Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi" trình bày các nội dung chính sau: Lựa chọn nguyên lý làm việc và kết cấu một số bộ phận bứt quả lạc tươi; Xây dựng mô hình toán quá trình bứt quả lạc trong buồng đập; Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng của một số thông số tới chất lượng làm việc, chi phí năng lượng riêng; Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và giải bài toán tối ưu bằng phương pháp thương lượng có điều kiện, đề xuất các thông số thiết kế chính của máy thu bứt quả lạc tươi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH ===*===============***================*=== LÊ QUYẾT TIẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH =====*================***================*===== LÊ QUYẾT TIẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 92.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. LÊ SỸ HÙNG 2. PGS. TS. ĐỖ HỮU QUYẾT HÀ NỘI - 2023
MỤC LỤC Lời cam đoan ...................................................................................................................i Lời cảm ơn ..................................................................................................................... ii Mục lục ......................................................................................................................... iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt .........................................................................vi Danh mục bảng biểu ......................................................................................................x Danh mục hình, biểu đồ ...............................................................................................xi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................6 1.1. Đặc điểm sinh học và cơ lý tính của cây lạc khi thu hoạch .................................6 1.1.1. Đặc điểm sinh học cây lạc trong giai đoạn thu hoạch ......................................6 1.1.2. Đặc điểm cơ lý của quả lạc khi thu hoạch ........................................................7 1.1.3. Mối liên kết giữa cây và quả lạc khi thu hoạch ................................................8 1.2. Tình hình sản xuất và cơ giới hoá khâu thu hoạch lạc trên thế giới và Việt Nam ...................................................................................................................................10 1.2.1. Tình hình sản xuất lạc trên thế giới .................................................................10 1.2.2. Tình hình cơ giới hóa sản xuất lạc trên thế giới ..............................................11 1.2.3. Tình hình sản xuất và cơ giới hóa sản xuất lạc ở Việt Nam ........................... 14 1.2.4. Công nghệ thu hoạch quả lạc ..........................................................................16 1.3. Một số kết quả nghiên cứu bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam ......18 1.3.1. Phân loại các bộ phận tách hạt ngũ cốc và quả lạc .........................................18 1.3.2. Bộ phận tuốt chải ............................................................................................ 19 1.3.3. Bộ phận đập .....................................................................................................25 1.4. Tình hình ứng dụng bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam .................42 1.4.1. Tình hình ứng dụng bộ phận bứt quả lạc trên thế giới ....................................42 1.4.2. Bộ phận bứt quả lạc áp dụng tại Việt Nam .....................................................44 1.5. Kết luận tổng quan ............................................................................................. 47 1.6. Đề xuất cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi ................48 1.6.1. Sơ đồ nguyên lý bộ phận bứt quả lạc tươi ......................................................48 1.6.2. Các thông số ảnh hưởng ..................................................................................49 iii
1.7. Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận án ..................................................50 1.7.1. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................50 1.7.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................51 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..52 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu .....................................................................52 2.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................ 52 2.2.1. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 52 2.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .......................................................................53 2.2.3. Thiết bị đo đạc .................................................................................................58 2.3. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................................58 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................58 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 61 2.3.3. Phương pháp xác định các yếu tố vào và thông số ra .....................................67 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC ........................................................69 3.1. Động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập dọc trục ........................... 69 3.1.1. Mô hình kết cấu bộ phận bứt quả lạc trong buồng đập ...................................69 3.1.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quá trình bứt quả lạc .......................73 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình bứt quả ....................79 3.2. Nghiên cứu quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập .83 3.2.1. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 1 ...........................................84 3.2.2. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 2 ...........................................90 3.2.3. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 3 ...........................................90 3.2.4. Quá trình dịch chuyển của cây lạc ở giai đoạn 4 ............................................91 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình dịch chuyển của khối cây lạc ........................................................................................................................91 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...................................99 4.1. Lựa chọn các thông số ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc .............................................................................................................................. 99 4.2. Kết quả nhiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố .....................................................102 4.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ quay trống đập n (v/ph) ............................................102 iv
4.2.2. Ảnh hưởng của lượng cung cấp q (kg/s) .......................................................104 4.2.3. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng h(mm).........................107 4.2.4. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập L (mm) .................................................109 4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố......................................................111 4.3.1. Lựa chọn các yếu tố đầu vào và phương án ..................................................111 4.3.2. Lựa chọn mức biến thiên, khoảng biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố vào ...........................................................................................................................111 4.3.3. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm ...................................................................112 4.4. Nghiên cứu tối ưu các thông số của bộ phận bứt quả lạc ................................125 4.4.1. Cở sở bài toán tối ưu .....................................................................................125 4.4.2. Kết quả nghiên cứu tối ưu .............................................................................125 4.4.3. Kiểm chứng kết quả thu nhân từ mô hình hồi quy và kết quả thử nghiệm tại điểm tối ưu ..............................................................................................................127 4.4.4. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm .......128 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .......................130 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ .....131 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................132 PHỤ LỤC ...................................................................................................................138 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Diễn giải Đơn vị Chữ viết tắt LHM Liên hợp máy LHMTHL Liên hợp máy thu hoạch lạc FAO Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc NN-PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn TT Thứ tự TN Thí nghiệm BP Bộ phận BPĐ Bộ phận đập QHHTN Quy hoạch hóa thực nghiệm PTHQDT Phương trình hồi quy dạng thực N1-N4 Các ngăn thu quả dưới sàng N5 Cửa thoát liệu CĐNN Cơ điện nông nghiệp CNSTH Công nghệ sau thu hoạch mi Số lần lặp lại ở điểm thứ i yij Giá trị thông số ra ở điểm thứ i, lần lặp thứ j yi Giá trị trung bình thông số ra ở điểm thứ i S i2 Phương sai thí nghiệm thứ i S2 tn Phương sai trong các thí nghiệm Fb Chuẩn Fisher Gb Giá trị Kohren Ntn Số thông số nghiên cứu xi Giá trị mã của các thông số thứ i Xi Giá trị thực của các thông số thứ i X0i Giá trị thực của thông số thứ i ở mức cơ sở εi Khoảng biến thiên của thông số vi
Xit Giá trị thực mức trên Xid Giá trị thực mức dưới S2a Phương sai tuyển chọn ˆ yi Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm i k* Số các hệ số trong mô hình hồi quy Ftt Giá trị tính toán của chuẩn Fisher Sb0; Sbj ... Các ước lượng độ lệch trung bình theo hệ số hồi quy b0; bi ... Các giá trị hệ số hồi quy cần kiểm tra ys Cực trị của hàm mục tiêu ~ Các thông số vào theo hệ tọa độ mới X Bii Hệ số phương trình chính tắc ~ Giá trị tối ưu Y Y1 Hàm độ sót % Y2 Hàm độ vỡ ‰ Y3 Hàm chi phí công suất kW Mt Tổng lượng quả có trong thí nghiệm g Ms Khối lượng quả sót g Lượng quả thu được dưới sàng tại các ngăn trước chiều Mds g dài tương ứng, g. n Vận tốc quay của trống vòng/phút q Lượng cung cấp kg/s mc Khối lượng cây trên băng tải cấp liệu kg Lb Chiều dài băng tải cấp liệu mm vb Vận tốc băng tải cấp liệu m/s λ Góc nâng gân dẫn hướng độ h Chỉ số góc nâng gân dẫn hướng mm Di Đường kính trong của nắp trống mm Dn Đường kính ngoài của nắp trống mm D Đường kính danh nghĩa của trống bứt quả (đường kính mm đi qua đỉnh răng) vii
D0 Đường kính vòng chân răng (vòng tròn ngoại tiếp các mm thanh trống) L Chiều dài trống mm η Độ sót % Mt Tổng lượng quả có trong thí nghiệm g Ms Khối lượng quả sót g Mds Lượng quả thu dưới sàng g ψ Độ vỡ ‰ Mv Khối lượng quả vỡ có trong lượng quả dưới sàng g Rt Bán kính quay của gốc cây lạc m Rm Bán kính từ tâm trống quay đến trọng tâm quả lạc m  Vận tốc quay của trống rad/s  Góc quay của bán kính OA so với phương nằm ngang rad m Khối lượng quả lạc kg N Chi phí công suất kW g Gia tốc trọng trường m/s2 aht Gia tốc hướng tâm m/s2 T Lực căng của cuống quả lạc N Góc nghiêng của cuống quả lạc so với phương nằm βc rad ngang φq Góc quay của quả lạc so với phương nằm ngang rad lq Khoảng cách từ trọng tâm quả lạc tới cuống m lc Chiều dài cuống m Gq Trọng lượng quả lạc N Plt Lực quán tính ly tâm N Fcr Lực quán tính Coriolid N ft Hệ số ma sát tĩnh giữa cây lạc với thép fd Hệ số ma sát động giữa cây lạc với thép Et Modul đàn hồi của thép Pa Ee Modul đàn hồi của quả lạc Pa ftq Hệ số ma sát tĩnh ftq của quả lạc với thép viii
fdq Hệ số ma sát động fdq của quả lạc với thép v/ph vòng/phút A(B)C Hàm số(Biến số)Tham số rs Bán kính thanh sàng mm ds Đường kính thanh sàng mm ls Khoảng cách giữa các thanh sàng mm ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tổng hợp sinh thái, tính chất cơ lý các giống lạc khi thu hoạch [5] ............... 8 Bảng 1.2. Sản lượng lạc năm 2020 của các nước sản xuất lạc lớn [59] ........................ 10 Bảng 1.3 Một số thông số chính của BPĐ máy BL-500 [5] ......................................... 42 Bảng 1.4. Bảng tổng hợp một số bộ phận bứt quả lạc tươi ........................................... 46 Bảng 2.1. Một số thông số của cây lạc và quả lạc ......................................................... 52 Bảng 2.2. Các thông số chính của bộ phận bứt quả ...................................................... 57 Bảng 2.3. Ma trận thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly; n = 4 ..................................... 63 Bảng 4.1. Bảng tổng hợp các thông số cố định ........................................................... 100 Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các thông số ảnh hưởng ...................................................... 101 Bảng 4.3. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu nghiên cứu ....................................................... 101 Bảng 4.4. Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố vào ............................................ 112 Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm hàm độ sót η, % ........................................................... 112 Bảng 4.6. Giá trị các hệ số và chuẩn Student .............................................................. 113 Bảng 4.7. Đánh giá sai số của mô hình hồi quy độ sót ............................................... 114 Bảng 4.8. Kết quả thí nghiệm hàm độ vỡ quả ψ ‰..................................................... 116 Bảng 4.9. Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm độ vỡ quả ψ .................................. 117 Bảng 4.10. Đánh giá sai số của mô hình hồi quy độ vỡ .............................................. 118 Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm hàm chi phí công suất N, kW .................................... 121 Bảng 4.12. Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm chi phí công suất ........................ 122 Bảng 4.13. Đánh giá sai số của mô hình hồi quy chi phí công suất ............................ 123 Bảng 4.14. Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau126 x
DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1. Cây lạc ............................................................................................................. 6 Hình 1.2. Cây lạc khi thu hoạch ...................................................................................... 7 Hình 1.3. Các mối liên kết của quả lạc [23] .................................................................... 9 Hình 1.4. Đo độ bền kéo của các bộ phận khác nhau của quả lạc [23]. .......................... 9 Hình 1.5. Liên hợp máy đào- nhổ cây lạc tại Mỹ .......................................................... 11 Hình 1.6. Liên hợp máy thu hoạch quả lạc COLOMBO [61] ....................................... 12 Hình 1.7. Máy thu hoạch lạc một giai đoạn tại Đài Loan [7] ........................................ 12 Hình 1.8. Máy bứt quả lạc cấp liệu thủ công và cấp liệu bán tự động tại Ấn Độ ......... 13 Hình 1.9, LHM đào nhổ và LHM thu gom-bứt quả lạc tại Ấn Độ................................ 13 Hình 1.10. Máy tuốt quả lạc: Sơ đồ cấu tạo (PNS/BAS 315:2021) .............................. 14 Hình 1.11. Sản lượng lạc của Việt Nam từ năm 2011 đến năm 2021 ........................... 14 Hình 1.12. Máy bứt quả lạc ........................................................................................... 15 Hình 1.13. Máy bứt quả lạc di động [64], [65].............................................................. 16 Hình 1.14. Công nghệ và phương pháp thu hoạch lạc .................................................. 17 Hình 1.15. Phân loại các bộ phận tách hạt .................................................................... 19 Hình 1.16. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc kiểu tuốt chải cấp liệu tự động [24] ............................................................................................................ 21 Hình 1.17. Sơ đồ cấu tạo (a) và nguyên lý làm việc (b) của bộ phận bứt quả. [28] ...... 22 Hình 1.18. Mô phỏng tác động của thanh bứt với quả lạc bằng phần mềm Workbench - LS-Dyna [28] ................................................................................................................. 22 Hình 1.19. Răng chải dạng tấm phẳng (a) và dạng tấm cong (b). ................................. 23 Hình 1.20. Sơ đồ dàn khảo nghiệm bộ phận bứt quả [BS.31] ....................................... 24 Hình 1.21. Sơ đồ cấu tạo trống bứt quả lạc [BS.32] ..................................................... 24 Hình 1.22. Bộ phận đập kiểu trồng thanh (a) và trống răng (b) .................................... 26 Hình 1.23. Cấu tạo chung của bộ phận bứt quả dòng tiếp tuyến nhiều tầng [33] ......... 26 Hình 1.24. Cấu tạo trống bứt quả (a) và răng lò xo (b) [33] ......................................... 27 Hình 1.25. Sơ đồ quy trình bứt quả lạc trong BPĐ tiếp tuyến [34]............................... 27 Hình 1.26. Phân loại bộ phận đập dọc trục [53] ............................................................ 28 Hình 1.27. Máy bứt quả lạc (a) và Liên hợp máy bứt quả lạc(b) [36] .......................... 29 xi
Hình 1.28. Cấu tạo của trống đập dọc trục [36] ............................................................ 30 Hình 1.29. Phân bố tọa độ các ô đón hạt dưới sàng [36] .............................................. 31 Hình 1.30. Phổ phân bố hạt dưới sàng theo hai phương [36] ....................................... 31 Hình 1.31. Bộ phận đập dọc trục đặt trên máy thu gom-bứt quả lạc [37] ..................... 32 Hình 1.32. Bộ phận đập dọc trục [38] ........................................................................... 33 Hình 1.33. Trống bứt quả có khâu bằng cao su [39] ..................................................... 33 Hình 1.34. Cấu tạo trống đập lạc kiểu thanh xoắn [40]................................................. 34 Hình 1.35. Sơ đồ cấu tạo của bộ phận đập hỗn hợp tiếp tuyến- dọc trục [41] .............. 36 Hình 1.36. Quy trình vận hành và sơ đồ cấu tạo bộ phận bứt quả hỗn hợp [41] .......... 36 Hình 1.37. Nắp trống đập dọc trục [41]......................................................................... 37 Hình 1.38. Các thông số của máng trống [41] ............................................................... 38 Hình 1.39. Bộ phận đập dọc trục [42] ........................................................................... 39 Hình 1.40. Bộ phận đập tiếp tuyến nhiều tầng [42] ...................................................... 39 Hình 1.41. Bộ phận đập hỗn hợp tiếp tuyến- dọc trục [42] ........................................... 40 Hình 1.42. Máy thu hoạch với bộ phận đập kiểu tiếp tuyến [42] .................................. 40 Hình 1.43. Sơ đồ nguyên lý làm việc của khung thử nghiệm [5].................................. 41 Hình 1.44. Bộ phận bứt quả lạc tươi ............................................................................. 48 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí giàn thí nghiệm bộ phận bứt quả lạc ......................................... 53 Hình 2.2. Giàn thí nghiệm tại Xưởng Viện CĐNN và CNSTH .................................... 54 Hình 2.3. Cấu tạo trống bứt quả lạc thử nghiệm ........................................................... 54 Hình 2.4. Cấu tạo thanh trống xoắn ............................................................................... 55 Hình 2.5. Cấu tạo máng trống ....................................................................................... 55 Hình 2.6. Cấu tạo và cách bố trí gân nắp trống ............................................................. 56 Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống dẫn động cho băng tải cấp liệu ............................................. 56 Hình 2.8. Mô hình bài toán của bộ phận bứt quả lạc..................................................... 61 Hình 3.1. Bộ phận bứt quả lạc lắp trên dàn thí nghiệm ................................................. 69 Hình 3.2. Sự phân vùng trong không gian trống ........................................................... 70 Hình 3.3. Quá trình bứt quả lạc do thanh sàng .............................................................. 72 Hình 3.4. Sơ đồ xác định vị trí bán kính OA và quả lạc ............................................... 73 Hình 3.5. Quá trình chuyển động của quả lạc giữa 2 thanh sàng .................................. 74 Hình 3.6. Sơ đồ mô tả va chạm của quả lạc vào thanh sàng ......................................... 76 xii
Hình 3.7. Quỹ đạo tâm đầu quả lạc ............................................................................... 79 Hình 3.8. Sự thay đổi lực căng T theo thời gian ........................................................... 79 Hình 3.9. Ảnh hưởng của vận tốc quay của trống nq tới lực căng lớn nhất Tmax và lực va đập Pmaxvới các khoảng cách thanh sàng ls (mm) khác nhau................................. 81 Hình 3.10. Ảnh hưởng của khoảng cách thanh sàng ls tới lực căng lớn nhất Tmax và lực va đập Pmax với các vận tốc quay của trống nq (v/ph) khác nhau ......................... 81 Hình 3.11. Ảnh hưởng của bán kính thanh sàng rs(mm) tới lực căng lớn nhất Tmax và Pmax với các vận tốc quay của trống nq (v/ph) khác nhau ........................................... 82 Hình 3.12. Cấu tạo bộ phận bứt quả lạc ........................................................................ 83 Hình 3.13. Các lực tác dụng lên khối cây lạc ................................................................ 85 Hình 3.14. Quỹ đạo khối lạc xét trong hệ toạ độ quay xOy .......................................... 92 Hình 3.15. Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc ra khỏi răng 1 với chiều cao răng R (mm) khác nhau (hàm 2()R) ..................................................................... 93 Hình 3.16. Ảnh hưởng của chiều cao răng R tới góc ra khỏi răng 1 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(R)) .......................................................................... 93 Hình 3.17. Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với chiều cao răng R (mm) khác nhau (hàm 2()R) ..................................................... 94 Hình 3.18. Ảnh hưởng của chiều cao răng R tới tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(R)) ..................................................... 94 Hình 3.19. Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với khe hở nắp trống Rnap (mm) khác nhau (hàm 2()Rnap) ..................................... 95 Hình 3.20. Ảnh hưởng của khe hở nắp trống Rnap (mm) tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(Rnap)) ........................... 95 Hình 4.1. Mô hình bài toán của bộ phận bứt quả lạc................................................... 102 Hình 4.2. Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới độ sót (η) ................................. 102 Hình 4.3. Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới độ vỡ (ψ) ................................. 103 Hình 4.4. Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới chi phí công suất ..................... 104 Hình 4.5. Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ sót η ............................................... 105 Hình 4.6. Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ vỡ (ψ) ............................................. 106 Hình 4.7. Ảnh hưởng của lượng cung cấp chi phí công suất ...................................... 106 Hình 4.8. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới độ sót η ................ 107 Hình 4.9. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới tới độ vỡ (ψ) ........ 108 xiii
Hình 4.10. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới chi phí công suất (kW) ............................................................................................................................. 109 Hình 4.11. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập tới độ sót η ....................................... 110 Hình 4.12. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập tới độ vỡ (ψ) ..................................... 110 Hình 4.13. Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau127 Hình 4.14. Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X2 ........................... 127 Hình 4.15. Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X3 ........................... 128 Hình 4.16. Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X4 ........................... 128 xiv
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Cây lạc thuộc nhóm cây công nghiệp ngắn ngày, là một trong năm loại cây chế biến dầu quan trọng trên thế giới. Tại nước ta lạc được trồng trên 61 trong số 63 tỉnh thành trong cả nước. Nhiều vùng chuyên canh cây lạc đã được hình thành trên cả 3 miền như ở Bắc Giang, Nghệ An, Đồng Nai, Tây Ninh vv.... mang lại hiệu quả kinh tế cao, thích hợp trong cơ cấu luân canh tăng vụ, cải tạo đất và có vị trí quan trọng trong quá trình chuyển dịch cơ cấu cây trồng trong thời gian tới. Hiện nay với diện tích khoảng 200-250 ngàn ha, sản lượng lạc vỏ gần 400 ngàn tấn/năm và theo dự báo của Bộ NN và PTNN diên tích và năng suất còn tiếp tục tăng trong những năm tới. Tại một số địa phương đã xây dựng mô hình sản xuất lạc cao sản với quy mô lớn với năng suất lên tới 50 tạ/ha. Trong sản xuất cây lạc thì thu hoạch là khâu có ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng và chất lượng nông sản hàng hoá, diễn ra trong thời gian ngắn, tốn nhiều lao động và lao động nặng nhọc. Với phương pháp thu hoạch lạc thủ công hiện nay, chi phí lao động cao, đòi hỏi từ 70 đến 75 công/ha (trong đó khâu bứt quả chiếm 60%). Hiện nay trên thế giới đã tồn tại và phát triển công nghệ thu hoạch quả tươi và khô. Công nghệ thu hoạch quả tươi có thể thực hiện theo các phương pháp thu hoạch một, hai và nhiều giai đoạn. Công nghệ thu hoạch quả khô có thể thực hiện theo phương pháp hai và nhiều giai đoạn. Trong đó, công nghệ thu hoạch quả tươi theo phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn được xem là thích hợp với các nước có trình độ phát triển công nghiệp thấp, trồng nhiều vụ trong năm, đồng ruộng có kích thước nhỏ hẹp như nước ta và các nước châu Á khác. Ở nước ta, việc thu hoạch lạc được thực hiện chủ yếu theo công nghệ thu hoạch quả tươi bằng phương pháp nhiều giai đoạn, bao gồm đào nhổ, thu gom và bứt quả tươi. Các máy liên hợp thu hoạch lạc theo phương pháp một giai đoạn được nhập khẩu hoặc nghiên cứu trong nước chưa được ứng dụng trong sản xuất do nhiều nguyên nhân. Cho dù áp dụng công nghệ thu hoạch nào, phương pháp thu hoạch nào thì công đoạn bứt quả, được thực hiện bởi bộ phận bứt quả, luôn là công đoạn không thể thiếu và là công đoạn quan trọng nhất, có ảnh hưởng quyết định đến năng suất chất lượng của toàn bộ hệ thống máy. Bộ phận bứt quả có thể đặt trên máy bứt quả tĩnh tại cũng 1
như đặt trên máy liên hợp trong hệ thống thu hoạch một hoặc hai giai đoạn với sự kết hợp với các bộ phận làm việc khác. Những năm gần đây đã có nhiều máy bứt quả lạc với các bộ phận bứt quả có công suất khác nhau được chế tạo trong nước đã được sản xuất chấp nhận. Tuy nhiên các bộ phận bứt quả đặt trên các máy này được chế tạo theo dạng chép mẫu từ các máy nhập từ nước ngoài hoặc theo kinh nghiệm mà không dựa trên các kết quả nghiên cứu bài bản nên chất lượng làm việc của máy không ổn định và không có cơ sở tin cậy khi nhà sản xuất muốn chế tạo máy với các cỡ công suất khác nhau. Để lựa chọn máy thực hiện cơ giới hóa thu hoạch lạc ở nước ta cần thiết dựa trên các cơ sở: Máy phải phù hợp với công nghệ thu hoạch đang phổ biến, phương pháp thu hoạch dễ tiếp cận, dễ đầu tư, giải quyết được việc làm cho lao động thủ công vẫn còn ở nông thôn. Do đó việc nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc máy bứt quả lạc tươi phù hợp với phương pháp thu hoạch lạc ở Việt Nam, để làm chủ công nghệ tạo ra các mẫu máy có mô đun khác nhau, giảm tổn thất phù hợp với điều kiện chế tạo ở nước ta là rất cần thiết. Với những phân tích như trên, việc thực hiện luận án: “Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi” với mục tiêu góp phần đặt cơ sở cho việc thiết kế các mẫu máy với bộ phận bứt quả có mô đun khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất từng vùng tại Việt Nam là nội dung nghiên cứu có tính cấp thiết, phù hợp với yêu cầu của thực tiễn sản xuất. 2. Mục tiêu nghiên cứu Có được cơ sở khoa học quá trình bứt quả lạc tươi, xác định được một số thông số kỹ thuật chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc và chi phí năng lượng của bộ phận đập, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy bứt quả lạc tươi. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình xảy ra với khối cây-quả lạc sau khi được đưa vào bộ phận bứt quả. Dưới tác động của bộ phận bứt, quả lạc được bứt khỏi cây và được phân ly khỏi khối thân cây. Đây là một quá trình phức tạp bao gồm những tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với khối cây- quả. 2
Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình này như: vận tốc quay của trống, chiều dài trống, khe hở giữa răng trống và máng trống, khe giữa răng trống và nắp trống, góc nâng gân dẫn hướng, kích thước và khoảng cách giữa các thanh sàng, chiều cao và góc nghiêng của răng trống, v.v... Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu mức độ và quy luật ảnh hưởng của các thông số đó đến các chỉ tiêu chất lượng và năng suất của bộ phận bứt quả như: độ sót, độ vỡ, chi phí công suất… để chọn được bộ thông số phù hợp nhất. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Để có cơ sở tính toán thiết kế bộ phận bứt của máy bứt quả lạc tươi, luận án tập trung nghiên cứu sâu về quá trình diễn ra trong buồng công tác, bao gồm quá trình bứt quả lạc, quá trình di chuyển của khối thân quả và quá trình phân ly quả nhằm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định thông số làm cơ sở thiết kế ra các mẫu máy có mô đun khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất từng vùng tại Việt Nam. Với các giả thiết: - Về động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập: là quá trính bứt quả tại vùng nửa dưới của trống: + Coi khối lạc là chất điểm khi chuyển động trong buồng đập + Lực trọng trường rất nhỏ so với lực quán tính ly tâm tác dụng lên khối lạc + Cuống quả có chiều dài không đổi, nối bản lề với thân cây lạc và quả lạc - Về quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập: là quá trình chuyển động sau khi thoát ra khỏi vùng nửa dưới của trống ( gồm 4 giai đoạn): Luận án tập trung nghiên cứu giai đoạn 3 là giai đoạn vận chuyển cây lạc theo chiều dọc trục. Giai đoạn này có ảnh hưởng rất quan trọng tới năng suất, độ sót của máy. - Giống lạc để nghiên cứu là giống lạc L20 được trồng phố biến tại Việt Nam - Qua nghiên cứu các công trình trong và ngoài nước thực hiện cũng như qua thử nghiệm sơ bộ, luận án thừa kế một số thông số: đường kính trống, cấu tạo và chiều dài răng đập, khe hở răng đập và sàng. 4. Nội dung nghiên cứu ND1. Lựa chọn nguyên lý làm việc và kết cấu một số bộ phận bứt quả lạc tươi. ND2. Xây dựng mô hình toán quá trình bứt quả lạc trong buồng đập ND3. Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng của một số thông số tới chất lượng làm việc, chi phí năng lượng riêng. 3
ND4. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và giải bài toán tối ưu bằng phương pháp thương lượng có điều kiện, đề xuất các thông số thiết kế chính của máy thu bứt quả lạc tươi. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5.1. Ý nghĩa khoa học - Bằng việc khảo sát mô hình động lực học quá trình tương tác giữa quả lạc với các thanh sàng của bộ phận bứt quả lạc tươi, thông qua lực căng T kéo đứt cuống lạc đã xác định được vùng giá trị làm việc của các thông số: đường kính thanh sàng  8 mm; số vòng quay của trống ≥ 500 vòng/phút và khoảng cách giữa các thanh sàng  65 mm; - Thông qua khảo sát mô hình động lực học quá trình di chuyển khối cây lạc trong không gian giữa trống và nắp trống của bộ phận bứt quả lạc tươi, bằng lý thuyết đã xác định được: góc nghiêng của răng trồng   - 60; chiều cao răng trống R  80 mm và khe hở nắp trống Rnap  100 mm; - Thông qua cứu thực nghiệm đơn và đa yếu tố và giải bài toán tối ưu có điều kiện, đã xác định các giá trị tối ưu của các thông số chính: số vòng quay của trống n, chiều dài trống L, lượng cung cấp q và chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h, đảm bảo bộ phận bứt quả lạc tươi làm việc đạt chất lượng và hiệu quả cao; - Kết quả nghiên cứu bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học về bộ phận bứt quả lạc tươi nói riêng, máy thu hoạch lạc nói chung và cũng là tài liệu tham khảo hữu ích trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Đã góp phần hoàn thiện một số thông số về thiết kế và thông số về ứng dụng để chế tạo máy bứt quả lạc tươi trong phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn. Đã chế tạo bộ phận bứt quả lạc chiều dài trống đập L= 1,5 m; với vận tốc n= 600 vòng/phút; chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h= 218 mm được ứng dụng trong sản xuất thực tế cho thấy độ sót dưới 1.02% và độ vỡ quả nhỏ hơn 10‰. 6. Những đóng góp mới của luận án - Đề xuất nguyên lý và cấu tạo bộ phận bứt quả trên của máy bứt quả lạc tươi - Xây dựng được mô hình khảo sát động lực học của tâm đầu quả lạc và sự thay đổi lực căng của cuống quả lạc trong quá trình va chạm với thanh sàng của bộ phận bứt quả làm cơ sở cho việc xác định các thông số của bộ phận bứt quả lạc 4