ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
o0o
HOÀNG TRUNG KIÊN
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐẬP TÁCH HẠT CỦA MÁY GẶT
ĐẬP LIÊN HỢP THU HOẠCH LÚA
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số: 60520103
Thái Nguyên, 2013
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sản xuất nông nghiệp đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, đảm bảo đầy đủ
lương thực, thực phẩm cho xã hội, có dự trữ và xuất khẩu. Từ đó góp phần ổn định
nền kinh tế, chính trị xã hội của đất nước, đồng thời khẳng định vị thế quan trọng
của nông nghiệp và nông thôn trong nền kinh tế quốc dân.
Trong sản xuất nông nghiệp từ xưa đến nay, sản xuất lúa gạo luôn giữ vai trò
chủ đạo, chiếm tỷ trọng khoảng 90% tổng sản lượng lương thực sản xuất hàng năm.
Đó là một quá trình lao động nặng nhọc với nhiều công đoạn, trong đó, khâu thu
hoạch tiêu tốn khoảng 30 ÷ 40% chi phí lao động và là khâu có cường độ lao động
vất vả, căng thẳng nhất. Chất lượng sản phẩm chịu ảnh hưởng và được quyết định
bởi nhiều yếu tố tổng hợp nhưng ảnh hưởng trực tiếp và trước tiên vẫn là khâu thu
hoạch. Trước thực tế là cơ cấu mùa vụ thay đổi, kỹ thuật canh tác cũng như nhiều
giống lúa mới năng suất cao được đưa vào áp dụng khiến cường độ lao động, mức
độ nặng nhọc của khâu thu hoạch gia tăng. Vì lẽ đó, khâu thu hoạch lúa cần được
trang bị các loại máy gặt đập liên hợp, đáp ứng nhu cầu thu hoạch lúa phù hợp với
từng vùng sản xuất.
Thực tế những năm gần đây, loại hình máy gặt đập liên hợp đã được đưa vào
sử dụng ở một số vùng miền trồng lúa trên cả nước đem lại hiệu quả kinh tế cao.

4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan vấn đề thu hoạch lúa ở Việt Nam.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đập, xác định các yếu tố ảnh hưởng trong
khâu đập tách hạt; lý thuyết quy hoạch thực nghiệm; lý thuyết đồng dạng – mô hình
– thứ nguyên.
- Thực nghiệm, phân tích kết quả.
- Ứng dụng lý thuyết đồng dạng, mô hình tính toán bộ phận đập.
3
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 3
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam
Nước ta có lịch sử và truyền thống trồng lúa nước lâu đời và là nước có diện
tích trồng lúa đứng hàng thứ 6 trên thế giới. Hiện nay trong tổng số diện tích tự
nhiên 33095700ha có khoảng 26226400ha sử dụng cho đất nông nghiệp, với
4120200ha diện tích để trồng lúa nước, được phân bố trên cả 7 vùng sinh thái: Miền
Núi và Trung Du phía Bắc, vùng Đồng Bằng Sông Hồng (ĐBSH), vùng khu 4 cũ
(K4), vùng duyên hải Miền Trung (DHMT), vùng Tây Nguyên (TN), vùng Đông
Nam Bộ (ĐNB) và vùng Đồng Bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) [13]. Trong 7 vùng
sản xuất nêu trên thì hai vùng ĐBSH và ĐBSCL đóng vai trò rất quan trọng, đây là
hai vùng sản xuất lúa trọng điểm của cả nước đảm bảo được an toàn lương thực
quốc gia và cung cấp gạo cho xuất khẩu. Theo thống kế năm 2011 tại hai vùng có:
Diện tích trồng lúa chiếm 68,4% cả nước [14]. Sản lượng lúa cả năm chiếm 71,3%
cả nước [15].Bình quân sản lượng lúa và diện tích lúa trên một lao động nông
nghiệp cao nhất cả nước.
Đối với khu vực ĐBSH diện tích canh tác đạt tới mức giới hạn tối đa. Sản
lượng lương thực đảm bảo duy trì ổn định nhu cầu cho khu vực và các tỉnh miền núi

đã chuyển diện tích lúa mùa sang gieo sạ lúa Đông Xuân. Tính chung lúa cả năm
năng suất đạt 55,3 tạ/ha [23], sản lượng đạt khoảng 42324,9 nghìn tấn, tăng 2319,3
nghìn tấn so với năm 2010 [15].
1.2. Vị trí khâu thu hoạch trong sản xuất lúa
Thu hoạch là một trong những khâu lao động nặng nhọc nhất trong quá trình
sản xuất liên tục. Hầu hết các nước trồng lúa ở vùng nhiệt đới và trên thế giới nói
chung, phần lớn công việc gặt hái vẫn còn dùng sức lao động thủ công và công cụ
liềm hái cầm tay. Chi phí công lao động có thể lên tới 120 người giờ/ha [26-28].
Trong khâu thu hoạch, cắt gặt là công đoạn đầu tiên, nó ảnh hưởng lớn đến sản
lượng và chất lượng sản phẩm. Do điều kiện tự nhiên và tập quán canh tác ở nhiều
5
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 5
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
nước trên thế giới, cũng như các vùng trồng lúa ở nước ta có khác nhau nên yêu cầu
kỹ thuật đối với công cụ và máy cắt gặt cũng như quy trình thu hoạch lúa cũng khác
nhau.
1.3. Các phương pháp thu hoạch lúa bằng máy
1.3.1 Phương pháp thu hoạch một giai đoạn
1.3.2 Phương pháp thu hoạch lúa nhiều giai đoạn
1.4. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng máy thu hoạch lúa trên thế giới
1.4.1. Phương pháp thu hoạch lúa một giai đoạn
1.4.2. Phương pháp thu hoạch lúa nhiều giai đoạn
1.5. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng máy thu hoạch lúa ở Việt Nam
Trước đây cũng như hiện nay ở nước ta quy trình thu hoạch lúa chủ yếu là
phương pháp nhiều giai đoạn, được tiến hành với các bước sau:
- Cắt gặt lúa - Thu gom lúa - Tuốt hoặc đập tách hạt. - Làm sạch sơ bộ, thu
gom hạt, bảo quản - Xử lý rơm rạ.
1.5.1 Máy gặt bó
1.5.2 Máy gặt rải lượm
1.5.3 Máy gặt lúa rải hàng

1.6.4. Bộ phận đập phân ly và làm sạch
1.6.5. Bộ phận làm sạch
1.6.6. Vít tải
1.6.7. Gầm máy
1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đập tách hạt của máy gặt đập liên
hợp và hướng nghiên cứu.
Quá trình đập là quá trình phá vỡ sự liên kết giữa hạt và gié. Sự làm việc của
bộ phận đập chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố thuộc về vật liệu đập như: loại giống,
độ ẩm khối lúa, tỷ lệ hạt trong khối lúa, độ chín của lúa, tạp chất cỏ rác. Các yếu tố
7
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 7
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
thuộc về cấu tạo của bộ phận đập như: số thanh hoặc răng trống đập, góc bao, độ
dài trống, đường kính trống, vận tốc trống, khe hở giữa trống và máng trống.
Trên thế giới có nhiều nghiên cứu về trống đập. Petre I. Miu, Heinz-Dieter
Kutzbach đã mô hình hóa và mô phỏng quá trình đập tách hạt trong trống đập [1].
Còn để đo thất thoát khi máy làm việc, C.A. Glasbey, M.B. Mc Gechan đã có
nghiên cứu về thất thoát ngẫu nhiên trên trống đập của máy gặt đập liên hợp [2];
M.J. Le Flufy, G.T. Stone có công trình về điều khiển tốc độ của trống đập giữ ở
một mức cố định trong việc đo lượng tổn thất hạt trong quá trình đập [3]. Du Chen,
Feng Kang, Qingyuan Zhu and Shumao Wang lại tập trung nghiên cứu điều khiển
tốc độ máy gặt đập liên hợp trên cơ sở mô hình công suất tiêu thụ tối ưu của trống
đập [4]. Kế đến là hàng loạt nghiên cứu về mô hình toán của dòng nguyên liệu
chuyển động trong trống đập một trục [5], nghiên cứu độ ổn định của máy gặt đập
liên hợp [6], những lợi ích của hệ thống điều khiển tốc độ khác nhau của máy gặt
đập liên hợp [7]. Như vậy chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của lượng lúa đưa
vào trống đập và tốc độ quay của trống đến độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm.
Luận văn này trình bày quá trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để xác
định mối quan hệ giữa lượng lúa đưa vào trống đập và tốc độ quay của trống đến độ
sót và tỷ lệ hạt theo rơm. Bằng cách áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, một

với độ sót vào tỷ lệ hạt theo rơm, cuối cùng chọn ra chế độ làm việc tối ưu cho máy
gặt đập liên hợp. Nghiên cứu thực nghiệm sẽ tiến hành trên máy GLH-1500A.
Chương 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Trống đập của máy gặt đập liên hợp GLH-1500A.
- Nguyên liệu : Lúa Q5 cần thu hoạch.
- Địa điểm nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết tại Viện Cơ Điện Nông Nghiệp
và Công Nghệ sau Thu Hoạch, nghiên cứu thực nghiệm tại : Đông Vinh – Đông
Hưng – Thái Bình.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực
nghiệm đơn yếu tố
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đập tách hạt trên máy gặt đập
liên hợp, các yếu tố đó là: Loại giống lúa, Độ ẩm khối lúa, Tỷ lệ hạt trong khối lúa,
Độ chín của hạt lúa, Lượng lúa đưa vào trống đập, Vận tốc trống đập, Đường kính
trống đập, Chiều dài trống đập, Số thanh trống, Góc bao, Khe hở giữa trống và
máng trống. Để lựa chọn những yếu tố chính, ta có thể dùng phương pháp tìm hiểu
thu thập thông tin qua các tài liệu tham khảo và lấy ý kiến của chuyên gia, nhờ đó
có thể loại bỏ bớt những yếu tố không cần thiết. Trong điều kiện và khuôn
khổ của luận văn, tác giả chọn những thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng đập
tách hạt, đó là: lượng lúa cung cấp vào trống đập và tốc độ quay của trống đập.
Ký hiệu các yếu tố như sau:
10
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 10
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
- x
1
: Lượng lúa cung cấp vào trống đập, x
2

s
. Biến đầu
vào là lượng lúa cung cấp vào trống đập và tốc độ quay của trống.
11
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 11
y
t
: tỷ lệ hạt
theo rơm
Máy gặt đập
liên hợp
(hộp đen)
x
2
: tốc độ quay
của trống đập
x
1
: lượng lúa đưa
vào trống đập
y
s
: độ sót
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
3. Ứng dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố để tìm phương trình toán
mô tả ảnh hưởng của các yếu tố kể trên và lựa chọn được bộ thông số làm
việc hợp lý của máy gặt đập liên hợp nhằm đạt được tỷ lệ hạt theo rơm y
t
và độ sót y
s

AB
q
tb
11,0
β
=
(kg/s) (3.1)
- A là sản lượng lúa thu hoạch trên 1 ha tính bằng tấn.
13
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 13
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
- B là bề rộng làm việc của máy gặt liên hợp (m).
- v là vận tốc chuyển động của máy (m/s).
-
β
là tỷ lệ trọng lượng hạt chứa trong toàn bộ trọng lượng hạt và rơm.
Lượng cung cấp riêng được xác định theo công thức trên là lượng cung cấp
riêng trung bình.
3.2.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình làm việc của bộ phận đập
3.2.3.1. Vận tốc quay của trống đập
Vận tốc quay của trống đập đặc trưng bởi số vòng quay trong một phút hay
vận tốc góc, vận tốc vòng của trống đập. Dựa vào lý thuyết đập rụng hạt ta thấy
rằng công để làm rụng một hạt có khối lượng m là:
2
.
2
mv
hGL ==
(3.2)
Trong đó v là vận tốc của hạt, nếu vận tốc của trống là v

0
π
vì thế ta lấy:
14
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 14
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
∫
===
2/
0
64,0
2
2
π
π
α
π
α
α
d
Cos
Cos
tb
Do đó ta có:
( )
[ ]
2
1
2
1

164,0
1
ε
(3.3)
Ở đây v
tr
là vận tốc tới hạn làm hỏng hạt.
3.2.3.2. Lực đập
Lực P cần thiết để đập theo V.P. Goriatskin là:
FPP +=
1
(3.4)
Trong đó:
- P
1
: lực làm rụng hạt và làm biến dạng cây lúa.
- F : lực ma sát.
'
1
vm
dt
dm
vP ==
(3.5)
fPF =
(3.6)
- f là hệ số.
Theo Goriatskin: f = 0,2 ÷ 0,85
15
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 15

1
ωω
BAN +=
(3.9)
N
2
chính là tích số của lực đập P và vận tốc v.
Ta có:
f
vm
N
−
=
1
.
2'
2
(3.10)
Như vậy công suất cần thiết để trống làm việc là:
( )
f
vm
BAN
−
++=
1
'.
2
3
ωω

2
ω
ω
(3.13)
Đây là phương trình cơ bản của trống đập, cân bằng giữa công nhận được và
công tiêu thụ. Từ phương trình cơ bản ta suy ra những kết quả sau:
+ Vận tốc giới hạn:
'
)1(
30
2
m
fN
R
n
th
−
=
π
(vg/min)
Ta cũng có thể xác định vận tốc giới hạn
bằng đồ thị (hình 3.4). Hoành độ giao
điểm của hai đường biểu diễn hàm số
dt
d
ω
cho ta vận tốc tới hạn
th
ω
.

3.2.4. Những thông số cấu trúc của bộ phận đập
Những thông số chính của trống đập là: chiều dài l, đường kính D, số thanh
I, số vòng quay n. Những thông số này ảnh hưởng nhiều đến chất lượng và năng
suất làm việc của bộ phận đập: Chiều dài trống l, Đường kính trống D, Vận tốc
trống, Số thanh trống i.
17
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 17
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
1. Các máy gặt đập liên hợp thu hoạch lúa sử dụng hai loại bộ phận đập chủ
yếu là: đập tiếp tuyến và đập dọc trục. Trong đó bộ phận đập tiếp tuyến
thường được sử dụng vì cho năng suất đập cao.
2. Xây dựng được cơ sở lý thuyết làm việc của trống đập, bao gồm: tính toán
vậc tốc quay của trống đập, lực đập, công suất cần thiết, phương trình cơ
bản của trống đập, lượng lúa cung cấp vào trống đập.
Chương 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐẬP TÁCH HẠT CỦA
MÁY GLH -1500A
3.1. Mục đích thí nghiệm
- Xác định các thông số chính ảnh hưởng đến độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm sau
khi đập trên máy gặt đập liên hợp GLH – 1500A.
- Chỉ ra các mối quan hệ giữa các thông số ảnh hưởng và hàm mục tiêu bằng
thực nghiệm (những đại lượng này khó hoặc không thể xác định được bằng tính
toán lý thuyết).
- Lựa chọn được giá trị tốc độ quay của trống đập và lượng lúa đưa vào trống
để độ sót và tỷ lệ hạt theo rơm là nhỏ nhất.
3.2. Đối tượng thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là giống lúa Q5:
18

1
=x
m, ρ = 1,2 kg/m
2
.
Suy ra:
{ }
5,40;5,34;5,28=q
kg.
* Thông số đầu ra: Tỷ lệ hạt theo rơm y
t
, % ; Độ sót hạt y
s
, %.
3.4. Thiết bị thí nghiệm
3.4.1 Máy gặt đặp liên hợp GLH -1500A
3.4.2 Thiết bị đo
Máy đo tốc độ vòng quay, Cân, Thước dây, Các thiết bị thu gom, hứng,
đựng, sàng, xảy thóc.
19
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 19
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
3.5. Mô hình thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành
trên thửa ruộng có kích thước là
25x134,55m được chia thành các
đường chạy với bề rộng lần lượt là:
0,95m; 1,15m; 1,35m.
Hình 4.2. Mô hình thí nghiệm
3.6. Tiến hành thí nghiệm

1
(m)
x
2
(v/p
)
Y (g)
Y
T.R 1
Y
sót 1
Y
Tổng 1
Y
T.R 2
Y
sót 2
Y
Tổng 2
Y
T.R 3
Y
sót 3
Y
Tổng 3
1
1.3
5
500
104.

3
1.3
5
700 106
10.8
25616.8
0
105.
5
10.7
5
22616.2
5 104.9
10.9
1
25115.8
1
4
0.9
5
700 105
10.7
18615.7
0
105.
5
10.6
5
15116.1
5 105.2

104.
4
10.3
4
18114.7
4
104.1
4
10.2
5
18114.3
9
7 1.1 700 104 10.5 24114.5 104. 10.5 22115.1 103.9 10.4 21114.3
21
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 21
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
5 0 6 5 5 8 8
8
1.1
5
500 104
10.5
20114.5
0
104.
5
10.6
1
23115.1
1 103.8

vào trống x
1
đến tỷ lệ hạt theo rơm y
t
* Thiết kế thí nghiệm
Trong Minitab, kích menu: Start\DOE\Response Surface\Create Response
Surface Design.
* Nhập các kết quả thí nghiệm vào phần mềm.
* Phân tích kết quả thí nghiệm
Kích menu Start\DOE\Response Surface\Analyze Response Surface
Design. Kết quả phân tích mô hình hồi quy hiển thị trong cửa sổ Secssion.
Vậy mô hình hồi quy nhận được là:
21
2
2
2
121
058,0003,2676,2417,0303,0751,100 xxxxxxy
t
−++++=
(4.1)
* Đồ thị bề mặt chỉ tiêu:
Trong Minitab, kích menu Start\DOE\Response Surface\Contour, Surface
Plots. Với mỗi dạng đồ thị, kích nút Setup để thiết lập các thông số.
22
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 22
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Hình 4.4. Đồ thị bề mặt (trái) và đường mức (phải)
Từ đồ thị đường mức, kích chuột phải, chọn Crosshairs để xác định vùng
cực trị, theo đó ta nhận được thông số tối ưu như sau:

21
2
2
2
121
0425,04236,0212,00683,007,00423,10 xxxxxxy
s
−++++=
(4.2)
23
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 23
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
* Đồ thị bề mặt chỉ tiêu:
Trong Minitab, kích menu Start\DOE\Response Surface\Contour, Surface
Plots. Với mỗi dạng đồ thị, kích nút Setup để thiết lập các thông số.
Hình 4.6. Đồ thị bề mặt (trái) và đường mức (phải)
Từ đồ thị đường mức, kích chuột phải, chọn Crosshairs để xác định vùng
cực trị, theo đó ta nhận được thông số tối ưu như sau:
Hình 4.7. Giá trị tối ưu
- Lượng lúa đưa vào trên chiều
dài cắt x
1
:
mmx 1150
1
≈
- Tốc độ quay của trống đập x
2
:
pvx /600

−++++=
21
2
2
2
121
0425,04236,0212,00683,007,00423,10 xxxxxxy
s
−++++=
Mong muốn tiếp theo là tìm được giá trị cụ thể của x
1
và x
2
sao cho y
t
và y
s
là
nhỏ nhất. Sử dụng chức năng tối ưu hóa đa mục tiêu Respone Optimizer trong
Minitab 16 ta nhận được kết quả tối ưu như sau:
- Lượng lúa đưa vào trên chiều dài cắt x
1
:
mmx 1150
1
=
tương ứng với q =
34,5kg
- Tốc độ quay của trống đập x
2


và y
s
đều đạt giá trị nhỏ nhất
%40674,0=
t
y
;
%04076,0=
s
y
, tức là tổn hao khi
thu hoạch lúa là thấp nhất. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết khi tính toán
chế độ làm việc cho máy gặt đập liên hợp, đó là khi tăng lượng lúa cung cấp vào
25
Thực hiện: Hoàng Trung Kiên 25