1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latin (Crantz, 1976) và
được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993). Ở châu Á, khoai mí được du
nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G. Rajendran et al, 1995) và du nhập vào Việt
Nam khoảng giữa thế kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1995) [8, 9]. Hiện chưa
có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên ở nước ta.
Hiện tại, cây sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới
và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người. Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn
thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là
71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn nhiều nhất là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế
đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Nước có năng suất
sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng
suất sắn bính quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008). Việt Nam đứng thứ
mười về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới. Tại Việt Nam, sắn được canh
tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái. Diện tìch sắn trồng nhiều
nhất ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên.
Trồng sắn bằng máy đã được nhiều nước nghiên cứu rất sớm. Điển hính là
Ấn Độ, Brazin, Malaisia, Thái Lan và gần đây nhất là Trung Quốc với 3 hướng cơ
giới hóa trồng sắn là liên hợp máy rạch hàng trồng hom cây sắn kết hợp thủ công,
liên hợp máy trồng sắn bán tự động và máy trồng sắn tự động (dạng liên hợp máy
hoặc máy tự hành). Nhưng cho đến nay chưa thấy có bất kỳ công bố khoa học hay
thương mại nào về mẫu máy trồng sắn tự động mà vẫn còn trong các giai đoạn
nghiên cứu về nguyên lý, mô hính.
Ở liên hợp máy trồng sắn bán tự động gồm có hai loại chình sau là liên hợp
máy trồng từ hom sắn bán tự động và liên hợp máy trồng từ thân cây sắn bán tự
động (không cần phải chuẩn bị hom trồng). Với liên hợp máy trồng từ hom sắn bán
tự động thực hiện công đoạn trồng sắn trên cơ sở hom đã được chuẩn bị (cắt thân
2
cây sắn thành hom trồng), còn với liên hợp máy trồng từ thân cây sắn bán tự động
thực hiện công đoạn trồng sắn không cần chuẩn bị hom trồng.
Trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay cây sắn là cây lương thực
quan trọng thứ ba sau lúa và ngô. Hiện nay cây sắn đang có xu hướng tăng cả diện
tìch và sản lượng, cạnh tranh với các loại cây trồng khác như lúa, mìa. Tuy nhiên
cây sắn vẫn là một trong những loại cây trồng có mức độ cơ giới hóa thấp nhất.
Ngay việc trồng sắn vẫn còn theo lối thủ công theo kiểu rạch hàng, bỏ hom kể cả ở
các vùng chuyên canh sắn của cả nước như Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, vùng núi
và trung du Bắc Bộ. Mặc dù cho đến thời điểm hiện tại đã có nhiều đề tài khoa học
các cấp về cơ giới hóa canh tác cây khoai mí, trong đó có 01 đề tài cấp nhà nước về
cơ giới hóa canh tác khoai mí, (thực hiện từ năm 2007 – 2010, nghiệm thu năm
2011) do trường đại học Nông nghiệp Hà Nội là cơ quan chủ trí và TS. Hà Đức Thái
làm chủ nhiệm đề tài [16]. Một trong những sản phẩm khoa học chình của đề tài cấp
nhà nước này là máy cắt hom và máy trồng sắn. Hai máy cắt hom sắn và máy trồng
sắn của đề tài cấp nhà nước nằm chung một hệ thống phục vụ trồng sắn bằng cơ giới
hóa. Tuy nhiên tất cả các sản phẩm khoa học của đề tài đều không triển khai ứng
dụng được vào sản xuất. Nguyên nhân chủ yếu là do máy trồng sắn của đề tài thực
hiện trồng bằng hom đã cắt sẵn cho năng suất thấp, giá thành trồng cao (thậm chí
cao hơn trồng bằng phương pháp cơ giới kết hợp thủ công) khoảng cách giữa các
hom trên hàng trồng không đều ví phụ thuộc vào thao tác thả hom của người lao
động theo trồng, cường độ của người lao động theo trồng cao, phải đầu tư thêm máy
cắt hom mà thời gian sử dụng thấp. Ví cùng trong hệ thống máy trồng sắn nên máy
cắt hom sắn cũng không thể ứng dụng vào sản xuất.
Giống như cây mìa, cây sắn cũng trồng bằng hom, nên có sự giống nhau về
nguyên lý làm việc của máy trồng. Các điểm khác biệt chình là ở chỗ hom sắn
thường dễ bị thương tổn hơn so với hom mìa và yêu cầu nông học có sự khác biết
nhau. Tuy nhiên ựa vào mẫu máy trồng mìa mà một số quốc gia trên thế giới đã đưa
ra mẫu máy trồng sắn tương tự và ứng dụng có hiệu quả vào sản xuất. Nhờ sử dụng
máy trồng mìa bán tự động trồng sắn thẳng từ nguyên liệu cây hom không qua cắt
3
hom trồng trước đã góp phần gia tăng năng suất, sản lượng, giảm chi phì canh tác,
giá thành sắn.
Điểm đặc biệt đối với máy trồng bằng hom cứng như cây mìa và cây sắn là
cơ cấu cắt hom trồng. Nhiệm vụ của cơ cấu cắt hom không chỉ đảm bảo độ dài hom
trồng, hom không bị dập nát mà còn đảm bảo khoảng cách giữa các hom trồng trên
hàng theo quy định. Quá trính làm việc, hom trồng được cắt và rải tự động xuống
rãnh trồng. Cơ cấu cắt hom trồng cho mìa và sắn theo nguyên lý cắt kiểu trục cán.
Nguyên lý cắt này mới chỉ ứng dụng trong một số ngành hẹp về sản xuất thực phẩm
để cắt bánh kẹo, thực vật. Ví vậy lý thuyết cắt kiểu trục cán chưa được nghiên cứu
đầy đủ. Do đó trong quá trính thiết kế, chế tạo máy trồng sắn (hay mìa) từ nguyên
liệu cây hom, các cán bộ và chuyên gia kỹ thuật thiếu cơ sở khoa học khi xác định
các thông số làm việc cho cơ cấu cắt hom nhằm đảm bảo đầy đủ các yêu cầu nông
học về hom trồng. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng hom cắt không đứt, chiều dài
hom không đảm bảo, hom bị dập nát không chỉ tiết diện cắt mà có khi trên cả thân
hom, truyền động cho cơ cấu cắt không hợp lý. Ví vậy việc nghiên cứu động học và
động lực học cơ cấu cắt hom sắn của máy trồng sắn có tình cấp thiết, mang tình thời
sự, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao. Đây là cơ sở khoa học để thiết kế
cơ cấu cắt hom nói riêng và máy trống sắn nói chung.
Được sự chấp thuận của khoa Sau đại học, Ban Giám hiệu trường đại học
Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Thị Thanh, tôi xin
thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu động học và động lực học cơ cấu cắt hom sắn của máy trồng
sắn”
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu một số thông số động học và động lực học của cơ cấu cắt hom sắn
kiểu trục cán trên máy trồng sắn.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán.
4
Phạm vi nghiên cứu về quá trính động học và động lực học cơ cấu cắt hom
sắn kiểu trục cán.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu
phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài.
Áp dụng phương pháp giải tìch toán học, cơ học giải tìch khi nghiên cứu
động học và động lực học cơ cấu cắt kiểu trục cán.
Áp dụng phương pháp QHTN trong việc xây dựng hàm mục tiêu.
Các thông số TƯH được xác định bằng tối ưu hóa mô hính toán học mô tả
hàm mục tiêu. Quá trình tính toán TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng
phần mềm của các tác giả Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn
(1998) và kiểm tra lại bằng thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài là:
Bổ sung phát triển lý thuyết tình toán cơ cấu cắt kiểu trục cán chưa được đề
cập ở trong nước, mặc dù cơ cấu này đã bắt đầu được ứng dụng trong một số máy
móc nông nghiệp như máy trồng sắn, máy trồng mìa, máy cắt bánh kẹo, cắt bún, …
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là:
Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm cơ sở tình toán thiết kế cơ cấu cắt thân
thực vật kiểu trục cán và lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho cơ cấu cắt.
5
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Tổng luận các kết quả nghiên cứu ngoài nước
Cũng như ở Việt Nam, khi chưa có máy trồng sắn, việc cắt hom sắn làm hom
trồng được thực hiện bằng thủ công (hính 1.1). Việc cắt hom bằng dao thủ công cho
năng suất thấp, người lao động tốn nhiều sức, chiều dài hom không đồng đều, dao
cùn hay tấm kê không tốt có thể làm dập hom làm ảnh hưởng đến sinh trường và
phát triển của cây sắn sau này. Cắt hom sắn bàng dao thủ công phù hợp với phương
thức trồng sắn bằng thủ công hay trồng sắn kiểu cơ giới hóa kết hợp thủ công.
Trong đó công việc cơ giới hóa khi trồng chỉ là rạch hàng tạo rãnh, còn lại bằng lao
động thủ công.
Hình 1.1. Cắt hom khoai sắn bằng thủ công của nông dân ở Thái Lan.
Từ nhu cầu trồng sắn tập trung hoặc khi sử dụng máy trồng sắn từ hom bán tự động,
nên có yêu cầu cung cấp khối lượng hom lớn thí công tác cắt hom bằng thủ công
không thìch hợp. Từ nhu cầu này làm xuất hiện các máy cắt hom sắn.
Là Quốc gia đứng hàng thứ hai trên thế giới cả về năng suất lẫn sản lượng
sắn, Thái Lan đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo các máy cắt hom để phục vụ cho việc
trồng sắn ở các vùng chuyên canh. Hính 1.2 trính bày cấu tạo máy cắt hom sắn của
Thái Lan [6]. Cấu tạo của máy gồm có khung máy, trên đó lắp đĩa cắt, đĩa đỡ hom,