Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHUN THUỐC CHO RUỘNG LÚA ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DESIGNING AND TESTING A REMOTE-CONTROL PESTICIDE MACHINE Dương Hữu Anh1a, Lê Thanh Phúc2b Trường Cao đẳng nghề Bạc Liêu Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM a anhduonghuu@gmail.com; bphuclt@hcmute.edu.vn TÓM TẮT Ngành nông nghiệp trồng lúa vùng Đồng sông Cửu Long ngày phát triển Trong đó, khoa học kỹ thuật góp phần lớn đến thành công người nông dân Nhiều máy móc, công cụ đại thay cho sức lao động, nâng cao suất mùa vụ Ngoài ra, việc bảo vệ sức khỏe cho người lao động lĩnh vực nông nghiệp ngày trọng Bài báo trình bày kết nghiên cứu chế tạo máy phun thuốc cho ruộng lúa điều khiển từ xa Đề tài khảo sát đặc điểm phun thuốc ruộng lúa người nông dân, nghiên cứu lý thuyết ô tô, sở thiết kế chi tiết máy, thi công chế tạo thử nghiệm điều chỉnh mô hình Kết đề tài chế tạo thành công máy phun xịt thuốc ruộng lúa điều khiển từ xa thử nghiệm chạy cánh đồng ruộng lúa tỉnh Bạc Liêu Đây sở để nghiên cứu, cải tiến máy móc thiết bị nhằm đem lại hiệu suất lao động bảo vệ sức khỏe cho người nông dân Từ khóa: máy phun thuốc, điều khiển từ xa, ruộng lúa ABSTRACT This paper presents the results of a research on designing a remote-control pesticide machine that helps farmers to protect their rice fields Using the machine may reduces the bad effect of the pesticide on their health The research investigates the routine of the farmers, vehicle dynamics and then the machine was designed and tested in the field of Bac Lieu province The results show that the machine works well with the diffent conditions of the field such as the height of the rice tree, the deformation of the ground and the speed of the machine The research aims at improving the working environment for farmers who usually expose to the poisonous substances Keywords: pesticide machine, remote control, rice field GIỚI THIỆU Ngành nông nghiệp trồng lúa mạnh kinh tế Việt Nam, đặc biệt khu vực Đồng sông Cửu Long, chiếm tỉ lệ lớn diện tích sản xuất lúa gạo Tuy nhiên, thời tiết ngày khắc nghiệt, tình hình dịch hại nhiều rầy nâu, nhiều loại sâu phá hoại, bệnh đốm vằn, đạo ôn,… nên người nông dân phải phun thuốc để tiêu diệt phòng ngừa loại dịch hại phá hoại lúa Thêm vào đó, lúa trổ bông, việc phun thuốc dưỡng hạt quan trọng Những vấn đề ảnh hưởng lớn đến suất mùa vụ Thống kê cho thấy, người nông dân cần phải phun thuốc nhiều lần mùa vụ từ gieo hạt đến thu hoạch gồm phun thuốc cỏ, phun thuốc trừ sâu, phun thuốc phòng trị bệnh, phun thuốc dưỡng hạt Như trung bình người nông dân phải phun thuốc lần/mùa vụ Mặt khác, để tăng sản lượng lúa đặc biệt vùng đồng sông Cửu Long, người nông dân thường xuyên thâm canh tăng vụ, thông thường mùa vụ /năm 693 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Do nông nghiệp nước ta thô sơ, người phải trực tiếp lao động kể việc phun thuốc Một người nông dân phun thuốc khoảng ha/ngày tương đương với khoảng từ 30-40 bình thuốc loại 25 lít Đặc biệt người phun thuốc , quan tâm đến vấn đề bảo hộ lao động nên sức khỏe họ bị ảnh hưởng nhiều từ loại chất hóa học độc hại Nếu thay sức người loại máy phun thuốc với ha/ngày giúp cho người nông dân giảm thời gian phun thuốc, vụ đến lần Chi phí thuê mướn nhân công giảm Từ giảm chi phí sản xuấ,t tăng lợi nhuận cho người trồng lúa Từ tình hình thực tế trên, mục đích đề tài nghiên cứu thiết kế - chế tạo máy phun xịt thuốc điều khiển từ xa để hạn chế tối đa việc người nông dân phải tiếp xúc trực tiếp với chất khí độc hại Do việc phun xịt thuốc diễn nhiều giai đoạn, nên máy thiết kế hệ thống phun điều chỉnh chiều cao phù hợp với giai đoạn phát triển lúa Đối với ruộng, mật độ lúa khác nên lưu lượng thuốc phun cho khác Vì máy phải thiết kế cho thay đổi tốc độ phun có tốc độ di chuyển phù hợp Do đặc điểm ruộng lúa phức tạp, nên việc thiết kế chế tạo phải thử nghiệm nhiều cánh đồng ruộng lúa nhằm so sánh tính ổn định, khả thích ứng với vùng đất tỉnh đồng sông Cửu Long, đồng thời kiểm tra tính kinh tế máy TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY PHUN XỊT THUỐC Để làm sở cho tính toán thiết kế máy phun xịt thuốc, nhóm nghiên cứu khảo sát hoạt động phun xịt thuốc Các yêu cầu phun xịt thuốc liệt kê chiều cao lúa từ lúc gieo hạt đến lúc thu hoạch từ – 700 mm Độ lún người có trọng lượng 50 kg xuống đất ruộng khoảng từ 15 – 40 mm Tùy theo hình dáng ruộng, người nông dân chia ruộng nhiều phần Thông thường, họ chia chiều ngang phần mét Trung bình với diện tích 1000 m2 lưu lượng cần phun 80 lít dung dịch thuốc Theo khảo sát với trung bình chiều dài 50 mét người nông dân khoảng phút để hoàn thành đường phun, lưu lượng phun 10 lít dung dịch thuốc Chiều cao cần phun cao chiều cao lúa từ 15 – 20 mm Khi tính toán thiết kế máy phun xịt thuốc, cần phải lưu ý xe di chuyển đất mềm, trơn nên dễ xảy tượng trượt quay Nền đất ruộng có đặc điểm không phẳng, chỗ mềm chỗ cứng nên khó việc cân cho máy phun thuốc Lúa loại mềm dễ ngã mọc ngẫu nhiên, không theo hàng, nên việc tránh cán lúa khó khăn Tuy nhiên, lúa bị ngã không chết có khả hồi phục sau vài ngày Để máy phun thuốc di chuyển đất mềm, tránh tượng trượt quay bánh xe dạng tuyệt đối cứng có nhiều gai để tăng độ bám Bánh xe có đường kính lớn nhằm mục đích tăng moment quay, giúp cho máy có khả vượt sình lầy tốt Bề rộng bánh xe thiết kế nhỏ để hạn chế cán lên lúa Từ phân tích trên, nhóm nghiên cứu chọn phương án thiết kế máy phun xịt thuốc có bánh, bánh trước bánh sau Bánh lái bánh dẫn động bánh trước Do đặc điểm di chuyển ruộng lún nên chọn bánh sau làm bánh dẫn động dẫn đến tình trạng xe bị lật bánh trước bị kẹt lún Các bánh xe làm thép ống tròn rỗng Trên bánh dẫn động phía trước, gai thép hàn vào để tăng độ bám lực kéo Lực tác động vào bánh dẫn động trước mô tả Hình [1, 2] Trong đó, W trọng lượng xe phân bố bánh trước F lực kéo tác động từ bề mặt ruộng S bề mặt tiếp xúc bánh xe mặt ruộng 694 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Lực tác động lên bánh xe dẫn động Công suất cần thiết để kéo máy xịt thuốc là: 𝑃𝑃𝑤𝑤 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝜔𝜔𝑤𝑤 Trong đó, R bán kính bánh xe, ω w vận tốc góc bánh xe Hệ thống truyền động máy phun thuốc sử dụng động đốt nguồn động lực chủ yếu Hệ thống truyền lực chia làm nhánh Hình Nhánh từ động đốt truyền đến hộp phân phối có tỉ số truyền i = 10 dây đai nhờ pulley 1- 2, từ hộp phân phối truyền đến bánh số 3-4 nhằm thay đổi hướng truyền động đồng thời tăng moment xoắn nhờ vào trục dẫn động Tiếp tục từ bánh số truyền đến bánh số nhờ xích dẫn động có tác dụng tăng moment Nhánh từ động đốt dẫn động máy bơm dây đai qua pulley 1-7 Hình Sơ đồ hệ thống truyền động Như vậy, công suất tổng cộng cần thiết để kéo hệ thống gồm xe phun xịt thuốc máy bơm là: 𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑃𝑤𝑤 + 𝑃𝑃𝑝𝑝 Trong đó, P p công suất máy bơm 695 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Chọn động có đặc tính phù hợp với tốc độ moment phải có trọng lượng phù hợp Hệ thống dẫn động yêu cầu đơn giản, dễ lắp ráp Hệ thống dẫn động máy bơm phù hợp với lưu lượng phun tốc độ di chuyển Chọn động dùng xe Attila có hộp số vô cấp nên dễ đáp ứng tốc độ tỉ số truyền cho việc thiết kế dẫn động Khung sườn phận liên kết chi tiết chuyển động với nên đòi hỏi phải đảm bảo tính bền vững, chịu lực kéo, lực nén moment xoắn Do đặc điểm máy phun thuốc phải tháo lắp dễ dàng, nên khung sườn phải thiết kế cho tháo lắp chi tiết nhanh chóng dễ dàng Khung sườn phải thiết kế nhẹ để tạo thuận lợi việc lắp ráp Trong nghiên cứu khung sườn thiết kế sắt hộp nên có độ cứng vững cao, chịu nén, kéo tốt có trọng lượng nhẹ, di chuyển dễ dàng Hệ thống phải thay đổi chiều cao cần phun cho phù hợp với chiều cao lúa Chùm tia phun phải đồng Lưu lượng phun phù hợp với tốc độ di chuyển máy Dùng máy bơm nước sản xuất có thị trường Thiết kế cần phun có nhiều bậc để thay đổi chiều cao ống phun phù hợp với chiều cao lúa Lựa chọn pulley dẫn động phù hợp với tốc độ máy Các tham số xe phun xịt thuốc giá trị tính toán cho Bảng Bảng Các tham số giá trị tính toán THÔNG SỐ GIÁ TRỊ Bán kính bánh xe, R Tỉ số truyền cuối động i c 8,0 Tỉ số truyền vành chậu i vc 4,0 Tỉ số truyền hộp giảm tốc i gt 10,0 Tỉ số truyền i 12 PHẦN TRUYỀN ĐỘNG PHẦN DẪN ĐỘNG MÁY BƠM 0,8 m 0,2 – 0,4 Vận tốc xe 25 – 50 (m/ph) Số vòng quay pulley 1, n 375 – 625 v/ph Số vòng quay pulley 2,n 1480 – 3280 v/ph Số vòng quay pulley 3,n 148 – 328 v/ph Số vòng quay pulley 4,n 49,2 – 82,0 v/ph Số vòng quay pulley 6,n 13,3 – 22,2 v/ph Chọn đường kính pulley 320 mm Đường kính pulley 64 mm Tốc độ làm việc máy bơm 800 -1000 v/ph Lưu lượng bơm 14 – 22 lít/phút Áp suất phun 15 – 35 Kgf/cm2 Tỉ số truyền i 17 Đường kính pulley 0,5 150 mm Bộ điều khiển từ xa sử dụng cho máy phun xịt thuốc tùy chỉnh từ điều khiển có sẵn thị trường [3] Bộ điều khiển từ xa có thành phần: phần phát sóng RF phần thu Đầu phần thu dùng để điều khiển rẽ trái, rẽ phải, chạy dừng 696 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Bộ phát sóng RF điều khiển từ xa máy phun xịt thuốc LẮP ĐẶTVÀ THỬ NGHIỆM MÁY PHUN XỊT THUỐC Kết cấu khung xe, hệ thống truyền lực bố trí thiết bị biểu diễn Hình Trong hình phối 3D này, hệ thống phun chưa lắp vào Bình chứa thuốc bơm gắn vào xe, nằm thấp xuống nhằm giảm trọng tâm Cần phun gắn vào phía sau xe Hình Máy phun thuốc thiết kế phần mềm CATIA [4] Máy phun sau lắp đặt hoàn chỉnh có phận Hình Hình Máy phun thuốc lắp đặt hoàn chỉnh Trong trình thiết kế chế tạo máy phun thuốc ruộng lúa điều khiển từ xa phải tiến hành thực nghiệm để xác định thông số như: tốc độ xe, lưu lượng phun, tính cân ổn định, tính linh hoạt Thực nghiệm thực mảnh ruộng lúa thu hoạch 697 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Do đặc điểm đất ruộng lúa phức tạp, nên việc máy phun xịt thuốc di chuyển cân bằng, không bị lật đổ, không bị lún lầy yêu cầu cần đạt việc thiết kế chế tạo Hiện chưa có sở lý thuyết để đưa giải pháp cụ thể nên việc thực nghiệm điều cần thiết để điều chỉnh thay đổi chi tiết cho phù hợp với địa hình ruộng lúa Tốc độ máy phun xịt thuốc có ảnh hưởng lớn đến chất lượng phun thuốc lúa Việc thực nghiệm giúp đo đạc xác tốc độ di chuyển máy phun xịt thuốc Và từ hiệu chỉnh lại cấu truyền động nhằm thay đổi phù hợp với tình hình thực tế người nông dân Hình Máy phun thuốc chạy thử nghiệm đất ruộng lúa Việc thử nghiệm tiến hành thử nghiệm cánh đồng ruộng lúa tỉnh Bạc Liêu Kết thực nghiệm cho thấy xe chạy với tốc độ cao khoảng km/h đất ruộng thu hoạch xong Với tốc độ khoảng km/h lưu lượng bơm thuốc: 20 lít/100m.Sau chạy thử nghiệm, phận truyền động, dẫn hướng điều khiển hoạt động tốt Với tốc độ lưu lượng bơm đo trình thử nghiệm, công suất máy phun thuốc hoạt động liên tục khoảng 15.000 m2/ h tương đương với người nông dân phun thuốc ngày Mức tiêu hao nhiên liệu 90 ml với 100 mét (khoảng 2,7 lít/h) KẾT LUẬN Qua nhiều giai đoạn thực máy phun thuốc cho ruộng lúa điều khiển từ xa, giai đoạn thi công chế tạo máy phun thuốc tốn nhiều thời gian có nhiều chi tiết Tuy nhiên nhóm tác giả đạt số kết khả quan: Chế tạo thành công máy phun thuốc vận hành đất ruộng lúa điều khiển từ xa phạm vi 30 mét Máy vận hành ổn định với tốc độ tối đa km/h ruộng lúa Máy thử nghiệm lần mảnh đất khác cánh đồng ruộng lúa tỉnh Bạc Liêu Sản phẩm nhóm tác giả đưa vào sử dụng cánh đồng lúa tỉnh Bạc Liêu, đồng thời nghiên cứu thêm nhằm nâng cao tính hiệu phổ biến cho tỉnh thuộc đồng sông Cửu Long TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wong J Y., Terramechanics and Off-road Vehicle Engineering, Elsevier 2010 [2] Crolla D A., Off-road Vehicle Dynamics, Vehicle System Dynamics, Vol 10 (1981), pp 253-266 [3] Silicon Labs, How to Simplify the Design of an RF Remote Control Using a HighlyIntegrated Transmitter SoC, Silicon Inc., 2015 [4] Dassault System, Getting Started with CATIA, 2001 698 ... dân phun thuốc ngày Mức tiêu hao nhiên liệu 90 ml với 100 mét (khoảng 2,7 lít/h) KẾT LUẬN Qua nhiều giai đoạn thực máy phun thuốc cho ruộng lúa điều khiển từ xa, giai đoạn thi công chế tạo máy phun. .. tính kinh tế máy TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY PHUN XỊT THUỐC Để làm sở cho tính toán thiết kế máy phun xịt thuốc, nhóm nghiên cứu khảo sát hoạt động phun xịt thuốc Các yêu cầu phun xịt thuốc liệt... Hình Máy phun thuốc lắp đặt hoàn chỉnh Trong trình thiết kế chế tạo máy phun thuốc ruộng lúa điều khiển từ xa phải tiến hành thực nghiệm để xác định thông số như: tốc độ xe, lưu lượng phun, tính