Tiến Sĩ 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 SỸ KỸ THUẬT
NĂM 2014

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
Chương 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 tư thế ngang cây 9
1.5.2 Nguyên lý bóc lá mía tư 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 tượng miết, chải 18
1.7.2 Những nghiên cứu cánh bóc dựa trên quá trình tách, róc 20
1.8 Lựa chọn răng bóc trong bộ phận bóc lá mía áp dụng nguyên lý bóc lá mía tư thế cây nằm, chuyển dọc, gốc vào trước 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
Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 29
2.1 Đối tượng nghiên cứu 29
2.1.1 Xác định lực phân bố tác dụng lên răng bóc bằng phương pháp thực nghiệm 30
2.1.2 Xác định độ cứng của răng bóc bằng cáp thép khi uốn EI và khối lượng đơn vị chiều dài à 32
2.2 Phương pháp nghiên cứu 33
2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 33
2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 35
2.3 Phương 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 Phương 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
Chương 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
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 hưởng quan hệ vận tiến của cây mía và số vòng quay lô bóc tới chiều dài quét 67
3.4.6 Khảo sát ảnh hưởng quan hệ R1 và h tới chiều dài quét 69
3.4.7 Khảo sát ảnh hưởng V và nb 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 phương trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 71
3.5.2 Điều kiện biên của phương trình vi phân biến dạng uốn răng bóc 76
3.5.3 Phương pháp giải phương trình vi phân biến dạng uốn của răng bóc 77
3.5.4 Kết quả khảo sát sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến w trong quá trình tách, róc lá mía của răng bóc 80
3.5.5 Khảo sát ảnh hưởng của EI đến w 82
3.5.6 Khảo sát ảnh hưởng của lc đến w 84
3.5.7 Khảo sát ảnh hưởng của R1 đến w 86
3.5.8 Khảo sát ảnh hưởng của à đến w 87
3.5.9 Khảo sát ảnh hưởng của p đến w 89
3.5.10 Khảo sát ảnh hưởng của nb đến w 90
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 93
Chương 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 thước, khối lượng của cây mía 94
4.1.2 Kết quả đo hệ số ma sát của cây mía với các loại vật liệu 95
4.1.3 Kết quả đo độ cứng của răng bóc khi uốn EI, khối lượng đơn vị chiều dài à của răng bóc 96
4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số tới khả năng làm việc của bộ phận bóc lá mía 97
4.2.1 Ảnh hưởng của số vòng quay lô bóc (nb) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương ψ và chi phí năng lương riêng Ne 102
4.2.2 Ảnh hưởng của số vòng quay lô rút (nr) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây (ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne 104
4.2.3 Ảnh hưởng của chiều dài răng bóc (lc) tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây (ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne. 107
4.2.4 Ảnh hưởng của lượng cung (q) cấp tới tỷ lệ sót (η), tỷ lệ tổn thương cây (ψ) và chi phí năng lượng riêng Ne. 109
4.3 Kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ưu của bộ phận bóc lá mía bằng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm (QHHTN) đa yếu tố 111
4.3.1 Các yếu tố được 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 phương sai 112
4.3.3 Kết quả xác định mô hình hồi quy QHHTN đa yếu tố cho hàm chất lượng làm việc của bộ phận bóc lá mía 115

MỞ ĐẦU
Nội dung Nghị quyết Đại hội XI của Đảng về phát triển nông nghiệp, nông dân, nông thôn trong giai đoạn hiện nay là phát triển nông nghiệp toàn diện theo hướng hiện đại, hiệu quả, bền vững trên cơ sở phát huy những lợi thế của nền nông nghiệp nhiệt đới gắn với giải quyết tốt các vấn đề nông dân, nông thôn. Trong điều kiện hiện nay, phát triển nông nghiệp phải theo hướng sản xuất hàng hóa lớn, có năng suất, chất lượng, hiệu quả và sức cạnh tranh cao; đảm bảo vững chắc an ninh lương thực, thực phẩm quốc gia cả trước mắt và lâu dài; sản xuất một số sản phẩm nông nghiệp hàng hóa ứng dụng công nghệ cao, có năng suất, chất lượng và giá trị gia tăng cao; đồng thời, phát triển nông nghiệp cũng tính tới những yếu tố bảo vệ môi trường và các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Để đạt được mục tiêu trên cần đẩy nhanh áp dụng tiến bộ khoa học và công nghệ hiện đại, đặc biệt là cần áp dụng cơ giới hóa trong tất cả các khâu của quá trình sản xuất. Đối với nền nông nghiệp nhiệt đới của nước ta, mía là cây công nghiệp có giá trị cao. Ngoài để sản xuất đường, mía còn là nguyên liệu cho 50 loại sản phẩm chế biến khác của ngành giấy, dệt, hóa dược Nghề trồng mía nước ta đã được hoạch định và phát triển với tốc độ lớn. Trong niên vụ 2012ư2013 diện tích mía cả nước khoảng 300.000 ha (tăng so với vụ trước 16.778 ha), sản xuất 16 triệu tấn mía (tăng 300 nghìn tấn so với vụ trước). Để đạt được mục tiêu này, ngành mía đường cần phải giải quyết nhiều vấn đề: tăng cường 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 ư 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, nhưng lại là những vùng trọng điểm, lực lượng lao động thường khan hiếm vào lúc thu hoạch rộ, giá công lao động khá cao, tăng dần qua hàng năm. Đồng thời, các khâu thu hoạch như chặt gốc, róc lá, chặt ngọn, bó cây, gom đống, chất lên xe vận chuyển được thực hiện bằng lao động thủ công. Công cụ chủ yếu là dao, cuốc bàn nhỏ. Do đó năng suất lao động thấp, cường độ lao động lớn, thất thoát mía còn nhiều. Trước 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 ư 2% tổng thu hồi trong chế biến có nghĩa là cứ tăng 1% tạp chất sẽ mất đi từ 2 ư 4 kg đường/tấn mía ép”, Việc bóc lá, loại bỏ tạp chất trước chế biến không những giảm hao hụt lượng đường 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 phương pháp thu hoạch mía bằng máy liên hợp không có bộ phận bóc lá mía trước khi thu hoạch được đốt để loại bỏ phần lá, ngoài việc ảnh hưởng môi trương, tiêu diệt các loại thiên địch có lợi thì phương pháp này còn làm đất chai cứng, mất cấu tượng. Thu hoạch bằng máy có bóc lá mía không những giảm chi phí nhân công, mà còn trả lại cho đất một lượng lá mía lớn, giúp cải tạo đất. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi chi phí ban đầu lớn và LHM phải có bộ phận bóc lá mía hoạt động hiệu quả. Đây là phương pháp nước ta tất yếu phải áp dụng trong quá trình phát triển ngành mía đường. Do vậy, cần phải có những nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng, 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 cấp thiết
Đề tài này 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 được hoàn thành tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch.