Luận án Nghiên cứu một số thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi

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 THÔNG 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 THÔNG 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 iii 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 hoá 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 iv 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. Mô hình kết cấu bộ phận bứt quả lạc trong buồng đập ................................... 69 3.1.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quá 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 v 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 mô 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 CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ ..... 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 132 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 138 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Chữ viết tắt Diễn giải Đơn vị LHM Liên hợp máy LHMTHL Liên hợp máy thu hoạch lạc FAO Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc NN-PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn 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 Các ngăn thu quả dưới sàng N5 Cửa thoát liệu CĐNN Cơ điện nông nghiệp CNSTH Công 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 iy Giá trị trung bình thông số ra ở điểm thứ i 2 iS Phương sai thí nghiệm thứ i 2 tnS 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 vii Xit Giá trị thực mức trên Xid Giá trị thực mức dưới S2a Phương sai tuyển chọn iyˆ Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm i *k Số các hệ số trong mô hình hồi quy ttF Giá trị tính toán của chuẩn Fisher Sb0; Sbj ... Các ước lượng độ lệch trung bình theo hệ số hồi quy b0; bi ... 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 công 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 ngoài của nắp trống mm D Đường kính danh nghĩa của trống bứt quả (đường kính đi qua đỉnh răng) mm viii D0 Đường kính vòng chân răng (vòng tròn 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 công suất kW g aht Gia tốc trọng trường Gia tốc hướng tâm m/s2 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 Plt Fcr Trọng lượng quả lạc Lực quán tính ly tâm Lực quán tính Coriolid N N N ft fd Hệ số ma sát tĩnh giữa cây lạc với thép 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 ix fdq Hệ số ma sát động fdq của quả lạc với thép v/ph vòng/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 x 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 thông 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 thông 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 mô 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 mô hình hồi quy độ vỡ .............................................. 118 Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm hàm chi phí công suất N, kW .................................... 121 Bảng 4.12. Giá trị các hệ số và chuẩn Student hàm chi phí công suất ........................ 122 Bảng 4.13. Đánh giá sai số của mô hình hồi quy chi phí công suất ............................ 123 Bảng 4.14. Chế độ tối ưu của bộ phận bứt quả lạc với các chiều dài trống khác nhau126 xi 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. Công 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. Mô 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 xii Hình 1.28. Cấu tạo của trống đập dọc trục [36] ............................................................ 30 Hình 1.29. Phân bố tọa độ các ô 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 thông 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 .............................