Nghiên Cứu Thông Số Tách Ngọn và Lá Trên Máy Liên Hợp Thu Hoạch Mía

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục bảng

Danh mục hình

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

2. Mục tiêu nghiên cứu

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

3.2. Phạm vi nghiên cứu

4. Nội dung nghiên cứu

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

5.1. Ý nghĩa khoa học

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

6. Những đóng góp mới của luận án

7. Cấu trúc của luận án

1. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Đặc điểm sinh học cây mía

1.2. Kết quả nghiên cứu về đặc tính cơ, lý của ngọn và lá mía

1.2. Việt Nam

1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu về tách ngọn mía

1.3.1. Tách ngọn mía trước khi cây mía đi vào bộ phận làm sạch

1.3.2. Tách ngọn mía trong bộ phận làm sạch trên máy liên hợp THM

1.4. Kết quả nghiên cứu về tách lá trên máy liên hợp thu hoạch mía

1.4.1. Cấu tạo bộ phận tách lá trên máy liên hợp THM

1.4.2. Kết quả nghiên cứu về tách lá mía trên thế giới

1.4.2.1. Một số loại kết cấu của cánh lô bóc

1.4.2.2. Ảnh hưởng của các dạng vật liệu làm răng bóc

1.4.2.3. Các nghiên cứu về chế độ làm việc của bộ phận tách lá mía

1.4.3. Kết quả nghiên cứu về tách lá mía tại Việt Nam

1.4.3.1. Kết quả nghiên cứu về kết cấu cánh lô bóc

1.4.3.2. Kết quả nghiên cứu về chế độ làm việc của các quả lô

1.5. Đề xuất nguyên lý bộ phận tách ngọn và lá mía

1.5.1. Đề xuất nguyên lý bộ phận bẻ ngọn

1.5.2. Sơ đồ nguyên lý bộ phận tách ngọn và lá mía

1.6. Các thông số ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá bộ phận tách ngọn và lá mía

1.6.1. Các thông số ảnh hưởng

1.6.2. Các chỉ tiêu đánh giá bộ phận tách ngọn và lá mía

1.7. Kết luận chương 1

2. Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

2.1.1. Phương pháp giải tích

2.1.2. Phương pháp số

2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.2.1. Cấu tạo của mô hình thí nghiệm

2.2.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mô đun tách lá

2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mô đun bẻ ngọn

2.2.3. Sơ đồ truyền động của bộ phận tách ngọn, lá mía

2.2. Phân tích, lựa chọn các thông số chính và cách điều chỉnh

2.2.1. Phân tích, lựa chọn các thông số chính

2.2.2. Cách điều chỉnh các thông số chính

2.3. Bố trí thí nghiệm

2.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu

2.4.1. Tỷ lệ tạp chất

2.4.2. Tỷ lệ tổn thất

2.4.3. Chi phí năng lượng riêng

2.5. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo đạc

2.5.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

2.5.2. Các bước tiến hành thí nghiệm

2.6. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

2.7. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố

2.8. Phương pháp phân tích hồi quy

2.8.1. Đánh giá thuần nhất phương sai

2.8.2. Xác định dạng tổng quát của mô hình hồi quy

2.8.3. Xác định các hệ số của mô hình hồi quy

2.8.4. Phương pháp kiểm tra tính tương thích của mô hình toán

2.8.5. Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy

2.8.6. Xác minh các điều kiện tiên quyết của phân tích hồi quy

2.9. Phương pháp tối ưu hóa hàm chỉ tiêu

2.9.1. Tìm tọa độ điểm đặc biệt của bề mặt hàm chỉ tiêu

2.9.2. Chuyển phương trình hồi quy sang dạng chính tắc

2.9.3. Phương pháp giải bài toán thương lượng tìm cực trị có điều kiện

2.3. Phương pháp thu thập thông tin

2.3.1. Phương pháp thu thập thông tin thứ cấp

2.3.2. Phương pháp thu thập thông tin qua nguồn sơ cấp

2.4. Kết luận chương 2

3. Chương 3. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA BỘ PHẬN TÁCH NGỌN VÀ LÁ MÍA

3.1. Quá trình tách lá mía bằng răng bóc

3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố động học đến quá trình tách lá mía bằng răng bóc

3.2.1. Nghiên cứu chiều dài quét của răng bóc

3.2.1. Xác định chiều dài quét của răng bóc

3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ số chiều cao đặt lô bóc đến chiều dài quét

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số động học đến chiều dài quét

3.2. Nghiên cứu hệ số quét lặp

3.2.1. Xác định hệ số quét lặp

3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ số chiều cao đặt lô bóc đến hệ số quét lặp

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của chỉ số động học đến hệ số quét lặp

3.3. Nghiên cứu động lực học quá trình bẻ ngọn

3.3.1. Một số nhận xét về quá trình bẻ ngọn trên dàn thí nghiệm

3.3.2. Mô hình nghiên cứu quá trình bẻ ngọn mía

3.3.2.1. Phân tích quá trình bẻ ngọn mía trên mô đun bẻ ngọn

3.3.2.2. Các giả thiết khi xây dựng mô hình

3.3.2.3. Mô hình biến dạng của ngọn mía

3.3.2.4. Điều kiện bẻ gãy ngọn mía.4 Khảo sát mô phỏng quá trình bẻ ngọn mía

3.1. Thuật toán mô phỏng

3.2. Khảo sát quá trình động

3.3. Khảo sát quá trình tĩnh

3.3.1. Phương trình mô tả biến dạng tĩnh

3.3.2. Mô men uốn của ngọn mía theo chiều dài ở các góc quay khác nhau của thanh bẻ ngọn

3.3.3. Ứng suất uốn của ngọn mía theo chiều dài ở các góc quay khác nhau của thanh bẻ ngọn

3.3.4. Ứng suất uốn cực đại của ngọn mía theo các góc quay của thanh bẻ ngọn

3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số hình học

3.5. Xây dựng mô hình khảo sát quá trình bay của cây mía sau khi ra khỏi buồng làm sạch

3.5.1. Xây dựng mô hình chuyển động (bay) của thân cây mía

3.5.2. Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của thân mía

3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc ban đầu đến quỹ đạo chuyển động của thân mía

3.6. Kết luận chương 3

4. Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1. Cơ sở chọn thông số nghiên cứu và xác định miền biến thiên

4.1.1. Xác định các thông số đầu vào và các chỉ tiêu chất lượng

4.1.2. Xác định miền biến thiên của các thông số đầu vào

4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

4.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc cấp (Vk) tới các chỉ tiêu

4.2.2. Ảnh hưởng của chỉ số động học (λ) tới các chỉ tiêu

4.2.3. Ảnh hưởng của mật độ mía (q) tới các chỉ tiêu

4.2.4. Ảnh hưởng của khoảng cách tâm lô bẻ ngọn (Lm) đến các chỉ tiêu

4.3. Xác định giá trị thông số tối ưu bằng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm (QHTN) đa yếu tố

4.3.1. Mã hóa các thông số nghiên cứu và lập ma trận thí nghiệm

4.3.2. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm hàm tỷ lệ tạp chất

4.3.3. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm hàm tỷ lệ tổn thất

4.3.4. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm hàm chi phí năng lượng riêng

4.4. Tối ưu quá trình tách ngọn, lá mía

4.5. Kết quả ứng dụng máy liên hợp THM nguyên cây SHC-0,2A

4.6. Kết luận chương 4

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Danh mục công trình đã công bố liên quan đến Luận án

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Thông Số Tách Ngọn Lá Mía Hiệu Quả

Nghiên cứu thông số tách ngọn lá mía trên máy liên hợp thu hoạch mía là vấn đề cấp thiết. Việt Nam là nước có diện tích trồng mía lớn, nhưng năng suất và hiệu quả chưa cao do khâu thu hoạch còn nhiều hạn chế. Việc loại bỏ ngọn và lá mía, vốn là tạp chất, ảnh hưởng lớn đến chất lượng mía và hiệu quả sản xuất đường. Công đoạn này hiện vẫn tốn nhiều công lao động thủ công, gây khó khăn cho việc cơ giới hóa đồng bộ. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số của bộ phận tách ngọn và lá trên máy liên hợp thu hoạch mía, nhằm giảm chi phí, tăng năng suất và nâng cao chất lượng mía. Theo số liệu thống kê, để thu hoạch mỗi ha mía cần một lượng lớn lao động thủ công, từ 850 đến 1500 giờ. Điều này cho thấy tiềm năng to lớn của việc ứng dụng cơ giới hóa vào khâu thu hoạch mía.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Tách Ngọn Lá Mía Trong Thu Hoạch

Việc tách ngọn và lá mía trước khi đưa vào chế biến là vô cùng quan trọng. Ngọn mía có hàm lượng đường thấp, thậm chí là không có, và khi lẫn vào mía nguyên liệu sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi đường. Lá mía cũng gây khó khăn cho quá trình ép và làm tăng chi phí xử lý. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tách ngọn lá hiệu quả là yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng mía và giảm giá thành sản xuất đường. Theo nghiên cứu, phần ngọn mía có tỷ lệ đường rất thấp, nếu còn lẫn trong mía nguyên liệu chúng sẽ là tạp chất làm giảm tỷ lệ thu hồi đường khi chế biến.

1.2. Thực Trạng Thu Hoạch Mía Tại Việt Nam Hiện Nay

Hiện nay, công nghệ thu hoạch mía ở Việt Nam chủ yếu theo hai phương thức: thu hoạch mía chặt khúc và thu hoạch mía nguyên cây. Thu hoạch mía chặt khúc sử dụng máy liên hợp thu hoạch mía có cấu tạo phức tạp và hiệu quả cao hơn so với phương pháp thủ công. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi quy mô đồng ruộng lớn, tập trung và hạ tầng giao thông tốt. Trong khi đó, phần lớn diện tích trồng mía ở Việt Nam là nhỏ lẻ, gây khó khăn cho việc áp dụng cơ giới hóa đồng bộ. Điều này đặt ra yêu cầu cần có các giải pháp thu hoạch phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Máy Tách Ngọn Lá Mía Tự Động

Nghiên cứu máy tách ngọn lá mía tự động đối mặt với nhiều thách thức. Thứ nhất, sự đa dạng về giống mía, kích thước cây và điều kiện canh tác đòi hỏi máy móc phải có khả năng thích ứng cao. Thứ hai, việc đảm bảo hiệu quả tách ngọn lá đồng thời giảm thiểu tổn thất mía là một bài toán khó. Thứ ba, chi phí đầu tư và vận hành máy móc cần phải phù hợp với khả năng tài chính của người nông dân. Cuối cùng, việc bảo trì và sửa chữa máy móc cũng cần được tính đến để đảm bảo tính bền vững của hệ thống. Theo tài liệu, diện tích vùng nguyên liệu mía quy mô lớn, tập trung ở Việt Nam hiện nay chiếm dưới 30% tương ứng khoảng 40. Tổng diện tích mía còn lại chiếm trên 70% là qui mô nhỏ lẻ nên không thể ứng dụng máy liên hợp THM ch...

2.1. Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Tách Ngọn Lá Mía

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách ngọn lá mía, bao gồm: loại máy thu hoạch mía, tốc độ làm việc, mật độ mía, độ ẩm, và đặc tính cơ lý của cây mía. Việc xác định và kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình tách ngọn lá. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của từng yếu tố để đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Các thông số tách ngọn mía và thông số tách lá mía cần được điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với từng điều kiện cụ thể.

2.2. Bài Toán Giảm Thiểu Tổn Thất Mía Trong Quá Trình Tách

Một trong những thách thức lớn nhất trong nghiên cứu máy tách ngọn lá mía là giảm thiểu tổn thất mía trong quá trình tách. Việc tách ngọn lá quá mạnh có thể làm gãy thân mía, gây tổn thất về năng suất. Do đó, cần có các giải pháp kỹ thuật để tách ngọn lá một cách nhẹ nhàng nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả. Các phương pháp mô phỏng quá trình tách ngọn lá mía có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cơ chế tác động và đưa ra các thiết kế tối ưu.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Thông Số Tối Ưu Máy Thu Hoạch Mía

Nghiên cứu thông số tách ngọn lá mía hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phương pháp. Các phương pháp lý thuyết như phân tích lực, mô hình hóa toán học giúp hiểu rõ cơ chế tách. Các phương pháp thực nghiệm như thí nghiệm đơn yếu tố, quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố giúp xác định ảnh hưởng của các thông số và tìm ra giá trị tối ưu. Ngoài ra, việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp đánh giá hiệu quả của các thiết kế khác nhau trước khi chế tạo thực tế. Các phương pháp này cần được phối hợp chặt chẽ để đạt được kết quả tốt nhất. Theo tài liệu, các bước xây dựng mô hình toán, sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm, sơ đồ cấu tạo mô đun tách lá mía, sơ đồ cấu tạo lô kẹp, sơ đồ cấu tạo lô bóc, sơ đồ cấu tạo mô đun bẻ ngọn mía, sơ đồ truyền động hàng lô trên, sơ đồ truyền động hàng lô dưới, sơ đồ truyền động cho lô bóc, mô hình thí nghiệm tại xưởng, sơ đồ bài toán nghiên cứu.

3.1. Ứng Dụng Mô Hình Toán Học Trong Tối Ưu Hóa

Mô hình toán học đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa thông số tách ngọn lá mía. Các mô hình này giúp mô tả quá trình tách, dự đoán ảnh hưởng của các thông số và tìm ra giá trị tối ưu. Việc xây dựng mô hình cần dựa trên các giả thiết hợp lý và được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Các phần mềm mô phỏng có thể được sử dụng để giải các phương trình phức tạp và đánh giá hiệu quả của các thiết kế khác nhau. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về mô hình toán học quá trình tách ngọn lá để nâng cao độ chính xác và tin cậy.

3.2. Thí Nghiệm Đơn Yếu Tố Và Đa Yếu Tố Trong Nghiên Cứu

Thí nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố là các phương pháp thực nghiệm quan trọng trong nghiên cứu thông số tách ngọn lá mía. Thí nghiệm đơn yếu tố giúp xác định ảnh hưởng của từng thông số riêng lẻ, trong khi thí nghiệm đa yếu tố giúp xác định ảnh hưởng tương tác giữa các thông số. Kết quả thí nghiệm cần được xử lý bằng các phương pháp thống kê để đảm bảo tính chính xác và tin cậy. Cần có các thí nghiệm được thiết kế cẩn thận để thu thập dữ liệu đầy đủ và chính xác.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Thực Nghiệm Thông Số Máy Liên Hợp Mía

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng của các thông số tách ngọn lá mía đến hiệu quả làm việc của máy liên hợp thu hoạch mía. Vận tốc cấp mía, chỉ số động học, mật độ mía và khoảng cách tâm lô bẻ ngọn đều có ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ tạp chất, tỷ lệ tổn thất và chi phí năng lượng riêng. Việc tối ưu hóa các thông số này giúp giảm thiểu tạp chất, giảm tổn thất mía và tiết kiệm năng lượng. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và vận hành máy thu hoạch mía hiệu quả. Theo tài liệu, các thông số thực nghiệm ảnh hưởng của vận tốc cấp (Vk), ảnh hưởng của chỉ số động học λ, ảnh hưởng của mật độ mía (q, kg/m2), các thông số thực nghiệm xác định ảnh hưởng của khoảng cách tâm lô bẻ ngọn Lm đến các chỉ tiêu.

4.1. Ảnh Hưởng Của Vận Tốc Cấp Mía Đến Hiệu Quả Tách

Vận tốc cấp mía là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả tách ngọn lá. Vận tốc quá cao có thể làm tăng tổn thất mía, trong khi vận tốc quá thấp có thể làm giảm năng suất. Cần có sự cân bằng giữa vận tốc và hiệu quả tách để đạt được kết quả tốt nhất. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định vận tốc tối ưu cho từng loại máy thu hoạch mía và điều kiện canh tác.

4.2. Tối Ưu Hóa Khoảng Cách Tâm Lô Bẻ Ngọn Để Giảm Tổn Thất

Khoảng cách tâm lô bẻ ngọn cũng là một thông số quan trọng cần được tối ưu hóa. Khoảng cách quá lớn có thể làm giảm hiệu quả bẻ ngọn, trong khi khoảng cách quá nhỏ có thể làm tăng tổn thất mía. Cần có các nghiên cứu để xác định khoảng cách tối ưu cho từng loại máy thu hoạch mía và điều kiện canh tác. Các phương pháp mô phỏng quá trình tách ngọn lá mía có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cơ chế tác động và đưa ra các thiết kế tối ưu.

V. Ứng Dụng Thực Tế Máy Tách Ngọn Lá Mía SHC 0 2A

Việc ứng dụng máy liên hợp THM nguyên cây SHC-0,2A vào thực tế cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này. Máy có khả năng tách ngọn lá hiệu quả, giảm thiểu tạp chất và tổn thất mía. Tuy nhiên, cần có các cải tiến để máy hoạt động ổn định và bền bỉ hơn trong điều kiện thực tế. Các kết quả thử nghiệm cho thấy máy có thể đáp ứng được yêu cầu sản xuất, nhưng cần có sự điều chỉnh để phù hợp với từng loại mía và điều kiện canh tác. Theo tài liệu, kết quả chạy thử máy liên hợp THM nguyên cây SHC-0,2A.

5.1. Đánh Giá Hiệu Quả Hoạt Động Của Máy SHC 0 2A

Việc đánh giá hiệu quả hoạt động của máy liên hợp THM SHC-0,2A cần dựa trên các chỉ tiêu như tỷ lệ tạp chất, tỷ lệ tổn thất, năng suất và chi phí vận hành. Các chỉ tiêu này cần được so sánh với các phương pháp thu hoạch truyền thống để đánh giá tính hiệu quả của máy. Cần có các nghiên cứu độc lập để đánh giá khách quan hiệu quả của máy trong các điều kiện khác nhau.

5.2. Đề Xuất Cải Tiến Để Nâng Cao Hiệu Suất Máy

Để nâng cao hiệu suất của máy liên hợp THM SHC-0,2A, cần có các cải tiến về thiết kế, vật liệu và chế độ vận hành. Các cải tiến cần tập trung vào việc giảm thiểu tổn thất mía, tăng độ bền của máy và giảm chi phí vận hành. Cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, nhà sản xuất và người sử dụng để đưa ra các giải pháp cải tiến phù hợp.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Máy Thu Hoạch Mía

Nghiên cứu thông số tách ngọn lá mía trên máy liên hợp thu hoạch mía là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Các kết quả nghiên cứu đã góp phần vào việc nâng cao hiệu quả thu hoạch mía và giảm chi phí sản xuất đường. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn, như tối ưu hóa thiết kế máy, phát triển các phương pháp điều khiển tự động và ứng dụng các vật liệu mới. Hướng phát triển của nghiên cứu cần tập trung vào việc tạo ra các máy thu hoạch mía thông minh, hiệu quả và bền vững. Theo tài liệu, danh mục công trình đã công bố liên quan đến Luận án, Tài liệu tham khảo, Phụ lục.

6.1. Tự Động Hóa Quá Trình Điều Chỉnh Thông Số Máy

Tự động hóa quá trình điều chỉnh thông số của máy thu hoạch mía là một hướng phát triển quan trọng. Việc sử dụng các cảm biến và hệ thống điều khiển tự động giúp máy có thể thích ứng với các điều kiện khác nhau và hoạt động hiệu quả hơn. Cần có các nghiên cứu về hệ thống tự động điều chỉnh thông số để nâng cao tính thông minh của máy.

6.2. Nghiên Cứu Vật Liệu Mới Cho Bộ Phận Tách Ngọn Lá

Nghiên cứu vật liệu mới cho bộ phận tách ngọn lá là một hướng phát triển tiềm năng. Các vật liệu mới có thể giúp tăng độ bền của bộ phận tách, giảm tổn thất mía và tiết kiệm năng lượng. Cần có các nghiên cứu về vật liệu chế tạo bộ phận tách ngọn lá để tìm ra các vật liệu phù hợp.