và phương pháp khảo nghiệm.

59

4.2.1

ðối tượng khảo nghiệm.

59

4.2.2

Nội dung khảo nghiệm.

61

4.2.3

Phương pháp khảo nghiệm.

61

4.3

Kết quả khảo nghiệm.

68

4.3.1

Kết quả khảo nghiệm chất lượng cắt nghiền, tỷ lệ cây sót, biến
ñộng chiều cao gốc sắn ñể lại, tỷ lệ cây bị nhổ gốc trên các ñiều
kiện vận tốc máy khác nhau.

69

4.3.2

Xác ñịnh vận tốc tối ưu cho máy.

72

4.3.3

Xác ñịnh năng suất thực tế làm việc của máy.

72

4.4

Nhận xét chung:

72

Chương 5: TÍNH TỐN SƠ BỘ HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI ỨNG
DỤNG MÁY CẮT BĂM (NGHIỀN) THÂN CÂY SẮN GIÀ
TRÊN MƠ HÌNH

74

5.1

Mục ñích, nội dung và phương pháp ñánh giá hiệu quả kinh tế:

75

5.1.1

Mục đích

75

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... iv


5.1.2

Nội dung

75

5.1.3

Phương pháp ñánh giá hiệu quả kinh tế:

76

5.2

Kết quả tính tốn chi phí cho khâu thu gom thân cây sắn già.

80

5.2.1

Chi phí khi áp dụng cơng nghệ truyền thống:

80

5.2.2

Chi phí khi ứng dụng máy cắt băm.

80

5.3

Xác định các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế.

81

5.3.1

Tiền thu lời hàng năm.

81

5.3.2

Thời gian thu hồi vốn.

82

5.3.3

Lợi nhuận đời máy

83

5.3.4

Khối lượng cơng việc tối thiểu hàng năm máy cần làm việc để
chủ máy khơng bị lỗ, khơng lãi.

83

5.3.5

Hiệu quả vốn đầu tư.

83

5.3.6

Mức giảm chi phí so với phương pháp thu hoạch hồn tồn
bằnglao động thủ cơng.

5.3.7
5.4

83

Mức giảm cơng lao động so với thu hoạch hồn tồn bằng lao
động thủ cơng.

84

ðánh giá chung.

85

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ

86

1

Kết luận.

86

2

ðề nghị.

87

TÀI LIỆU THAM KHẢO

88

PHỤ LỤC

90

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... v


DANH MỤC BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

4.1

Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ80/82

60

4.2

Một số thông số kỹ thuật của máy cắt nghiền (băm) CN 1.2

61

4.3

Các thiết bị, dụng cụ phục vụ khảo nghiệm

67

4.4

Tổng hợp điều kiện mơi trường trước khi chạy máy khảo nghiệm.

68

4.5

Kết quả khảo nghiệm trên ruộng sắn có thân không phân nhánh.

69

4.6

Kết quả khảo nghiệm trên ruộng sắn có thân cây phân nhánh.

71

5.1

Chi phí nhân cơng thu gom thân cây sắn già.

80

5.2

Chi phí cho máy cắt băm thân cây sắn già.

81

5.3

Bảng tổng hợp hiệu quả kinh tế máy cắt băm thân cây sắn già.

84

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... vi


DANH MỤC HÌNH
Hình

Tên hình

Trang

1.1

Bản đồ diện tích, sản lượng các nước trồng sắn trên thế giới

3

1.2

Máy làm nhỏ thân cây sắn của Malaysia

9

1.3

Máy Băm thân cây sắn già của Việt Nam

11

2.1

Mặt cắt thân cây sắn

12

2.2

Máy nghiền TN-1

15

2.3

Sơ ñồ bộ phận cắt loại ñĩa

15

2.4

Sơ ñồ bộ phận thái loại ñĩa - trụ

15

2.5

Bộ phận thái kiểu trống

16

2.6

Bộ phận thái loại dao quay có dao kiểu búa

16

2.7

Máy liên hợp tách bắp và tẽ hạt

17

2.8

Sơ ñồ máy cắt nghiền thân cây dứa già.

18

2.9

Sơ ñồ máy nghiền rau cỏ.

19

2.10

Sơ ñồ máy nghiền thân cây sắn già

21

2.11

Sơ ñồ máy nghiền thân cây sắn già

22

3.1

Sơ ñồ lực cắt thái của lưỡi dao.

29

3.2

Sơ ñồ lực cắt trượt giảm chiều rộng lát thái

30

3.3

Các lực tác ñộng giữa lưỡi dao và vật thái

31

3.4

Góc kẹp và điều kiện kẹp

32

3.5

Sơ đồ tính năng lượng cắt thái.

34

3.6

ðoạn dao thái ∆S với góc quay dθ.

35

3.7

ðồ thị quan hệ áp suất cắt thái (q) và cơng cắt A phụ thuộc góc

3.8

cắt trượt τ

36

Dụng cụ đo góc cắt trượt

37

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... vii


3.11

Các lực tác dụng lên vật thái

38

3.12

Then của trục máy

42

3.13

Cây sắn già thời kỳ thu hoạch

51

4.1

Máy cắt nghiền(băm) CN- 1.2 gắn trên máy kéo MTZ80/82

59

4.2

Dụng cụ ño ñộ cứng

63

4.3

Sự phụ thuộc của lực cản vào biến dạng của ñất

64

4.4

Cán bộ nghiên cứu và cán bộ xã Sơn Lai trao ñổi trong khu thí nghiệm.

69

4.5

Khảo nghiệm máy trên đồng ruộng.

70

4.6

Gốc sắn ñể lại sau khi máy ñi qua.

70

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... viii


MỞ ðẦU
Sắn (Manihot esculenta Crantz) cịn có tên khác là: khoai mì, cassava,
tapioca, yuca, mandioca, manioc, maniok, singkong…) là cây lương thực ăn
củ hàng năm, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae. Cây sắn
cao 2 - 3 m, đường kính tán 50 - 100 cm. Lá khía thành nhiều thùy, có thể
dùng để làm thức ăn chăn nuôi gia súc, rễ ngang phát triển thành củ và tích
luỹ tinh bột. Củ sắn dài 20 - 50 cm, khi luộc chín có màu trắng đục, hàm
lượng tinh bột cao. Sắn luộc chín có vị dẻo, thơm đặc trưng. Sắn có thời gian
sinh trưởng thay đổi từ 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy thuộc giống,
vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng. Cây sắn có nguồn gốc ở vùng
nhiệt đới của châu Mỹ La tinh và ñược trồng cách ñây khoảng 5.000 năm
(CIAT, 1993). Vào thế kỷ 16 cây sắn ñược người Bồ ðào Nha ñưa ñến Congo
của châu Phi, tại châu Á cây sắn ñược du nhập vào Ấn ðộ khoảng thế kỷ 17,
sau đó được trồng ở Trung Quốc, Myamar và một số quốc gia khác, khoảng
giữa thế kỷ 18 cây sắn ñựơc du nhập vào Việt Nam, tồn tại và phát triển cho
đến ngày nay (Phạm Văn Biên, Hồng Kim, 1991). Hiện tại, sắn ñược trồng
trên 100 nước của vùng nhiệt ñới, cận nhiệt ñới, tập trung nhiều ở châu Phi,
châu Á và Nam Mỹ, là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người (CIAT,
1993) [21].
Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa

và ngô. Theo số liệu của FAO năm 2009 nước ta có diện tích trồng sắn là 556
nghìn ha, năng suất trung bình đạt 16,9 tấn/ha, sản lượng gần 10,0 triệu tấn,
trong khi đó cây lúa có diện tích 7 triệu 414 nghìn ha, năng suất đạt 5,2 tấn/ha
với tổng sản lượng là 38,72 triệu tấn, cây ngơ có diện tích 1,125 triệu ha, năng
suất 4,02 tấn/ha, sản lượng đạt 4,53 triệu t

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 1


ấn [22].
Theo định hướng phát triển chung của ngành thì diện tích sắn của nước
ta dự kiến ổn định khoảng 450,0 nghìn ha và sẽ tập trung vào việc tăng năng
suất, sản lượng bằng cách chọn tạo và phát triển các giống tốt có năng suất củ
tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hồn thiện quy trình kỹ thuật
canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái [1].
ðể canh tác sắn bền vững và tránh thối hóa tầng đất canh tác, ở nhiều
nước trên thế giới như Trung Quốc, Malaixia, Thái Lan...trước khi thu hoạch
củ người ta ñã dùng máy băm nhỏ thân cây sắn già trải trên mặt ñồng rồi dùng
cày trộn vào tầng ñất canh tác ñể tăng thêm nguồn hữu cơ và làm xốp ñất.
Máy băm nhỏ thân cây sắn ñược ñặt sau máy kéo dẫn tới việc một lần máy
kéo dịch chuyển chỉ thực hiện ñược nhiệm vụ băm nhỏ thân cây sắn già, gốc
sắn có tỷ lệ bị vỡ nhỏ cao nên gây khó khăn cho việc dùng máy đào nhổ
củ[21]. Gần đây tại Việt Nam nhóm cán bộ đề tài KC.07.07/06-10 dưới sự
chủ trì của Tiến sĩ Hà ðức Thái - ðại học Nơng nghiệp Hà Nội đã đưa ra cấu
trúc máy băm thân cây sắn ñặt trước ñầu máy kéo, phía sau đặt máy đào và
nhổ củ, với cấu trúc như trên một lần máy kéo di chuyển trên ñồng sẽ thực
hiện ñồng thời cắt băm nhỏ thân cây sắn già và nhổ củ sắn.
Tuy vậy bước ñầu thí nghiệm cho thấy mẫu máy cắt băm của Việt Nam
về cấu trúc còn một số hạn chế cần khắc phục và chưa có khảo nghiệm đánh
giá hoạt động của máy cũng như tính hiệu quả kinh tế trên mơ hình sản xuất,

vì vậy chúng tơi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế máy cắt
băm thân cây sắn già, ứng dụng vào mơ hình cơ giới hố sản xuất sắn”.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 2


Chương 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình sản xuất, tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới
- Sản lượng sắn thế giới năm 2007 ñạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với
2006 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn
nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72 triệu tấn), tiếp ñến là Thái Lan (22,58
triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Nước có năng suất sắn cao nhất hiện
nay là Ấn ðộ (31,43 tấn/ha), kế ñến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng
suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008) [20].

Hình 1.1: Bản đồ diện tích, sản lượng các nước trồng sắn trên thế giới
(Theo ).
- Trên thế giới, sắn thường ñược trồng bởi những hộ nông dân sản xuất
nhỏ, tại các trang trại, các nơng trường… để làm lương thực, thực phẩm, thức
ăn gia súc và ñể bán. Sắn chủ yếu trồng trên ñất nghèo và dùng kỹ thuật canh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 3


tác truyền thống[21].
- Mức tiêu thụ sắn bình qn tồn thế giới khoảng 18kg/người/năm.
Sản lượng sắn của thế giới ñược tiêu dùng nội ñịa khoảng 85% (lương thực

58%, thức ăn gia súc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11 %), cịn lại
15% (gần 30 triệu tấn) được xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh
bột (CIAT, 1993).
- Sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lương thực ở châu Phi, bình quân
khoảng 96kg/người/năm. Zaire là nước sử dụng sắn nhiếu nhất với 391
kg/người/năm (tương ñương 1123 calori/ngày). Nhu cầu sắn làm lương thực
chủ yếu tại vùng Saharan châu Phi cả hai dạng củ tươi và sản phẩm chế biến
ước tính khoảng 115 triệu tấn[21].
- Thị trường dao dịch xuất nhập khẩu sắn trên thế giới năm 2006 ước
ñạt 6,9 triệu tấn sản phẩm, tăng 11% so với năm 2005 (6,2 triệu tấn), giảm
14,8% so với năm 2004 (8,1 triệu tấn) [21]. Trong đó tinh bột sắn (starch) và
bột sắn (flour) chiếm 3,5 triệu tấn, sắn lát (chips) và sắn viên (pellets) 3,4
triệu tấn. Trung Quốc hiện là nước nhập khẩu sắn nhiều nhất thế giới ñể làm
cồn sinh học (bio ethanol), tinh bột biến tính (modify starch), thức ăn gia súc
và dùng trong công nghiệp thực phẩm dược liệu. Năm 2005, Trung Quốc ñã
nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên.
Năm 2006, Trung Quốc ñã nhập khẩu 1,15 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,40
triệu tấn sắn lát và sắn viên. Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn
tồn cầu, kế đến là Indonesia và Việt Nam. Thị trường xuất khẩu sắn chủ yếu
của Thái Lan là Trung Quốc, ðài Loan, Nhật Bản và cộng ñồng châu Âu với
tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn
viên (FAO2007, [21]).
- Viện Nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính tốn

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 4


nhiều mặt và dự báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn tồn cầu với tầm nhìn
đến năm 2020, theo đó tới năm 2020 sản lượng sắn tồn cầu ước đạt 275,10
triệu tấn, trong đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước ñang phát triển là 274,7

triệu tấn, các nước ñã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn. Mức tiêu thụ sắn ở các
nước ñang phát triển dự báo ñạt 254,60 triệu tấn so với các nước ñã phát triển
là 20,5 triệu tấn. Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực
thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn.
Tốc ñộ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thực,
thực phẩm và thức ăn gia súc ñạt tương ứng là 1,98% và 0,95%. Châu Phi vẫn
là khu vực dẫn ñầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ
đạt 168,6 triệu tấn. Trong đó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực
thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4%. Châu Mỹ La tinh giai ñoạn
1993-2020, ước tính tốc ñộ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so
với châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96%. Cây sắn tiếp tục giữ vai trò
quan trọng trong nhiều nước châu Á, ñặc biệt là các nước vùng ðông Nam Á
nơi cây sắn có tổng diện tích đứng thứ ba sau lúa và ngơ và tổng sản lượng
đứng thứ ba sau lúa và mía. Chiều hướng sản xuất sắn phụ thuộc vào khả
năng cạnh tranh cây trồng. Giải pháp chính là tăng năng suất sắn bằng cách áp
dụng giống mới và các biện pháp kỹ thuật tiến bộ[21].
1.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ sắn ở Việt Nam.
Hiện nay Việt Nam ñứng 10 thế giới về sản lượng sắn. Diện tích sắn
tập trung nhiều nhất ở Trung du miền núi phía Bắc (31,09%), vùng duyên hải
Nam Trung Bộ (16,03%), vùng duyên hải Bắc Trung Bộ (15%), vùng ðông
Nam Bộ và cao nguyên miền Trung (31,72%), vùng ñồng bằng Bắc Bộ
(3,05%), vùng ñồng bằng sông Mê kông (3,15%)[21].
* Xu hướng sản xuất sắn của Việt nam:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 5


- Về diện tích: Diện tích sắn tương đối ổn ñịnh vào những năm 1990 –
2000 và tăng mạnh từ năm 2000 cho ñến nay: năm 2000 là 237,6 ha, năm
2006 là 474,8 ha, năm 2007 là 560,0 nghìn ha, năm 2008 diện tích đạt 556

nghìn ha vượt cao hơn so với quy hoạch của chính phủ 135,0 nghìn ha. Năm
2009 diện tích là 420.000ha (tính đến 15/7/2009 theo Agromonitor.vn[22]).
Theo số liệu thống kê tính đến ngày 15/7/2010 diện tích sắn nước ta giảm
70.000ha cịn khoảng 350.000ha[22], điều này được giải thích là do sự biến
động giảm của giá nhiên liệu thế giới và cuộc khủng hoảng tài chính thế giới
cũng làm ảnh hưởng ñến các kế hoạch mở rộng sản xuất kinh doanh của các
doanh nghiệp. Tuy nhiên các quốc gia xuất khẩu tinh bột sắn lớn trên thế giới
cũng giảm mạnh diện tích trồng, điều này đã làm cho giá của sản phẩm này
trên thị trường thế giới vẫn tăng mạnh[20].
- Về năng suất: Cho tới trước năm 1996 năng suất ñạt rất thấp từ 7 – 8
tấn/ha. Từ năm 1996 – 2000 diện tích giống sắn mới bắt đầu được mở rộng,
đã đưa năng suất trung bình tăng lên khoảng 8,36 tấn/ha vào năm 2000. Từ
năm 2001 đến nay, diện tích các giống sắn mới đã khơng ngừng ñược mở
rộng, hiện chiếm khoảng xấp xỉ 60% diện tích trồng. Năm 2006 đã có khoảng
trên 300.000 ha sắn ñược trồng bằng các giống mới. So với năm 2000 năng
suất sắn trung bình tồn quốc đã tăng gần 2 lần, năm 2006 đã đạt trung bình
16,24 tấn/ha, đến năm 2008 đạt 16,9 tấn/ha trong khi năng suất trung bình thế
giới ñạt 12,16 tấn/ha tuy nhiên vẫn thấp hơn nhiều so với một số nước như Ấn
ðộ ñạt 31,43 tấn/ha, Thái Lan là 21,09 tấn/ha. Ở những vùng sản xuất tập
trung, diện tích giống mới đạt xấp xỉ 100%, năng suất trung bình có thể đạt tới
20 – 30 tấn/ha, nhiều nơng dân đã đạt tới 25 – 30 tấn/ha trong diện tích trang
trại 5 – 10 ha [20], [21], [22].
- Về sản lượng: Sản lượng ñã ñạt khoảng trên 4 triệu tấn vào thập niên
1970 – 1980 (do diện tích tăng). Sau đó ổn định ở mức khoảng 2 triệu tấn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 6


những năm 1980 – 2000. Hiện nay tăng rất mạnh ñạt khoảng 7,7 triệu tấn năm
2006, năm 2008 ñạt khoảng 8,0 triệu tấn. Năm 2009 sản lượng sắn cả nước

ñạt gần 10,0 triệu tấn [20].
- Thị trường tiêu thụ: Tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu quan trọng của
các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc, cơng nghiệp
nhẹ... đặc biệt là ngun liệu để sản xuất Ethanol – năng lượng sạch phổ
thông trong tương lai. Theo ñề án của chính phủ về “Phát triển nhiên liệu
sinh học đến 2015 và tầm nhìn đến 2025” thì tỷ lệ pha Ethanol vào xăng bắt
buộc trong giai ñoạn 2010-2014 là 5%, giai ñoạn 2015 - 2025 là 10% do đó
đến năm 2012 nhu cầu Ethanol là 300,0 triệu lít, năm 2015 là 457,0 triệu lít,
năm 2025 là 1,0 tỷ lít[1],[20]. Hiện tại Tập đồn dầu khí Việt Nam (PVN) ñã
ñầu tư 240,0 triệu USD ñể xây dựng 03 nhà máy sản xuất Ethanol tại Bù
ðăng - Bình Phước, Tam Nông - Phú Thọ, Dung Quất - Quảng Ngãi công
suất mỗi nhà máy hàng năm sản xuất 100,0 triệu lít, sử dụng 720,0 nghìn tấn
sắn lát khơ, dự kiến đi vào sản xuất trong năm 2011. Trong giai ñoạn 20122014 chỉ riêng nhu cầu nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất Ethanol của
PVN là 16% và năm 2025 là 50% sản lượng sắn toàn quốc. Dự kiến năm
2010 các nhà máy này sẽ sản xuất ra 240,0 triệu lít Ethanol làm nhiên liệu sản
xuất xăng E5 phục vụ cho cả nước[1], [21]. Ngày 5/8/2010 nhà máy Ethanol
ðại Tân ñặt tại huyện ðại Lộc-Quảng Nam do Công ty cổ phần ðồng Xanh
ñầu tư với số vốn 900,0 tỷ Việt Nam ñồng ñã khánh thành và cho ra những
mẻ sản phẩm ñầu tiên, công suất nhà máy ñạt 100.000 tấn nguyên liệu tương
đương 125,0 triệu lít Ethanol/năm và 02 sản phẩm phụ là CO2 lỏng và phân
bón. Nhà máy đã tạo cơng ăn việc làm cho 300 lao động địa phương và tiêu
thụ sản phẩm cho 20.000 nông dân[22]. Với các chương trình, dự án mang
tầm cỡ Quốc gia này thì Tập đồn dầu khí Việt Nam đã cam kết hỗ trợ nông
dân về vốn, giống, kỹ thuật canh tác và ñặc biệt là ký hợp ñồng thu mua ổn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 7


ñịnh cho bà con nông dân, ñây là cơ hội và điều kiện rất tốt để nơng dân tại
các khu vực miền núi, vùng sâu vùng xa như miền Trung Tây Ngun, miền

núi phía Bắc...có thể vượt khó khăn, xóa ñói giảm nghèo[22].
* Về giá và giá trị xuất khẩu:
- Cùng với việc ñầu tư xây dựng các nhà máy trong nước cộng với
chiến lược dài hạn cho tương lai của chính phủ, các địa phương, các ngành
mà xu thế giá sắn củ ngày càng tăng. Thị trường tại Quảng Ngãi và một số ñịa
phương trọng ñiểm khác về trồng sắn, năm 2009 giá bán sắn tươi đạt 400.000500.000vnđ/tấn thì vào tháng 8/2010 giá sắn tươi ñã ñạt 900.000vnñ/tấn, sắn
lát khơ đạt 1.800.000vnđ/tấn trong khi đó giá mía là 700.000 đến
750.000đ/tấn (mía 10 chữ đường) [20], do đó nơng dân ở một số địa phương
đã đổ xơ chuyển sang trồng sắn thay vì các cây trồng khác. Giá xuất khẩu tại
cửa khẩu Hữu Nghị là 175USD/tấn năm 2009, những tháng ñầu năm 2010 giá
xuất khẩu sắn lát khô ñạt 2.500.000ñồng/tấn[20].
- Năm 2009 cả nước xuất khẩu ñược hơn 4 triệu tấn sắn khơ kim ngạch
đạt 800,0 triệu USD. Sáu tháng ñầu năm nay cả nước xuất khẩu ñược 1,2 triệu
tấn tinh bột khơ và sắn lát miếng, doanh thu đạt 330,0 triệu USD[20].
Hiện sắn có tiềm năng cao về xuất khẩu và tiêu thụ nội ñịa. Thực tế
trong những năm gần ñây, ở nước ta cây sắn ñang chuyển ñổi nhanh chóng từ
cây lương thực thành cây hàng hố với lợi thế cạnh tranh cao, hiện nay Việt
Nam hiện là nước xuất khẩu tinh bột sắn ñứng hàng thứ ba ở Châu Á, xuất
khẩu sắt lát khơ đứng đầu thế giới. Các nước nhập khẩu nhiều sắn của Việt
Nam là Trung Quốc chiếm tới 90% sản lượng xuất khẩu, Hàn Quốc 5%, ðài
Loan 2%...chủ yếu ñể sản xuất Ethanol[20].
Thị trường tiêu thụ sản phẩm thuận lợi, nông dân yên tâm ñầu tư vào
sản xuất, các giống sắn mới có năng suất tinh bột cao, mang lại nhiều lợi

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 8


nhuận cho nông dân, kỹ thuật canh tác sắn bền vững đảm bảo cho hộ nơng
dân thu được lợi nhuận cao từ sắn mà vẫn duy trì tốt độ phì của đất điều đó đã
là động lực để cây sắn phát triển. Trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn ñược

xây dưng ở nước ta ñã ñặt ra yêu cầu bức thiết phải ổn ñịnh vùng nguyên
liệu, ñây là yêu cầu sống còn của những nhà máy. ðể ổn ñịnh nguồn nguyên
liệu chỉ có con ñường canh tác sắn bền vững, trồng và chế biến sắn tập trung,
đó là những vấn đề khơng thể tách rời, sản xuất sắn cần được cơ giới hóa
đồng bộ từ canh tác tới thu hoạch ñể nâng cao năng suất lao ñộng cũng như
hiệu quả kinh tế trên cơ sở canh tác bền vững.
1.2. Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu cắt nghiền thân cây sắn.
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
- Sau khi thu hoạch thân cây sắn già bên cạnh việc giữ lại làm giống
thường ñược dùng ñể ñốt lấy tro, làm củi đun. Các phương pháp này khơng
mang lại hiệu quả cao vì sắn là cây thân gỗ rỗng có sinh khối thấp. Trong
những năm gần đây một số nước như Malaixia, Trung Quốc, Thái Lan...ñã
nghiên cứu và ứng dụng máy băm thân cây sắn già rồi vùi vào đất để làm
phân[21].

Hình 1.2: Máy làm nhỏ thân cây sắn của Malaysia

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 9


- Nhìn chung các máy đều có ngun lý làm việc như sau: Máy làm
nhỏ thân cây sắn ñược ñặt phía sau của máy kéo. Các dao cắt được lắp trên
ñĩa dao gắn với trục của máy, trục máy nhận chuyển ñộng quay từ trục các
ñăng qua hộp giảm tốc truyền tới. Thân cây sắn sau thu hoạch dải trên mặt
ruộng ñược các bộ phận cắt làm nhỏ theo nguyên tắc cắt có tấm kê. Với dao
cắt là các lưỡi dao lắp trên ñĩa và tấm kê là mặt ruộng.
- Ưu nhược ñiểm của máy: Máy cắt làm nhỏ thân cây sắn của các nước
có thể cắt nhỏ và vùi thân cây sắn xuống sâu mặt ruộng. Tuy vậy việc cắt nhỏ
thân cây sắn khơng được triệt để do thân cây nằm khơng đều trên mặt ruộng,
những cây nằm song song với cạnh sắc lưỡi dao thí sẽ khơng được cắt. Liên

hợp máy chỉ có thể làm việc được sau khi đã hồn tất việc đào nhổ củ sắn.
1.2.2. Tình hình nghiên tại Việt Nam.
- Trước đây việc thu gom thân cây sắn già trong q trình thu hoạch
thường được tiến hành bằng phương pháp thủ công, bên cạnh việc ñể cây sắn
lại làm giống hoặc làm củi ñun hay ñốt lấy tro, nông dân thường dùng dao,
búa...ñể làm nhỏ thân cây và trải lên ruộng làm phân. Quá trình làm việc rất
vất vả và tiêu tốn lượng nhân công lớn kéo theo chi phí sản xuất cao.
- Năm 2006 Khoa Cơ điện Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội ñã
ñược Nhà nước giao nhiệm vụ thực hiện ñề tài có mã số KC.07.07/06-10 dưới
sự chủ trì của Tiến sĩ Hà ðức Thái. Một trong những nội dung của ñề tài là
nghiên cứu, chế tạo, khảo nghiệm và ñưa vào sản xuất máy băm thân cây sắn
già kết hợp với máy nhổ sắn thành liên hợp máy.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 10


Hình 1.3: Máy Băm thân cây sắn già của Việt Nam

- Nhận xét: Bước đầu khảo nghiệm tại mơ hình thí nghiệm cho thấy
máy cắt băm thân cây do Việt Nam sản xuất có dạng trống được bố trí theo
chiều thẳng ñứng nên ñã khắc phục ñược một số nhược điểm của máy nước
ngồi nhưng cịn một số nhược điểm cụ thể là: chiều cao gốc ñể lại chưa ñủ
ñể máy nhổ làm việc, tỷ lệ cắt nghiền chưa cao, chiều cao trống nghiền thấp
hơn chiều cao cây sắn trưởng thành nên máy làm việc chưa triệt để... Vì vậy
chúng tơi đã tiến hành thực hiện đề tài để nghiên cứu tính tốn lại các thơng
số trên cơ sở các u cầu về cơ khí và nơng học sau đó chế tạo và tiến hành
khảo nghiệm máy.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 11

Chương 2:
HOÀN THIỆN NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TRÚC
MÁY CẮT BĂM (NGHIỀN) THÂN CÂY SẮN GIÀ
Mục đích chế tạo máy là ñể cắt nghiền (băm) thân cây sắn già trải ra
ñồng ruộng làm phân. ðối tượng mà chúng ta cần nghiên cứu ở ñây là thân
cây sắn già, chúng ta cần tìm hiểu xem thân cây có cơ lý tính ra sao, cấu tạo
thế nào, thân cây thường để làm gì trong và sau q trình thu hoạch. Bên cạnh
đó chúng ta cần tìm hiểu một số máy cắt băm thân cây đang được ứng dụng
trong sản xuất, tìm hiểu tình hình nghiên cứu ựng dụng máy cắt băm thân cây
sắn hiện đang có để từ đó có những phân tích ñánh giá và gợi ý cho việc lựa
chọn nguyên lý phù hợp chỉ ra những nhược ñiểm cần khắc phục của máy
hiện có từ đó đề xuất phương án hồn thiện thiết kế máy của ñề tài.
2.1. ðặc ñiểm cây sắn già khi thu hoạch.
2.1.1. Cấu tạo của thân cây sắn:

Hình 2.1 : Mặt cắt thân cây sắn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 12


2.1.2. Cơ lý tính của thân cây sắn già.
- Lớp vỏ ngồi là một lớp biểu bì mỏng, có màu sắc khác nhau.
- Tầng nhu mô vỏ gồm những tế bào khá lớn. ðó là mơ mềm của vỏ
thân cây sắn.
- Tầng libe gồm các tế bào nhỏ và mỏng.
- Tầng sinh gỗ
- Lõi rỗng ở phần giữa thân.
Cây sắn có thân gỗ mảnh khảnh, đường kính thân phụ thuộc vào giống,
điều kiện đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng trọt, thơng thường đường kính từ 2532 mm, thân cây sắn có chiều cao từ 2–6m. Tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm của giống

mà thân có thể phân cành hoặc khơng phân cành, thân sắn mới mọc có màu
xanh, điểm sinh trưởng có màu xanh bang. Khi cây sắn cịn non, ở phía dưới
thân có màu xanh, có thể chuyển dạng màu xanh bạc, xanh xám, vàng nhạt, vàng
tro hoặc nâu, các màu sắc này có thể nhận thấy khi cây sắn cịn tươi. Thân cây
sắn mọc đứng từ đất lên, nhưng do điều kiện khí hậu nó có thể mọc nghiêng từ
90° - 60° so với mặt ñất (do hướng gió hoặc ánh năng mặt trời). Một số giống
sắn có phân nhánh ở chiều cao 1/3 hay 2/3 thân cây, thân và cành phân thành
nhiều lóng, lóng của thân dài 1–4cm, lóng của cành dài từ 1,7-7cm.
2.2. Các phương pháp tận dụng cây sắn già trước khi thu hoạch.
Cây sắn già trước khi thu hoạch người ta thường dùng ñể: làm giống,
làm củi hoặc làm phân hữu cơ ñể tăng độ phì nhiêu cho đất canh tác.
2.2.1. Phương pháp tận dụng cây sắn làm giống.
* Ưu ñiểm: Sau khi thu hoạch sắn ñược tận dụng một phần làm giống
cho vụ trồng sắn năm sau, tiết kiệm ñược nguồn vốn đầu tư cho giống sắn.
Bên cạnh đó ta cịn hiểu ñược năng suất của giống sắn hiện có ñể so sánh lựa
chọn các giống sắn cho phù hợp.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 13


* Nhược ñiểm: Thân cây sắn làm giống chỉ tận dụng ñược một phần
nhỏ thân cây sắn trên ruộng, phần không làm giống bị dư thừa với số lượng
lớn sẽ gây lãng phí và cản trở q trình canh tác vụ tiếp theo.
2.2.2. Phương pháp tận dụng cây sắn làm củi đun.
* Ưu điểm: Tận dụng được tồn bộ phần thân cây sau thu hoạch. Dọn
sạch ruộng ñể tận dụng thời gian làm ñất cho vụ sản xuất kế tiếp.
* Nhược điểm: Tốn nhiều cơng sức bỏ ra để thu gom thân cây sắn trên
một diện tích rộng đồng thời khơng tận dụng được nguồn chất hữu cơ cho đất
của thân cây khi phân hủy ngay trên ruộng. Hiệu quả khơng cao vì cây sắn có
sinh khối thấp.

2.2.3. Phương pháp tận dụng cây sắn làm phân hữu cơ khi bị cắt nhỏ và
vùi ngay trên ruộng.
Phương pháp này có ưu ñiểm là tận dụng ñược nguồn phân hữu cơ của
thân cây khi phân hủy trên ruộng, không mất nhiều công sức thu gom thân
cây sắn, có thể thực hiện đồng thời với q trình đào nhổ củ sắn trên cùng một
liên hợp máy, khả năng cơ khí hóa cao tiết kiệm được nhiều thời gian và cơng
sức tạo tiền đề thuận lợi cho quá trình sản xuất kế tiếp. Tuy nhiên nếu sử dụng
phương pháp thủ cơng để băm chặt thân cây sẽ phải sử dụng một lượng lao
ñộng lớn vì vậy để phương pháp này ứng dụng hiệu quả trong sản xuất thì yêu
cầu cấp thiết là phải ứng dụng cơ giới hóa.
* Ngồi các phương pháp tận dụng trên thân cây sắn cịn dùng làm
ngun liệu cho cơng nghiệp xenlulô, làm nấm. Lá sắn non dùng làm rau xanh
giàu đạm, lá sắn dùng trực tiếp để ni tằm, ni cá.
2.3. Tìm hiểu một số loại máy cắt nghiền thân cây hiện nay.
- Hiện nay sau khi thu hoạch một số loại cây như: thân cây ngô già,
thân gốc cây dứa già, ngọn lá mía…người ta thường dùng máy cắt nghiền
thân, lá cây trải trên mặt ruộng sau đó dùng cày vùi vào ñất ñể làm phân và

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 14


làm xốp đất, các loại máy này có một số nguyên lý cắt, băm, thái như sau:

Hình 2.2. Máy nghiền TN-1

Hình 2.3. Sơ đồ bộ phận cắt loại đĩa

Hình 2.4. Sơ ñồ bộ phận thái loại
ñĩa - trụ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 15


Hình 2.5. Bộ phận thái kiểu trống

Hình 2.6. Bộ phận thái loại dao quay có dao kiểu búa
- Nhìn chung các máy có nguyên lý cấu tạo gồm 4 bộ phận chính:
+ Bộ phận cung cấp: có nhiệm vụ cung cấp vật liệu nghiền (thân cây
ngơ, dứa, mía, sắn…) vào cho bộ phận cắt, nghiền.
+ Bộ phận kẹp, giữ vật liệu nghiền ñể cho bộ phận cắt nghiền làm việc.
+ Bộ phận cắt (nghiền) có nghiệm vụ làm nhỏ vật cắt nghiền.
+ Bộ phận thu gom hoặc phân tán: có nhiệm vụ gom vào thùng chứa
hoặc rải ñều trên ñồng ñể làm phân.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ........... 16