Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu xác định một số thông số cơ bản của bộ phận bóc lá mía trong liên hợp máy thu hoạch mía
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 trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác và các thông tin trích dẫn trong luận án đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận án Tạ Hanh ii LỜI CẢM ƠN Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hƣớng dẫn: TS. Đỗ Hữu Khi - Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, PGS.TS. Lƣơng Văn Vƣợt - Trƣờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn và giúp đỡ để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, tập thể cán bộ Trung tâm Máy Nông nghiệp và Thủy khí, bộ môn Nghiên cứu cơ giới hoá chăn nuôi, bộ môn Điện - Tự động hóa, phòng Khoa học – Đào tạo và Hợp tác quốc tế thuộc viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hội cơ khí nông nghiệp Việt Nam; cảm ơn ban Giám hiệu trƣờng Cao đẳng nghề Cơ khí Nông nghiệp và các đơn vị, cá nhân trong Nhà trƣờng đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đậu Thế Nhu. Bằng tấm lòng của mình, thầy đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong 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 xiii Danh mục hình xiv MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1 Tình hình sản xuất mía tại Việt Nam và trên thế giới 3 1.2 Tình hình cơ giới hoá khâu thu hoạch mía 5 1.2.1 Nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch mía 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 8 1.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bộ phận bóc lá mía 9 1.5.1 Nguyên lý bóc lá mía tƣ thế ngang cây 9 1.5.2 Nguyên lý bóc lá mía tƣ thế cây nằm, chuyển dọc 12 1.5.3 Nguyên lý làm sạch cây mía bằng khí động học 15 1.6 Lựa chọn nguyên lý 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 1.9 Kết luận 27 1.10 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 28 1.10.1 Mục đích nghiên cứu 28 1.10.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 28 Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 29 2.1.1 Xác định lực phân bố tác dụng lên răng bóc bằng phƣơng pháp thực nghiệm 30 2.1.2 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 2.3 Phƣơng pháp xác định một số thông số của cây mía 43 2.3.1 Một số đặc điểm sinh hóa của cây mía 43 2.3.2 Một số đặc điểm cơ lý của cây mía 47 2.4 Cơ sở vật chất thí nghiệm, thiết bị và dụng cụ đo đạc 49 2.5 Phƣơng pháp xác định các số liệu thí nghiệm 51 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 3.3 Quá trình tách, róc lá mía bằng răng bóc tại lô bóc 58 v 3.4 Khảo sát động học quá trình tách, róc lá ra khỏi cây bằng răng bóc 62 3.4.1 Xác định quỹ đạo chuyển động của răng bóc 63 3.4.2 Chiều dài quyét của răng bóc lá 65 3.4.3 Hệ số quyét lặp trung bình 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 R 1 và h tới chiều dài quét 69 3.4.7 Khảo sát ảnh hƣởng V và n b tới hệ số quét lặp trung bình, 70 3.4.8 Khảo sát chỉ tiêu tần suất đập trung bình trên 1 mét chiều dài 71 3.5 Khảo sát động lực học quá trình tách, róc lá ra khỏi cây bằng răng bóc 71 3.5.1 Thành lập phƣơng trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 71 3.5.2 Điều kiện biên của phƣơng trình vi phân biến dạng uốn răng bóc 76 3.5.3 Phƣơng pháp giải phƣơng trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 77 3.5.4 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 l c đến w 84 3.5.7 Khảo sát ảnh hƣởng của R 1 đến w 86 3.5.8 Khảo sát ảnh hƣởng của μ đến w 87 3.5.9 Khảo sát ảnh hƣởng của p đến w 89 3.5.10 Khảo sát ảnh hƣởng của n b đến w 90 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 93 Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 94 4.1 Đặc điểm cơ lý của cây mía và cánh bóc 94 4.1.1 Kết quả đo kích thƣớc, khối lƣợng của cây mía 94 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 96 4.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số tới khả năng làm việc của bộ phận bóc lá mía 97 4.2.1 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc (n b ) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thƣơng ψ và chi phí năng lƣơng riêng Ne 102 4.2.2 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô rút (n r ) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thƣơng cây (ψ) và chi phí năng lƣợng riêng Ne 104 4.2.3 Ảnh hƣởng của chiều dài răng bóc (l c ) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thƣơng cây (ψ) và chi phí năng lƣợng riêng Ne. 107 4.2.4 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. 109 4.3 Kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ƣu của bộ phận bóc lá mía bằng phƣơng pháp quy hoạch hóa thực nghiệm (QHHTN) đa yếu tố 111 4.3.1 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 112 4.3.3 Kết quả xác định mô hình hồi quy QHHTN đa yếu tố cho hàm 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 Giải bài toán tối ƣu bằng phƣơng pháp thƣơng lƣợng có điều kiện 124 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 129 KẾT LUẬN 130 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 132 Tài liệu tham khảo 133 Phụ lục 142 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải 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 (Commercial Cane Sugar) là số đơn vị khối lƣợng đƣờng saccaroza theo lý thuyết có thể sản xuất từ 100 đơn vị khối lƣợng mía QHHTN Quy hoạch hóa thực nghiệm PTHQDT Phƣơng trình hồi quy dạng thực NLR Năng lƣợng riêng viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Đơn vị Giải thích G c kg Khối lƣợng lá chƣa bóc G 1 kg Khối lƣợng lá còn trên cây sau khi đi qua bộ phận bóc G 2 kg Khối lƣợng lá đƣợc bóc G M kg Khối lƣợng cây mía gồm cả lá và thân trƣớc thí nghiệm k Hệ số bóc lá b mm ½ Chiều dài quét c mm ½ Khoảng cách giữa hai trục lô bóc α max rad Góc uốn lớn nhất khi răng tác động vào cây mía υ 2 rad Góc uốn của lo xo răng bóc D 2 m Đƣờng kính lo xo d c m Đƣờng kính răng f t Hệ số ma sát tĩnh υ ms rad Góc ma sát f d Hệ số ma sát động L t mm Là đoạn đƣờng trƣợt của mẫu thử s mm Khoảng dịch chuyển cây mía lệch khỏi vị trí ban đầu E N/m 2 Mô đun đàn hồi của vật liệu I y m 4 Mô men quán tính cáp thép d m mm Đƣờng kính thân cây mía ix Ký hiệu Đơn vị Giải thích p N Lực phân bố w mm Độ võng d ct mm Đƣờng kính cáp thép m Số lần lặp lại ở điểm thứ i y ij Giá trị thông số ra ở điểm thứ i, lần lặp thứ j i y Giá trị trung bình thông số ra ở điểm thứ i m Số lần thí nghiệm 2 i S Phƣơng sai thí nghiệm thứ i 2 tn S Phƣơng sai trong các thí nghiệm F b Chuẩn Fisher G b Giá trị Kohren N Số thông số nghiên cứu x i Giá trị mã của các thông số thứ i X i Giá trị thực của các thông số thứ i X 0i Giá trị thực của thông số thứ i ở mức cơ sở ε i Khoảng biến thiên của thông số X it Giá trị thực mức trên X id Giá trị thực mức dƣới S 2 a Phƣơng sai tuyển chọn i y ˆ Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm i [...]... phải có bộ phận bóc lá mía hoạt động hiệu quả Đây là phƣơng pháp nƣớc ta tất yếu phải áp dụng trong quá trình phát triển ngành mía đƣờng Do vậy, cần phải có những nghiên cứu nhằm nâng cao chất lƣợng, hiệu quả làm việc của bộ phận bóc trong LHMTHM Vì những lý do trên nên việc thực hiện đề tài 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... phải có bộ phận bóc lá mía hoạt động hiệu quả Do vậy cần đi sâu đánh giá, phân tích bộ phận bóc lá mía 9 1.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bộ phận bóc lá mía Để đảm bảo yêu cầu tại mục 1.2.2, và 1.4 cần có bộ phận bóc lá mía hoạt động hiệu quả, đồng thời cần có những đánh giá, phân tích khách quan, từ đó xác định những vấn đề cần nghiên cứu tiếp ở bộ phận bóc lá mía Hiện nay, bộ phận bóc lá mía hoạt... lý bộ phận bóc lá mía cấp cây - ngọn vào trƣớc 12 1.5 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 16 1.10 Sơ đồ bộ phận làm sạch cây mía. .. nhằm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định thông số cơ bản của bộ phận bóc lá mía trong LHMTHM, làm cơ sở thiết kế bộ phận bóc trong LHMTHM phù hợp với điều kiện Việt Nam Đề tài đƣợc hoàn thành tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình sản xuất mía tại Việt Nam và trên thế giới Cây mía có tên khoa học là Saccharum ssp Thu c... 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. .. 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 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc nb tới tỷ lệ sót η 102 4.5 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc nb tới tỷ lệ tổn thƣơng cây (ψ) 103 4.6 Ảnh hƣởng của số vòng quay lô bóc (nb) tới chi phí năng... 2.4 Mô hình bài toán của bộ phận bóc lá mía 38 2.5 Cấu tạo bẹ và thân cây mía 44 2.6 Chuỗi phản ứng của sự biến chất tại vết tổn thƣơng sau bóc 45 2.7 Sơ đồ xác định hệ số ma sát của thân cây mía với các loại vật liệu 48 xv 2.8 Mía đƣợc cắt lát tại vị trí tổn thƣơng 53 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... dụng nguyên lý này Hình 1.7 Liên hợp máy thu hoạch mía nguyên cây của Úc áp dụng bộ phận bóc sử dụng nguyên lý quạt thổi 16 Dựa trên nguyên lý này Nguyễn Trung Thành (tháng 1/2006) đã chế tạo máy bóc lá mía liên hợp với máy kéo (hình 1.8) và thử nghiệm tại Tây Ninh Máy bóc lá mía này khắc phục nguyên nhân gây bóc sót lá do sự phân bố ngẫu nhiên của lá bằng phƣơng pháp hút lá trực tiếp trên cây mà không... 8 1.4 Tính cấp thiết của việc bóc lá mía bằng bộ phận bóc Theo [6], [24], cây mía có tỷ lệ lá tƣơng đối lớn, thƣờng không đƣợc bóc kể từ khi mọc chồi đến khi thu hoạch Trong đó, tỷ trọng các thành phần trong cây mía: ngọn và lá 16.7%, lá bẹ khô 3.85%, mía nguyên liệu 79.5% Tỷ lệ lá lớn gây rất nhiều khó khăn cho quá trình thu hoạch bằng cơ giới, hạn chế năng suất làm việc của máy Theo Đỗ Ngọc Diệp... phù hợp với điều kiện Việt Nam Tuy vậy, để đảm bảo chất lƣợng bóc, chi phí năng lƣơng riêng thấp cần lựa chọn răng, cánh bóc phù hợp 1.7 Tình hình nghiên cứu kết cấu cánh bóc lá Cánh bóc lá tại các bộ phận bóc là bộ phận trực tiếp tác động vào phần lá và thân cây mía, quyết định đến chất lƣợng làm sạch cây mía Để đảm bảo hiệu quả làm việc của bộ phận bóc cần phải có những đánh giá, phân tích, tổng hợp . 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. 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. 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 cấp thiết Đề tài này nhằm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định thông