BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ
SAU THU HOẠCH

TẠ HANH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CƠ BẢN
CỦA BỘ PHẬN BÓC LÁ MÍA TRONG LIÊN HỢP
MÁY THU HOẠCH MÍA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 62.52.01.03

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. TS. ĐỖ HỮU KHI
2. PGS.TS. LƢƠNG VĂN VƢỢT

HÀ NỘI – 2014


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên cứu xác định một số thông số cơ
bản của bộ phận bóc lá mía trong liên hợp máy thu hoạch mía” là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả nêu trong luận án này là

và ngoài cơ quan và đặc biệt các thành viên trong Gia đình đã giúp đỡ, ủng hộ
và động viên để tôi hoàn thành bản luận án này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận án


iii

MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục chữ viết tắt

vii

Danh mục các ký hiệu toán học

viii

Danh mục bảng


5

1.2.2

Yêu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch mía

6

1.3

Tình hình áp dụng công nghệ thu hoạch mía

7

1.3.1

Công nghệ thu hoạch để nguyên cây

7

1.3.2

Công nghệ thu hoạch cắt cây thành đoạn

7

1.4

Tính cấp thiết của việc bóc lá mía bằng bộ phận bóc


17

1.7

Tình hình nghiên cứu kết cấu cánh bóc lá

18

1.7.1

Một số kết quả nghiên cứu cánh bóc dựa trên hiện tƣợng miết, chải

18

1.7.2

Những nghiên cứu cánh bóc dựa trên quá trình tách, róc

20


iv

1.8

Lựa chọn răng bóc trong bộ phận bóc lá mía áp dụng nguyên lý
bóc lá mía tƣ thế cây nằm, chuyển dọc, gốc vào trƣớc

25


2.1.1 Xác định lực phân bố tác dụng lên răng bóc bằng phƣơng
pháp thực nghiệm
2.1.2

30

Xác định độ cứng của răng bóc bằng cáp thép khi uốn EI và khối
lƣợng đơn vị chiều dài μ

32

2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu

33

2.2.1

Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết

33

2.2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm

35


2.5.1

Hiệu chuẩn dụng cụ đo

51

2.5.2

Tiến hành thí nghiệm

51

Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THỐNG SỐ
CỦA BỘ PHẬN BÓC LÁ MÍA TRONG LIÊN HỢP MÁY THU
HOẠCH MÍA

54

3.1

Đặc điểm lá mía khi thu hoạch

55

3.2

Quá trình kẹp cây và rút cây của bộ phận bóc

56



65

3.4.4

Tần suất đập trung bình.

66

3.4.5

Khảo sát ảnh hƣởng quan hệ vận tiến của cây mía và số vòng quay
lô bóc tới chiều dài quét

67

3.4.6

Khảo sát ảnh hƣởng quan hệ R1 và h tới chiều dài quét

69

3.4.7

Khảo sát ảnh hƣởng V và nb tới hệ số quét lặp trung bình,

70

3.4.8



Kết quả khảo sát sơ bộ các yếu tố ảnh hƣởng đến w trong quá trình
tách, róc lá mía của răng bóc

80

3.5.5

Khảo sát ảnh hƣởng của EI đến w

82

3.5.6

Khảo sát ảnh hƣởng của lc đến w

84

3.5.7

Khảo sát ảnh hƣởng của R1 đến w

86

3.5.8

Khảo sát ảnh hƣởng của μ đến w

87


4.1.2

Kết quả đo hệ số ma sát của cây mía với các loại vật liệu

95


vi

4.1.3

Kết quả đo độ cứng của răng bóc khi uốn EI, khối lƣợng đơn vị
chiều dài μ của răng bóc

4.2

Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số tới khả năng làm
việc của bộ phận bóc lá mía

4.2.1

107

Ảnh hƣởng của lƣợng cung (q) cấp tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn
thƣơng cây (ψ) và chi phí năng lƣợng riêng Ne.

4.3

104



Các yếu tố đƣợc lựa chọn trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 111

4.3.2

Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm, xử lý đồng nhất phƣơng sai

4.3.3

Kết quả xác định mô hình hồi quy QHHTN đa yếu tố cho hàm

112

chất lƣợng làm việc của bộ phận bóc lá mía

115

4.3.4

Hàm tỷ lệ tổn thƣơng

118

4.3.5

Hàm chi phí năng lƣợng riêng

121

4.3.6


LHM

Liên hợp máy

LHMTHM

Liên hợp máy thu hoạch mía

FAO

Tổ chức Nông Lƣơng Liên Hiệp Quốc

NN-PTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn

USDA

United States Department of Agriculture

TT

Thứ tự

TN

Thí nghiệm

CCS


G1

kg

G2

kg

Khối lƣợng lá đƣợc bóc

GM

kg

Khối lƣợng cây mía gồm cả lá và thân trƣớc thí nghiệm

Khối lƣợng lá chƣa bóc
Khối lƣợng lá còn trên cây sau khi đi qua bộ
phận bóc

Hệ số bóc lá

k
b

mm

½ Chiều dài quét



ft
υms

rad

Góc ma sát
Hệ số ma sát động

fd
Lt

mm

Là đoạn đƣờng trƣợt của mẫu thử

s

mm

Khoảng dịch chuyển cây mía lệch khỏi vị trí ban đầu

E

N/m2

Mô đun đàn hồi của vật liệu

Iy



mm

Đƣờng kính cáp thép

Lực phân bố

m

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

m

Số lần thí nghiệm

S i2

Phƣơng sai thí nghiệm thứ i

S 2tn

Phƣơng sai trong các thí nghiệm


Giá trị thực mức trên

Xid

Giá trị thực mức dƣới

S2a

Phƣơng sai tuyển chọn

yˆ i

Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm i


x

Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích

k*

Số các hệ số trong mô hình hồi quy

Ftt



Tỷ lệ bóc sót

Y2

%

Tỷ lệ tổn thƣơng

GM

kg

GT

kg

Khối lƣợng thân cây sau bóc

Gtt

kg

Khối lƣợng tổn thƣơng trên thân cây mía

ωk

rad/s

Vận tốc góc lô kẹp


Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích

VR

m/s

Vận tốc đầu cánh rút tại lô rút

V

m/s

Vận tốc tiến của cây mía

R0

mm

R1

mm

Δ

mm


h

mm

Khoảng cách từ cây mía đến tâm lô bóc

l

mm

Bán kính trong lô bóc (đƣợc tính từ chân răng
bóc đến tâm lô)
Bán kính ngoài lô bóc (đƣợc tính từ đỉnh răng
bóc đến tâm lô)
Chiều dài quét
Lực ma sát giữa cánh kẹp (cao su) với thân
cây mía
Bán kính trong lô kẹp (đƣợc tính từ chân
cánh kẹp đến tâm lô)
Bán kính ngoài lô kẹp (đƣợc tính từ mép
trong bán nguyệt cánh kẹp đến tâm lô)
Quãng đƣờng lô bóc đi đƣợc một vòng 2π
Bán kính trong lô rút (đƣợc tính từ chân cánh
rút đến tâm lô)
Bán kính ngoài lô rút (đƣợc tính từ mép trong
bán nguyệt cánh rút đến tâm lô)

Khoảng cách giữa hai đỉnh nút xicloit giữa
hai dãy cánh bóc liên tiếp

Góc xoay tƣơng đối của mặt răng bóc

M

Nm

Mô men uốn

Q

N

Lực cắt của răng bóc.

N

N

Lực pháp tuyến

Flt

N

Lực quán tính ly tâm

A

mm2


mm

Khoảng cách từ tâm lô bóc đến phân tố đƣợc xét

p.dx

N

Hợp lực phân bố

Fx

N

Lực quán tính theo chiều X

Diện tích mặt cắt
Mật độ khối


xiii

DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

1.1


4.1

Một số thông số cấu tạo chính của cây mía

95

4.2

Hệ số ma sát của cây mía với một số loại vật liệu

95

4.3

Kết quả đo độ cứng của răng bóc khi uốn (EI), khối lƣợng đơn vị
chiều dài (μ) của răng bóc

96

4.4

Các yếu tố lựa chọn nghiên cứu

111

4.5

Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố vào


116

4.11

Đánh giá sai số của mô hình hồi quy.

118

4.12

Giá trị các hệ số và chuẩn Student

119

4.13

Đánh giá sai số của mô hình hồi quy

121

4.14

Giá trị các hệ số và chuẩn Student

122


xiv

DANH MỤC HÌNH

Sơ đồ cơ cấu bóc lá mía theo nguyên lý cấp cây – gốc vào trƣớc

13

1.6

Sơ đồ hệ thống lô cào bóc lá trên LHTH mía

14

1.7

Liên hợp máy thu hoạch mía nguyên cây của Úc áp dụng bộ phận

9

bóc sử dụng nguyên lý quạt thổi

15

1.8

Máy bóc lá mía trên hàng

16

1.9

Sơ đồ bộ phận làm sạch cây mía trên LHTH để nguyên cây


22

1.15

Bộ phận bóc theo nguyên lý bóc lá mía tƣ thế cây nằm, chuyển
dọc, gốc vào trƣớc với loại cánh bóc là cáp thép

27

2.1

Sơ đồ mô hình thí nghiệm xác định lực p

30

2.2

Sơ đồ thí nghiệm thử độ cứng răng cáp thép

32

2.3

Các bƣớc xây dựng mô hình toán

33

2.4

Mô hình bài toán của bộ phận bóc lá mía

2.9

Xác định khối lƣợng tổn thƣơng trên thân cây mía

53

3.1

Sơ đồ nguyên lý hoạt động bộ phận bóc lá mía

55

3.2

Lá mía trên cây

56

3.3

Sơ đồ nguyên lý làm việc và lực tác động lên cây mía của cặp lô
kẹp và rút

57

3.4

Các trƣờng hợp xảy ra khi cánh bóc tác động đến cây mía

59

68

3.10

Đồ thị ảnh hƣởng h và R1 đến Δ

69

3.11

Ảnh hƣởng của V, nb tới hệ số quyét lặp trung bình

70

3.12

Khảo sát chỉ tiêu tần suất đập trên 1 mét chiều dài

71

3.13

Mô hình biến dạng uốn của răng bóc khi cây mía tác động đến

72

3.14

Mô hình phân tố của răng bóc


83

3.20

Ảnh hƣởng của lc tới w trong quá trình tách, róc lá mía

85

3.21

Ảnh hƣởng của lc tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc

85

3.22

Ảnh hƣởng của R0 tới w trong quá trình tách, róc

86

3.23

Ảnh hƣởng của R0 tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc

86


xvi

3.24


Ảnh hƣởng của nb tới w ở thời điểm cuối quá trình tách, róc lá mía

91

3.30

Biên dạng răng bóc tại các thời điểm khác nhau

92

4.1

Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm bộ phận bóc lá mía

99

4.2

Sơ đồ mô hình khảo nghiệm bộ phận bóc lá mía

100

4.3

Giàn khảo nghiệm bộ phận bóc lá mía

100

4.4


106

4.10

Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc lc tới tỷ lệ sót (η)

107

4.11

Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc lc tới tỷ lệ tỷ lệ tổn thƣơng (ψ) 108

4.12

Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc lc tới chi phí năng lƣợng
riêng (Ne)

108

4.13

Ảnh hƣởng của lƣợng cung cấp (q) tới tỷ lệ sót (η)

109

4.14

Ảnh hƣởng của lƣợng cung cấp (q) tới tỷ lệ tổn thƣơng cây(ψ)



125

4.20

Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x1, x3

126

4.21

Ảnh hƣởng x1, x3 đến Ne

126

4.22

Ảnh hƣởng x1, x3 đến tỷ lệ η

126

4.23

Ảnh hƣởng x1, x3 đến tỷ lệ ψ

126

4.24

Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x1, x4


127

4.30

Ảnh hƣởng x2, x3 đến tỷ lệ η

127

4.31

Ảnh hƣởng x2, x3 đến tỷ lệ ψ

127

4.32

Mặt cắt các hàm quy hoạch theo x2, x4

128

4.33

Ảnh hƣởng x2, x4 đến Ne

128

4.34

Ảnh hƣởng x2, x4 đến tỷ lệ η

2012÷2013 diện tích mía cả nƣớc khoảng 300.000 ha (tăng so với vụ trƣớc
16.778 ha), sản xuất 16 triệu tấn mía (tăng 300 nghìn tấn so với vụ trƣớc). Để
đạt đƣợc mục tiêu này, ngành mía đƣờng cần phải giải quyết nhiều vấn đề:
tăng cƣờng biện pháp kỹ thuật thâm canh, sử dụng giống mới để tăng năng
suất mía, cơ giới hóa đồng bộ trong tất cả các khâu sản xuất, đồng thời cần
giảm tối đa tổn thất sau thu hoạch.
Thời gian thu hoạch chính của mía kéo dài từ 4 ÷ 6 tháng liên tục trong
một năm trùng với một hoặc hai vụ thu hoạch lúa. Mặc dù dân số ở khu vực
nông nghiệp lớn, nhƣng lại là những vùng trọng điểm, lực lƣợng lao động


2

thƣờng khan hiếm vào lúc thu hoạch rộ, giá công lao động khá cao, tăng dần
qua hàng năm. Đồng thời, các khâu thu hoạch nhƣ chặt gốc, róc lá, chặt ngọn,
bó cây, gom đống, chất lên xe vận chuyển … đƣợc thực hiện bằng lao động
thủ công. Công cụ chủ yếu là dao, cuốc bàn nhỏ. Do đó năng suất lao động
thấp, cƣờng độ lao động lớn, thất thoát mía còn nhiều. Trƣớc tình hình này,
việc cơ giới hóa trong khâu thu hoạch là cần thiết.
Yêu cầu quan trọng đặt ra cho khâu thu hoạch bằng cơ giới hóa là phải
giảm thiểu tối đa hao hụt. Theo Carlos Leon (Philsurin 3/2010): “Cứ 1% tạp chất
sẽ giảm đi 0,1 ÷ 2% tổng thu hồi trong chế biến có nghĩa là cứ tăng 1% tạp chất
sẽ mất đi từ 2 ÷ 4 kg đƣờng/tấn mía ép”, Việc bóc lá, loại bỏ tạp chất trƣớc chế
biến không những giảm hao hụt lƣợng đƣờng mà còn giảm chi phí cho công
đoạn tách bỏ tạp chất trong chế biến. Để loại bỏ tạp chất lá mía trong quá trình
thu hoạch có nhiều phƣơng pháp thu hoạch mía bằng máy liên hợp không có bộ
phận bóc lá mía trƣớc khi thu hoạch đƣợc đốt để loại bỏ phần lá, ngoài việc ảnh
hƣởng môi trƣơng, tiêu diệt các loại thiên địch có lợi thì phƣơng pháp này còn
làm đất chai cứng, mất cấu tƣợng. Thu hoạch bằng máy có bóc lá mía không
những giảm chi phí nhân công, mà còn trả lại cho đất một lƣợng lá mía lớn, giúp