chương 1 giới thiệu về đề tài, chương 2 tổng quan nghiên cứu đề tài, chương 3 cơ sở lý thuyết, chương 4 phướng hướng và các giải pháp thiết kế, chương 5 tính toán và thiết kế, chương 6 chế tạo thử nghiệm và đánh giá. 2 CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu * Lịch sử hình thành: Thời kỳ trước công nghiệp, trước khi công nghiệp phát triển, việc cắt cỏ thường được thực hiện bằng tay hoặc bằng cách sử dụng công cụ đơn giản như dao cỏ. Đầu thế kỷ 19, sự phát triển của công nghiệp và công nghệ đã đẩy mạnh việc nghiên cứu và phát triển máy cắt cỏ.
Các máy cắt cỏ đầu tiên xuất hiện, thường được hoạt động bằng sức người hoặc sử dụng ngựa kéo. Đầu thế kỷ 20, Các công nghệ mới và động cơ đốt trong đã được áp dụng vào máy cắt cỏ, giúp tăng cường hiệu suất và hiệu quả của máy. Máy cắt cỏ chạy bằng động cơ nhiên liệu đã trở thành lựa chọn phổ biến. Thập kỷ 1950, Sự phát triển của công nghệ điện và pin đã mang lại máy cắt cỏ điện.
Máy cắt cỏ điện tiện lợi, dễ sử dụng và không gây tiếng ồn và ô nhiễm khí thải. Thập kỷ 1970, Công nghệ cắt cỏ tự động và robot hóa bắt đầu xuất hiện. Các hệ thống cắt cỏ tự động được phát triển để cắt cỏ tự động trong các khu vực lớn như sân golf và sân vận động. Ngày nay, máy cắt cỏ điện, máy cắt cỏ xăng, và các công nghệ cắt cỏ tự động ngày càng phát triển.
Công nghệ mới như pin lithium-ion và robot cắt cỏ đang được áp dụng để cung cấp sự tiện lợi và hiệu quả cao hơn trong việc duy trì cỏ. Ngày nay máy phát cỏ là dụng cụ không còn xa lạ với mọi người, đặc biệt là người nông dân Việt Nam. Nó là thiết bị giúp cắt cỏ, phát quang khu vườn của gia đình hoặc là khuôn viên công cộng như công viên, lề đường, hay là những sân vân động. Với công suất lớn, chúng là công cụ hỗ trợ đắt lực giúp chúng ta tiết kiệm được thời gian, công sức mà vẫn đạt được hiệu quả như mong muốn.
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy phát cỏ chủ yếu được chia làm 3 loại sau: - Máy cắt cỏ mini: Hay còn gọi là máy cắt cỏ cầm tay, được thiết kế nhỏ gọn, sử dụng pin sạc nên rất nhỏ gọn. Máy này thích hợp cắt tỉa hàng rào hoặc những khuôn viên nhỏ vì công suất yếu và tốc độ cắt chậm. 3 CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Máy cắt cỏ mini - Máy cắt cỏ cầm tay: Đây là loại máy được sử dụng nhiều nhất ở Việt Nam, loại này còn được biết đến là máy cắt cỏ đeo vai hay còn gọi là máy phát cỏ. Loại này được sử dụng hầu hết ở các gia đình có khuôn viên vườn cây vừa và lớn, đặc biệt là khu vực nông thôn.
Với sự tiện lợi khi thao tác, năng suất cao nên hầu như mỗi nhà đều có một máy để sử dụng. Máy cũng có nhiều mẫu đa dạng và nhiều biến thể như máy chạy bằng điện hoặc bằng xăng. Máy thường được trang bị lưỡi cắt bằng kim loại hoặc sử dụng lưỡi cước quật tùy thuộc vào môi trường làm việc, sử dụng nguyên lý quay tròn là chủ yếu.2: Máy phát cỏ đeo lưng 4 CHƯƠNG 2 - Máy cắt cỏ dạng xe đẩy: Loại máy này được trang bị thêm bánh xe để di chuyển, giúp cắt cỏ một cách nhẹ nhàng, không phải đeo máy lên lưng nếu dùng trong thời gian dài dễ gây đau mỏi cho người sử dụng. Máy loại này thường có công suất lớn nên thường cắt ở khuôn viên lớn.3: Máy cắt cỏ dạng xe đẩy 2.2 Đặc tính của máy phát cỏ Mỗi loại máy phát cỏ khác nhau sẽ có những đặc tính khác nhau nhưng chúng vẫn mang những đặc tính chung mà mỗi máy phát cỏ nào cũng có và chúng thường có những đặc tính chung sau đây: - Công suất và hiệu: Máy cắt cỏ có công suất khác nhau, từ các máy cắt cỏ nhỏ dành cho công việc nhỏ gọn đến các máy cắt cỏ mạnh mẽ dùng trong các khu vực lớn.
Hiệu suất của máy cắt cỏ đo lường khả năng cắt cỏ một cách nhanh chóng và hiệu quả. - Loại lưỡi cắt: Máy cắt cỏ có thể sử dụng lưỡi cắt xoay quanh một trục hoặc lưỡi cắt vòng. Lưỡi cắt thường được làm từ vật liệu sắc bén và bền, như thép carbon, để cắt cỏ một cách sạch sẽ và đều đặn. - Độ cao cắt: Máy cắt cỏ thường có thể điều chỉnh độ cao cắt để phù hợp với yêu cầu cụ thể của khu vực.
Điều này cho phép người sử dụng kiểm soát chiều cao của cỏ sau khi cắt. - Hệ thống di chuyển: Máy cắt cỏ có các hệ thống di chuyển khác nhau, bao gồm máy cắt cỏ cầm tay, máy cắt cỏ đẩy tay và máy cắt cỏ tự hành. Các hệ thống này đảm bảo việc di chuyển và sử dụng máy cắt cỏ trở nên dễ dàng và tiện lợi. 5 CHƯƠNG 2 - Dễ bảo trì: Máy cắt cỏ cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Tùy thuộc vào loại máy cắt cỏ, các bộ phận như lưỡi cắt, động cơ và hệ thống di chuyển cần được kiểm tra, làm sạch và bôi trơn đều đặn. - Đa năng: Một số máy cắt cỏ có thể được sử dụng để cắt cỏ, cắt bụi hoặc thậm chí làm các công việc khác như tạo kiểu cỏ hoặc tỉa cành. Những đặc tính này giúp máy cắt cỏ trở thành một công cụ hữu ích và phổ biến trong việc duy trì cỏ và cảnh quan, đồng thời tiết kiệm thời gian và công sức cho người sử dụng.3 Kết cấu của máy phát cỏ Máy phát cỏ có những kết cấu cơ bản sau đây: - Khung máy: Đây là khung cơ bản của máy phát cỏ, có chức năng chứa và liên kết các thành phần khác của máy. Khung máy thường được làm từ vật liệu như thép hoặc hợp kim nhẹ, đảm bảo độ bền và độ cứng.
- Động cơ: Động cơ là bộ phận chịu trách nhiệm tạo ra công suất và năng lượng cần thiết để hoạt động máy phát cỏ. Động cơ thường sử dụng động cơ xăng hoặc động cơ điện, tùy thuộc vào loại máy và ứng dụng cụ thể. - Hệ thống cắt: Hệ thống cắt của máy phát cỏ bao gồm lưỡi cắt hoặc dao cắt được gắn vào trục quay của động cơ. Lưỡi cắt thường được làm từ vật liệu sắc bén và bền như thép carbon, đảm bảo khả năng cắt cỏ hiệu quả và đều đặn.
- Hệ thống điều khiển: Máy phát cỏ có thể điều khiển thông qua các công tắc hoặc bộ điều khiển để bật/tắt máy, điều chỉnh tốc độ hoặc độ cao cắt, và các chức năng khác tương tự. - Bộ truyền động: Bộ truyền động có nhiệm vụ truyền động từ động cơ đến hệ thống cắt. Nó bao gồm các bộ phận như cụm ly hợp và hộp số, giúp điều chỉnh tốc độ và lực truyền động từ động cơ tới lưỡi cắt. Thường các loại máy phát cỏ dung trục hoặc cáp truyền đồng để truyền động từ động cơ đến lưỡi cắt.
- Bình xăng (đối với máy xăng) hoặc bình pin (đối với máy điện): Đây là nơi chứa nhiên liệu cần thiết để hoạt động máy phát cỏ. Bình xăng thường nằm ở vị trí dễ tiếp cận và có hệ thống bơm xăng để cung cấp nhiên liệu cho động cơ. - Tay cầm và bộ điều khiển: Máy phát cỏ thường có tay cầm và bộ điều khiển để người sử dụng có thể điều khiển và di chuyển máy một cách thuận tiện và linh hoạt. Các thành phần trên tùy thuộc vào loại máy phát cỏ và nhà sản xuất cụ thể.
Máy phát cỏ có thể có thêm các tính năng và bộ phận khác nhau để nâng cao hiệu suất và tính tiện dụng.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.1 Các nghiên cứu trong nước Hiện nay, máy phát cỏ là thiết bị không còn quá xa lạ đối với mọi người, đặc biệt là những người nông dân. Chúng là thiết bị giúp dọn dẹp cỏ một cách nhanh chóng so với các phương pháp dọn dẹp cỏ truyền thống như dùng dao, kéo, con người… Bên cạnh những loại máy có sẵn trên thị trường hiện nay, các nhà nghiên cứu cũng có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến máy phát cỏ chủ yếu chia theo 2 hướng: thứ nhất là áp dụng công nghệ AI và tự động hóa, thứ hai là tối ưa hóa để ứng dụng vào thực tiễn, đời sống: Vào năm 2013, các sinh viên thuộc Đại học Cần Thơ đã cải tiến, phát triển một loại máy cắt cỏ thông minh [4], sử dụng công nghệ điều khiển từ xa và cảm biến để tự động hoạt động. Máy được thiết kế để có thể cắt cỏ trên các bề mặt khác nhau và đáp ứng các yêu cầu khác nhau của các môi trường khác nhau. Vào năm 2018, các sinh viên thuộc Đại học Công nghệ TP.
Hồ Chí Minh đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một loại máy cắt cỏ tự động [5], sử dụng các cảm biến để phát hiện vị trí cỏ và điều khiển động cơ để cắt cỏ một cách chính xác và hiệu quả. Máy được thiết kế để có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau và có thể tự động quay về địa điểm bắt đầu khi đã hoàn thành công việc. Năm 2020, Nguyễn Hữu Tuấn cùng các cộng sự thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội đã nghiên cứu, phát triển máy cắt cỏ thông minh sử dụng trí tuệ nhân tạo [6]. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển máy cắt cỏ thông minh cho phép máy tự động phân biệt giữa các loại cỏ khác nhau và cắt cỏ một cách chính xác và hiệu quả nhờ vào sử dụng trí tuệ nhân tạo.
Máy được thiết kế để hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau và giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho người dùng. Bên cạnh các công trình áp dụng AI và tự động hóa thì cũng có các công trình nghiên cứu, cải tiến để tối ưu hóa các loại máy cắt cỏ hiện tại. Như năm 2011, một công trình nghiên cứu của các bạn sinh viên của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu, phát triển một loại máy cắt cỏ đa năng [7], có thể sử dụng trên nhiều loại địa hình khác nhau. Để đáp ứng yêu cầu đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các công nghệ mới như cơ khí chính xác và thiết kế mô phỏng máy tính để tối ưu hóa thiết kế.
Ngoài ra, năm 2015 các bạn sinh viên của Đại học Nông Lâm TP.