BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

MAI VĂN HOẠT

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ SỬ
DỤNG VÀ KẾT CẤU HỢP LÝ CHO LIÊN HỢP
MÁY THU HOẠCH NGHÊU
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. BÙI VIỆT ĐỨC

Hà Nội, 2014


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Sự cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Nước ta có bờ biển dài, có tiềm năng rất lớn về phát triển nuôi trồng thủy
hải sản. Trong số các loài thủy hải sản, nuôi nghêu là một trong những nghề đem
lại lợi ích kinh tế lớn. Nghêu hay ngao là tên gọi dùng để chỉ các loại động vật
thân mềm hai mảnh vỏ (nhuyễn thể) thuộc họ Veneridae chuyên sống ở vùng
nước ven biển có độ mặn cao, nước trong, nhiều đất cát sỏi phân bố chủ yếu ở

Đến năm 2020, diện tích nuôi nghêu 20.590 ha, sản lượng 206.300 tấn, kim
ngạch xuất khẩu đạt 198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng
102.688 tấn, kim ngạch xuất khẩu 154,02 triệu USD. Một trong những công việc
tốn nhiều sức lao động nhất trong quá trình nuôi nghêu là khâu thu hoạch. Thu
hoạch nghêu ở nước ta còn thủ công nên năng suất và chất lượng thấp, theo khảo
sát 60 người trong ba giờ thu hoạch được khoảng 0,8 tấn nghêu.
Với diện tích và sản lượng lớn, tăng đều hàng năm như vậy, việc cơ giới hóa
khâu thu hoạch nghêu, mà cụ thể là thiết kế, chế tạo máy thu hoạch nghêu đáp
ứng được các yêu cầu kỹ thuật - công nghệ, thay thế cho công việc thu hoạch thủ
công hiện nay là một việc làm cấp thiết, nhằm nâng cao năng suất chất lượng sản
phẩm, giảm chi phí sản xuất, thỏa mãn tối đa tính thời vụ cũng như các yêu cầu
ngày càng cao cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
Để có thể tạo ra một LHM thu hoạch nghêu hoàn thiện với đầy đủ các tính
năng kinh tế - kỹ thuật – công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu công
việc, cần phải thực hiện đầy đủ nhiều công đoạn phức tạp khác nhau liên quan
đến đối tượng tác động (con nghêu), điều kiện làm việc (nền đất), nguồn động
lực (máy kéo) và bộ phận công tác (máy thu hoạch).


3

Trên cơ sở thực hiện một phần công việc nằm trong đề án thiết kế chế tạo
Liên hợp máy thu hoạch nghêu cho các vùng nuôi nghêu ven biển nước ta, trong
phạm vi giới hạn và yêu cầu của một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật cơ khí, tác giả đề
xuất đề tài:
“Nghiên cứu xác định một số thông số sử dụng và kết cấu hợp lý cho
liên hợp máy thu hoạch nghêu”.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính năng
kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy, nhằm xác định giá trị hợp lý của các thông

(khoảng 200ha). và một số tỉnh duyên hải Bắc và Trung bộ.


5

Vùng nhiệt đới Tây Thái Bình Dương, từ Đài Loan đến Việt Nam (duyên
hải Nam bộ) rất phù hợp cho loài Nghêu Bến Tre (Meretrix lyrata) sinh trưởng
và phát triển. Nghêu Bến Tre là loài động vật thân mềm 2 mảnh vỏ (Bivalvia), ở
nước ta chúng phân bố tự nhiên ở khu vực vùng triều cửa sông ven biển các tỉnh
miền Tây Nam bộ như: Gò Công Đông (Tiền Giang), Cầu Ngang, Duyên Hải
(Trà Vinh), Bình Đại, Ba Tri, Thạnh Phú (Bến Tre), Vĩnh Châu (Sóc Trăng); ...
Môi trường sống của nghêu là các bãi có chất đáy cát bùn, chịu được độ mặn từ
7-25 ‰. Hình dạng: vỏ hình tam giác, nghêu lớn có chiều dài 40-50mm, chiều
cao 40-45mm và chiều rộng 30-35mm. Từ năm 1999 trong việc tìm kiếm đối
tượng nuôi phù hợp với điều kiện khí hậu của miền Bắc, nghêu Bến Tre được
người dân đưa vào nuôi thử nghiệm ở một số vùng cửa sông ven biển và đã cho
kết quả tốt.

Hình 1.1. Nghêu Bến Tre.


6

Nghêu Bến Tre là đối tượng đang được người dân quan tâm bởi giá trị
dinh dưỡng của nó. Thịt thơm ngon có nhiều chất dinh dưỡng trong đó Prôtêin
chiếm 15,66%, Lipit chiếm 3,43%, khoáng chiếm 3-13% và đang là một trong
những mặt hàng hải sản có giá trị xuất khẩu cao. Đặc biệt tháng 10/2008 Hội
đồng bảo tồn biển quốc tế vừa cấp giấy chứng nhận tiêu chuẩn thương hiệu MSC
(Marine Sterwarship Council) cho nghêu Bến Tre trở thành đặc sản biển đầu tiên
của cả khu vực Đông Nam Á. Sự công nhận này sẽ giúp con nghêu Bến Tre có

ươm ở các bãi. Chọn bãi nuôi nghêu ở vùng gần bờ, cách khoảng 500 m; không
quá gần cửa sông (vùng nước ngọt đổ ra biển); cách xa nơi bị ô nhiễm từ nguồn
nước thải nội địa, nhất là nơi thải của các loại hóa chất; ít bị sóng gió tác động,
thuận tiện cho việc chăm sóc và quản lý. Mặt bãi cần bằng phẳng, không ứ đọng
nước nhiều, có chế độ thủy triều lên xuống đều đặn, khi nước rút thì bãi hoàn
toàn cạn (thời gian phơi bãi khoảng 5-6 giờ/ngày). Chất đáy là cát bùn, trong đó
cát chiếm từ 70-90%.
Trước khi thả giống, cần nhặt bỏ các tạp chất có trong bãi, cắm cọc và rào
lưới chắn xung quanh.
Nghêu là loại động vật ăn lọc, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, còn lại là
sinh vật phù du-chủ yếu là tảo silic, tảo giáp, tảo lam, tảo lục và tảo kim. Nghêu
ăn và tăng trưởng mạnh từ tháng thứ hai đến tháng thứ năm. Mưa lũ làm giảm độ
mặn, khiến nghêu ít ăn và chậm lớn.
Khi nghêu tăng trưởng, khối lượng thịt tăng chậm hơn so với vỏ. Cứ 100
kg nghêu cỡ 35-37 mm (45-50 con/kg), ta thu được 7,7-8,3 kg thịt; nhưng với


8

100 kg nghêu to cỡ 49-50 mm (19-21 con/kg) thì chỉ thu được 6,7-7,3 kg thịt. Vì
vậy không nên để nghêu quá lớn mới thu hoạch.
1.1.2. Năng suất và các phương pháp thu hoạch nghêu ở nước ta
Năng suất nuôi nghêu
Theo khảo sát hiện nay năng suất nuôi nghêu trung bình là 20-25 tấn/ha,
nhưng nếu người nuôi có kinh nghiệm và kỹ thuật cao, chăm sóc tốt thì có thể
đạt 50-55 tấn/ha, như vậy nếu mật độ nghêu phân bố đều thì mỗi m2 bãi nuôi có
thể thu hoạch từ 2 đến 5,5 kg nghêu thịt.
Thu hoạch
Thu hoạch nghêu là khâu nặng nhọc, chiếm nhiều nhân công nhất trong
quy trình nuôi nghêu và quyết định rất nhiều đến năng suất. Giá ngày công lao

Nghêu hiện nay đã được nuôi theo hình thức tập trung ở các nước thuộc
khu vực châu Á như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan…, tuy nhiên
quy mô còn ở mức độ nhỏ vì vậy nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch chưa cao,
hiện nay hình thức thu hoạch chủ yếu vẫn là thủ công và sử dụng một số công cụ
hỗ trợ năng suất thấp.
1.2.2. Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở trong nước
Từ khi nghề nuôi nghêu ở nước ta hình thành và phát triển đến nay việc
thu hoạch nghêu hoàn toàn bằng thủ công. Khi thủy triều hạ dần để lộ những bãi
nghêu còn xâm xấp nước thì những người bắt nghêu dùng lưỡi cào hớt nhẹ lên
lớp cát để nhặt nghêu. Lưỡi cào rà đến đâu, nghêu hiện ra đến đó, được họ nhặt
cho vào gùi. Công việc cào nghêu chỉ kết thúc khi con nước bắt đầu lên cao.
Dụng cụ cào nghêu đơn giản chỉ là một cào sắt nhỏ có từ 5 đến 7 răng
nhưng công việc lại hết sức vất vả vì phụ thuộc vào thủy triều. Những người gắn
bó với nghề này nắm rõ quy luật lên xuống của con nước để kịp đi cào nghêu khi
nước vừa rút.
Sử dụng bơm nước tạo áp suất của dòng nước để loại bỏ lớp cát bề mặt và
gom nghêu thành đống là hình thức thu hoạch đã được ứng dụng tại một số vùng
chăn nuôi nghêu tập trung. Phương pháp thu hoạch này cho năng suất khá cao,
chất lượng nghêu thu hoạch đảm bảo về độ sạch, nhưng phụ thuộc nhiều vào vị


11

trí nguồn nước, gây xáo trộn bề mặt sau thu hoạch và chất lượng nghêu thương
phẩm không cao do nghêu bị ngậm cát.
Hiện nay Viện phát triển công nghệ Cơ – Điện Trường Đại học Nông
nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu thiết kế chế tạo một LHM thu hoạch nghêu cỡ nhỏ
năng sất 0.5 ha/h, có khả năng thu gom, phân loại và di chuyển ổn định trên nền
đất yếu. Hiện nay máy đang được thử nghiệm để tiếp tục hoàn thiện kết cấu và
nguyên lý làm việc, đặc biệt là cho các bộ phận máy công tác và hệ thống di



13

Các tính chất cơ lý của đất được nghiên cứu khá sâu ở các công trình
nghiên cứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TS
Phạm Văn Ngân. Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di
chuyển của máy kéo.
1.3.2. Khả năng chống nén của đất
Để nghiên cứu khả năng chống nén của đất thường người ta sử dụng thiết
bị chuẩn để ép đầu đo vào trong đất.
Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến  và biến dạng h trong quá trình nén
được thể hiện trong hình 1.4. Đồ thị này có tên gọi là đặc tính nén của đất hay
đường cong nén đất. Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần tương ứng
với ba giai đoạn của quá trình nén đất. Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự
nén chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và
độ biến dạng là tuyến tính. Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn tiếp
tục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số vùng
bao quanh khối đất. Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa
các hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và
quan hệ giữa chúng là phi tuyến. Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ
vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử
đất, quá trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn
toàn giữa khối đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị
cực đại. Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứng
suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng. Ở một số loại đất trong
giai đoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít.
Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực
(lực nén). Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất


giản nhất:

  hk ,

(1 – 1)

Trong đó:
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m3, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất.
h – Độ biến dạng của đất, m.


15

Để mô tả toàn bộ đường cong, M.G Becker đã đề suất hàm số mũ:

k



   0  k  hn ,
b


(1 – 2)

Trong đó:

k0 – Hệ số bám, N/m1+n.
b – đường kính đầu đo, m.



16

Trong quá trình cắt đất theo phương ngang xảy ra sự biến dạng và xuất
hiện các ứng suất tiếp tuyến. Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa biến
dạng  và ứng suất  có dạng như đồ thị trên hình 1.5.
τmax1

τ

τδ2
τmax2 =ττmax
δ2
τmax1 1
1
2

0
δ0
τm Hình 1.5. Đặcτmax1
tính cắt của đất
ax1
1 - Đất chặt; 2 - Đất xốp

δ
τm
ax1

Đối với đất chặt, ứng suất cắt cực đại  max và  0 , sau đó giảm dần đến một
giá trị tới hạn nào đó   1 rồi xảy ra trượt hoàn toàn (đường 1). Đối với đất xốp

2
ma
τ
1
x1
ma
τ

τδ = σtgφ
τmax1

x1
ma

φ

x1

0
τ

a)

∆
τma

0
τ

b)

c)

σ
τma
x1

x1

Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển động trên
các loại đất tự nhiên. Quá trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặc


18

bánh xe) với nền đất xảy ra phức tạp hơn. Các mấu bám cắt đất theo 3 mặt: mặt
đáy, và 2 mặt cạch. Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng
như hình 1.7. Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.8.
v
T

τc

x1

ma

τc

φ
ττ

đất do tác dụng của mẫu bám bánh
xe

Lực chống cắt của đất biểu thị qua công thức :
T = T0 + Ntg 

(1 – 6)

Trong đó : T0 – Lực dính.
N – Tải trọng pháp tuyến.

 - Góc ma sát trong.
Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là Tn = Tmax và fn là hệ số ma sát
nghỉ thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :
Tn = fnN ; fn = tg 

T0
;
N

Chia lực T0 và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận được :


19

0 

T0
- Là ứng suất chống cắt do lực dính tạo ra.
A


fn
fδ
p
0
τ Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ τf và hệ
Hình 1.9.
n
ma
ma số ma sát trượt f vào áp suất p
δ
x1

x1


20

Quan hệ giữa ứng suất cắt  và độ biến dạng Δ cũng tương tự như thí
nghiệm cắt đất trong hộp kín.
τ

τδ

τmax = τn
τmax2 = τδ2
τmax1

τδ
τmax

cắtaxgiới hạn τδ và ứng suất phápaxσ
1

1

Mô tả toán học đườn cong cắt đất
Đề mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker đề xuất áp dụng dao động điều
hòa có dạng:

X  B1e1t  B2e2t
Trong đó: B1,1, B2 ,2 - Các hệ số đặc trưng quá trình dao động.
M.G. Becker đã biến đổi phương trình trên để mô tả quan hệ giữa ứng suất

 và biến dạng Δ nhận được:

 





 

   0  ptg  exp  k2  k22  1 k1Δ  exp  k2  k22  1 k1Δ ;





(1 – 8)

Phân tích công thức này có thể rút ra một số nhật xét:
Khi biến dạng ∆ đủ lớn, ứng suất cắt τ dần đến giá trị hằng số. Quá trình
cắt đất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): trong giai đoạn đầu ứng suất và
biến dạng cùng tăng vì



 0 , còn giai đoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì
 0.



Giá trị giới hạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của đất. Hàm này
sẽ có giá trị cực đại tmax và chính là lực ma sát nghỉ.
Theo tính chất của hàm trên cho thấy bản chất về toán học và vật lý không
mẫu thuẫn nhau và tương đối phù hợp với các số liệu thực nghiệm.
Khái quát hoá các công thức (1 – 9) và sử dụng hàm hypebolic, ông V.V.
Kasưghin (người Nga) đã đề xuất công thức cho loại đất chặt:





f
 f p 1 td


 ch  
k








,

Hệ số biến dạng tỷ lệ với độ biến dạng ∆0 và phụ thuộc vào hệ số ma sát
tương đương:

k 

0

 1 1 f 2 
td

arc 
 2 ftd




,

Với độ chính xác tương đối, đất hoang hoá, độ ẩm trung bình, hệ số biến
dạng có thể tính theo công thức kτ = 0,4t (t – bước mấu xích của xích hoặc của
bánh xe).
Đối với đất dẻo (đường cong 2, hình 1.10), khi đó: fn = fδ và ftd = 0, công

Đặc điểm chung của loại này là giảm được áp lực riêng trên đất và có khả
năng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di động phức tạp, giá thành cao. Máy
kéo xích thường được sử dụng để hoàn thành các công việc cần lực kéo lớn như
san ủi, cày bừa trên đất độ ẩm cao, nhổ và ủi gốc cây, v.v…
Các loại này dùng để kéo hàng nặng trên nền đất hoặc đường tạm thời.
Chúng còn dùng như một đầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây
dựng (máy cạp, máy ủi, máy đào, cần trục, v.v…). Máy kéo xích có áp lực riêng
lên đất nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơn
bánh lốp. Tốc độ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên đất của
máy kéo xích là 0,1 MPa.
Thông số của máy kéo chủ yếu là lực kéo tại móc kéo, và cũng dựa vào đó
mà phân loại máy kéo thành từng nhóm. Lực kéo của móc kéo được xác định ở


24

vùng tốc độ làm việc chính 5 - 7 km/h đối với máy kéo bánh lốp. Lực kéo của
máy kéo xích gần bằng trọng lượng của nó. Các loại máy kéo công nghiệp
thường phân thành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN. Các loại máy
kéo công nghiệp có các loại khác nhau để có thể làm máy cơ sở cho xe nâng
hàng, máy ủi, máy xới, v.v… Công suất động cơ của chúng phân bố trong một
miền rất rộng từ 50 - 1800 kW hoặc hơn.
Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống
truyền lực, truyền lực các đăng, cầu chủ động, hệ thống di động, hệ thống treo
(hay còn gọi là hệ thống giảm xóc), hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ
thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác.
1.4.1. Hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm
truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo.
Hệ thống truyền lực có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen