Nghiên cứu cấu trúc bộ phận trồng hom sắn nghiêng và một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nghiêng hom sắn sau khi trồng trong máy liên hợp cắt trồng hom sắn

J. Sci. & Devel. 2014, Vol. 12, No. 8: 1314-1321

Tạp chí Khoa học và Phát triển 2014, tập 12, số 8: 1314-1321

www.vnua.edu.vn

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC BỘ PHẬN TRỒNG HOM SẮN NGHIÊNG

VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NGHIÊNG HOM SẮN

SAU KHI TRỒNG TRONG MÁY LIÊN HỢP CẮT TRỒNG HOM SẮN

Nguyễn Ngọc Bình¹, Hà Đức Thái², Nông Văn Vìn², Lưu Văn Chiến³

¹Nghiên cứu sinh, Khoa cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam,

²Hội cơ khí nông nghiệp Việt Nam,³Khoa cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Email*: ngocbinhttc@gmail.com

Ngày gửi bài: 12.07.2014

Ngày chấp nhận: 24.11.2014

TÓM TẮT

Bài báo giới thiệu nguyên lý cấu trúc bộ phận trồng hom sắn nghiêng trong liên hợp máy cắt và trồng sắn, kết

quả tính toán ứng suất nén theo điều kiện an toàn vào hom sắn khi trồng và các yếu tố ảnh hưởng tới góc nghiêng

hom sắn khi trồng. Ứng suất nén theo điều kiện an toàn cho mầm sắn [σ] ≤ 2,99 N/cm²; Các yếu tố ảnh hưởng tới

góc nghiêng hom sắn khi trồng gồm: Vận tốc tiến của máy liên hợp (V_m); Thời gian từ khi đặt hom tới khi bánh xe nén

đất xong (t); Chiều dài hom sắn (l), đoạn C^'D^'(phụ thuộc vào góc nghiêng β của máng dẫn hom góc β càng lớn C^'D^'

càng nhỏ). Nếu cho trước V_m, t, C^'D^', l, ta sẽ tính được góc nghiêng α của hom sắn sau khi trồng. Kết quả tính toán

phù hợp với kết quả thử nghiệm.

Từ khóa: Máy trồng sắn; trồng sắn nghiêng; liên hợp máy trồng sắn.

Results on The Structure of The Slanting Planter Part of The Cassava Cutting Cutter-

Planter Conjugation Machine and Some Factors Affecting Inclination Degree of Cassava

Cuttings in The Cassava Cutting Cutter-Planter Conjugation Machine after Planting

ABSTRACT

This paper introduces the principal selection of the structure of the slanting-cutting-planter part in the cassava

cutting cutter-planter conjugation machine. The results showed the calculated soil compressed pressure under safe

conditions for cassava cuttings after planting and factors affecting inclination angle of the cassava cuttings after

planting. In case of the compressed pressure [σ] that secured the cassava cuttings was less than or equal to 2,99

)

N/cm², factors which affected the inclination angle of the cassava cuttings after planting included forward speed (V_m

of the conjunction machine, the time (t) counting from starting placing the cassava cutting into the soil to finish soil

compressing, the length (l) of the cassava cuttings, the C’D’ length which depended on  inclinable angle of the

cutting path-trough (the bigger  angle was, the smaller C’D’ length was). If values of V_m, t, C’D’ length and l were

given in advance, we would figure inclination angle of the cassava cuttings after planting. The calculated results were

in agrement ưith the tested results.

Keywords: Cassava planting machine; slanting cassava planting; cassava planting conjugation machine.

nằm. Bên cạnh đó việc trồng nghiêng sẽ chống

được úng, hạn, tỷ lệ cây nảy 12 mầm cao.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Các kết quả nghiên cứu về nông học mới

nhất trong canh tác sắn cho thấy việc trồng

đứng hoặc nghiêng hom sắn một góc 3060⁰so

với mặt đất cho năng suất cao hơn so với trồng

Trên thế giới, máy trồng đứng và trồng

nghiêng hom sắn được nhiều nước đang nghiên

cứu, tuy nhiên các kết quả còn hạn chế nên chưa

được ứng dụng rộng vào sản xuất. Do vậy việc tính

1314

Nguyễn Ngọc Bình, Hà Đức Thái, Nông Văn Vìn, Lưu Văn Chiến

toán bộ phận trồng hom sắn có góc nghiêng điều

Từ những yêu cầu trên qua nghiên cứu

phân tích ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng

một số bộ phận lấp nén đất trong các máy nông

nghiệp hiện có, chúng tôi lựa chọn bộ phận lấp

nén đất cho quá trình trồng hom sắn theo sơ đồ

cấu trúc sau (Hình 1):

chỉnh được trong khoảng 30  60⁰sẽ phục vụ cho

chế tạo liên hợp cắt và trồng sắn, giúp cơ giới hóa

và nâng cao hiệu quả trong sản xuất sắn.

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

+ Nguyên tắc làm việc của bộ phận lấp nén

như sau (Hình 2):

2.1. Vật liệu nghiên cứu

- Cây sắn giống đang trồng phổ biến ở Việt Nam.

- Đất trồng sắn ở vùng sản xuất sắn tập trung.

- Khi hom sắn từ bộ phận cắt rơi theo máng

dẫn hom xuống đất, hai vành bánh xe đi sau

dồn và nén đất vào hom sắn.

2.2. Thiết bị nghiên cứu

- Để thay đổi lượng đất dồn vào hom sắn

cấu trúc bộ phận nén đất cho phép có thể thay

đổi được góc mở (∂) của bánh lấp nén là góc hợp

bởi mặt phẳng vành bánh xe lấp nén và phương

chuyển động.

- Liên hợp máy cắt và trồng sắn.

- Một số bộ phận lấp nén đang được ứng

dụng trong máy nông nghiệp hiện nay.

2.3. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý bộ phận

lấp nén trong liên hợp máy trồng sắn.

- Tính toán áp suất đất nén vào hom sắn

khi trồng và khoảng cách đặt bánh xe nén đất

tới hom sắn.

- Để thay đổi lực nén của bánh nén vào đất

bằng cách ta có thể thay đổi độ cứng lò xo 7, 9.

+ Ưu điểm:

- Bộ phận lấp nén đất có lò xo kéo 7 và lò xo

nén 9 nên điều hòa được áp suất nén lên đất.

- Điều chỉnh được góc mở (∂) theo phương

tiến để có thể vun được lượng đất vào hom sắn

nhiều, ít theo yêu cầu.

- Tính toán góc nghiêng hom sắn khi trồng.

2.4. Phương pháp nghiên cứu

- Điều chỉnh được khoảng cách 2 vành bánh

nén, để thay đổi áp suất nén của của bánh xe

qua đất tới hom sắn.

- Phương pháp lý thuyết xác định áp suất

đất nén vào hom sắn: Dựa vào lý thuyết tính

toán máy nông nghiệp.

- Xác định góc nghiêng hom sắn, dựa vào

thiết lập mô hình và kỹ thuật tính toán.

3.2. Tính toán áp suất nén đất vào hom sắn và

khoảng các đặt bánh xe nén đất tới hom sắn

Sau khi hom sắn được thả xuống đất, công

việc tiếp theo là phải vun nén đất với áp suất

cần thiết để đất kín khít vào hom sắn và giúp

hom sắn đứng vững, hom sắn được bén rễ tốt.

Lực nén đất phải nhỏ hơn lực làm dập mầm

hom. Theo yêu cầu của nông học, lực ép đất vào

hom sắn tới hạn khi tế bào mầm hom bị dập,

biểu hiện là mầm hom sắn bị trầy xước hoặc

chẩy nước. Vì vậy cần tính toán ứng suất nén

tới hạn lên mầm sắn để làm cơ sở phục vụ cho

việc tính toán thiết kế máy.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Lựa chọn nguyên lý bộ phận lấp nén

trong liên hợp máy trồng sắn

Theo yêu cầu nông học, bộ phận lấp nén đất cho

máy trồng hom sắn cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Áp suất bánh xe nén đất vào hom sắn đủ để

giữ hom sắn đứng vững và không làm dập hom, bảo

đảm hom sau khi trồng nảy mầm khỏe.

+ Vun đủ lượng đất vào hom sắn ngập từ

1/2÷2/3 chiều dài hom theo yêu cầu nông học.

3.2.1. Bố trí thí nghiệm xác định ứng suất

ép khi mầm hom bắt đầu dập và chảy nước

+ Khi làm việc trên mặt đồng không bằng

phẳng áp suất bánh xe nén vào đất luôn điều hòa.

Chọn hom sắn giống dài 20cm, đặt vào hộp

gỗ chứa đất rời (hộp có kích thước 6 x 6 x 20cm,

+ Vun đất vào hom sắn kịp thời để giữ hom

sắn ở độ nghiêng theo yêu cầu nông học.

1315

nghiên cứu cấu trúc bộ phận trồng hom sắn nghiêng và một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nghiêng hom sắn sau khi

trồng trong máy liên hợp cắt trồng hom sắn

Hình 1. Bộ phận lấp nén cho cho phương pháp trồng nghiêng hom sắn

Hình 2. Bản vẽ lắp bộ phận lấp nén phối hợp cụm rạch luống

1316

Nguyễn Ngọc Bình, Hà Đức Thái, Nông Văn Vìn, Lưu Văn Chiến

1

4

3

2

5

6

P

d

1

Hình 3. Mô hình thí nghiệm lực ép làm dập mầm hom sắn

Chú thích: 1. Lực kế, 2. Hom sắn, 3. Mắt hom, 4. Tấm ép, 5. Đất, 6. Hộp gỗ

Bảng 1. Kết quả thí nghiệm ứng suất nén của đất khi hom sắn bị dập

Đường kính

hom sắn d (cm)

Lực nén

(N)

Diện tích

Ứng suất nén

Stt

Quá trình nén

nén (cm²)

(N/cm²)

1

2

3

4

5

24,0

20,0

22,5

22,0

21,5

Mầm hom bị bắt đầu dập và chảy nước

225

221

224

222

75,36

62,8

2,99

3,52

3,17

3,21

3,30

70,65

69,08

67,20

để hở mặt trên) rắc một lớp đất xuống đáy hộp

dày 1cm, đặt hom sắn vào hộp, tiếp tục rắc đất

rời ngập hom sắn có độ dày lớp đất 2cm, đất có

độ ẩm 20% tương đương loại đất và độ ẩm đất

khi trồng sắn rồi dùng miếng gỗ kích thước 5,5 x

19,5 x 5cm đè lên trên. Dùng lực kế nén đều,

tăng lực từ từ lên miếng gỗ tới khi mầm hom

dập chảy nước thì dừng lại đọc trị số lực nén

trên lực kế.

cây sắn nằm trong khoảng từ 2,99 - 3,30 N/cm²

tùy thuộc vào đường kính thân cây sắn và đoạn

sắn mang thí nghiệm.

Trong tính toán để đảm bao an toàn khi

nén đất cho hom sắn, chọn [σ] ≤ 2,99 (N/cm²).

3.2.2. Xác định áp suất trong đất dưới tác

dụng của bánh xe lấp hàng

Theo kết quả nghiên cứu về cơ học đất: Khi

có một đầu nén hình chữ nhật có kích thước a x

b nén vuông góc vào mặt đất thì lực nén của đầu

nén truyền vào trong đất phân tán sang hai bên

theo qui luật góc 60⁰và áp lực nén giảm dần

theo độ sâu z.

Ứng suất nén để mầm hom dập tính gần

đúng theo công thức: σ = P/πdl/2

Trong đó: P là lực nén đọc trên lực kế có

đơn vị đo là (N); Π = 3,14;

d là đường kính hom sắn (cm);

Vận dụng kết quả nghiên cứu trên tính ứng

suất nén của bánh xe máy nông nghiệp và đất

(theo bài giảng cho Cao học của PGS. Nguyễn

Bảng) gần đúng như sau:

l là chiều dài hom sắn (cm).

Tiến hành thí nghiệm 5 lần lặp lại cho kết

quả bảng 1

Như vậy, ứng suất nén trên thân cây sắn

cho phép xác định theo điều kiện an toàn cho

Giả sử bánh xe tác động lên đất lực R, áp

lực bánh xe phân bố đều diện tích:

1317

nghiên cứu cấu trúc bộ phận trồng hom sắn nghiêng và một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nghiêng hom sắn sau khi

trồng trong máy liên hợp cắt trồng hom sắn

P

Khoảng cách giữa mép

bánh xe tới hom sắn

Bánh nén

Hom sắn

30⁰

Z

Hình 4. Sơ đồ phân bố áp khi bánh xe nén đất

R

G

Pz

Lo

P



Po

H

Hình 5. Sơ đồ phân bố áp xuất trong đất theo độ sâu z

R

2

S₀= L₀.B

[1]

(N / mm )

P 



o

So Lo.B

Trong đó: B là bề rộng bánh xe (m); L₀là

đoạn đất bị nén từ điểm bánh xe tiếp xúc với đất

tới điểm thấp nhất của bánh xe (cm).

Trong đó: R là lực tác động lên đất (N)

S₀là diện tích bánh xe đè lên đất (mm²)

G

cos

r là bán kính bánh xe lấp đất (m). Mà: L₀=

2rsinδ

Thay L₀= Dsinδ; R =

vào công thức ở

G

trên ta được:

Áp lực phân bố đều trên diện tích bề mặt



P 

(N)

o

DBsin cos

là:

1318

Nguyễn Ngọc Bình, Hà Đức Thái, Nông Văn Vìn, Lưu Văn Chiến

Ta tính được áp lực (P_z) trong đất ở độ sâu Z

theo công thức:

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nghiêng

hom sắn sau khi trồng

LoB

(L Z)(BZ)

2

Muốn điều chỉnh được độ nghiêng của hom

sắn chúng ta cần biết những yếu tố nào sẽ ảnh

hưởng đến độ nghiêng của hom sắn sau khi

trồng. Chúng tôi thiết lập mô hình tính toán

như (Hình 6).

(N /mm )

P_z= P₀

o

Với bánh xe có thiết kế: D = 450mm, B =

60mm, δ = 15⁰, G = 420N

Thay các trị số vào công thức trên ta tính

được P₀= 0,09 N/mm²= 9 N/cm²

+ Trong đó:

1. Máng dẫn hom

Dùng công cụ tính Excel ta tính được kết

quả thể hiện ở bảng sau:

2. Hom sắn

3. Bánh xe vun, nén đất

Bảng 2. Áp suất trong đất phân bố theo độ

sâu Z khi chịu lực nén R

+ Một số thông số kỹ thuật:

β: Góc nghiêng của máng dẫn hom

α: Góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng

γ: Góc nghiêng của vành bánh xe vun, nén đất

l: Chiều dài hom sắn

Độ sâu Z (mm)

Áp suất Pz (N/cm²)

0

P₀= 9

10

0,82 P₀= 7,38

0,69 P₀= 6,2

0,59 P₀= 5,31

0,51 P₀= 4,5

0,45 P₀= 4,05

0,40 P₀= 3,6

0,35 P₀= 3,15

0,32 P₀= 2,88

0,29 P₀= 2,61

0,26 P₀= 2,34

0,24 P₀= 2,16

0,22 P₀= 1,98

0,20 P₀= 1,8

0,19 P₀= 1,71

0,17 P₀= 1,53

20

r: Bán kính bánh xe vun, nén đất

V_m: Vận tốc tiến của liên hợp máy

30

40

t: Thời gian từ khi hom sắn chạm đáy rãnh

tới khi bánh xe vun, nén đất xong

50

60

I: Vị trí máng dẫn hom khi hom sắn thả

chạm đáy rãnh

70

80

II: Vị trí máng dẫn khi bánh xe vun, nén

đất xong.

90

100

110

120

130

140

150

1

Từ bảng kết quả trên ta chọn vị trí bánh xe

lấp đất vào hom sắn.

3.2.3. Tính khoảng cách bánh xe tới hom

sắn

Theo đồ thị phân bố lực hình 3 và kết quả

bảng 2 để lực nén đất vào mầm hom sắn an toàn

thì độ sâu đất nén > 80mm. Từ đó ta tính được

khoảng cách mép bánh xe tới hom sắn theo công

thức: X = 80/√3 = 46,51mm.

D’

 D

Vậy để bánh xe nén vào đất không làm dập

mầm hom thì khoảng cách mép bánh xe về phía

hom sắn phải cách hom sắn ít nhất 46,51mm.

Hình 6. Sơ đồ quá trình trồng hom sắn

1319

nghiên cứu cấu trúc bộ phận trồng hom sắn nghiêng và một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nghiêng hom sắn sau khi

trồng trong máy liên hợp cắt trồng hom sắn

A: điểm hom sắn chạm đáy rãnh.

AC AC

(1)

;

cos  



D: điểm kéo dài của máng dẫn hom chạm

đáy rãnh ở vị trí I.

AB

l

V .t  D'C'

AC' DD'D'C'

m

(2)

cos 



D': điểm kéo dài của máng dẫn hom chạm

đáy rãnh ở vị trí II.

l

AB'

l

điểm C, C^’là điểm hạ vuông góc từ B và B^’

+ Nguyên lý làm việc: Hom sắn qua bộ

phận phân phối hom chảy theo máng dẫn

xuống đáy rãnh đã được rạch sẵn, hai vành

bánh xe hình côn vun và nén đất giữ để hom

sắn đứng vững.

tới đường nằm ngang đi qua A.

Từ phương trình (2) ta thấy góc nghiêng của

hom sắn sau khi trồng là α phụ thuộc các yếu tố:

- Vận tốc tiến của máy liên hợp: V_m

- Thời gian từ khi đặt hom tới khi bánh xe

Theo hình vẽ ta thấy từ khi hom sắn chạm

đáy rãnh tới khi bánh xe vun vén nén đất xong

mất khoảng thời gian là t với vận tốc máy là v_m

thì máng dẫn hom dịch chuyển một đoạn đường

là: S = v_mt.

nén đất xong: t

- Chiều dài hom sắn: l

- Đoạn C^'D^'mà C^'D^'phụ thuộc vào góc

nghiêng β của máng dẫn hom (góc β càng lớn

C^'D^'càng nhỏ). Đoạn C^'D^'hoàn toàn xác định

được bằng cách vẽ.

Trên hình ta thấy:

Bảng 3. Bảng tra góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng khi V_m= 0,5m/s, t = 0,2s

C^'D^'(m)

Thông số

cosα

α

0,00

0,05

0,1

l = 0,2

0,500

0,750

1,000

0,454

0,681

0,909

0,400

0,600

0,800

60⁰

41⁰40^’

0⁰

l = 0,22

l = 0,25

0,00

63⁰

0,05

47⁰

24⁰20^’

66⁰20^’

53⁰7^’

36⁰47^’

Bảng 4. Góc nghiêng α của hom sắn sau khi trồng khi C^'D^'= 0,05m, t = 0,2s

V_m(m/s)

Thông số

cosα

α

0,4

0,5

0,6

l = 0,2

0,650

0,750

0,850

0,590

0,681

0,727

0,520

0,606

0,680

49⁰27^’

41⁰17^’

31⁰50^’

53⁰50^’

47⁰00^’

43⁰20^’

57⁰40^’

53⁰10^’

47⁰10^’

l = 0,22

l = 0,25

0,4

0,5

1320

Nguyễn Ngọc Bình, Hà Đức Thái, Nông Văn Vìn, Lưu Văn Chiến

Từ phương trình 2 ta còn thấy:

Kết quả trên hình cho thấy độ nghiêng hom

+ Nếu cho trước V_m, t, C^'D^', l ta sẽ tính được

góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng.

sắn khi trồng thực tế phù hợp với kết quả tính

toán, mầm hom sắn không bị dập nảy đều và

phát triển tốt.

Thí dụ: Cho C^'D^'= 0,05m, l = 0,2m, V_m=

0,5m/s, t = 0,2s

0,5x0,2  0,05

4. KẾT LUẬN

ta tính được:

cos 

 0,75

0,2

Qua nghiên cứu đã lựa chọn được nguyên

lý, cấu trúc bộ phận trồng để trồng hom sắn

nghiêng trong liên hợp máy cắt và trồng sắn.

Cosα = 0,6 => α = 41^o40’, từ đó ta lập được

bảng góc nghiêng α của hom sắn sau khi trồng

khi cho trước C^'D^'= 0,05m; t = 0,2s.

Đã tiến hành thí nghiệm xác định được ứng

suất nén theo điều kiện an toàn cho cây sắn đủ

điều kiện nảy mầm trong khoảng từ 2,99 - 3,52

N/cm²tùy thuộc vào loại cây sắn khác nhau. Để

đảm bảo an toàn cho mầm sắn khi nén đất vào

hom sắn, chọn [σ] ≤ 2,99 (N/cm²) và tính được

khoảng cách mép bánh xe tới hom sắn an toàn

là 46,51mm.

3.5. Kết quả thử nghiệm

Sau khi nghiên cứu thiết kế, chế tạo, máy

đã được trình diễn trên diện tích 2ha với địa

hình khó của vùng trồng sắn như: Đất thịt nhẹ,

độ ẩm 28%, độ cứng đất trồng 1 N/cm², đất có

lẫn cỏ rác, gốc cây sắn, độ dốc 14%, tại Sơn Lai,

Nho Quan, Ninh Bình: Tỷ lệ hom cắt đứt 100%;

(-)

1

chiều dài hom sắn sau khi cắt 23⁺

cm;

Đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới

góc nghiêng hom sắn khi trồng.

khoảng cách hom trên hàng 70 ^{+(-) 3}cm.

- Vận tốc tiến của máy liên hợp: V_m

- Thời gian từ khi đặt hom tới khi bánh xe

nén đất xong: t

- Chiều dài hom sắn: l

- Đoạn C^'D^'mà C^'D^'phụ thuộc vào góc

nghiêng β của máng dẫn hom (góc β càng lớn

C^'D^'càng nhỏ).

- Nếu cho trước V_m, t, C^'D^', l ta sẽ tính được

góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng.

Thí nghiệm mẫu máy

Kết quả thử nghiệm sản xuất cho thấy: Độ

nghiêng hom sắn trồng trên thực tế phù hợp nội

dung tính toán. Mầm hom không bị dập cây sắn

trồng bằng máy phát triển khỏe.

Ruộng sắn trồng bằng máy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Bảng (1995). Bài giảng Lý thuyết tính toán

máy canh tác cho học viên cao học. Nhà xuất bản

Giáo dục.

Nguyễn Trong Hiệp (2003). Thiết kế chi tiết máy. Nhà

xuất bản Giáo dục.

Nguyễn Văn Muốn, Nguyễn Viết Lầu, Trần Văn

Nghiễn, Hà Đức Thái (1999). Máy canh tác nông

nghiệp. Nhà xuất bản Giáo dục.

Cây sắn sau 4 tháng trồng bằng máy

Trần Hữu Quế, Nguyễn Văn Tuấn (2007). Vẽ kỹ thuật

Hình 8.

cơ khí. Nhà xuất bản Giáo dục.

1321