TÓM TẮT:
Trong những năm gần đây cây tỏi là loại cây nông nghiệp đang được chú trọng phát triển và đã hình thành các vùng sản xuất tập trung như ở Quảng Ngãi, Hải Dương vv….Hiện nay khâu thu hoạch hành tỏi ở Việt Nam gần như 100% thực hiện thủ công nên việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo liên hợp máy thu hành phù hợp với kỹ thuật và tập quán sản xuất tỏi tại Việt Nam đáp ứng tính căng thẳng mùa vụ, giảm chi phí nhân công, nâng cao hiệu quả kinh tế sẽ đáp ứng được nhu cầu thực tiễn. Bài viết giới thiệu về kết quả bước đầu nghiên cứu lựa chọn nguyên lý, cấu tạo và tính toán một thông số chính của máy thu hoạch 0.2ha/h phục vụ vùng sản xuất tập trung tại Việt Nam.
Từ khóa: Cơ giới hóa, máy trồng hành, bộ phận nhả hạt, cơ cấu trồng
RESEARCH RESULTS ON GARLIC HARVESTING MACHINES APPLIED TO CONCENTRATED PRODUCTION AREAS IN VIETNAM
ABSTRACT:
In recent years, garlic is an agricultural crop that is being focused on development and has formed concentrated production areas such as in Quang Ngai, Hai Duong, etc. Currently, the garlic harvesting process in Vietnam is almost 100% done manually, so the research, design and manufacture of a combined onion harvesting machine suitable for the techniques and practices of garlic production in Vietnam to meet the stress of the season, reduce labor costs, and improve economic efficiency will meet practical needs. The article int roduces the initial results of the study on selecting the principle, structure and calculation of a key parameter of a 0.2ha/h harvesting machine serving concentrated production areas in Vietnam.
Keywords: Mechanization, garlic harvester, clamping-pulling unit, belt clamping mechanism, belt drive
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Thời gian gần đây cùng với việc phát hiện nhiều công dụng khác nhau của tỏi với sức khỏe các sản phẩm của tỏi cũng ngày càng phong phú như tỏi đen, tinh dầu tỏi, tỏi bột, tỏi không mùi, rượu tỏi vv.... phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu mang lại giá trị kinh tế lớn nên giờ đây đã phát triển thành các vùng sản xuất tập trung với quy mô lớn và được đầu tư bài bản.
Các vùng sản xuất tập trung tỏi với diện tích lớn được đầu tư tại Quảng Ngãi (tính riêng đảo Lý Sơn là 307ha), Hải Dương 7.100 ha (riêng huyện Kinh Môn là 4013 ha –số liệu năm 2019), huyện Vạn Ninh – Khánh Hòa 600ha... tuy nhiên vẫn không đáp ứng được nhu cầu của thị trường. Hằng năm Việt Nam vẫn phải nhập khoảng 88.000 tấn tỏi từ Trung Quốc.
Tỷ lệ cơ giới hóa thấp làm cho các vùng sản xuất lệ thuộc và nguồn lao động, thường xuyên bị căng thẳng mùa vụ, chi phí nhân công cao, hiệu quả kinh tế thấp và từ đó khó có thể mở rộng quy mô đáp ứng nhu cầu của thị trường.
Khâu thu hoạch đang là khâu tiêu tốn nhiều công lao động nhất trong sản xuất hành và tỏi hiện nay. Máy thu hoạch hành củ, tỏi tại Việt Nam chiếm tỷ lệ rất thấp gần như không có. Áp dụng máy thu hoạch hành tỏi đang sử dụng rộng rãi tại Châu Âu và Ấn Độ, Trung Quốc còn nhiều hạn chế do:
- Giá thành máy cao
- Khác biệt về quy mô đồng ruộng tại Việt Nam
- Đa phần sử dụng các máy kéo công suất lớn (70-120PH). Trong khi Việt Nam các máy kéo có sẵn chỉ từ 30-50Hp
Do vậy cần phải có sự điều chỉnh để phù hợp với quy trình và tập quán canh tác và giống hành tỏi của Việt Nam. Từ những vấn đề diễn giải ở trên ta thấy tỏi đang dần trở thành cây mũi nhọn với giá trị kinh tế cao và đã có những vùng sản xuất tập trung lớn nhưng lĩnh vực cơ giới hóa chưa được chú trọng. Chưa có nghiên cứu cụ thể và bài bản nào về các khâu thu hoạch ở Việt Nam. Do vậy vấn đề nghiên cứu lựa chọn nguyên lý và cấu tạo liên hợp máy thu hoạch tỏi, hành củ phục vụ vùng sản xuất tập trung tại Việt Nam là cấp thiết.
Nội dung thực hiện:
- Lựa chọn nguyên lý, cấu tạo liên hợp máy thu hoạch tỏi phù hợp với vùng sản xuất tập trung tại Việt Nam.
- Tính toán bộ phận kẹp, cắt trên liên hợp máy thu hoạch tỏi phù hợp với vùng sản xuất tập trung tại Việt Nam.
- Thí nghiệm, đánh giá các thông số làm việc chính của liên hợp máy thu hoạch tỏi phù hợp với vùng sản xuất tập trung, năng suất 0,1-0,12 ha/h.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
2.1. Đặc điểm ruộng tỏi và cây tỏi ở thời kỳ thu hoạch
- Kích thước luống tỏi: 1000 mm
- Số hàng tỏi trên 1 luống: 4 hàng
- Hàng cách hàng trồng tỏi: 100-150 mm
- Khoảng cách cây cách cây trên hàng: 100 mm
- Độ sâu phân bố củ trên luống: 10-80 mm
- Kích thước của củ khi thu hoạch: 25-50 mm
- Chiều cao cây tỏi khi thu hoạch: 35 – 50 cm
- Đường kính thân cây tỏi (sát phân củ) khi thu hoạch: 6-10 mm
- Khối lượng (TB) của củ tỏi khi thu hoạch: 10 – 25 g
- Độ bền chịu dập của thân cây khi chịu ép tĩnh ngang: 5 – 7 N
- Độ bền chịu kéo của thân cây khi chịu kéo tĩnh dọc trục: 80 N
- Lực kéo cần thiết để kéo cây tỏi lên khỏi mặt ruộng khi kéo tự nhiên: 70 N
- Lực kéo cần thiết để kéo cây tỏi lên khỏi mặt ruộng khi có lưỡi phá liên kết sơ bộ giữa củ và đất: 30 N
- Độ chặt của đất ruộng tỏi khi thu hoạch: 1.1 – 1.3 (g/cm³)
Đây là các thông số làm cơ sở để thiết kế mẫu máy thu hoạch tỏi.
Hình 1. Cây tỏi khi thu hoạch
2.2. Yêu cầu kỹ thuật của máy thu hoạch tỏi
- Thiết kế phù hợp với quy trình canh tác tỏi của Việt Nam
- Thu hoạch 4 hàng
- Thiết kế máy nhỏ gọn, giá thành hợp lý
- Bề rộng phù hợp với kích thước luống
- Liên hợp với các máy kéo có sẵn từ 30-50Hp
- Năng suất: 02ha/h
- Độ sót < 3%;
- Độ sây sát củ < 2 %.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập thông tin và xử lý các số liệu điều tra, khảo sát, các thông tin truy cập từ các kênh thông tin trong và ngoài nước.
- phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây.
- Phương pháp lựa chọn, kết hợp thực nghiệm cho các lựa chọn nguyên lý, kết cấu máy.
- Phương pháp thiết kế máy nông nghiệp cho các thiết kế cơ khí (sử dụng phần mềm Inventor, AutoCad.).
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Lựa chọn nguyên lý bộ phận trồng
3.1.1 Nguyên lý sàng rung
Hình 2: Nguyên lý sàng rung
1/ Lưỡi đào; 2/ Sàng; 3/ Bộ khuấy; 4/ Băng đàn hồi;
5+6/ Con lăn băng tải; 7/ Băng tải; 8/ Nắp che.
Nguyên lý sàng rung được mô tả như sau:
Hệ thống gồm một lưỡi đào (1), sàng (2), bộ rung (3) được gắn trên đầu ra của sàng (2) dưới dạng một băng đàn hồi (4), được căng trên hai con lăn căng (5) và (6) với khả năng điều chỉnh chiều cao và tốc độ quay. Băng tải thanh (7) được lắp phía trên với một nắp che (8) có chiều rộng bằng băng tải.
Khi di chuyển trên cánh đồng, lưỡi đào (1) đào các hàng tỏi giống và khối lượng thu hoạch được đưa vào sàng (2), nơi đất và tạp chất được tách ra. Bộ rung (3) với băng đàn hồi (4) và các gờ nổi của băng tải (8) tác động nhẹ lên vật liệu, tăng cường quá trình tách tạp chất.
3.1.2. Nguyên lý kẹp nhổ
Mô tả của nguyên lý kẹp nhổ như sau:
Theo nguyên lý này, khi máy di chuyển lưỡi đào (1) sẽ tác động vào đất làm vỡ sơ bộ liên kết. Thanh rẽ hàng (2) ở mỗi hàng sẽ rẽ, hỗ trợ nâng gốc tỏi lên và cùng với các đai kẹp (3) sẽ giúp cho việc nhổ cây tỏi lên. Bộ phận kẹp bao gồm đai kẹp (3) nhận truyền động từ hệ thống truyền động thuỷ lực (6), bánh đai (5) và thiết bị căng (4) có tác dụng gữi cây và nâng dần cây đồng thời phân tách đất đưa đến bộ phận cắt và thùng chứa.
Hình 3: Nguyên lý kẹp nhổ
1/ Lưỡi đào; 2/ Thanh rẽ; 3/ Đai kẹp;
4/ Thiết bị căng; 5/ Bánh đai; 6/ Cụm truyền động
Nhận xét:
Với công nghệ sàng rung ưu điểm máy có năng suất cao, nhưng nhược điểm máy có kính thước lớn, để phân ly tốt bộ phận sàng rung phải dài gây mấy cân bằng trong khi làm việc và phải thêm công đoạn cắt cây sau khi thu hoạch. Với nguyên lý kẹp nhổ máy có khả năng làm sạch tốt, mức độ cơ giới hoá cao tuy nhiên để máy có nguyên lý này là việc tốt thì quá trình canh tác đòi hỏi mức độ cơ giới hoá đồng bộ tương đối cao từ làm đất đến trồng, khoảng cách hàng phải đủ lớn.
Hiện nay với công nghệ, thiết bị về thủy lực và điều kiển tự động rất phát triển do vậy nguyên lý kẹp nhổ đã được áp dụng ở hầu hết các máy thu hoạch hành tỏi, cà rốt tiên tiến hiện nay.
Do vậy dựa trên các mẫu máy hiện có trên thế giới, với quy trình canh tác cây tỏi và trình độ công nghệ chế tạo ở nước ta. Nhóm nghiên cứu đề xuất áp dụng nguyên lý kẹp nhổ để nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy thu hoạch tỏi theo hàng. Máy có thể cắt thân lá và gom củ vào thùng chứa với năng suất 0.1- 0,2ha/h.
3.2. Tính toán một số thông số làm việc của máy thu hoạch tỏi
Có nhiều nhiệm vụ cần giải quyết khi tính toán thiết kế, chế tạo máy thu hoạch tỏi. Tuy nhiên, trọng tâm cơ bản khi tính toán máy thu hoạch tỏi nói riêng và máy thu hoạch kiển kẹp nhổ nói chung bộ phận kẹp nhổ bởi đây là bộ phận quan trọng nhất, quyết định khả năng làm việc của máy.
3.2.1. Tính toán lựa chọn bộ phận kẹp đai
Sơ đồ kẹp đai theo mặt phẳng đứng được thể hiện trên hình 4.
Để đảm bảo hoạt động nhổ cây tốt cần duy trì các điều kiện sau:
- Giữ được hướng thẳng đứng của cây theo chiều thẳng đứng;
- Bảo đảm được lực kẹp giữ cây không bị tuột trong quá trình nhỏ và vận chuyển.
Hình 4: Sơ đồ kẹp đai theo mặt phẳng đứng
a) Động học của bộ phận kẹp đai
Yêu cầu thứ nhất giữ được hướng thẳng đứng của cây theo chiều thẳng đứng khi tuân thủ điều kiện:
Để đảm bảo năng suất máy khoảng 0,2 ha/h, với bề rộng luống 1,3m tốc độ làm việc của máy sẽ vào khoảng 2km/h (Vd ≈ 0,5 m/s).
Với góc α =450 vận tốc đại cần thiết sẽ là:
Trong đó R là bán kính của pu ly chủ động (0.06m)
Đây là tốc độ tính toán ở chế độ danh định (ga cực đại), từ kết quả trên ta có thể lựa chọn mô tơ thuỷ lực cho phù hợp với bơm thuỷ lực cho trước. Và vận tốc đai có thể thay đổi theo mức ga. Trong liên hợp thu hoạch hành tốc độ tiến của máy được điều chỉnh vận tốc di chuyển của máy bằng servo thủy lực, nên việc đáp ứng phương trình (1) có thể dựa vào người vận hành máy.
b) Động lực học của bộ kẹp đai
Hình 5: Sơ đồ động lực học của bộ kẹp đai
Các lực tác dụng vào đoạn đai giữa 2 con lăn bao gồm:
- Lực kéo cây Gnh ;
- Ứng lực căng đai ở hai đầu con lăn Pk1 , Pk2;
- Phản lực vuông góc với của puly tác dụng theo hướng vuông góc với chiều chuyển động Nd1 ; Nd1 .
Hình 5a. Sơ đồ lực tác động bộ phân kẹp - nhổ.
Thử nghiệm thực tế cho thấy lực nhổ củ tỏi lớn nhất là
Hình 5b. Sơ đồ lực tác động lên đai
Do lực căng đai rất lớn (Pkmax = 2000N) so với lực căng do nhổ cây (Tc =50N) trong các tính toán võng của đai để đơn giản hóa ta có thể xem Pk1 = Pk2 = Pk
Do khoảng cách giữa 2 pu ly lớn hơn nhiều so với đừng kính thân cây hành ta có thể bỏ qua độ đàn hồi uốn của đai.
* Lực căng cần thiết đảm bảo điều kiện kẹp
Lúc đó lực ép của đai lên thân cây hành được tính theo công thức
Trong đó Zd là số dây đai. Để giải áp lực lên thân cây ta chọn Zd =2;
Hệ số ma sát giữa thân tỏi và vật liệu đai được xác định thực nghiệm là f = 0,3 Trong trường hợp cây ướt
Từ đó ta có
Giá trị độ võng này là hoàn toàn có thể chấp nhận được
3.4. Giới thiệu cấu tạo và hoạt động của máy thu hoạch tỏi
Hình 4. Máy thu hoạch thu hoạch tỏi
1/Đầu thu; 2/Hệ thống lái; 3/Băng tải nghiêng; 4/ Thùng chứa; 5/ Saxi máy
Mô tả kết cấu: Máy thu hoạch tỏi gồm có 05 bộ phận chính (xem hình 1): Cụm đầu thu (1) kết nối với saxi (5) bằng các khớp xoay và xy lanh cho phép nâng hạ dễ dàng khi làm việc và khi di chuyển qua hệ thống lái, điều kiển (2). Băng tải nghiêng (3) giúp vận chuyển sản phẩm từ đầu thu hoạch lên thùng chứa (4).
Hình 5. Cụm đầu thu
1/Cụm saxi; 2/ Cụm lô đập; 3/ Băng tải ngang; 4/Cụm truyền động;
5/ Bánh dẫn hướng; 6/ Cụm puly nén; 7/ Cụm đũi đất
Cụm đầu thu (hình 2) là bộ phận chính của máy thu hoạch, nó gồm có cụm lô đập (2) làm nhiệm vụ làm sạch đất còn sót lại trên củ sau khi nhổ. Cụm truyền động (3) sẽ truyền chuyển động từ mô tơ thuỷ lực qua các cặp bánh răng côn tới các pu ly chủ động. Bánh dẫn hướng (5) đảm bảo cụm đầu thu luôn cách mặt đất một khoảng theo mong muốn. Cụm puly nén (6) giúp các dây đai kẹp chặt thân cây hành, tỏi. Cụm đũi đất (7) làm nhiệm vụ đào phá liên kết đất với củ tỏi giúp cho công đoạn nhổ được dễ dàng. Băng tải ngang vận chuyển củ đã cắt rời tới băng tải dọc đưa lên thùng chứa. Tất cả các cụm trên được bắt vững chắc vào khung (1).
Sau khi đánh giá một số thông số đã thiết kế, chế tạo bộ phận kẹp nhổ gắn trên liên máy thu hoạch để áp dụng cơ giới hoá khâu thu hoạch phù hợp với kỹ thuật và tập quán sản xuất hành tập trung tại Việt Nam
Hình 7. Máy thu hoạch tỏi năng xuất 0.2.ha/h
Trong quá trình theo dõi, thử nghiệm máy tại vùng sản xuất hành tỏi tập trung xã Bạch Đằng, huyện Kinh Môn, Hải Dương đạt được các thông số kỹ thuật sau đây:
- Máy thu hoạch được 4 hàng;
- Sản phẩm hành tỏi được cắt thân;
- Máy đảm bảo vận chuyển hành tỏi về thùng chứa bằng băng tải;
- Năng suất thuần túy: 0,2 ha/h;
- Độ sót: 2,47 %;
- Độ sây sát củ khi thu hoạch: 1,44 %.
IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
4.1. Kết luận:
- Qua phân tích, đánh giá một số máy và nguyên lý thu hoạch trên thế giới, nhóm nghiên cứu đã tìm ra nguyên lý phù hợp với các điều kiện sản xuất của Việt Nam
- Bằng thí nghiệm tại xưởng chế tạo, đã kiểm tra, đánh giá được các thông số chính của bộ phận kẹp nhổ trồng hoàn toàn đáp ứng với những yêu cầu đã đặt ra.
- Trên cơ sở nghiên cứu bộ phận kẹp nhổ nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mẫu máy thu hoạch tự hành phù hợp sản xuất tỏi tập trung của Việt Nam
4.2. Đề nghị:
Tiếp tục khảo nghiệm mẫu máy và ứng dụng mô hình tại vùng sản xuất hành tỏi tập trung để có các đánh giá chính xác về các thông số của mẫu máy và tính toán hiệu quả kinh tế so với thu hoạch thủ công hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Thành (năm 2018). Đề tài cấp tỉnh “Ứng dụng tiến bộ kỹ thuật xây dựng mô hình sản xuất củ hành tím an toàn tại huyện Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng”,
2. Đinh Thiếu Sơn (năm 2019). Dự án SXTN “Phát triển mô hình trồng tỏi tập trung tại xã Ba Đồn và chuỗi cung ứng từ tỏi”
3. Fu ZQ, Ma M, Zhang GY et al (2010) Inventor based garlic harvester design. Agric Mach S2:109–110
4. Fu HT (2015). Jinxiang garlic mechanization harvest status analysis. Times Agric Mach 8:8–17
5. Gao QH, Chen SG (2015) Research and design of frontal garlic harvester. Hebei Agric Mach 12:13–15
6. Qun Sun, Yongxiang Su. (2018) Design and Development of Self-Propelled Garlic Harvester. National Academy of Agricultural Sciences
7. https://www.mariamachinery.com/garlic-harvester/automatic-garlic-bulb-harvester-machine.html
Ngày nhận bài: 28/6/2025
