Thiết kế và chế tạo máy đóng bầu ươm cây keo tự động năng suất 500 bầu/h

Tác giả: Khương Anh Sơn, Hồ Văn Dũng - 1Khoa Cơ khí và Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế; Võ Văn Thông - 2Nhà máy phân bón hữu cơ Sepon, tổng công ty thương mại Quảng Trị; Nguyễn Tiến Sỹ - Công ty cổ phần Tài Phát, thành phố Huế.

TÓM TẮT:

Trong sản xuất cây giống lâm nghiệp, đặc biệt là giống keo lai, việc đóng bầu đất thủ công tiêu tốn nhiều thời gian, lao động và chất lượng không đồng đều. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu tính toán, thiết kế và thử nghiệm máy đóng bầu ươm cây keo tự động có năng suất 500 bầu/h. Nghiên cứu lựa chọn được các nguyên lý làm việc phù hợp cho máy đóng bầu ươm cây keo. Thiết kế và chế tạo được các cơ cấu tự động: lấy và mở túi ni lông, cân định lượng, chọc lỗ nén bầu, gieo gắp hạt. Trong quá trình vận hành, máy đáp ứng sản lượng theo thông số đã cài đặt, và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật đề ra.

Từ khóa: Cây keo lai, cơ cấu đóng bầu, máy tự động trong lâm nghiệp

DESIGN AND FABRICATION OF AN AUTOMATIC ACACIA SEEDING POTTINH MACHINE WITH A CAPACITY OF 500 POTS PER HOUR

ABSTRACT:

In forestry seedling production, especially for hybrid acacia seedlings, manual soil balling is time-consuming, labor-intensive, and results in inconsistent quality. This paper presents the research results on the calculation, design, and testing of an automatic acacia seedling balling machine with a capacity of 500 balls per hour. The study selected suitable working principles for the acacia seedling balling machine. Automatic mechanisms were designed and fabricated for: picking up and opening plastic bags, dosing soil, puncturing and compressing the soil balls, and seed sowing and picking. During operation, the machine met the production output according to the preset parameters and complied with the technical requirements.

Keywords: Hybrid acacia, balling mechanism, automatic machine in forestry

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, ngành lâm nghiệp đang có nhu cầu lớn về cây giống, đặc biệt là giống keo lai, keo tai tượng để phục vụ trồng rừng sản xuất. Tuy nhiên, công đoạn đóng bầu đất, một khâu quan trọng trong ươm cây, chủ yếu thực hiện thủ công, phụ thuộc vào lao động phổ thông, năng suất thấp, chất lượng bầu không đồng đều [3]. Sản xuất cây giống bao gồm các khâu từ xử lí hạt giống, tạo bầu dinh dưỡng, gieo hạt, giâm hom, chăm sóc. Trong tất cả các khâu công việc trên, tạo bầu dinh dưỡng là khâu tốn nhiều công sức, chi phí lao động cao [5].

Hình 1. Cây giống keo lai ươm vào bầu, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế [6]

Hiện nay, ở nước ta đã có một số nghiên cứu, chế tạo máy đóng bầu cây giống lâm nghiệp với mục tiêu làm giảm sức lao động, tăng năng suất và đạt hiệu quả kinh tế cao.  Nhóm nghiên cứu Nguyễn Văn Phát và Đậu Thế Nhu đã nghiên cứu về máy đóng bầu không đáy, sử dụng ống ni lông liên tục cho cây lâm nghiệp [3]. Nghiên cứu đã tập trung vào nguyên lý thiết kế, kết cấu và  khả năng làm việc của máy phục vụ giống cây sản xuất trồng rừng [3]. Nhóm nghiên cứu của Đỗ Hữu Quyết và cs. đã nghiên cứu chế tạo máy đóng bầu mía giống, phù hợp với điều kiện đặc điểm sinh trưởng ở Việt Nam [5]. Nhóm nghiên cứu Đoàn Hữu Thanh và cs. đã nghiên cứu về máy đóng bầu ươm  giống ngô, bí xanh, cà chua theo hướng công nghiệp tại Hải Phòng [7]. Kết quả nghiên cứu đã đưa ra hệ thống máy đóng bầu và đề xuất quy trình sản xuất gồm các bước xử lý phế phụ phẩm bằng chế phẩm Sumitri, phối trộn bầu ươm cây giống theo công thức, xác định lực ép của máy đóng bầu và độ ẩm của giá thể [7]. Nhóm nghiên cứu của Lê Xuân Phúc và cs. đã nghiên cứu công nghệ sản xuất bầu ươm cây giống lâm nghiệp quy mô bán công nghiệp với vỏ bầu mềm tự hủy và compost từ sản phẩm phụ rừng trồng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhóm đã chế tạo 4 máy chủ lực phục vụ sản xuất bầu ươm quy mô bán công nghiệp cho vườn ươm công suất 1 triệu cây giống/năm ở Vĩnh Phúc [7]. Tác giả Nguyễn Tấn Lực đã nghiên cứu máy đóng bầu đất tự động, giúp giảm thiểu sức lao động và hỗ trợ đẩy nhanh quá trình sản xuất cây giống [8].

Hình 2. Một số nghiên cứu máy ươm bầu ở Việt Nam

a) Sơ đồ nguyên lý máy tạo bầu và sản phẩm bầu đất dùng túi [1]

 b) Mẫu thiết kế chi tiết máy đóng bầu không đáy, sử dụng ống ni lông liên tục [3]

c) Máy đóng bầu đất tự động Tấn Lực [8]

Trên thế giới, ở các nước có nền công nghiệp phát triển, các khâu công việc trong quá trình sản xuất cây giống nói chung và tạo bầu khay nói riêng đã được cơ giới hóa, tự động hóa nhờ các thiết bị chuyên dùng. Nhóm nghiên cứu Qinchao Xu và cs. đã nghiên cứu đề tài: "Design and test of self-propelled citrus seedling pots filling and placing machine". Kết quả nghiên cứu trình bày việc thiết kế và thử nghiệm một máy tự hành dùng để đóng bầu cây giống cam. Theo đó, máy có thể xử lý 48 bầu giống, thời gian 30 giây/lần, khối lượng trung bình mỗi bầu: 2.23 kg/bầu [9]. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu G.A.R. Nisansala và cs. cũng đã nghiên cứu đề tài “Design and development of a small-scale automated filling machine for seeding tray”. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và phát triển một máy đóng bầu gieo hạt tự động quy mô nhỏ để sản xuất cây giống. Các bộ phận chính của công nghệ này bao gồm bộ phận tiêm hạt giống giúp chọn và đặt hạt chính xác, khay gieo hạt dùng làm nơi chứa cho cây con phát triển, bộ tạo lỗ giúp tạo các lỗ trong giá thể để đặt hạt, và bộ tiêm hạt sử dụng bơm hút chân không để xử lý và định vị hạt giống [10]. Nhóm tác giả Biao Zhou và cs. đã nghiên cứu đề tài “Design and Test of Seedling-Picking Mechanism of Fully Automatic Transplanting Machine”.Tác giả đề xuất phương pháp tích hợp kết hợp giữa công nghệ khí nén và cơ học nhằm cải thiện hiệu suất bằng cách sử dụng cơ cấu kẹp. Phương pháp này đảm bảo việc lấy cây chính xác và giảm thiểu tổn hại đến bộ rễ của cây con và giá thể [11].

Hình 3.  Thiết kế cơ cấu máy ươm bầu sử dụng công nghệ khí nén và cơ học [11]

Qua nghiên cứu tổng quan về máy đóng bầu ở Việt Nam cho thấy, công đoạn đóng bầu đất ở nước ta hiện nay chủ yếu phụ thuộc vào lao động phổ thông, năng suất chưa cao và chất lượng bầu không đồng đều. Ngoài ra, các máy đóng bầu đang còn những hạn chế về khâu lấy túi bầu và năng suất chưa cao. Vì những lý do trên, nên chúng tôi đã nghiên cứu thực hiện đề tài thiết kế và chế tạo được một máy đóng bầu ươm cây keo tự động năng suất 500 bầu/h để làm cơ sở  tự động hóa khâu đóng bầu, giảm chi phí và đảm bảo chất lượng cây giống.

2. Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu

2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Nguyên lý làm việc cũng như kết cấu của máy đóng bầu được lựa chọn trên cơ sở phân tích vận dụng các kết quả nghiên cứu máy đóng bầu ươm cây của các công trình trong và ngoài  nước.

- Các thông số chính của máy như tốc độ quay của mâm, độ chặt của bầu được xác định trên cơ sở phân tích, kết hợp tính toán với lựa chọn và nghiên cứu thực nghiệm.

2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát

Khảo sát quá trình đóng bầu, và giâm hom bằng thủ công tại Viện nghiên cứu phát triển, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế.

2.3. Phương pháp tính toán lý thuyết

a) Những chỉ tiêu cần xác định trong nghiên cứu

- Một số đặc tính cơ lý của giá thể.

- Độ ẩm của giá thể đất, độ dính của giá thể đất, độ chặt của giá thể đất.

b) Những chỉ tiêu kỹ thuật của máy

 Năng suất thuần túy, độ chặt của bầu.

c) Các dụng cụ thiết bị đo

 Thiết bị đo độ ẩm, đồng hồ bấm giây, cân điện tử.

d) Xác định độ chặt cần thiết của ruột bầu

Chuẩn bị dụng cụ làm thí nghiệm: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bộ thí nghiệm được thể hiện như Hình 4.

Hình 4. Cấu tạo bộ thí nghiệm xác định độ chặt của bầu
1-Lực kế; 2- Đĩa ép; 3- Túi ni lông polyetylen (PE); 4- Hỗn hợp ruột bầu

Thí nghiệm được tiến hành như sau: Gắn lực kế lên giá, lấy hỗn hợp ruột bầu (đất pha cát) cho vào túi nilong (3), giữ cố định túi, dùng tay kéo lực kế (1) để đĩa ép nén lên bề mặt ruột bầu. Lúc này, đất trong túi sẽ bị nén lại bởi đĩa ép (2) đến khi đạt đến khối lượng riêng ρ = 1,1 (g/cm3) thì dừng lại, đọc kết quả trên lực kế (1) để xác định lực nén P(N) cần thiết.

Áp dụng kết quả nghiên của đề tài nghiên cứu của nhóm tác giả Đậu Thế Nhu và cs [1], đối với loại bầu mềm có đáy dạng túi thì độ chặt của bầu là 1,1 (g/ cm 3). Trong đề tài máy đóng bầu, túi ươm bầu được sử dụng loại túi ni lông (PE) có kích thước khi chưa căng tròn là 8 x 14 (cm), còn khi căng tròn là 5 x 12 (cm). Như vậy, thể tích của túi bầu khi căng tròn được tính theo phương trình (1):

              (1)                                                         

Trong đó, Vt: thể tích của túi bầu khi căng tròn (cm3); St: diện tích đáy túi khi căng tròn (cm2); ht: chiều cao túi khi căng tròn (cm). Thay số tính được: Vt = 236 (cm3). Như vậy, để đảm bảo độ chặt theo yêu cầu thì cần nén bầu đạt đến khối lượng 260 (g). Thí nghiệm để xác định lực nén cần thiết gồm các thiết bị sau: Sử dụng lực kế 100 (N) có độ chia nhỏ nhất là 1 (N), một tấm gỗ hình tròn dày 1 (cm), đường kính 4,5 (cm) dùng để làm đĩa ép, một cái móc để kết nối giữa lực kế và tấm gỗ. Quá trình thí nghiệm nén bầu được thực hiện như ở Hình 5 và Hình 6.

Hình 5. Thí nghiệm nén bầu

Hình 6. Cân khối lượng bầu sau nén

2.4. Phương pháp tính toán thiết kế

2.4.1. Tính toán xác định tốc độ của mâm xoay

  


Trong đó, Q : năng suất 500 (bầu/h); n: số vòng quay của mâm trong một phút (vòng/phút); β : góc nghiêng của mâm, β  = 0,10 ÷ 0,50; ρ: trọng lượng riêng của đất đóng bầu, đất dùng đóng bầu là loại đất pha cát có khối lượng riêng ρ = 950 (kg/m3); R: bán kính mâm xoay (m); H: chiều cao lớp vật liệu, bằng thực nghiệm đo được h= 0,12 (m); μ: độ tơi xốp của đất đóng bầu, chọn μ = 1,25.

Lựa chọn góc nghiêng β =0,15° là góc giữa mặt phẳng quay của mâm và trục quay thẳng đứng, nhằm tối ưu dao động động học, mang lại hiệu quả lớn trong kiểm soát rung và ổn định quay, rất quan trọng trong hệ thống tự động có tốc độ cao như máy đóng bầu [9]. Thay số ta có số vòng quay của mâm xoay là n=10,6, chọn n = 11 (vòng/phút). Với tốc độ quay của mâm xoay là = 11 (vòng/phút) thì máy đóng bầu đất ươm cây keo tự động sẽ đạt năng suất 500 (bầu/h).

Công thức tính năng suất của máy đóng bầu đất được tính theo phương trình số (2).

2.4.2. Tính toán lựa chọn động cơ bước

Dựa vào các thông số đã được tính toán ta được các thông số đầu vào ở Bảng 1.

Bảng 1. Các thông số đầu vào để tính toán chọn động cơ bước

STT

Thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Đường kính mâm xoay

D

m

0,5

2

Khối lượng mâm xoay

m

kg

25

3

Đường kính trục đỡ mâm

D2

m

0,023

4

Khối lượng trục đỡ mâm

m2

kg

2,7

5

Đường kính bầu

D1

m

0,05

6

Khoảng cách từ tâm bàn đến tâm tải

R

m

0,23

7

Số lượng bầu

a

 

8

8

Khối lượng bầu

m1

kg

0,2

9

Hệ số ma sát giữa trục đỡ mâm và ổ bi đỡ trục

µ

 

0,1

10

Khoảng cách từ tâm bàn đến ổ bi đỡ

L

m

0,01

11

Hiệu suất của bộ truyền động

η

%

89

12

Đường kính đĩa xích nhỏ

Dp1

m

0,117

13

Khối lượng đĩa xích nhỏ

mp1

kg

0,25

14

Đường kính đĩa xích lớn

Dp2

m

0,349

15

Khối lượng đĩa xích lớn

mp2

kg

0,65

16

Tốc độ vận hành

V

vòng/phút

11

17

Thời gian tăng tốc/giảm tốc

t

s

0,3

18

Độ chính xác dừng lại

θ

độ

0,2

19

Hệ số an toàn

Sf

 

1,5

- Tổng mô men quán tính của tất cả các chi tiết quay của hệ truyền động được tính theo phương trình số (3).

Trong đó, mô men quán tính của bàn xoay, mô men quán tính của trục đỡ mâm xoay, mô men quán tính của tải, mô men quán tính của đĩa xích nhỏ, mô men quán tính của đĩa xích lớn được tính theo phương trình số (4), (5), (6), (7), (8):

Thay số tính được θ=0,59°. Theo tính toán ở trên, mô men xoắn trên trục động cơ là T=1,83 (Nm). Để đảm bảo độ an toàn trong quá trình vận hành, chọn động cơ bước có mô men xoắn trên trục động cơ 2,4 (Nm), công suất 750 (W).

2.4.3. Tính toán phễu cấp liệu

Phễu cấp liệu là một bộ phận không thể thiếu trong quá trình vận hành của máy đóng bầu. Thiết kế phễu phù hợp với các loại máy đóng bầu hiện nay, lắp đặt dễ dàng, kết cấu vững chắc, hiệu suất làm việc cao. Góc ma sát giữa vật liệu đất và sắt là 0,7 nên độ nghiêng α của phễu cấp liệu phải thỏa mãn bất phương trình (15).

tgα ≥ 0,7

Ta chọn α = 35°

- Nếu thời gian cấp liệu giữa 2 lần là 15 phút để đảm bảo năng suất lớn hơn 500 (bầu/h). Mỗi bầu sau khi đạt độ chặt cần thiết có khối lượng 200g nên 500 bầu sẽ có tổng khối lượng đất là 100 (kg). Khối lượng đất thỏa mãn mỗi lần cấp liệu:

Thay số tính được V = 0,03375 (m3). Phễu cấp liệu được thiết kế có dạng là một hình chóp có đáy là hình vuông cạnh 500 mm, chiều cao 450 mm.

2.4.4. Tính toán thiết kế hệ thống khí nén

Tính toán lựa chọn xylanh khí nén

Các thông số cơ bản như sau: thể tích của phễu cấp liệu là V = 0,03375 (m3), khối lượng riêng của đất đóng bầu là ρ= 900 (kg/m3). Do đó, khối lượng đất, trọng lực tác dụng lên phễu, trọng lực tác dụng lên cần piston, lực ma sát trong quá trình đóng mở khuôn được tính theo các phương trình số (17), (18), (19), (20), (21) :

Bảng 2. Bảng kích thước các xylanh sử dụng trong hệ thống máy đóng bầu

 

STT

 

Tên xylanh

Đường kính trong (mm)

Đường kính cần piston (mm)

Hành trình (mm)

Áp suất làm việc (bar)

1

Xylanh 1

20

8

10

8

2

Xylanh 2

20

8

15

8

3

Xylanh 3

20

8

12,5

8

4

Xylanh 4

15

6

15

8

5

Xylanh 5

20

8

10

8

6

Xylanh 6

15

8

20

8

7

Xylanh 7

20

8

20

8

8

Xylanh 9

20

8

15

8

9

Xylanh 10

15

6

10

8

10

Xylanh 12

20

8

20

8

2.4.5. Tính toán lựa chọn ống dẫn khí cho hệ thống khí nén

Tính lưu lượng khí qua các xylanh khí nén

- Lưu lượng khí được bơm vào xylanh đóng mở cửa xả liệu được xác định bằng phương trình (22).

  

Trong đó, Q1: lưu lượng khí bơm vào xylanh đóng mở cửa xả liệu, (l/ phút); v1: vận tốc piston đóng cửa xả liệu, (mm/s); A1: tiết diện của xylanh đóng mở cửa xả liệu (m2). Thay s, tính đưc Q1=0,9426  (l/phút) .

- Lưu lượng khí được bơm vào xylanh nâng hạ cơ cấu lấy và mở miệng bầu được xác định bằng phương trình (23):

 

Trong đó, Q2: lưu lượng khí bơm vào xylanh đóng mở cửa xả liệu, (l/ phút); v2: vận tốc piston đóng cửa xả liệu, (mm/s); A2: tiết diện của xylanh đóng mở cửa xả liệu (m2). Thay s tính đưc Q2=0,905 (l/phút) .

2.4.6. Lựa chọn máy nén khí

Theo kết quả tính toán năng suất khí nén yêu cầu là 5,82.10-3 (m3/phút) và áp suất khí nén yêu cầu là 7,591 (bar). Kết quả tính toán trên đã làm rõ được việc lựa chọn máy nén khí piston nhằm đáp ứng được năng suất và áp suất khí nén yêu cầu. Để lựa chọn máy nén khí phù hợp ta phải có:

Vmnk  > Vtt và Pmnk  > Ptt

Và số liệu chênh lệch giữa máy nén khí và yêu cầu của máy không được quá lớn. Dựa trên các yêu cầu trên ta lựa chọn máy nén khí piston có mã MK102-2M với năng suất nén tối đa là 14,1 (m3 /h) và áp suất khí nén tối đa là 10 (bar).

3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1.  Quy trình làm việc của máy đóng bầu

Quy trình làm việc của máy đóng bầu được mô tả như Hình 7. Sơ đồ này cho thấy quá trình làm việc của máy đóng bầu ươm cây keo một cách tổng quát. Máy được điều khiển tự động hoàn toàn bằng các thiết bị khí nén (van điện từ, xylanh, van chân không,...). Do đó, quá trình hoạt động của máy được mô tả quá trình hoạt động từng bước và các trạng thái điều khiển ở từng thời điểm trong vòng lặp làm việc. 

Hình 7. Sơ đồ tổng quát quy trình làm việc của máy

3.2. Thiết kế mô hình máy

Mô hình 3D của máy đóng bầu ươm cây keo tự động được thiết kế bằng phần mềm Inventor 2018 được trình bày trong Hình 8. Máy bao gồm các thành phần chính gồm có các cụm là: Khung đỡ cho toàn hệ thống, cơ cấu cấp và xả liệu, cơ cấu định lượng. cơ cấu lấy và mở miệng túi ni long, cơ cấu gieo hạ, cơ cấu căng và giữ túi bầu, cơ cấu nén và chọc lỗ ruột bầu, mâm xoay và tủ điện điều khiển.

Hình 8. Mô hình 3D của máy đóng bầu ươm giống cây keo lai

3.3. Lưu đồ thuật đoán điều khiển máy

Hình 9 trình bày đồ kiểm tra và thiết lập chu trình hoạt động của máy. Máy được điều khiển tự động hoàn toàn bằng các thiết bị khí nén. Khi đã nhập đủ các thông số đầu vào và kiểm tra, máy được chạy chế độ tự động. 

Hình 9. Lưu đồ thuật toán điều khiển cơ cấu lấy túi, mở miệng túi và giữ túi trên mâm xoay
Chức năng của các xylanh và cảm biến dung cho hệ thống được mô tả như Bảng 3.
Bảng 3. Chức năng của các Xylanh, cảm biến và giắc hút dùng trong lưu đồ thuật toán

Tên thiết bị

Chức năng

Xylanh 1 (Q0.2)

Đưa cơ cấu mở miệng túi hình chữ F đến vị trí lấy túi

Xylanh 2 (Q0.3)

Nâng hạ cơ cấu hình chữ F để đưa túi lên mâm xoay

Xylanh 3 (Q0.4)

Dùng để mở miệng túi đóng bầu

Xylanh 4 (Q0.5)

Đưa túi ra vị trí cho cơ cấu hình chữ F đến lấy

Xylanh 5 (Q0.6)

Đưa giắc hút đến lấy túi từ khay chứa

Xylanh 6 (Q0.7)

Nâng hạ nòng để giữ túi trên mâm xoay

Xylanh 7 (Q1.0)

Nén nòng sập khít vào lỗ trên mâm xoay

Xylanh 8 (Q1.1)

Đóng mở cửa xả liệu

Xylanh 9 (Q8.0)

Đưa đất đã cân trên bàn cân đến xả vào túi bầu

Xylanh 10 (Q8.1)

Đưa hạt đến vị trí gieo

Xylanh 11 (Q8.2)

Nén đất trong bầu kết hợp chọc lỗ để gieo hạt

Xylanh 12 (Q8.3)

Nâng hạ nòng để nhả bầu thành phẩm ra khỏi mâm xoay

Giắc hút 1 và 2 (Q8.4)

Hút và giữ miệng túi

Giắc hút 3 (Q8.5)

Hút túi từ khay chứa

Giắc hút 4 (Q8.6)

Hút hạt từ khay chứa và nhả hạt ở vị trí gieo

Cảm biến tiệm cận

(CBTC) (I0.2)

Phát hiện vít kim loại gắn dưới mâm để dừng động cơ đúng vị trí yêu cầu

Cảm biến từ 1 ( I1.0) (CBT1)

Giới hạn hành trình lùi của Xylanh 6

Cảm biến từ 2 (I1.1) (CBT2)

Giới hạn hành trình lùi của Xylanh 12

Cảm biến từ 3 (I1.2) (CBT3)

Giới hạn hành trình tiến của Xylanh 11

Động cơ quay thuận (M0.3)

Đưa bầu đến các vị trí làm việc

3.4. Kết quả khảo nghiệm

3.4.1. Khảo nghiệm không có tải

Sau khi chế tạo phần cơ khí, lắp đặt hệ thống khí nén, điều khiển tự động bằng PLC S7 1200, giám sát qua màn hình HMI, nhóm đã tiến hành căn chỉnh và chạy không tải (không cấp bầu và đất). Kết quả được thể hiện trên Hình 10 - a, b và Bảng 4.

Hình 10. a) Cài đặt thông số trên phần mềm b) Chạy thử nghiệm không tải
Bảng 4. Kết quả khảo nghiệm máy không tải

Số lần khảo nghiệm

Địa điểm

Điều kiện và chế độ khảo nghiệm

Kết quả đạt được

Nhận xét

2

Khoa Cơ khí và Công nghệ

Cho máy chạy không tải trong vòng 1 giờ tiếp theo với tốc độ của mâm xoay là 15 (vòng/phút) kèm điều chỉnh tốc độ làm việc của xy lanh dùng van tiết lưu.

- Máy chạy ổn định đúng quy trình, ít rung lắc và không có va đập mạnh, tiếng ồn lớn phát ra từ các cửa xả của van điện từ và van chân không.

- Thời gian đóng 1 bầu hoàn chỉnh là 8s.

- Máy ít rung lắc do khung có kết cấu vững chắc

- Tốc độ làm việc được tăng lên kèm theo tiết lưu tăng vận tốc làm việc của xylanh nên thời gian đóng bầu giảm xuống.

3.4.2. Khảo nghiệm có tải     

- Khảo nghiệm khả năng lấy và mở được miệng túi bầu

Cơ cấu lấy và mở miệng túi bầu (cơ câu hình chữ F) là một cơ cấu quan trọng và khó nhất trong nghiên cứu. Do vậy, quá trình khảo nghiệm được thực hiện nhiều lần để đánh giá hiệu quả làm việc. Nhóm đã khảo nghiệm với 100 túi bầu, kết quả đạt được như Hình 11 a, b và Bảng 5.

Số túi mở được miệng 85/100 túi, các túi không mở được là do miệng túi bị dính chặt, hai đầu giắc hút mở ở một số thời điểm lực hút chân không không đồng đều nên mất cân bằng ở hai đầu giắc hút. Túi đưa vào được cơ cấu giữ trên mâm 75/100, do các quá trình trước bị hao tổn nhiều nên tỷ lệ đạt được ở khâu này khá thấp, nguyên nhân một số bầu mở được miệng túi nhưng không đưa được vào cơ cấu giữ trên mâm: miệng túi khi mở ra bị gập cạnh, miệng túi chưa mở ra được độ rộng yêu cầu. Như đã đề cấp ở trên thì cơ cấu lấy và mở miệng túi là cơ cấu phức tạp và quan trọng nhất. Với kết quả cuối cùng là đưa được 75/100 túi gắn lên được mâm xoay thì đây là một kết quả chưa tốt, nên cần có thêm thời gian để cải thiện thêm về kết cấu cũng như phần điều khiển để phù hợp và hiệu quả hơn.

- Khảo nghiệm độ đồng đều của bầu sau khi đóng

Kết quả khảo nghiệm độ đồng đều của 30 bầu sau khi đóng được thể hiện ở Bảng 5.

Bảng 5. Bảng khối lượng của bầu sau khi đóng

STT

Khối lượng bầu (g)

STT

Khối lượng bầu (g)

1

266

16

255

2

255

17

266

3

250

18

270

4

266

19

257

5

270

20

263

6

270

21

259

7

257

22

257

8

267

23

257

9

269

24

266

10

275

25

266

11

263

26

267

12

259

27

269

13

263

28

275

14

267

29

266

15

269

30

265

Trung bình

264

Nhận xét: Khi cho máy chạy thử nghiệm có phát sinh một số lỗi do các cơ cấu cơ khí trong quá trình gia công chế tạo còn bị sai lệch. Ngoài ra, một số bầu mở được miệng túi nhưng không đưa được vào cơ cấu giữ trên mâm: miệng túi khi mở ra bị gập cạnh, độ rộng miệng túi chưa đáp ứng được yêu cầu.

4. Kết luận và đề xuất

Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài, nhóm tác giả đã thiết kế thành công máy đóng bầu ươm cây keo tự động với năng suất đạt 500 bầu/giờ, đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật mà đề tài đưa ra. Máy được tối ưu hóa về mặt cấu trúc cơ khí, cơ cấu cấp và xả liệu, cơ cấu cân định lượng, cơ cấu căng và giữ túi bầu, cơ cấu nén và chọc lỗ ruột bầu, cơ cấu lấy và mở miệng túi ni lông, cơ cấu gieo hạt. Đồng thời máy đã được điều khiển tự động tất cả các khâu nêu trên.

 Kết quả thử nghiệm cho thấy máy hoạt động đạt được 75% túi bầu đảm bảo được chất lượng. Trong thời gian tới, để nâng cao năng suất đóng bầu giống cây lâm nghiệp, cần áp dụng công nghệ gia công cơ khí chính xác trong chế tạo chi tiết máy và nghiên cứu kỹ về cơ cấu mở miệng túi bầu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Bùi Việt Đức và cs. (2019), Máy tạo bầu và sản phẩm bầu đất dùng túi, Kết quả nghiên cứu khoa học, Viện phát triển công nghệ Cơ Điện.

 [2]. Trần Văn Hiếu (2014), Tự động hóa với PLC S7 1200 với TIA PORTAL, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

 [3]. Nguyễn Văn Phát và Đậu Thế Nhu (2029), Nghiên cứu lựa chọn kết cấu máy đóng bầu mềm không đáy cho sản xuất giống cây lâm nghiệp, Tạp chí khoa học trường Đại học Hồng Đức, số 1, 2009.

 [4]. Lê Xuân Phúc và cs. (2016), Nghiên cứu công nghệ sản xuất bầu ươm cây giống lâm nghiệp quy mô bán công nghiệp với vỏ bầu mềm tự hủy và compost từ sản phẩm phụ rừng trồng, Viện Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam.

 [5]. Đỗ Hữu Quyết và cs. (2023, Một số kết quả bước đầu nghiên cứu thiết kế chế tạo máy đóng bầu mía giống, Báo cáo hội nghị khoa học năm 2003 tại Gia Lâm – Hà Nội.

 [6]. Khương Anh Sơn và cs. (2018), Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tự động tưới phun sương trong nhà lưới phục vụ nhân giống cây keo lai bằng hom, Tạp chí khoa học Đại học Huế, Số 128 (2A), 15-27.

 [7]. Đoàn Hữu Thanh và cs. (2018). Nghiên cứu sản xuất bầu ươm cây giống ngô, bí xanh, cà chua theo hướng công nghiệp tại Hải Phòng, Đề tài khoa học cấp thành phố Hải Phòng.

 [8]. Lê Thành, Trần Trung (2024), Máy đóng bầu đất tự động của chàng kỹ sư Quảng Ngãi: Giải pháp mới hỗ trợ sản xuất cây giống, cập nhật ngày 6/11/2024 trên website: https://nongnghiephuuco.vn/may-dong-bau-dat-tu-dong-cua-chang-ky-su-quang-ngai-giai-phap-moi-ho-tro-san-xuat-cay-giong-2902.html.

[9]. Qinchao Xu, Shanjun Li, Jian Zhang, Jiating Zhu, Haining Pan, “Design and test of self-propelled citrus seedling pots filling and placing machine",

[10]. G.A.R. Nisansala, D.M.C. Hansamal, S.A.P. Vindana, A.A.K.T. Aththanapala,
Y.N.S. Wijewardana, H.G.C.R. Laksiri, “Design and development of a small-scale automated filling machine for seeding tray”, DOI:
10.13140/RG.2.2.34155.86563

[11]. Biao Zhou 1, Hong Miao 1,2,*, Chunsong Guan 2, Xin Ji 1,* and Xiaochan Wang 3,Design and Test of Seedling-Picking Mechanism of Fully Automatic Transplanting Machine, Appl. Sci. 2024, 14, 9235. https://doi.org/10.3390/app14209235.

Ngày nhận bài: 28/6/2025