Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của buồng đập máy đập đậu tương giống cỡ một tấn giờ

....

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

Lê nguyên Đạt

Nghiên cứu một số thông số chính
ảnh hởng đến chất lợng làm việc của
buồng đập máy đập đậu tơng giống
cỡ 1 tấn giờ

Chuyên ngành: cơ khí nông nghiệp
MÃ số: 04 - 18 - 01
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hớng dẫn khoa học: TS Đỗ Hữu Quyết

Hà Nội 2004

1


mục lục
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mở đầu

1

Chơng 1: Tổng quan tài liệu

2

1.1. Nguồn gốc và tình hình phát triển cây đậu tơng

1.2.

1.3.

2

1.1.1.

Cây đậu tơng trên thế giới

2

1.1.2.

Sản xuất đậu tơng ở Việt Nam

3

Cây và hạt đậu tơng khi thu hoạch

4

1.2.1.

Cây đậu tơng

4

1.2.2.

Hạt đậu tơng

5

Thu hoạch đậu tơng

6

1.3.1.

Thu hoạch đậu tơng trên thế giới

6

1.3.2.

Thu hoạch đậu tơng ở Việt Nam

7

1.3.3.

Đậu tơng giống ở Việt Nam

9

1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Chơng 2: Phơng pháp nghiên cứu

9
11

2.1. Cách lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc

11

2.2. Cách xác định các chỉ tiêu đánh giá

11

2.3. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm

14

2.4. Xử lý và gia công số liệu

18

2.4.1. Xử lý số liệu đo đạc

18

2.4.2. Gia công số liệu

19

2.5. Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm và khảo nghiệm
Chơng 3: Lựa chọn mô hình máy
3.1. Máy đập lúa
3.1.1. Bộ phận đập
3.1.2. Bộ phận làm s¹ch

21
22
22
22
25

2


3.2. Thử nghiệm đập tách hạt đậu tơng bằng máy đập lúa và lựa chọn mô 30
hình máy đập đậu tơng
3.2.1. Thử nghiệm đập đậu tơng bằng máy đập lúa
30
3.2.2. Lựa chọn cấu tạo máy đập đậu tơng giống
31
Chơng 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
34
4.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
34
4.1.1. Thực nghiệm đơn yếu tố cách bố trí răng trên trống
34
4.1.2. Thực nghiệm đơn yếu tố độ ẩm hạt khi đập

37
4.1.3. Thực nghiệm đơn yếu tố thăm dò ảnh hởng vận tốc tiếp tuyến
đỉnh răng trống đến chất lợng làm việc
39
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố
4.2.1. Các thông số nghiên cứu và mức biến thiên
4.2.2. Kết quả thí nghiệm

42
42

4.2.3. Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số đến tỷ lệ sót hạt
4.2.4. Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số đến tỷ lệ vỡ hạt
4.2.5. Tối u tổng quát
Chơng 5: Một số kết quả thử nghiệm mẫu máy
5.1. Một số thông số mẫu máy

43
45
49
53
54

5.2. Kết quả khảo nghiệm mẫu máy
5.2.1. Kết quả khảo nghiệm mẫu máy trong điều kiện sản xuất
5.2.2. Kết quả kiểm tra tỷ lệ nảy mầm của hạt
5.3. Kết luận và kiến nghị

54
55

55
57

Tài liệu tham khảo

59

Phụ lục

60
62

3


mở đầu

Trong những năm gần đây, thực hiện chủ trơng của đảng về việc phát triển
một nền nông nghiệp toàn diện, cây đậu tơng đợc chú trọng và tăng nhanh trên cả
nớc về diện tích và sản lợng. Không chỉ là một cây có dầu quan trọng, đậu tơng
và các sản phẩm chế biến của nó ngày càng quen thuộc trong bữa ăn của ngời Việt
Nam. Cây đậu tơng có thể trồng xen canh, gối vụ, góp phần chuyển đổi cơ cấu cây
trồng vật nuôi, tăng độ phì của đất, giải quyết nguồn thức ăn cho gia súc và xuất
khẩu.
Thu hoạch đậu tơng là khâu rất quan trọng trong việc đảm bảo thời vụ và
chất lợng hạt. Song hiện nay ở nớc ta thu hoạch và đập tách hạt đậu tơng chủ
yếu vẫn là thủ công. ở một số vùng có diện tích gieo trồng và sản lợng lớn nông
dân dùng máy đập lúa để đập tách hạt đậu tơng.
Để tăng năng suất cây trồng, sản xuất giống là khâu có tính chất quyết định.
Để sản lợng đậu tơng đạt hơn hai trăm nghìn tấn năm (số liệu năm 2002), hàng

năm chúng ta cần hàng nghìn tấn hạt giống đảm bảo yêu cầu nghiêm ngặt về chất
lợng. Vì vậy cơ giới hoá khâu đập tách hạt đậu tơng và hạt đậu tơng giống đang
là một vấn đề đợc đặt ra và cần đợc nghiên cứu nghiêm túc. Đề tài KC 07 - 05
thuộc chơng trình khoa học cấp nhà nớc KC 07 đà tiến hành nghiên cứu các thiết
bị để sản xuất một số giống cây trồng chính. Luận văn khoa học: Nghiên cứu một
số thông số chính ảnh hởng đến chất lợng làm việc của buồng đập máy đập
đậu tơng giống cỡ 1 tấn giờ là cơ sở để chúng tôi thực hiện đề mục: nghiên
cứu, tuyển chọn, thiết kế và chế tạo máy đập đậu tơng giống thuộc ®Ị tµi KC - 07
- 05.

4


Chơng I: Tổng quan, mục tiêu và

nhiệm vụ nghiên cứu
1.1. Nguồn gốc và tình hình phát triển cây đậu tơng
1.1.1. Cây đậu tơng trên thế giới
Cây đậu tơng đợc cho rằng trồng đầu tiên ở đông bắc Trung Quốc vào
khoảng thế kỷ 11 trớc công nguyên. Châu Âu trồng cây đậu tơng đầu tiên ở vờn
thực vật Pari năm 1739. Henry Yon là ngời đầu tiên trồng đậu tơng tại Mỹ năm
1765 [5]. Mặc dù xuất hiện muộn hơn nhiều cây trồng khác song hiện nay đậu
tơng đợc trồng phổ biến tại tất cả các châu lục cho năng suất và sản lợng tơng
đối cao. Hạt đậu tơng là một trong những loại cung cấp dầu thực phẩm quan trọng
nên năng suất và sản lợng tăng nhanh trên toàn thế giới trong những năm gần đây.
Bảng 1. Diện tích, năng suất và sản lợng đậu tơng trên thế giới
Quốc gia

Diện tích
(1000 ha)

Năng suất
(Tạ/ha )

Sản lợng
(1000 tấn)

1991

1997

1991

1997

1991

1997

Thế giới

56901

67160

18,69

21,07

106348

141506

Mỹ

23459

28253

22,58

26,22

53970

74079

áchenhi na

4544

6366

20,32

17,30

9233

11013

Brazil

11100

11299

17,52

23,15

19447

26157

Trung Quốc

7557

8385

13,68

18,83

12598

15788

ấn Độ

2667

5100

8,66

8,63

2310

4410

Thái Lan
410
280
16,41
14,18
548
397
Nguồn: Cây đậu tơng, Nhà xuất bản Nông nghiệp 1999
Nếu năm 1940 diện tích trồng đậu tơng trên toàn thế giới chỉ là 12,44 triệu
ha, năm 1970 diện tích trồng là 29,247 triệu ha và sản lợng 43,487 triệu tấn thì
năm 1997 diện tích trồng đà tăng đến 56,9 triệu ha và đạt sản lợng 141,5 triệu tấn.
Nh vậy chỉ từ năm 1970 đến năm 1997 diện tích trồng đậu tơng trên toàn thế giới

5


đà tăng gấp đôi và sản lợng đà tăng gấp 3 lần. So với sản lợng cây lấy dầu trên

toàn thế giới sản lợng đậu tơng tăng ít nhất 2 lần so với các cây khác.
1.1.2. Sản xuất đậu tơng ở Việt Nam
Năm 1944 diện tích trồng đậu tơng cả nớc chỉ có 32 ha, năng suất đạt 4,1
tạ/ha. Sau khi thống nhất đất nớc đậu tơng ở Việt Nam tăng nhanh cả về diện tích
và năng suất.
Bảng 2. Diện tích, năng suất và sản lợng đậu tơng trong nớc
Năm

1975

1980

1985

1995

2000

2002

Diện tích (nghìn ha)

27,1

48,8

102,5

121,1

124,1

158,1

Năng suất (tấn/ha)

0,51

0,65

0,78

1,04

1,20

1,27

Sản lợng (nghìn tấn)
13,8
31,7
79,1
125,5
149,3 201,4
Nguồn: Số liệu thống kê nông lâm thuỷ sản Việt Nam 1975 - 2000, NXB Thống Kê
Nông nghiệp, nông thôn Việt Nam thời kỳ đổi mới 1986 - 2000, NXB Thống Kê
Trong đó tình hình sản xuất đậu tơng tại các vùng đợc nêu ở bảng 3.
Bảng 3: Diện tích, năng suất, sản lợng đậu tơng tại các vùng năm 1980 và 1995
Vùng

1980

1995

Diện tích
(1000 ha)

NS
(tấn/ha)

Sản lợng
(1000 tấn)

Diện tích
(1000 ha)

NS
(tấn/ha)

Sản lợng
(1000 tấn)

Miền núi và trung
du phía bắc

18,9

0,46

8,7

50,9

081

41,2

ĐB sông Hồng

4,1

0,4

1,64

25,7

1,14

29,3

Khu bốn cũ

1,4

0,36

0,5

2,9

0,73

2,1

Duyên hải miền
trung

0,6

0,53

0,3

2,0

0,99

2,0

Tây Nguyên

1,4

0,73

1,0

12,0

1,02

12,3

Đông nam bộ

15,2

0,85

12,9

13,6

0,76

10,3

ĐB sông Cửu
6,6
1,13
7,4
14,0
2,0
28,0
long
Nguồn: Số liệu thống kê nông lâm thuỷ sản Việt Nam 1975 - 2000, NXB Thống Kª

6

Nh− vËy cịng nh− nhiỊu n−íc trªn thÕ giíi diƯn tích và năng suất đậu tơng ở
một số vùng và cả nớc tăng nhanh. Đậu tơng đợc trồng ở vụ xuân chiếm 14,2%
diện tích, vụ hè thu là 31,3%, vụ mùa 2,68%, vụ thu đông 22,1%, vụ đông xuân
29,7% [5]. Trong đó ở vùng núi bắc bộ, khu bốn cũ và đồng bằng sông Cửu Long
vụ đông xuân là vụ chính, ở đồng bằng sông Hồng, trung du Bắc Bộ vụ xuân là vụ
chính, ở Tây Nguyên và đông Nam bộ trồng vụ hè thu và thu đông. Về sản lợng,
ba vùng đồng bằng sông Hồng, đông Nam bộ và đồng bằng sông Cửu Long chiếm
63,8% sản lợng đậu tơng cả nớc.
1.2. Cây và hạt đậu tơng khi thu hoạch
1.2.1. Cây đậu tơng
Cây đậu tơng từ lúc gieo trồng đến khi thu hoạch thời gian sinh trởng từ
75 đến 100 ngày tuỳ từng giống khác nhau. Thân cây mọc thẳng có nhiều cành.
Quả đậu tơng mọc thành chùm ở khoảng giữa thân cây, mỗi cây có từ 10 đến 40
quả. Trung bình cây đậu tơng giống có 25 đến 35 quả. Khi phần lớn lá trên cây
chuyển mầu vàng và rụng, đậu tơng vào giai đoạn chín sinh lý, đây là thời điểm tốt
nhất để thu hoạch [5].
Bảng 4. Đặc ®iĨm mét sè gièng ®Ëu t−¬ng chđ u
Gièng

DT - 93

DT - 76

MT§ - 10

MT§ - 13

ViƯt Nam

Trung Qc

Mü

PhilÝppin

80 - 85

75 - 80

90 - 100

85 - 90

440 - 540

300 - 500

400 - 600

400 - 550

Dạng quả

-

Dẹt

Vỏ mỏng

Vỏ dầy

Dạng hạt

-

Khá to

Tròn, nhỏ

Tròn to

Trọng lợng 100 hạt (g)

13 - 14

16 - 20

12 - 14

14 - 17

Năng suất (tấn/ha)

1,2 - 1,8

1,5 - 2,0

1,8 - 2,0

1,8 - 2,0

Khả năng tách hạt

-

Dễ tách

Dễ tách

Khó tách

Nguồn gốc
Thời gian sinh trởng (ngày)
Chiều cao cây (mm)

Nguồn: Cây đậu tơng, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 1999

7


1.2.2. Hạt đậu tơng
Hạt đậu nằm trong quả, mỗi quả có từ 1 đến 3 hạt, thờng là có 2 hạt. Vỏ
quả gồm 2 mảnh tơng đối mỏng, dính liền nhau, phía ngoài bao bọc bởi một lớp
lông mỏng. Khi quả chín, vỏ quả khô và giòn, đễ nứt đôi, nếu để chín quá hạt có thể
rơi ra ngoài gây tổn thất.
Hạt đậu tơng có dạng gần tròn
hay bầu dục, khối lợng trung bình một
hạt khoảng 120 - 130 mg. §èi víi mét
sè gièng nh− DH - 4 khèi l−ỵng trung

bình 1 hạt có thể đạt tới 200 - 220 mg.
Khác với các loại hạt khác (thờng có
cấu tạo gồm 3 phần chính là vỏ hạt, thân
hạt và chồi mầm) hạt đậu tơng gồm 2
phần chính là vỏ hạt và phôi hạt. Kích
thớc của hạt ở hình 1.1 [6].

Hình 1.1. Kích thớc hạt đậu tơng

Phần vỏ hạt: Chiếm khoảng 10% trọng lợng hạt, mau ngấm nớc và dễ
bong khi đợc ngâm vào nớc. Vỏ hạt bao quanh phôi hạt và dính với phôi ở tề hạt
(còn gọi là rốn hạt). ở một đầu tề có một mảnh rất nhỏ nơi vỏ hạt nối với phôi bên
trong. Lá mầm nằm ở một đầu tề và rễ của cây con sẽ bật ra từ đây khi hạt trơng
nớc. Vỏ hạt bảo vệ phôi mầm chống lại nấm và vi khuẩn trớc và sau khi gieo
trồng. Nếu lớp vỏ bị xé rách hạt giống có rất ít hy vọng trở thành cây mầm khoẻ
mạnh [6].
Phần phôi hạt: Gồm có hai tử diệp, rễ mầm, trục hạ diệp và trục thợng diệp.
Tử diệp chiếm phần lớn khối lợng và trọng lợng hạt, chứa hầu hết chất đạm và
chất béo có trong đậu tơng. Tử diệp cung cấp chất dinh dỡng cho cây mầm trong
khoảng hai tuần đầu tiên kể từ khi hạt bắt đầu nảy mầm. Tử diệp có mầu xanh khi
hạt sinh trởng và chuyển vàng khi hạt chín [5].

8


1.3. Thu hoạch đậu tơng
1.3.1. Thu hoạch đậu tơng trên thế giới
Quá trình thu hoạch đậu tơng bắt đầu từ khi cắt cây trên đồng đến khi tách
xong hạt.
ở những nớc có nền nông nghiệp tiên tiến nh Hoa Kỳ, áchentina, Nhật

Bản sản xuất đậu tơng đợc cơ giới hoá toàn bộ. Khâu thu hoạch thực hiện bằng
các liên hợp máy lúc đậu tơng bắt đầu chín sinh lý. Liên hợp thu hoạch thực hiện
lần lợt các khâu cắt cây, đập tách hạt, làm sạch hạt sơ bộ và băm thân cây rải ra
đồng. Hạt đậu tơng sau đó đợc làm sạch tinh và phơi sấy, đóng thành bao sản
phẩm. Tỷ lệ hao hụt trong toàn bộ quá trình thu hoạch này là từ 7 - 10%. Hình dới
là một số mẫu máy thu hoạch đậu tơng của Nhật Bản.

Hình 1.2. Một số mẫu máy liên hợp thu hoạch đậu tơng của Nhật Bản. [16]
Trung Quốc thu hoạch đậu tơng bằng liên hợp máy hoặc thủ công ở một số
nơi. Phần lớn diện tích đợc thu hoạch bằng công nghệ 2 giai đoạn. Đầu tiên là cắt

9


hoặc nhổ cây thủ công và phơi cây trên đồng. Sau đó khâu đập tách hạt đợc thực
hiện bằng máy đập. Có một số nơi máy đập thực hiện cả việc thu gom cây đợc
phơi rải thành hàng trên đồng. §é hao hơt cđa c«ng nghƯ thu hoach 2 giai đoạn này
từ 5 -7%.
1.3.2. Thu hoạch đậu tơng ở Việt Nam
Vì đậu tơng ở nớc ta thờng trồng luân canh mỗi năm một vụ nên việc cơ
giới hoá khâu thu hoạch còn thấp. Đậu tơng chủ yếu đợc thu hoạch thủ công. Cây
đậu đợc cắt về sân phơi lúc đà chín già. Sau khi hạ độ ẩm hạt xuống còn khoảng từ
13 - 16%, vỏ quả đà khô giòn hạt sẽ đợc đập tách bằng công cụ thủ công. Dụng cụ
đập tách hạt là 2 đoạn gỗ đợc nối với nhau bằng một đoạn dây hoặc xích. Hình 1.3
và hình 1.4 cho ta thấy hình ảnh nông dân đập đậu tơng bằng phơng pháp thủ
công và dụng cụ tách hạt. Khi đập xong hạt đợc lấy ra bằng cách giũ bỏ thân và lá
khô. Hạt đợc làm sạch bằng sàng sảy.

Hình 1.3. Nông dân tách hạt đậu tơng bằng dụng cơ thđ c«ng

10


Hình 1.4. Công cụ đập đậu tơng thủ công
ở những diện tích trồng đậu tơng lớn nông dân đà dùng máy đập lúa để đập
tách hạt đậu tơng. Đậu tơng đợc tách hạt sau khi nông dân cắt cây đậu tơng về
phơi khô. Vì không phải là máy chuyên dùng nên tỷ lệ hạt sót, vỡ và theo cây còn
tơng đối cao song chấp nhận đợc. Việc đập tách hạt thơng phẩm đợc thực hiện
trên sân nên hạt theo cây có thể thu hồi đợc vì vậy thực chất khối lợng hao hụt
chỉ là những hạt non bị đập sót. Theo thí nghiệm và khảo sát của chúng tôi (đợc
trình bày kỹ ở phần sau) tỷ lệ sót hạt của máy đập lúa răng bản đang dùng phổ biến
ở nớc ta khi đập đậu tơng tỷ lệ sót hạt không lớn hơn 1,5% và thấp hơn tách hạt
bằng thủ công. Hiệu quả kinh tế của máy đập lúa cũng tăng lên và giá thành đập
tách hạt cũng hạ vì tăng đợc thời gian sử dụng trong năm của máy đập lúa chuyên
dùng. Mặt khác một số mẫu máy đập đậu tơng thơng phẩm chuyên dùng của
IRRI và Trờng Đại học Nông nghiệp 4 cũng đà đợc thử nghiệm trong sản xuất.
Song do vụ thu hoạch ngắn, nông dân chỉ trồng mỗi năm một vụ đậu tơng xen giữa
thời vụ gieo trồng các cây trồng khác nên thời gian hoạt động của máy ít, hiệu quả
kinh tế của máy chuyên dùng kém, ít đợc thị trờng chấp nhận.

11


1.3.3. Đậu tơng giống ở Việt Nam
Trớc đây do diện tích trồng đậu tơng còn ít nông dân thờng chọn hạt tốt
trong sản phẩm thu hoạch vụ trớc để làm giống cho vụ sau hoặc mua hạt giống
nhập ngoại. Vì vậy năng suất thu đợc tơng đối thấp. Những năm gần đây cùng
với khoa học kỹ thuật nông nghiệp ngày càng phát triển, diện tích trồng đậu tơng
tăng nhanh nên nhiều giống mới do Việt Nam sản xuất đà đợc đa ra thị trờng.
Cả nớc đà hình thành nhiều trung tâm sản xuất giống đậu tơng quy mô công

nghiệp, chất lợng cao với nguồn giống bố mẹ do các viện khoa học và các trung
tâm nghiên cứu lai tạo giống cung cấp. Hàng năm các trung tâm này cung cấp cho
thị trờng hàng nghìn tấn giống phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam [3]. Tại
các trung tâm này cây đậu tơng giống đợc trồng liên tục nhiều vụ trong năm,
giống đợc sản xuất theo quy mô công nghiệp nên cơ giới hoá các khâu trong đó có
thu hoạch dễ đợc ứng dụng. Mặc dù vậy quy mô sản xuất giống còn cha lớn, giá
thành sản phẩm còn hạn chế nên việc cơ giới hoá đồng bộ tất cả các khâu cha thể
áp dụng. Trong khâu thu hoach đập đậu tơng giống là công việc nặng nhọc nhất.
Máy đập đậu tơng giống cỡ năng suất vừa phải đợc sử dụng nhiều vụ trong năm
nếu đợc giải quyết tốt các vấn đề kỹ thuất sẽ phát huy hiệu quả kinh tế. Đây là vấn
đề cần đợc nghiên cứu giải quyết. Vì vậy để cơ giới hoá một phần khâu này chúng
tôi tiến hành nghiên cứu máy đập đậu tơng giống cỡ nhỏ phù hợp với điều kiện sản
xuất ứng dụng tại các trung tâm sản xuất giống.

1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu của luận văn
Nghiên cứu một số thông số chính của trống đập, trên cơ sở đó thiết kế, chế
tạo và khảo nghiệm mẫu máy đập tách hạt đậu tơng giống cỡ năng suất 1 tấn cây
giờ.
Để thực hiện mục tiêu trên, nhiệm vụ của đề tµi lµ:

12


- Tìm hiểu và xác định một số đặc điểm chính của cây và hạt đậu tơng và
đậu tơng giống phổ biến ở Việt Nam.
- Tìm hiểu về quá trình sản xuất và thu hoạch đậu tơng trên Thế giới và ở
Việt Nam đặc biệt là khâu đập tách hạt.
- Phân tích, đánh giá nguyên lý làm việc các loại trống đập dọc trục đang
đợc ứng dụng phổ biến ở Việt Nam. Trên cơ sở đó đề xuất mô hình máy đập đậu

tơng giống cỡ 1 tấn giờ.
- Lựa chọn các thông số chính cần nghiên cứu và xác định các chỉ tiêu đánh
giá mẫu máy
- Tiến hành thực nghiệm thực nghiệm đơn yếu tố xác định một số thông số
làm việc của máy và thăm dò khoảng làm việc của vận tốc tiếp tuyến đỉnh răng
trống.
- Lựa chọn mô hình thực nghiệm đa yếu tố và tiến hành thí nghiệm. Xử lý các
kết quả thí nghiệm để tìm tối u một số thông số của máy.
- Từ những thông số đà đợc xác định bằng thực nghiệm tiến hành thiết kế và
chế tạo mẫu máy và khảo nghiệm mẫu trong s¶n xuÊt.

13


Chơng II: Phơng pháp nghiên cứu
Chúng tôi nghiên cứu lựa chọn kết cấu bằng thu thập thông tin và tối u các
thông số làm việc chính của máy bằng thực nghiệm. Vì cây lúa và cây đậu tơng
trớc khi tách hạt có nhiều đặc điểm giống nhau nh chiều dài cây khi thu hoạch,
kích thớc thân cây, tỷ lệ quả (hoặc hạt) trên cây nên chúng tôi tiến hành nghiên
cứu máy đập tách hạt đậu tơng trên cơ sở các mẫu máy đập lúa hiện có.
2.1. Cách lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đập đậu tơng giống
Đầu tiên chúng tôi tìm hiểu thông tin về các phơng pháp thu hoạch và đập
tách hạt đậu tơng trên ThÕ giíi vµ ë ViƯt Nam, tiÕp cËn tµi liƯu và xem xét các
mẫu máy đập lúa và đập đậu tơng đang đợc ứng dụng. Chúng tôi nghiên cứu kỹ
cấu tạo và cách bố trí kiểu hình của các loại trống đập tách hạt dọc trục. Sau đó
chúng tôi tiến hành thí nghiệm đập tách hạt đậu tơng trên một số mẫu máy đập
lúa để lựa chọn sơ bộ kết cấu trống đập. Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu
máy đập lúa phân ly dọc trục, xác định sơ đồ nguyên lý làm việc của máy.
Phơng pháp điều tra xử lý thống kê: Dùng phơng pháp này để xác định các
đặc điểm của cây, quả và hạt khi thu hoạch làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế và

khảo nghiệm đánh giá máy.
2.2. Cách xác định các chỉ tiêu đánh giá
Có nhiều chỉ tiêu đánh giá chất lợng của máy. Chúng tôi chọn 4 chỉ tiêu
chính để đánh giá chất lợng đập đó là:
Năng suất cây Qc (tấn cây/h) hoặc năng suất hạt Qh (tấn hạt/h), tỷ lệ hạt vỡ
Yv(%), tỷ lệ hạt sót Ys(%) và tỷ lệ hạt theo cây Ytc(%).
a) Năng suất cây Qc (tấn /h)
Tính năng suất cây thuần túy bằng cách cân lợng đậu tơng Gc (tấn) và đo
thời gian đập t (giê):
Qc = Gb/t (tÊn giê)

(2.1)

14


Năng suất hạt (Qh) đợc đập:
Qh = Qc (tấn giờ)

(2.2)

Trong đó: - tỷ lệ hạt trên cây theo khối lợng, %
b/ Tỷ lệ hạt sót Ys (%)
Tỷ lệ hạt sót trong quá trình đập đợc tính theo công thức:
Ys =

Ms
ì 100 (%)
MH

(2.3)

Trong đó: - Ms: Khối lợng hạt còn trên cây cha đợc đập sau khi ra khỏi
buồng đập, g;
- MH : Tổng khối lợng hạt trên cây thÝ nghiƯm, g
c/ Tû lƯ h¹t vì YV (%)
Tû lƯ hạt vỡ đợc tính theo công thức:
YV =

MV
ì 100
MM

(%)

(2.4)

Trong đó: - MV: Trọng khối lợng đậu tơng vỡ trong mẫu, g;
- MM: Tổng khối lợng đậu tơng lấy mẫu, g.
Để giảm thời gian và công xác định tỷ lệ hạt vỡ, trong mỗi lần thí nghiệm,
lấy ngẫu nhiên mẫu hạt khoảng 300g. Sau đó dùng phơng pháp thủ công soi kính
lúp tách riêng số hạt vỡ, cân lấy tỷ lệ hạt vỡ. Trong đó hạt đợc coi là vỡ là những
hạt không còn nguyên vẹn bên ngoài hoặc những hạt có vết nứt vỏ tơng đối lớn.
d/ Tỷ lệ hạt theo cây Ytc (%)
Ytc đợc xác định trong mỗi lần thí nghiệm, dùng phơng pháp thủ công thu
riêng số hạt tự do đà đợc đập thoát theo cây ở cửa ra buồng đập chia cho tổng khối
lợng hạt đa vào thí nghiệm.
YV =

M tc

ì 100
MH

(%)

(2.5)

Trong đó: - Mtc: Khối lợng hạt theo cây, g;
- MH: Tổng khối lợng hạt thí nghiÖm, g.

15


e/ Độ ẩm hạt
Độ ẩm hạt đậu tơng đợc xác ®Þnh b»ng thiÕt bÞ ®o ®é Èm nhanh Grainer 2
cđa hÃng Kett Nhật Bản, có sai số từ 0,2ữ 0,5%. Thiết bị này đang đợc sử dụng
phổ biến tại tất cả các cơ sở sản xuất giống [9].
f/ Tỷ lệ hạt nảy mầm
Chúng tôi không xác định trực tiếp tỷ lệ nứt ngầm của hạt khi đập tách hạt
bằng máy và so sánh với tách hạt thủ công do có khó khăn về thiết bị và kinh phí.
Vì vậy chúng tôi xác định và tỷ lệ nảy mầm của hạt sau khi đập tách hạt giống bằng
máy và so sánh với việc đập thủ công bằng cách gieo hạt trên các khay thí nghiệm.
Hạt giống đập máy và thủ công đợc gieo theo đúng quy trình gieo hạt trên những
khay thuỷ tinh khác nhau. Chúng tôi xác định và so sánh tỷ lệ nảy mầm và phát
triển của hạt sau khi gieo 3, 5 và 7 ngày.

Hình 2.1. Hạt nảy mầm trên khay thí nghiệm

16

Hình 2.2. Đếm số hạt nảy mầm sau thí nghiệm
2.3. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
a/ Phơng pháp xử lý thống kê
Phơng pháp này áp dụng nghiên cứu trạng thái và một số đặc điểm của cây
đậu tơng lúc thu hoạch. Các chỉ tiêu cần quan tâm là:
- Chiều dài cây đậu tơng.
- Số quả trung bình trên cây.
- Tỷ lệ hạt trên toàn bộ trọng lợng cây và hạt.
b/ Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Chúng tôi áp dụng phơng pháp này để nghiên cứu ảnh hởng của từng yếu
tố riêng biệt đến chất lợng đập tách hạt giống. Trên cơ sở kết quả thu đợc chúng
tôi lựa chọn một số thông số của máy và mức biến thiên, khoảng biến thiên, khoảng
nghiên cứu thích hợp cho thực nghiệm đa yếu tố. Nguyên tắc chung của thực

17


nghiệm đơn yếu tố là thay đổi một thồng số, cố định các yếu tố khác để xác định
ảnh hởng của yếu tố thay đổi đến các thông số mục tiêu.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến chất lợng làm việc của máy chúng tôi chỉ
chọn một số yếu tố có tác động nhiều nhất đến chất lợng làm việc của máy để
nghiên cứu làm cơ sở cho việc nghiên cứu đa yếu tố và thiết kế máy. Các yếu tố đó
là:
- Độ ẩm của hạt khi đập tách.
- Vận tốc đỉnh răng trống đập.
- Kết cấu các loại răng trống.
Sau khi khảo nghiệm, lựa chọn đợc máy đập đậu tơng giống có chất lợng
khả quan nhất, dựa vào kết quả các tài liệu tham khảo và kinh nghiệm để xác định
mức và khoảng biến thiên của một số thông số chính, chúng tôi tiến hành nghiên

cứu đồng thời ¶nh h−ëng cđa nhiỊu u tè, tèi −u ho¸ chóng bằng phơng pháp quy
hoạch thực nghiệm, nhờ đó giảm đợc số thí nghiệm và chi phí nghiên cứu.
c/ Phơng pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố
Để tiện lợi cho việc mô tả các điều kiện thí nghiệm và xử lý số liệu kết quả thực
nghiệm trên máy vi tính, ngời ta sử dụng giá trị mà hoá của các thông số. Đặt tâm
thực nghiệm là 0, mức trên là +1, mức dới là -1. Giá trị mà và thực của các thông
số liên hệ theo công thức sau [10]:
xi =

X i X oi

(2.6)

i

Trong đó: n - Số thông số nghiên cứu, i =1,2...n;
xi - Giá trị mà của thông số thứ i;
Xi - Giá trị thực của thông số thứ i;
Xoi - Giá trị thực của thông số thứ i ở mức cơ sở;
i - Khoảng biến thiên của thông số thứ i;
Khoảng biến thiên đợc tính theo c«ng thøc [10]:

18


i =

Trong đó:

X it X id

2

(2.7)

Xit - giá trị thực mức trên;
Xid - giá trị thực mức dới.

Nghiên cứu bộ phận đập tách hạt với 3 thông số đà đợc tuyển chọn và sàng
lọc, chúng tôi chọn phơng án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly vì cã
−u ®iĨm: cã sè thÝ nghiƯm nhá, víi 3 møc biến đổi thông số đầu vào, cho phép thực
hiện nhanh, gọn toàn bộ kế hoạch thực nghiệm trong khoảng thời gian ngắn nhất.
Nên độ ẩm hạt đậu tơng và các đặc tính cơ lý khác của cây đậu tơng thay đổi
không đáng kể, điều kiện này vừa đảm bảo tính kinh tế của thực nghiệm, vừa hạn
chế tối đa tác động nhiễu của các yếu tố không điều khiển đợc khác.
Theo phơng án QHTN này, với 3 thông số đầu vào cần tiến hành 11 TN,
mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần. Ma trận thực nghiệm đợc trình bày ở bảng 2.1.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố đợc gia công xử lý, phân tích
đánh giá trên máy vi tính theo các trơng trình: Quy hoạch hoá thực nghiệm mới 2
(QHH.2), tối u hoá (OPTM)...; đà đợc chuẩn hoá của Viện Cơ điện Nông nghiệp
và Công nghệ Sau Thu hoạch [11]. Trong đó có các bớc chính sau:
- Đánh giá sai số thí nghiệm bằng phép kiểm tra đồng nhất phơng sai;
- Xác định hệ số hồi quy bo, b1, bi của mô hình toán thực nghiệm [10], [14];
n

n

i =1

i =1

γ = b0 + ∑ bi xi +

b

ij

xi x j

(2.8)

- Kiểm tra mô hình hồi quy, đánh giá độ tơng thích của mô hình, mức ý
nghĩa của các hệ số hồi quy;
- Xác định tâm hình của các chỉ tiêu đánh giá ys(Xsi), i=1,2,...n;
- Nhận dạng mặt chỉ tiêu nhờ phơng trình chính tắc:
s = B11 X 22 + ... + Bnn X n2

19

(2.9)


- Tìm toạ độ tối u của từng chỉ tiêu đánh giá;
- Phân tích ảnh hởng của các thông số đến hàm chỉ tiêu nhờ các mô hình hồi
quy (2.8) và chính tắc (2.9).
Bảng 2.1. Ma trận thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly 3 thông số vào [10]
TT

x1

x2

x3

1

-1

+1

+1

2

-1

-1

-1

3

+1

-1

+1

4

+1

+1

-1

5

0

0

+1

6

0

0

-1

7

-1

0

0

8

1

0

0

9

0

+1

0

10

0

-1

0

11

0

0

0

d/ Phơng pháp tìm tối u đa dạng mục tiêu
Thực tế trong nhiều trờng hợp, sau khi đà xây dựng đợc mô hình toán ở
dạng phơng trình hồi quy và chính tắc, các hệ số chính tắc Bii của các hàm chỉ tiêu
vừa có dấu dơng vừa có dấu âm, nên bề mặt của hàm chỉ tiêu thờng có dạng
minmax hình yên ngựa. Các tâm hình không phải là giá trị cực trị mong muốn.
Mặt khác các chỉ tiêu để đánh giá chất lợng làm việc của máy có quan hệ mật thiết
với nhau. Do vậy các thông số nghiên cứu thờng kh«ng cã tèi −u thùc sù, chØ cã

20


thể xác định đợc các giá trị tối u hợp lý của chúng, trên cơ sở xem xét các hàm
chỉ tiêu chính trong bài toán thơng lợng đa mục tiêu.
Phơng pháp thơng lợng có điều kiện hàm hợp với các yêu cầu cụ thể của
chỉ tiêu tỷ lệ hạt sót và tỷ lệ hạt vỡ, xác định giá trị của các thông số ảnh hởng, để
có đợc tỷ lệ hao hụt nhỏ nhất. Bài toán này đợc giải trên máy vi tính theo phần
mềm MATLAB đà đợc ứng dụng rộng rÃi trong việc xử lý các số liệu thực nghiệm
tại các cơ sở nghiên cứu khoa học.
2.4. Xử lý và gia công số liệu
2.4.1. Xử lý số liệu đo đạc
Trong nghiên cứu thực nghiệm máy, các kết quả đo đạc là ngẫu nhiên. Trong
kỹ thuật nông nghiệp, xác suất tin cậy thờng dùng trong khoảng 0,7 - 0,9, xác suất
của dụng cụ đo trong khoảng 0,95 - 0,99. Vì vậy các thí nghiệm cần lặp lại để đảm
bảo độ tin cậy của số liệu. Trong quá trình thí nghiệm khi thấy các số liệu có sai
lệch bất thờng chúng tôi tiến hành do lại để đảm bảo độ tin cậy và loại bỏ các kết
quả vênh.
Chúng tôi áp dụng các quy tắc xác suất thống kê toán học trong quá trình
tính toán, xử lý số liệu đo đạc. Sau khi mỗi thí nghiệm đợc lặp lại m lần ta đợc
các giá trị Xi (i = 1 ữ m).

- Giá trị trung bình của mỗi lần đo:
X =

1 m
Xi
m i =1

(2.10)

- Sai số bình phơng trung bình:

(X
m

=

i =1

i

X

)

2

(2.11)

m 1

- Sai sè trung b×nh:

21


tb =



(2.12)

m

Giá trị độ tin cậy đợc tính theo chn Student. Tra b¶ng víi α = 0,05, bËc tù
do f = m -1, khi đó giá trị độ tin cậy sẽ là: X t tb .
Các số liệu đợc kiểm tra theo luật phân bố chuẩn (quy tắc 3). Nếu sai số
giữa số liệu với giá trung bình X lớn hơn 3 thì loại bỏ. Trong trờng hợp X là giá
trị trung bình của các trị số trung bình thì theo phân bố student so sánh sai sè
Xi − X

X i − X víi sai sè trung bình theo tỷ số

= t . So sánh t với t, với t là giá trị

tb

tra bảng Student theo α = 0,05 vµ bËc tù do m - 1. Nếu t > t thì loại bỏ Xi [10].
2.4.2. Gia công số liệu
Sau khi có kết quả thí nghiệm chúng tôi dùng thuật toán phân tích phơng sai
để xác định:

- Chứng minh độ tin cậy về ảnh hởng của một số yếu tố không kiểm soát
đợc tới thông số mục tiêu cần nghiên cứu Ys, Yv, Yc là không đáng kể.
- Tính đồng nhất của phơng sai trong quá trình thí nghiệm để đánh giá sai
số ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm và mỗi mức biến thiên.
Nội dung của thuật toán phân tích phơng sai là [1], [10]:
+ Phơng sai yếu tố (Syt2) là tổng bình phơng sai lệch ở từng thí nghiệm giữa
giá trị trung bình Y j và giá trị trung bình tổng thể Yk .

(Y
k

Công thức xác định:

S

2
yt

=

j =1

j

Yk

k 1

)

2

(2.13)

Với k - 1 là số bậc tự do.
+ Phơng sai thí nghiệm ( Stn2) là tổng bình phơng sai số giữa giá trị trung
bình ở từng thí nghiệm Y j của các yếu tố Xi với các giá trị Yij ứng với mỗi lần đo lặp
lại của thí nghiệm đó.

22


∑ ∑ (Y
n

k

S

2
tn

=

j=1

i=1

− Y

ij

)

j

(Y

n

k

∑ ∑

2

j=1

=

N − k

i=1

− Y

ij

)

2

j

(2.14)

k ( n 1)

Dùng tiêu chuẩn Fisher để đánh giá tỷ số:

S

=

F

S

2
yt
2
tn

(2.15)

Đối chiếu với trị số Fb đợc tra từ bảng tiêu chuÈn Fisher víi α = 0,05, bËc tù
do f1 = k - 1, f2 = N - k. NÕu F > Fb thì phơng sai yếu tố là đáng kể nghĩa là ảnh
hởng của yếu tố đó đến thông số mục tiêu là đáng tin cậy, mô hình thí nghiệm là
thích ứng.
Để dánh giá tính đồng nhất của phơng sai ta phải tính phơng sai thí nghiệm

ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm và mỗi mức biến thiên của yếu tố đó theo công
thức:

(Y
n

S

2
j

=

i = 1

Y

ij

)

2

j

(2.16)

n 1

Vì số thí nghiệm lớn hơn 2 nên dùng chuẩn Kohren để đánh giá. Tính tỷ số G

giữa phơng sai cực đại Sj2 max với tổng phơng sai

k



j=1

S

2
j

và so sánh với giá trị

tra bảng Gb ( = 0,05, = m - 1, k = N(m - 1) ):

G =

S

2
j
k

∑

max

j =1

S

2
j

(2.17)

Phơng sai đợc coi là đồng nhất nếu G < Gb nghĩa là sự sai khác giữa các số
liệu trong cùng một thí nghiệm đảm bảo độ tin cậy. Trong trờng hợp G > Gb số
liệu thu đợc là không đáng tin cậy.
Tất cả các số liệu thí nghiệm của đề tài này đều đợc gia công theo phơng
pháp trên.

23


2.5. Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm và khảo nghiệm
a/ Mô hình máy đập đậu tơng thực nghiệm: theo mục tiêu, nhiệm vụ đặt
ra, chúng tôi chọn mô hình nghiên cứu có kích thớc bằng máy thực để làm thực
nghiệm.
b/ Các thiết bị đo lờng
- Đồng hồ đo vòng quay
- Thiết bị đo độ ẩm hạt nhanh Grainer 2
- Đồng hồ bấm dây
- Thớc đo, cân các loại
- Kính lúp
- Máy ảnh, Camera quay hình ảnh
- Khay gieo đo tỷ lệ nảy mầm...

24


Chơng iii: lựa chọn mô hình máy
Hiện nay cơ giới hoá việc đập tách hạt ngũ cốc đà đợc ứng dụng phổ biến
trên thế giới. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đà có của thế giới, những năm qua
Viện Cơ Điện Nông nghiệp, Khoa Cơ Điện Trờng Đại Học Nông nghiệp I Hà Nội,
Trờng Đại Học Nông nghiệp 4 và một số cơ sở khoa học và sản xuất khác đÃ
nghiên cứu và ứng dụng nhiều mẫu máy đập lúa, tẽ ngô theo nguyên tắc đập dọc
trục. Theo điều tra của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp máy đập dọc trục đang thực
hiện trên 90% việc đập tách hạt tại các vùng trồng lúa trọng điểm ở nớc ta.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đà có và từ thực tế điều tra khảo sát việc
đập tách hạt đậu tơng bằng máy đập lúa, để rút ngắn thời gian và giảm chi phí
chúng tôi lựa chọn nguyên lý làm việc, mô hình và một số thông số kỹ thuật của
máy đập đậu tơng giống dựa tên cơ sở nghiên cứu và thử nghiệm đập đậu tơng
đối với các mẫu máy đập lúa hiện có đang ứng dụng trong sản xuất hiện nay. Trớc
hết chúng tôi phân tích đặc điểm cáu tạo và nguyên tắc làm việc của một số mẫu
máy đập lúa chính đang ứng dụng rộng rÃi trong sản xuất.

3.1.

Máy đập lúa

3.1.1. Bộ phận đập

Bộ phận đập là bộ phận quan trọng nhất trong tất cả các máy đập tách hạt. Bộ
phận đập trên máy đập dọc trục đập có 3 phần chính: Trống đập, máng trống và nắp
trống.
3.1.1.1.

Trống đập

Kết cấu và các thông số làm việc của trống đập quyết định chất lợng làm
việc của máy đập. Hiện nay trong sản xuất có 3 loại trống ®Ëp chÝnh ®ang ®−ỵc øng

25