BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH
===*===============***================*===

LÊ QUYẾT TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THƠNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH
=====*================***================*=====

LÊ QUYẾT TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THƠNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 92.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. LÊ SỸ HÙNG
2. PGS. TS. ĐỖ HỮU QUYẾT

HÀ NỘI - 2023




MỤC LỤC
Lời cam đoan ...................................................................................................................i
Lời cảm ơn ..................................................................................................................... ii
Mục lục ......................................................................................................................... iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt .........................................................................vi
Danh mục bảng biểu ......................................................................................................x
Danh mục hình, biểu đồ ...............................................................................................xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................6
1.1. Đặc điểm sinh học và cơ lý tính của cây lạc khi thu hoạch .................................6
1.1.1. Đặc điểm sinh học cây lạc trong giai đoạn thu hoạch ......................................6
1.1.2. Đặc điểm cơ lý của quả lạc khi thu hoạch ........................................................7
1.1.3. Mối liên kết giữa cây và quả lạc khi thu hoạch ................................................8
1.2. Tình hình sản xuất và cơ giới hố khâu thu hoạch lạc trên thế giới và Việt Nam
...................................................................................................................................10
1.2.1. Tình hình sản xuất lạc trên thế giới .................................................................10
1.2.2. Tình hình cơ giới hóa sản xuất lạc trên thế giới ..............................................11
1.2.3. Tình hình sản xuất và cơ giới hóa sản xuất lạc ở Việt Nam ........................... 14

1.2.4. Công nghệ thu hoạch quả lạc ..........................................................................16
1.3. Một số kết quả nghiên cứu bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam ......18
1.3.1. Phân loại các bộ phận tách hạt ngũ cốc và quả lạc .........................................18
1.3.2. Bộ phận tuốt chải ............................................................................................ 19
1.3.3. Bộ phận đập .....................................................................................................25
1.4. Tình hình ứng dụng bộ phận bứt quả lạc trên thế giới và Việt Nam .................42
1.4.1. Tình hình ứng dụng bộ phận bứt quả lạc trên thế giới ....................................42
1.4.2. Bộ phận bứt quả lạc áp dụng tại Việt Nam .....................................................44
1.5. Kết luận tổng quan ............................................................................................. 47
1.6. Đề xuất cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi ................48
1.6.1. Sơ đồ nguyên lý bộ phận bứt quả lạc tươi ......................................................48
1.6.2. Các thông số ảnh hưởng ..................................................................................49
iii


1.7. Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận án ..................................................50
1.7.1. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................50
1.7.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................51
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..52
2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu .....................................................................52
2.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................ 52
2.2.1. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 52
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .......................................................................53
2.2.3. Thiết bị đo đạc .................................................................................................58
2.3. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................................58
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................58
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 61
2.3.3. Phương pháp xác định các yếu tố vào và thông số ra .....................................67
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ
THÔNG SỐ CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC ........................................................69

3.1. Động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập dọc trục ........................... 69
3.1.1. Mơ hình kết cấu bộ phận bứt quả lạc trong buồng đập ...................................69
3.1.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân mơ tả q trình bứt quả lạc .......................73
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình bứt quả ....................79
3.2. Nghiên cứu quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập .83
3.2.1. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 1 ...........................................84
3.2.2. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 2 ...........................................90
3.2.3. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 3 ...........................................90
3.2.4. Quá trình dịch chuyển của cây lạc ở giai đoạn 4 ............................................91
3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình dịch chuyển của khối
cây lạc ........................................................................................................................91
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...................................99
4.1. Lựa chọn các thông số ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ phận bứt quả
lạc .............................................................................................................................. 99
4.2. Kết quả nhiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố .....................................................102
4.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ quay trống đập n (v/ph) ............................................102
iv


4.2.2. Ảnh hưởng của lượng cung cấp q (kg/s) .......................................................104
4.2.3. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng h(mm).........................107
4.2.4. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập L (mm) .................................................109
4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố......................................................111
4.3.1. Lựa chọn các yếu tố đầu vào và phương án ..................................................111
4.3.2. Lựa chọn mức biến thiên, khoảng biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố
vào ...........................................................................................................................111
4.3.3. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm ...................................................................112
4.4. Nghiên cứu tối ưu các thông số của bộ phận bứt quả lạc ................................125
4.4.1. Cở sở bài toán tối ưu .....................................................................................125
4.4.2. Kết quả nghiên cứu tối ưu .............................................................................125

4.4.3. Kiểm chứng kết quả thu nhân từ mơ hình hồi quy và kết quả thử nghiệm tại
điểm tối ưu ..............................................................................................................127
4.4.4. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm .......128
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .......................130
CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ .....131
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................132
PHỤ LỤC ...................................................................................................................138

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu,

Diễn giải

Chữ viết tắt
LHM
LHMTHL
FAO
NN-PTNT

Liên hợp máy
Liên hợp máy thu hoạch lạc
Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc
Nông nghiệp và phát triển nơng thơn

TT

Thứ tự


TN

Thí nghiệm

BP

Bộ phận

BPĐ

Bộ phận đập

QHHTN

Quy hoạch hóa thực nghiệm

PTHQDT

Phương trình hồi quy dạng thực

N1-N4
N5

Các ngăn thu quả dưới sàng
Cửa thốt liệu

CĐNN

Cơ điện nơng nghiệp


CNSTH

Cơng nghệ sau thu hoạch

mi

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 thơng số ra ở điểm thứ i

S i2

Phương sai thí nghiệm thứ i

S2tn

Phương sai trong các thí nghiệm

Fb

Chuẩn Fisher

Gb


Giá trị Kohren

Ntn

Số thông số nghiên cứu

xi

Giá trị mã của các thông số thứ i

Xi

Giá trị thực của các thông số thứ i

X0i

Giá trị thực của thông số thứ i ở mức cơ sở

εi

Khoảng biến thiên của thông số
vi

Đơn vị


Xit

Giá trị thực mức trên


Xid

Giá trị thực mức dưới

S2a

Phương sai tuyển chọn

yˆ i

Giá trị tính tốn theo mơ hình tại điểm i

k*

Số các hệ số trong mơ hình hồi quy

Ftt

Giá trị tính tốn của chuẩn Fisher

Sb0; Sbj ...
b0; bi ...

Các ước lượng độ lệch trung bình theo hệ số hồi quy
Các giá trị hệ số hồi quy cần kiểm tra

ys

Cực trị của hàm mục tiêu


~
X

Các thông số vào theo hệ tọa độ mới

Bii

Hệ số phương trình chính tắc

~
Y

Giá trị tối ưu

Y1

Hàm độ sót

%

Y2

Hàm độ vỡ

‰

Y3

Hàm chi phí cơng suất


kW

Mt

Tổng lượng quả có trong thí nghiệm

g

Ms

Khối lượng quả sót

g

Mds

Lượng quả thu được dưới sàng tại các ngăn trước chiều
dài tương ứng, g.

g

n

Vận tốc quay của trống

vòng/phút

q


Lượng cung cấp

kg/s

mc

Khối lượng cây trên băng tải cấp liệu

kg

Lb

Chiều dài băng tải cấp liệu

mm

vb

Vận tốc băng tải cấp liệu

m/s

λ

Góc nâng gân dẫn hướng

độ

h


Chỉ số góc nâng gân dẫn hướng

mm

Di

Đường kính trong của nắp trống

mm

Dn

Đường kính ngồi của nắp trống

mm

D

Đường kính danh nghĩa của trống bứt quả (đường kính
đi qua đỉnh răng)

mm

vii


D0

Đường kính vịng chân răng (vịng trịn ngoại tiếp các
thanh trống)


mm

L

Chiều dài trống

mm

η

Độ sót

%

Mt

Tổng lượng quả có trong thí nghiệm

g

Ms

Khối lượng quả sót

g

Mds

Lượng quả thu dưới sàng


g

ψ

Độ vỡ

‰

Mv

Khối lượng quả vỡ có trong lượng quả dưới sàng

g

Rt

Bán kính quay của gốc cây lạc

m

Rm

Bán kính từ tâm trống quay đến trọng tâm quả lạc

m



Vận tốc quay của trống


rad/s



Góc quay của bán kính OA so với phương nằm ngang

rad

m

Khối lượng quả lạc

kg

N

Chi phí cơng suất

kW

g

Gia tốc trọng trường

m/s2

aht

Gia tốc hướng tâm


m/s2

T

Lực căng của cuống quả lạc

N

βc

Góc nghiêng của cuống quả lạc so với phương nằm
ngang

rad

φq

Góc quay của quả lạc so với phương nằm ngang

rad

lq

Khoảng cách từ trọng tâm quả lạc tới cuống

m

lc


Chiều dài cuống

m

Gq

Trọng lượng quả lạc

N

Plt

Lực quán tính ly tâm

N

Fcr

Lực quán tính Coriolid

N

ft

Hệ số ma sát tĩnh giữa cây lạc với thép

fd

Hệ số ma sát động giữa cây lạc với thép


Et

Modul đàn hồi của thép

Pa

Ee

Modul đàn hồi của quả lạc

Pa

ftq

Hệ số ma sát tĩnh ftq của quả lạc với thép
viii


fdq

Hệ số ma sát động fdq của quả lạc với thép

v/ph

vịng/phút

A(B)C

Hàm số(Biến số)Tham số


rs

Bán kính thanh sàng

mm

ds

Đường kính thanh sàng

mm

ls

Khoảng cách giữa các thanh sàng

mm

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tổng hợp sinh thái, tính chất cơ lý các giống lạc khi thu hoạch [5] ............... 8
Bảng 1.2. Sản lượng lạc năm 2020 của các nước sản xuất lạc lớn [59] ........................ 10
Bảng 1.3 Một số thơng số chính của BPĐ máy BL-500 [5] ......................................... 42
Bảng 1.4. Bảng tổng hợp một số bộ phận bứt quả lạc tươi ........................................... 46
Bảng 2.1. Một số thông số của cây lạc và quả lạc ......................................................... 52
Bảng 2.2. Các thơng số chính của bộ phận bứt quả ...................................................... 57
Bảng 2.3. Ma trận thực nghiệm bậc 2 hợp thành Hartly; n = 4 ..................................... 63
Bảng 4.1. Bảng tổng hợp các thông số cố định ........................................................... 100

Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các thông số ảnh hưởng ...................................................... 101
Bảng 4.3. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu nghiên cứu ....................................................... 101
Bảng 4.4. Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố vào ............................................ 112
Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm hàm độ sót η, % ........................................................... 112
Bảng 4.6. Giá trị các hệ số và chuẩn Student .............................................................. 113
Bảng 4.7. Đánh giá sai số của mơ hình hồi quy độ sót ............................................... 114
Bảng 4.8. Kết quả thí nghiệm hàm độ vỡ quả ψ ‰..................................................... 116
Bảng 4.9. Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm độ vỡ quả ψ .................................. 117
Bảng 4.10. Đánh giá sai số của mơ hình hồi quy độ vỡ .............................................. 118
Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm hàm chi phí cơng suất N, kW .................................... 121
Bảng 4.12. Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm chi phí cơng suất ........................ 122
Bảng 4.13. Đánh giá sai số của mơ hình hồi quy chi phí cơng suất ............................ 123
Bảng 4.14. Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau126

x


DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1. Cây lạc ............................................................................................................. 6
Hình 1.2. Cây lạc khi thu hoạch ...................................................................................... 7
Hình 1.3. Các mối liên kết của quả lạc [23] .................................................................... 9
Hình 1.4. Đo độ bền kéo của các bộ phận khác nhau của quả lạc [23]. .......................... 9
Hình 1.5. Liên hợp máy đào- nhổ cây lạc tại Mỹ .......................................................... 11
Hình 1.6. Liên hợp máy thu hoạch quả lạc COLOMBO [61] ....................................... 12
Hình 1.7. Máy thu hoạch lạc một giai đoạn tại Đài Loan [7] ........................................ 12
Hình 1.8. Máy bứt quả lạc cấp liệu thủ công và cấp liệu bán tự động tại Ấn Độ ......... 13
Hình 1.9, LHM đào nhổ và LHM thu gom-bứt quả lạc tại Ấn Độ................................ 13
Hình 1.10. Máy tuốt quả lạc: Sơ đồ cấu tạo (PNS/BAS 315:2021) .............................. 14
Hình 1.11. Sản lượng lạc của Việt Nam từ năm 2011 đến năm 2021 ........................... 14

Hình 1.12. Máy bứt quả lạc ........................................................................................... 15
Hình 1.13. Máy bứt quả lạc di động [64], [65].............................................................. 16
Hình 1.14. Cơng nghệ và phương pháp thu hoạch lạc .................................................. 17
Hình 1.15. Phân loại các bộ phận tách hạt .................................................................... 19
Hình 1.16. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc kiểu tuốt chải cấp
liệu tự động [24] ............................................................................................................ 21
Hình 1.17. Sơ đồ cấu tạo (a) và nguyên lý làm việc (b) của bộ phận bứt quả. [28] ...... 22
Hình 1.18. Mơ phỏng tác động của thanh bứt với quả lạc bằng phần mềm Workbench LS-Dyna [28] ................................................................................................................. 22
Hình 1.19. Răng chải dạng tấm phẳng (a) và dạng tấm cong (b). ................................. 23
Hình 1.20. Sơ đồ dàn khảo nghiệm bộ phận bứt quả [BS.31] ....................................... 24
Hình 1.21. Sơ đồ cấu tạo trống bứt quả lạc [BS.32] ..................................................... 24
Hình 1.22. Bộ phận đập kiểu trồng thanh (a) và trống răng (b) .................................... 26
Hình 1.23. Cấu tạo chung của bộ phận bứt quả dòng tiếp tuyến nhiều tầng [33] ......... 26
Hình 1.24. Cấu tạo trống bứt quả (a) và răng lò xo (b) [33] ......................................... 27
Hình 1.25. Sơ đồ quy trình bứt quả lạc trong BPĐ tiếp tuyến [34]............................... 27
Hình 1.26. Phân loại bộ phận đập dọc trục [53] ............................................................ 28
Hình 1.27. Máy bứt quả lạc (a) và Liên hợp máy bứt quả lạc(b) [36] .......................... 29
xi


Hình 1.28. Cấu tạo của trống đập dọc trục [36] ............................................................ 30
Hình 1.29. Phân bố tọa độ các ơ đón hạt dưới sàng [36] .............................................. 31
Hình 1.30. Phổ phân bố hạt dưới sàng theo hai phương [36] ....................................... 31
Hình 1.31. Bộ phận đập dọc trục đặt trên máy thu gom-bứt quả lạc [37] ..................... 32
Hình 1.32. Bộ phận đập dọc trục [38] ........................................................................... 33
Hình 1.33. Trống bứt quả có khâu bằng cao su [39] ..................................................... 33
Hình 1.34. Cấu tạo trống đập lạc kiểu thanh xoắn [40]................................................. 34
Hình 1.35. Sơ đồ cấu tạo của bộ phận đập hỗn hợp tiếp tuyến- dọc trục [41] .............. 36
Hình 1.36. Quy trình vận hành và sơ đồ cấu tạo bộ phận bứt quả hỗn hợp [41] .......... 36
Hình 1.37. Nắp trống đập dọc trục [41]......................................................................... 37

Hình 1.38. Các thơng số của máng trống [41] ............................................................... 38
Hình 1.39. Bộ phận đập dọc trục [42] ........................................................................... 39
Hình 1.40. Bộ phận đập tiếp tuyến nhiều tầng [42] ...................................................... 39
Hình 1.41. Bộ phận đập hỗn hợp tiếp tuyến- dọc trục [42] ........................................... 40
Hình 1.42. Máy thu hoạch với bộ phận đập kiểu tiếp tuyến [42] .................................. 40
Hình 1.43. Sơ đồ nguyên lý làm việc của khung thử nghiệm [5].................................. 41
Hình 1.44. Bộ phận bứt quả lạc tươi ............................................................................. 48
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí giàn thí nghiệm bộ phận bứt quả lạc ......................................... 53
Hình 2.2. Giàn thí nghiệm tại Xưởng Viện CĐNN và CNSTH .................................... 54
Hình 2.3. Cấu tạo trống bứt quả lạc thử nghiệm ........................................................... 54
Hình 2.4. Cấu tạo thanh trống xoắn ............................................................................... 55
Hình 2.5. Cấu tạo máng trống ....................................................................................... 55
Hình 2.6. Cấu tạo và cách bố trí gân nắp trống ............................................................. 56
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống dẫn động cho băng tải cấp liệu ............................................. 56
Hình 2.8. Mơ hình bài tốn của bộ phận bứt quả lạc..................................................... 61
Hình 3.1. Bộ phận bứt quả lạc lắp trên dàn thí nghiệm ................................................. 69
Hình 3.2. Sự phân vùng trong khơng gian trống ........................................................... 70
Hình 3.3. Q trình bứt quả lạc do thanh sàng .............................................................. 72
Hình 3.4. Sơ đồ xác định vị trí bán kính OA và quả lạc ............................................... 73
Hình 3.5. Quá trình chuyển động của quả lạc giữa 2 thanh sàng .................................. 74
Hình 3.6. Sơ đồ mơ tả va chạm của quả lạc vào thanh sàng ......................................... 76
xii


Hình 3.7. Quỹ đạo tâm đầu quả lạc ............................................................................... 79
Hình 3.8. Sự thay đổi lực căng T theo thời gian ........................................................... 79
Hình 3.9. Ảnh hưởng của vận tốc quay của trống nq tới lực căng lớn nhất Tmax và lực
va đập Pmaxvới các khoảng cách thanh sàng ls (mm) khác nhau................................. 81
Hình 3.10. Ảnh hưởng của khoảng cách thanh sàng ls tới lực căng lớn nhất Tmax và
lực va đập Pmax với các vận tốc quay của trống nq (v/ph) khác nhau ......................... 81

Hình 3.11. Ảnh hưởng của bán kính thanh sàng rs(mm) tới lực căng lớn nhất Tmax và
Pmax với các vận tốc quay của trống nq (v/ph) khác nhau ........................................... 82
Hình 3.12. Cấu tạo bộ phận bứt quả lạc ........................................................................ 83
Hình 3.13. Các lực tác dụng lên khối cây lạc ................................................................ 85
Hình 3.14. Quỹ đạo khối lạc xét trong hệ toạ độ quay xOy .......................................... 92
Hình 3.15. Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc ra khỏi răng 1 với chiều cao
răng R (mm) khác nhau (hàm 2()R) ..................................................................... 93
Hình 3.16. Ảnh hưởng của chiều cao răng R tới góc ra khỏi răng 1 với góc nghiêng
răng  (độ) khác nhau (hàm 2(R)) .......................................................................... 93
Hình 3.17. Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với
chiều cao răng R (mm) khác nhau (hàm 2()R) ..................................................... 94
Hình 3.18. Ảnh hưởng của chiều cao răng R tới tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với
góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(R)) ..................................................... 94
Hình 3.19. Ảnh hưởng của góc nghiêng răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2 với
khe hở nắp trống Rnap (mm) khác nhau (hàm 2()Rnap) ..................................... 95
Hình 3.20. Ảnh hưởng của khe hở nắp trống Rnap (mm) tới góc tiếp xúc với nắp
trống 2 với góc nghiêng răng  (độ) khác nhau (hàm 2(Rnap)) ........................... 95
Hình 4.1. Mơ hình bài tốn của bộ phận bứt quả lạc................................................... 102
Hình 4.2. Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới độ sót (η) ................................. 102
Hình 4.3. Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới độ vỡ (ψ) ................................. 103
Hình 4.4. Ảnh hưởng của vận tốc quay trống đập tới chi phí cơng suất ..................... 104
Hình 4.5. Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ sót η ............................................... 105
Hình 4.6. Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ vỡ (ψ) ............................................. 106
Hình 4.7. Ảnh hưởng của lượng cung cấp chi phí cơng suất ...................................... 106
Hình 4.8. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới độ sót η ................ 107
Hình 4.9. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới tới độ vỡ (ψ) ........ 108
xiii


Hình 4.10. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng tới chi phí cơng suất

(kW) ............................................................................................................................. 109
Hình 4.11. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập tới độ sót η ....................................... 110
Hình 4.12. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập tới độ vỡ (ψ) ..................................... 110
Hình 4.13. Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau127
Hình 4.14. Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X2 ........................... 127
Hình 4.15. Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X3 ........................... 128
Hình 4.16. Đường đồng mức các chỉ tiêu phụ thuộc vào X1 và X4 ........................... 128

xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Cây lạc thuộc nhóm cây cơng nghiệp ngắn ngày, là một trong năm loại cây chế
biến dầu quan trọng trên thế giới. Tại nước ta lạc được trồng trên 61 trong số 63 tỉnh
thành trong cả nước. Nhiều vùng chuyên canh cây lạc đã được hình thành trên cả 3
miền như ở Bắc Giang, Nghệ An, Đồng Nai, Tây Ninh vv.... mang lại hiệu quả kinh tế
cao, thích hợp trong cơ cấu luân canh tăng vụ, cải tạo đất và có vị trí quan trọng trong
q trình chuyển dịch cơ cấu cây trồng trong thời gian tới.
Hiện nay với diện tích khoảng 200-250 ngàn ha, sản lượng lạc vỏ gần 400 ngàn
tấn/năm và theo dự báo của Bộ NN và PTNN diên tích và năng suất cịn tiếp tục tăng
trong những năm tới. Tại một số địa phương đã xây dựng mơ hình sản xuất lạc cao sản
với quy mơ lớn với năng suất lên tới 50 tạ/ha.
Trong sản xuất cây lạc thì thu hoạch là khâu có ảnh hưởng trực tiếp đến sản
lượng và chất lượng nơng sản hàng hố, diễn ra trong thời gian ngắn, tốn nhiều lao
động và lao động nặng nhọc. Với phương pháp thu hoạch lạc thủ cơng hiện nay, chi
phí lao động cao, địi hỏi từ 70 đến 75 cơng/ha (trong đó khâu bứt quả chiếm 60%).
Hiện nay trên thế giới đã tồn tại và phát triển công nghệ thu hoạch quả tươi và
khô. Công nghệ thu hoạch quả tươi có thể thực hiện theo các phương pháp thu hoạch
một, hai và nhiều giai đoạn. Cơng nghệ thu hoạch quả khơ có thể thực hiện theo

phương pháp hai và nhiều giai đoạn. Trong đó, cơng nghệ thu hoạch quả tươi theo
phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn được xem là thích hợp với các nước có trình
độ phát triển cơng nghiệp thấp, trồng nhiều vụ trong năm, đồng ruộng có kích thước
nhỏ hẹp như nước ta và các nước châu Á khác.
Ở nước ta, việc thu hoạch lạc được thực hiện chủ yếu theo công nghệ thu hoạch
quả tươi bằng phương pháp nhiều giai đoạn, bao gồm đào nhổ, thu gom và bứt quả
tươi. Các máy liên hợp thu hoạch lạc theo phương pháp một giai đoạn được nhập khẩu
hoặc nghiên cứu trong nước chưa được ứng dụng trong sản xuất do nhiều nguyên
nhân. Cho dù áp dụng công nghệ thu hoạch nào, phương pháp thu hoạch nào thì cơng
đoạn bứt quả, được thực hiện bởi bộ phận bứt quả, luôn là công đoạn không thể thiếu
và là cơng đoạn quan trọng nhất, có ảnh hưởng quyết định đến năng suất chất lượng
của toàn bộ hệ thống máy. Bộ phận bứt quả có thể đặt trên máy bứt quả tĩnh tại cũng

1


như đặt trên máy liên hợp trong hệ thống thu hoạch một hoặc hai giai đoạn với sự kết
hợp với các bộ phận làm việc khác.
Những năm gần đây đã có nhiều máy bứt quả lạc với các bộ phận bứt quả có
cơng suất khác nhau được chế tạo trong nước đã được sản xuất chấp nhận. Tuy nhiên
các bộ phận bứt quả đặt trên các máy này được chế tạo theo dạng chép mẫu từ các máy
nhập từ nước ngồi hoặc theo kinh nghiệm mà khơng dựa trên các kết quả nghiên cứu
bài bản nên chất lượng làm việc của máy khơng ổn định và khơng có cơ sở tin cậy khi
nhà sản xuất muốn chế tạo máy với các cỡ công suất khác nhau.
Để lựa chọn máy thực hiện cơ giới hóa thu hoạch lạc ở nước ta cần thiết dựa trên
các cơ sở: Máy phải phù hợp với công nghệ thu hoạch đang phổ biến, phương pháp
thu hoạch dễ tiếp cận, dễ đầu tư, giải quyết được việc làm cho lao động thủ cơng vẫn
cịn ở nơng thơn.
Do đó việc nghiên cứu một số thơng số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc máy
bứt quả lạc tươi phù hợp với phương pháp thu hoạch lạc ở Việt Nam, để làm chủ công

nghệ tạo ra các mẫu máy có mơ đun khác nhau, giảm tổn thất phù hợp với điều kiện
chế tạo ở nước ta là rất cần thiết.
Với những phân tích như trên, việc thực hiện luận án: “Nghiên cứu một số thơng
số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi” với mục
tiêu góp phần đặt cơ sở cho việc thiết kế các mẫu máy với bộ phận bứt quả có mơ đun
khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất từng vùng tại Việt Nam là nội dung nghiên
cứu có tính cấp thiết, phù hợp với u cầu của thực tiễn sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Có được cơ sở khoa học quá trình bứt quả lạc tươi, xác định được một số thơng
số kỹ thuật chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc và chi phí năng lượng của bộ
phận đập, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy bứt quả lạc tươi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình xảy ra với khối cây-quả lạc sau khi
được đưa vào bộ phận bứt quả. Dưới tác động của bộ phận bứt, quả lạc được bứt khỏi
cây và được phân ly khỏi khối thân cây. Đây là một quá trình phức tạp bao gồm những
tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với khối cây- quả.

2


Có rất nhiều thơng số ảnh hưởng đến q trình này như: vận tốc quay của trống,
chiều dài trống, khe hở giữa răng trống và máng trống, khe giữa răng trống và nắp
trống, góc nâng gân dẫn hướng, kích thước và khoảng cách giữa các thanh sàng, chiều
cao và góc nghiêng của răng trống, v.v... Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu
mức độ và quy luật ảnh hưởng của các thơng số đó đến các chỉ tiêu chất lượng và năng
suất của bộ phận bứt quả như: độ sót, độ vỡ, chi phí cơng suất… để chọn được bộ
thông số phù hợp nhất.
3.2. Phạm vi nghiên cứu:
Để có cơ sở tính tốn thiết kế bộ phận bứt của máy bứt quả lạc tươi, luận án tập

trung nghiên cứu sâu về q trình diễn ra trong buồng cơng tác, bao gồm quá trình bứt
quả lạc, quá trình di chuyển của khối thân quả và quá trình phân ly quả nhằm nghiên
cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định thông số làm cơ sở thiết kế ra các mẫu
máy có mơ đun khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất từng vùng tại Việt Nam. Với
các giả thiết:
- Về động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập: là quá trính bứt quả tại
vùng nửa dưới của trống:
+ Coi khối lạc là chất điểm khi chuyển động trong buồng đập
+ Lực trọng trường rất nhỏ so với lực quán tính ly tâm tác dụng lên khối lạc
+ Cuống quả có chiều dài khơng đổi, nối bản lề với thân cây lạc và quả lạc
- Về quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập: là quá trình
chuyển động sau khi thoát ra khỏi vùng nửa dưới của trống ( gồm 4 giai đoạn): Luận
án tập trung nghiên cứu giai đoạn 3 là giai đoạn vận chuyển cây lạc theo chiều dọc
trục. Giai đoạn này có ảnh hưởng rất quan trọng tới năng suất, độ sót của máy.
- Giống lạc để nghiên cứu là giống lạc L20 được trồng phố biến tại Việt Nam
- Qua nghiên cứu các cơng trình trong và ngoài nước thực hiện cũng như qua thử
nghiệm sơ bộ, luận án thừa kế một số thông số: đường kính trống, cấu tạo và chiều dài
răng đập, khe hở răng đập và sàng.
4. Nội dung nghiên cứu
ND1. Lựa chọn nguyên lý làm việc và kết cấu một số bộ phận bứt quả lạc tươi.
ND2. Xây dựng mơ hình tốn quá trình bứt quả lạc trong buồng đập
ND3. Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng của một số thơng số tới
chất lượng làm việc, chi phí năng lượng riêng.
3


ND4. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và giải bài tốn tối ưu bằng phương pháp
thương lượng có điều kiện, đề xuất các thơng số thiết kế chính của máy thu bứt quả lạc
tươi.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

5.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng việc khảo sát mơ hình động lực học q trình tương tác giữa quả lạc với
các thanh sàng của bộ phận bứt quả lạc tươi, thông qua lực căng T kéo đứt cuống lạc
đã xác định được vùng giá trị làm việc của các thơng số: đường kính thanh sàng  8
mm; số vòng quay của trống ≥ 500 vòng/phút và khoảng cách giữa các thanh sàng 
65 mm;
- Thông qua khảo sát mơ hình động lực học q trình di chuyển khối cây lạc trong
không gian giữa trống và nắp trống của bộ phận bứt quả lạc tươi, bằng lý thuyết đã xác
định được: góc nghiêng của răng trồng   - 60; chiều cao răng trống R  80 mm và
khe hở nắp trống Rnap  100 mm;
- Thông qua cứu thực nghiệm đơn và đa yếu tố và giải bài tốn tối ưu có điều kiện,
đã xác định các giá trị tối ưu của các thông số chính: số vịng quay của trống n, chiều
dài trống L, lượng cung cấp q và chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h, đảm bảo bộ phận
bứt quả lạc tươi làm việc đạt chất lượng và hiệu quả cao;
- Kết quả nghiên cứu bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học về bộ phận bứt quả lạc tươi
nói riêng, máy thu hoạch lạc nói chung và cũng là tài liệu tham khảo hữu ích trong lĩnh
vực cơ khí nơng nghiệp.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đã góp phần hồn thiện một số thông số về thiết kế và thông số về ứng dụng để
chế tạo máy bứt quả lạc tươi trong phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn.
Đã chế tạo bộ phận bứt quả lạc chiều dài trống đập L= 1,5 m; với vận tốc n= 600
vịng/phút; chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h= 218 mm được ứng dụng trong sản xuất
thực tế cho thấy độ sót dưới 1.02% và độ vỡ quả nhỏ hơn 10‰.
6. Những đóng góp mới của luận án
- Đề xuất nguyên lý và cấu tạo bộ phận bứt quả trên của máy bứt quả lạc tươi
- Xây dựng được mơ hình khảo sát động lực học của tâm đầu quả lạc và sự thay
đổi lực căng của cuống quả lạc trong quá trình va chạm với thanh sàng của bộ phận
bứt quả làm cơ sở cho việc xác định các thông số của bộ phận bứt quả lạc
4



- Xây dựng được mơ hình và khảo sát hệ phương trình vi phân mơ tả chuyển động
của khối cây lạc khi trượt trên răng đập và khi “bay” trong khoảng không giữa trống
và nắp trống để đánh giá khả năng dịch chuyển của khối cây theo phương dọc trục
trong không gian làm việc của trống làm cơ sở lựa chọn các thơng số hình học của bộ
phận bứt quả và việc thiết kế máy bứt quả lạc tươi.
- Xây dựng được các phương trình hồi quy thực nghiệm đơn yếu tố, đa yếu tố và
giải bài toán tối ưu để xác định các thông số kết cấu và làm việc tối ưu của máy tùy
vào chiều dài trống khác nhau làm cơ sở cho việc thiết kế máy máy bứt quả lạc tươi có
các modun phù hợp.
- Tối ưu hóa một số thơng số để đối chứng với thực nghiệm.
7. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu và 4 chương được trình bày trong 133 trang không
bao gồm tài liệu tham khảo và phụ lục.
- Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
- Chương 2. Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3. Xây dựng mơ hình tốn q trình bứt quả lạc trong bộ phận bứt
- Chương 4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Luận án sử dụng 72 tài liệu tham khảo, bao gồm: 22 tài liệu tiếng Việt; 33 tài liệu
tiếng Anh; 6 tài liệu tiếng Nga, Bungari và 11 trang website chính thống.

5


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặc điểm sinh học và cơ lý tính của cây lạc khi thu hoạch
1.1.1. Đặc điểm sinh học cây lạc trong giai đoạn thu hoạch
Cây lạc (đậu phộng) là một loài cây thuộc họ Đậu có nguồn gốc tại Trung và
Nam Mỹ. Cây lạc là cây thân thảo đứng, là cây trồng hàng năm. Hiện nay lạc được
trồng khá phổ biến ở Việt Nam và cho năng suất cũng nhu hiệu quả kinh tế cao. Lạc

thích hợp với những loại đất có thành phần cơ giới nhẹ và thoát nước tốt, như đất cát
pha, đất thịt nhẹ …và được trồng ở đồng bằng Bắc bộ, Trung bộ, Tây Nguyên và Đông
Nam bộ [1],[2].

Hình 1.1. Cây lạc
Cây lạc gồm các bộ phận chính như sau (hình 1.1): Lá; thân; rễ; quả (củ).
- Lá cây lạc: Lá kép mọc đối, kép hình lơng chim với bốn lá chét, kích thước lá
chét dài 4-7 cm và rộng 1-3 cm. Lá kèm 2, làm thành bẹ bao quanh thân, hình dải
nhọn.
- Thân cây lạc: Thân phân nhánh từ gốc, có các cành toả ra, cao 30-50 cm tùy
theo giống và điều kiện trồng trọt.
- Rễ cây lạc: Rễ cọc, có nhiều rể phụ, rễ cộng sinh với vi khuẩn tạo thành nốt sần.
- Quả (củ) lạc: Cụm hoa chùm ở nách, gồm 2-4 hoa nhỏ, màu vàng. Dạng hoa
đậu điển hình màu vàng có điểm gân đỏ, cuống hoa dài 2-4 cm. Sau khi thụ
phấn, cuống hoa dài ra, làm cho nó uốn cong cho đến khi quả chạm mặt đất, phát triển
6


thành một dạng quả đậu (củ) trong đất, mỗi quả chứa 1-4 hạt và thường có 2 hạt. Quả
hình trụ thn, khơng chia đơi, thon lại giữa các hạt, có vân mạng.
1.1.2. Đặc điểm cơ lý của quả lạc khi thu hoạch
Để tách được quả lạc tươi ra khỏi thân và rễ cần nghiên cứu cơ lý của quả lạc và
cuống do đó trong phạm vi nghiên cứu của luận án, chúng tôi chỉ xem xét kỹ đặc điểm
của thân, quả và cuống quả [62],[3].

Hình 1.2. Cây lạc khi thu hoạch
- Đặc điểm Thân - Cành cây là thân mềm, lúc cịn non thì trịn, sau khi ra hoa
phần trên thân có cành rỗng, hoặc có cạnh. Thân có 15-25 đốt, ở phía dưới gốc đốt
ngắn, ở giữa và phía trên thân đốt dài, thân thường có màu xanh hoặc màu đỏ tím, trên
thân có lơng tơ trắng, nhiều hay ít tuỳ thuộc vào giống, tuỳ vào điều kiện ngoại cảnh.

Thân lạc tương đối cao và phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm di truyền giống.
- Quả và hạt lạc: Sau khi thụ phấn, tia lạc phát triển đẩy bầu hoa xuống đất. Tia
do mô phân sinh nằm ở gốc bầu hoa hình thành, thực chất là bộ phận của quả. Tận
cùng tia là quả phát triển sau khi tia đã đâm xuống đất. Tia thường dài không quá
15cm. Tia có tính hướng địa dương, mọc đâm thẳng vào đất và quả phát triển ở vị trí
nằm ngang giữa độ sâu 2-7cm dưới mặt đất.
* Cấu tạo quả: Quả lạc hình kén, dài 1-4 cm, đường kính rộng 0,5- 1,8 cm, một
đầu có vết đính với tia, đầu kia là mỏ quả, phần giữa thắt eo lại, ngăn cách các hạt. Mỏ
quả, độ thắt, kích thước, trọng lượng quả là những đặc điểm để phân loại giống lạc.
Quả lạc hình thành từ ngồi vào trong, vỏ có trước, hạt có sau, hoa nở được 30 ngày
thì vỏ quả hình thành xong. Hoa nở được 60 ngày hạt hình thành xong.
Hình dạng quả thay đổi tuỳ theo giống. Mỏ quả tù, hơi tù hoặc nhọn, eo lưng, eo
bụng rõ hay không, đường gân trên vỏ quả nhiều hay ít là những chỉ tiêu dùng để phân
7


loại giống lạc. Màu sắc vỏ quả thay đổi nhiều theo điều kiện ngoại cảnh đất trồng lạc,
đều kiện phơi. Ở đất cát, vỏ quả màu vàng sáng, bóng
Hình dạng hạt có dạng hạt trịn, bầu dục trong một quả, hạt ở ngăn trước dài, bé,
hạt ở ngăn sau ngắn, to. Số hạt trong 1 quả thay đổi chủ yếu do giống, phần lớn quả có
2 hạt, một số giống có 3 hạt. Quả có 1 hạt giống nào cũng có. Thường giống quả to,
quả có ít hạt, giống hạt nhỏ quả có nhiều hạt [4].
Bảng 1.1. Tổng hợp sinh thái, tính chất cơ lý các giống lạc khi thu hoạch [5]
Thơng số

TT

Đơn vị

Giống

MTD-7

LỲ

I

Sinh thái

1.1

Chiều cao cây tự nhiên

cm

47

48,2

1.2

Kích thước chùm quả (CxR)

cm

8x9

7x9

1.4


Chiều dài tia (cuống quả)

cm

3–4

3-4

1.5

Kích thước quả

mm
22 – 35
12 – 15

20- 25
10 - 12

-

Dài

-

Rộng (đường kính)

1.6

Số cây


Cây/ m2

42,67

55

1.7

Số quả

Quả/ m2

426,7

783,7

II

Tính chất cơ lý

2.1

Khối lượng cây

kg/ m2

3,02

2,546


2.2

Khối lượng thân

kg/ m2

2,07

1,277

2.3

Khối lượng quả

kg/ m2

0,78

0,750

2.4

Khối lượng tạp

kg/ m2

0,21

0,520


2.5

Độ ẩm cây

%

70,0-70,4

71,5-74,7

2.6

Độ ẩm quả

%

57,5-59,2

52,1-54,3

III

Tỷ lệ (theo khối lượng)

3.1

Quả/cây

%


25,37

29,4

3.1

Thân/cây

%

67,68

50,2

3.2

Tạp chất/cây

%

6,95

20,4

3.3

Quả non/quả chắc

%


9,33

5,2

IV

Năng suất quả tươi

kg/ha

7.020

6.000

1.1.3. Mối liên kết giữa cây và quả lạc khi thu hoạch
Theo kết cấu của cây, quả lạc liên kết với thân qua cuống. Nếu tạo một lực bứt
tác động tại vị trí liên kết quả và cuống sao cho có hướng trùng với trục quả, có trị số
8


lớn hơn lực liên kết cuống và quả, nhưng nhỏ hơn lực phá hủy thì sẽ bứt được quả an
tồn.
Để bứt được quả lạc ra khỏi thân, ta quan tâm đến mối quan hệ của 3 liên kết:
Liên kết giữa đầu cuống với thân; liên kết cuống với cuống; liên kết giữa cuối cuống
với quả (hình 1.3) và độ ẩm khi bứt quả lạc.

Hình 1.3. Các mối liên kết của quả lạc [23]
1- Giữa cuống với thân; 2- Giữa hai đầu cuống; 3- Giữa cuống với quả
Theo các tác giả X. Mou, Q. Liu, Y. Ou, M. Wang [23] đã xác định độ bền kéo

giữa quả - cuống – thân cây giảm dần theo độ ẩm khi cây được phơi khơ. Khi mới thu
hoạch, cây quả cịn tươi, độ ẩm tương đối của thân cây khoảng 66% và độ bền kéo
giữa gốc - cuống là 18,84 N, giữa cuống - quả là 15,46 N và giữa hai đầu cuống là
25,84 N. Sau 1-2 ngày phơi, độ ẩm và độ bền kéo giảm nhanh. Sau đó, độ ẩm thay đổi
chậm lại và độ bền kéo giữa các nút hầu như không đổi và có các giá trị tương ứng là:
9,41; 7,65 và 11,59 N. Chính vì điều này mà tại các nước Bắc Mỹ, nơi có khí hậu khơ
ráo vào mủa thu hoạch lạc, người ta thường áp dụng công nghệ thu hoạch quả khơ.

Hình 1.4. Đo độ bền kéo của các bộ phận khác nhau của quả lạc [23].
9