ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG CHẬU CÂY TỰ ĐỘNG ĐH Bách Khoa

TÓM TẮT

Luận văn trình bày các nghiên cứu về đề tài “Thiết kế máy đóng chậu tự động theo mô đun”. Trong đó có đề cập đến phương pháp canh tác, nhu cầu về sản phẩm và các mô tả, cũng như những nghiên cứu trong và ngoài nước, các bằng sáng chế…Nhằm tìm ra các vấn đề còn tồn tại cần phải giải quyết để áp dụng phù hợp với điều kiện thực tiễn của nước nhà. Đồng thời nghiên cứu lý thuyết thiết kế theo mô đun và tầm quan trọng, lợi ích của việc thiết kế sản phẩm theo mô đun nhằm áp dụng vào sản phẩm máy đóng chậu, cho phép thiết kế sản phẩm một cách linh hoạt. Nhận diện sản phẩm, đưa ra các ý tưởng và lựa chọn ý tưởng phù hợp với định hướng thiết kế cũng như các yêu cầu đặt ra. Ý tưởng về máy đóng chậu sẽ được phát triển và phân tích theo mô đun, lựa chọn các thành phần cơ bản thuộc về các mô đun khác nhau và nhận diện các mô đun có trong hệ thống. Phần tính toán thiết kế áp dụng độc lập cho các mô đun. Hệ thống điều khiển được trình bày ở chương 6, là thành phần kết nối các mô đun, phối hợp chức năng của chúng để đạt được chức năng chung.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC  iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH . ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU  xvi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xviii MỞ ĐẦU . xix Chương 1.    TỔNG QUAN MÁY ĐÓNG CHẬU TỰ ĐỘNG THEO MÔĐUN   

1

1.1.    Giới thiệu chung.................................................................................. 1

1.1.1.    Một số phương pháp nhân giống vô tính trong trồng trọt ............ 1

1.1.2.    Nhu cầu về sản phẩm máy đóng chậu tự động............................. 5

1.1.3.    Mô tả sản phẩm máy đóng chậu tự động ..................................... 6

1.2.    Các nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................. 7

1.2.1.    Nghiên cứu ngoài nước – một số bằng sáng chế.......................... 7

1.2.2.    Nghiên cứu trong nước ............................................................... 13

1.3.    Các vấn đề cần giải quyết và định hướng nghiên cứu ...................... 15

1.3.1.    Một số vấn đề tồn tại cần giải quyết........................................... 15

1.3.2.    Định hướng nghiên cứu .............................................................. 15

1.3.3.    Định hướng thiết kế theo mô đun ............................................... 16

1.4.    Mục tiêu, nội dung và lịch trình thực hiện LVTN ............................ 18

1.4.1.    Mục tiêu nghiên cứu đề tài ......................................................... 18

1.4.2.    Nội dung nghiên cứu .................................................................. 18

1.4.3.    Phương pháp nghiên cứu ............................................................ 19

Chương 2.   CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG CHẬU TỰ ĐỘNG THEO MÔ ĐUN .............................................................. 20

2.1.    Cơ sở lý thuyết tính toán động học, động lực học “máy đóng chậu tự động theo mô đun”....................................................................................... 21

2.1.1.    Phân tích động học cơ cấu.......................................................... 21

2.1.2.    Phân tích lực cơ cấu ................................................................... 22

2.1.3.    Tính toán công suất và lựa chọn động cơ................................... 23

2.2.    Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế “máy đóng chậu tự động theo mô đun”      ........................................................................................................... 23

2.2.1.    Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng ......................................... 23

2.2.2.    Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ ................................. 24

2.2.3.    Tính toán thiết kế cơ cấu nhiều thanh ........................................ 26

2.2.4.    Những vấn đề chung liên quan đến các bộ phận vận chuyển .... 26

2.3.    Cơ sở lý thuyết phân tích, thiết kế theo mô đun ............................... 27

2.3.1.    Phương pháp thiết kế theo mô đun............................................. 32

2.3.2.    Phân tích sản phẩm ..................................................................... 34

2.3.3.    Nhóm các chi tiết thành cụm (mô đun) ...................................... 40

2.3.4.    Các thuật toán nhóm đối tượng thủ công ................................... 40

2.3.5.    Một số giải thuật nhóm đối tượng dựa trên lập trình toán ......... 48

2.3.6.    Kết luận ...................................................................................... 49

Chương 3.   Thiết kế ý tưởng ......................................................................... 52

3.1.    Giả định nhu cầu khách hàng ............................................................ 52

3.2.    Các yêu cầu kỹ thuật ......................................................................... 52

3.3.    Phân tích chức năng .......................................................................... 53

3.4.    Đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế ................................................. 55

3.5.    Tổng hợp ý tưởng một cách hệ thống: .............................................. 57

3.6.    Phân tích, lựa chọn ý tưởng .............................................................. 61

Chương 4.   Thiết kế hệ thống máy đóng chậu theo mô đun ......................... 63

4.1.    Mô tả hệ thống .................................................................................. 63

4.2.    Phân tích mô đun cấp I...................................................................... 65

4.2.1.    Phân tích sản phẩm theo cấu trúc ............................................... 65

4.2.2.    Cấu trúc sản phẩm ...................................................................... 68

4.2.3.    Nhóm các thành phần thành mô đun .......................................... 73

4.3.    Phân tích mô đun máy cấp chậu ....................................................... 72

4.3.1.    Phân tích máy cấp chậu theo cấu trúc ........................................ 76

4.3.2.    Cấu trúc máy cấp chậu ............................................................... 79

4.3.3.    Nhóm các thành phần thành mô đun trong máy cấp chậu ......... 84

4.4.    Phân tích mô đun băng tải xơ dừa..................................................... 86

4.4.1.    Phân tích băng tải xơ dừa theo cấu trúc ..................................... 87

4.4.2.    Cấu trúc băng tải xơ dừa ............................................................ 89

4.4.3.    Nhóm các thành phần thành mô đun trong băng tải xơ dừa....... 94

4.5.    Phân tích mô đun băng tải chậu ........................................................ 95

4.5.1.    Phân tích băng tải chậu theo cấu trúc ......................................... 96

4.5.2.    Cấu trúc băng tải chậu ................................................................ 98

4.5.3.    Nhóm các thành phần thành mô đun trong băng tải chậu ........ 102

4.6.    Phân tích mô đun máy cấp xơ dừa .................................................. 104

4.6.1.    Phân tích máy cấp xơ dừa theo cấu trúc ................................... 104

4.6.2.    Cấu trúc máy cấp xơ dừa .......................................................... 106

4.6.3.    Nhóm các thành phần thành mô đun trong máy cấp xơ dừa .... 109

4.7.    Phân tích mô đun máy ép ................................................................ 111

4.7.1.    Phân tích máy ép theo cấu trúc................................................. 111

4.7.2.    Cấu trúc máy ép........................................................................ 114

4.7.3.    Nhóm các thành phần thành mô đun trong máy ép.................. 117

4.8.    Kết luận chung trong phân tích mô đun máy đóng chậu ................ 118

Chương 5.   Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí............................................ 119

5.1.    Các thông tin chung ........................................................................ 119

5.2.    Tính toán thiết kế máy cấp chậu ..................................................... 121

5.2.1.    Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 121

5.2.2.    Tính toán động lực học máy cấp chậu và chọn động cơ .......... 122

5.2.3.    Chọn và kiểm nghiệm bánh răng cấp chậu .............................. 127

5.2.4.    Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng ....................................... 128

5.2.5.    Tính toán thiết kế trục .............................................................. 132

5.2.6.    Tính chọn ổ lăn ......................................................................... 142

5.2.7.    Chọn khớp nối .......................................................................... 144

5.2.8.    Thông số cơ bản máy cấp chậu ................................................ 145

5.3.    Tính toán thiết kế băng tải xơ dừa .................................................. 146

5.3.1.    Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 146

5.3.2.    Xác định tải trọng và các lực cản ............................................. 149

5.3.3.    Kiểm nghiệm độ bền băng........................................................ 150

5.3.4.    Xác định lực kéo....................................................................... 150

5.3.5.    Tính toán chọn động cơ điện .................................................... 150

5.3.6.    Tính toán thiết kế bộ truyền xích ............................................. 153

5.3.7.    Tính toán thiết kế trục dẫn động băng tải ................................. 156

5.3.8.    Tính toán chọn ổ lăn ................................................................. 161

5.3.9.    Tính toán trạm kéo căng ........................................................... 162

5.3.10.        Thông số hình học băng tải xơ dừa.................................... 162

5.4.    Tính toán thiết kế máy ép................................................................ 164

5.4.1.    Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 164

5.4.2.    Phân tích và tính toán lực ......................................................... 164

5.4.3.    Chọn động cơ điện.................................................................... 166

5.4.4.    Thiết kế các khâu & khớp bản lề.............................................. 167

5.4.    Tính toán lựa chọn dẫn hướng (khớp tịnh tiến)........................ 169

5.4.6.    Thông số hình học máy ép ....................................................... 171

5.5.    Tính toán thiết kế băng tải chậu ...................................................... 173

5.5.1.    Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 173

5.5.2.    Tính toán động lực học băng tải chậu và chọn động cơ ........... 178

5.5.3.    Thiết kế trục và chọn ổ lăn ...................................................... 182

5.5.4.    Chọn khớp nối .......................................................................... 184

5.5.5.    Thông số hình học băng tải chậu.............................................. 185

5.6.    Tính toán thiết kế máy cấp xơ dừa .................................................. 186

5.6.1.    Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 186

5.6.2.    Tính toán động lực học và chọn động cơ cho đĩa khuyết......... 186

5.6.3.    Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn, khớp nối........................ 188

5.6.4.    Thông số hình học máy cấp xơ dừa.......................................... 190

 5.7.    Xây dựng mô hình 3D..................................................................... 191

5 .8.    Lựa chọn chân đế/bánh xe .............................................................. 194

 Chương 6.   Thiết kế hệ thống điều khiển .................................................... 196

 6.1.    Mô tả hệ thống điều khiển............................................................... 196

 6.2.    Sơ lược về các thiết bị điều khiển ................................................... 198

 6.2.1.    Động cơ bước và phương thức điều khiển ............................... 198

 6.2.2.    Động cơ AC 1 pha và các phương pháp điều khiển tốc độ ...... 199

 6.2.3.    Sơ lược về PLC ........................................................................ 202

6.3.    Liệt kê các thành phần trong hệ thống ............................................ 197

 6.4.    Lựa chọn thiết bị điều khiển ........................................................... 203

6.4.1.    Chọn PLC ................................................................................. 203

6.4.2.    Chọn Driver động cơ bước ....................................................... 204

6.4.3.    Chọn cảm biến .......................................................................... 205

6.4.4.    Chọn Dimmer điều khiển các động cơ ..................................... 205

6.4.5.    Nguồn điện và các thiết bị khác ............................................... 206

6.5.    Sơ đồ đấu dây.................................................................................. 207

6.6.    Thiết lập lưu đồ giải thuật ............................................................... 198

6.7.    Chương trình PLC ........................................................................... 209

KẾT LUẬN ................................................................................................... 211

Kết quả luận văn ........................................................................................ 211

Hạn chế của đề tài ...................................................................................... 211

Hướng phát triển của đề tài........................................................................ 212

TÀI LIeU THAM KHẢO ............................................................................. 213

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

 

Hình 1. 1. Phương pháp tách cây ...................................................................................... 1

Hình 1. 2. Chiết nén 1 cành .............................................................................................. 2

Hình 1. 3. Chiết nén nhiều cành và liên tục ...................................................................... 2

Hình 1. 4. Cây chè được nhân giống vô tính trong các bầu đất bằng phương pháp giâm

cành ................................................................................................................................... 3

Hình 1. 5. Quy trình nhân giống vô tính bằng giâm cành đối với cây chè xanh .............. 4

Hình 1. 6. Cây trạng nguyên sau quá trình nuôi cấy được trồng trong các chậu nhựa để

dễ dàng vận chuyển/ bảo quản .......................................................................................... 5

Hình 1. 7. Mô hình máy đóng chậu đất (EP 2 774 477 A1) ............................................ 7

Hình 1. 8. Hình chiếu bằng máy đóng chậu đất (EP 2 774 477 A1) ................................ 7

Hình 1. 9. Mô tả (1) "Thiết bị đóng chậu" (US 8,590,583, B2)........................................ 8

Hình 1. 10. Mô tả (2) "Thiết bị đóng chậu" (US 8,590,583, B2) ..................................... 9

Hình 1. 11. Máy đóng chậu (US 5,614,008) ..................................................................... 9

Hình 1. 12. Hình chiếu cạnh "Máy đóng chậu" (US 5,614,008) .................................... 10

Hình 1. 13. Mayer potting machine 2800 ....................................................................... 11

Hình 1. 14. Thông số kỹ thuật cơ bản của "Mayer potting machine 2800".................... 11

Hình 1. 15. Javo Standard 2.0 ......................................................................................... 12

Hình 1. 16. Thông số kỹ thuật của "Javo Standard 2.0" ................................................. 12

Hình 1. 17. EP 2200 Potting Machine ............................................................................ 13

Hình 1. 18. Các thông số kỹ thuật của EP 2200 Potting Machine .................................. 13

Hình 1. 19. Máy đóng chậu Hồng Chương – Việt Nam ................................................. 14

Hình 1. 20. Máy đóng chậu TTS - RF ............................................................................ 15

Hình 1. 21. Mô đun và một số ứng dụng ngày nay......................................................... 16

Hình 2. 1. Mô hình cộng vec tơ ...................................................................................... 22

Hình 2. 2. Phân loại mô đun ........................................................................................... 27

Hình 2. 3. Động cơ.......................................................................................................... 28

Hình 2. 4. Hộp giảm tốc.................................................................................................. 28

Hình 2. 5. Ổ lăn, dẫn hướng, vít me bi ........................................................................... 29

Hình 2. 6. Máy vi tính – một sản phẩm mang tính mô đun điển hình ............................ 30

Hình 2. 7. Vòng đời của sản phẩm thiết kế theo mô đun................................................ 31

Hình 2. 8. Các giai đoạn của quá trình phát triển sản phẩm theo mô đun ...................... 32

Hình 2. 9. Thiết kế theo mô đun ..................................................................................... 33

Hình 2. 10. Sơ đồ chức năng – cấu trúc .......................................................................... 34

Hình 2. 11. Phân tích máy vi tính theo cấu trúc.............................................................. 35

Hình 2. 12. Sơ đồ dòng chảy chức năng chung. ............................................................. 36

Hình 2. 13. Sơ đồ phân tích chức năng ........................................................................... 36

Hình 2. 14. Sơ đồ dòng chảy chức năng cơ bản ............................................................. 37

Hình 2. 15. Cấu trúc thứ bậc của mô hình khai triển đặc tính hệ kỹ thuật ..................... 38

Hình 2. 16. Dạng chung của chỉ số tương đồng.............................................................. 39

Hình 2. 17. Ma trân tương đồng ..................................................................................... 40

Hình 2. 18. Gán trọng số nhị phân cho cột ..................................................................... 41

Hình 2. 19. Tính đẳng trị thập phân cho hàng ................................................................ 41

Hình 2. 20. Sắp xếp đẳng trị thập phân giảm dần ........................................................... 41

Hình 2. 21. Trong số nhị phân cho hàng......................................................................... 41

Hình 2. 22. Đẳng trị thập phân cho cột và sắp xếp giảm dần ......................................... 42

Hình 2. 23. Hình thành 2 nhóm chi tiết riêng biệt .......................................................... 42

Hình 2. 24. Ma trận cho ví dụ 2 ...................................................................................... 43

Hình 2. 25. Bước 1, 2 – VD2 .......................................................................................... 43

Hình 2. 26. Kết quả của thuật toán “năng lượng liên kết” .............................................. 43

Hình 2. 27. Ma trận sử dụng cho ví dụ 3 ........................................................................ 44

Hình 2. 28. Bước 1, 2 – VD3 .......................................................................................... 44

Hình 2. 29. Bước 3 – VD3 .............................................................................................. 45

Hình 2. 30.  Bước 4 – VD3 ............................................................................................. 45

Hình 2. 31. Lặp lại bước 1 – 4 với các chi tiết còn lại .................................................... 45

Hình 2. 32. Ma trận chéo khối với các cụm riêng biệt.................................................... 46

Hình 2. 33. Phương pháp nhóm đối tượng dựa trên hệ số tương đồng........................... 46

Hình 2. 34. Bước 1 – VD4 .............................................................................................. 47

Hình 2. 35. Bước 3 – VD4 .............................................................................................. 47

Hình 2. 36. Bước 4 – VD4 .............................................................................................. 48

Hình 2. 37. Ma trận sử dụng cho ví dụ 5 ........................................................................ 49

Hình 2. 38. Chỉ số tương đồng tính theo công thức 2.46................................................ 49

Hình 2. 39. (hình 2.10) Thiết kế theo mô đun ................................................................ 50

Hình 2. 40. Quá trình thiết kế theo mô đun .................................................................... 51

Hình 3. 1. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng quát ........................................................... 53

Hình 3. 2. Sơ đồ phân tích chức năng con ...................................................................... 54

Hình 3.  3. Sắp xếp chức năng một cách hệ thống.......................................................... 55

Hình 3.  4. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 1 ............................................................................ 57

Hình 3.  5. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 2 ............................................................................ 58

Hình 3.  6. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 3 ............................................................................ 59

Hình 3.  7. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 4 ............................................................................ 60

Hình 4. 1. Sơ đồ liên hệ Chức năng - Cấu trúc ............................................................... 63

Hình 4. 2. Bố trí hình học thô - Hình chiếu đứng ........................................................... 64

Hình 4. 3. Bố trí hình học thô - Hình chiếu cạnh............................................................ 65

Hình 4. 4. Sơ đồ phân tích cấu trúc – chức năng Cấp I .................................................. 66

Hình 4. 5. Sơ đồ dòng chức năng tổng thể...................................................................... 66

Hình 4. 6. Sơ đồ dòng chảy chức năng cấp I .................................................................. 67

Hình 4. 7. Sơ đồ thứ bậc SLS ......................................................................................... 68

Hình 4. 8. Ma trận tương đồng về cấu trúc ..................................................................... 72

Hình 4. 9. Ma trận tương đồng về chức năng ................................................................. 72

Hình 4. 10. Ma trận tương đồng tổng hợp ...................................................................... 73

Hình 4. 11. Mô đun về cấu trúc ...................................................................................... 73

Hình 4. 12. Mô đun về chức năng................................................................................... 73

Hình 4. 13. Mô đun tổng hợp.......................................................................................... 74

Hình 4. 14. Sơ đồ động máy cấp chậu ............................................................................ 76

Hình 4. 15. Sơ đồ phân tích cấu trúc – chức năng máy cấp chậu theo cấu trúc ............. 77

Hình 4. 16. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy cấp chậu .................................... 77

Hình 4. 17. Sơ đồ dòng cháy chức năng máy cấp chậu .................................................. 78

Hình 4. 18. Sơ đồ thứ bậc SLS máy cấp chậu ................................................................ 80

Hình 4. 19. Ma trận tương đồng về cấu trúc máy cấp chậu ............................................ 83

Hình 4. 20. Ma trận tương đồng về chức năng máy cấp chậu ........................................ 83

Hình 4. 21. Ma trận tương đồng tổng hợp máy cấp chậu ............................................... 83

Hình 4. 22. Máy cấp chậu - Mô đun theo cấu trúc ......................................................... 84

Hình 4. 23. Máy cấp chậu - Mô đun theo chức năng...................................................... 84

Hình 4. 24. Máy cấp chậu - Mô đun tổng hợp ................................................................ 84

Hình 4. 25. Sơ đồ động băng tải xơ dừa ......................................................................... 86

Hình 4. 26. Sơ đồ phân tích cấu trúc băng tải xơ dừa..................................................... 87

Hình 4. 27. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể băng tải xơ dừa ................................. 87

Hình 4. 28. Sơ đồ dòng chảy chức năng chi tiết băng tải xơ dừa ................................... 88

Hình 4. 29. Sơ đồ thứ bậc SLS Băng tải xơ dừa ............................................................. 90

Hình 4. 30. Ma trận tương đồng về cấu trúc ................................................................... 93

Hình 4. 31. Ma trận tương đồng về chức năng ............................................................... 93

Hình 4. 32. Ma trận tương đồng tổng hợp ...................................................................... 93

Hình 4. 33. Mô đun về cấu trúc vật lý Băng tải xơ dừa .................................................. 94

Hình 4. 34. Mô đun về chức năng Băng tải xơ dừa ........................................................ 94

Hình 4. 35. Mô đun tổng hợp Băng tải xơ dừa ............................................................... 94

Hình 4. 36. Sơ đồ động băng tải chậu ............................................................................. 95

Hình 4. 37. Sơ đồ phân tích cấu trúc – chức năng băng tải chậu.................................... 96

Hình 4. 38. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể ........................................................... 96

Hình 4. 39. Sơ đồ dòng chảy chức năng chi tiết băng tải chậu....................................... 97

Hình 4. 40. Sơ đồ thứ bậc SLS băng tải chậu ................................................................. 99

Hình 4. 41. Ma trận tương đồng về cấu trúc băng tải chậu........................................... 102

Hình 4. 42. Ma trận tương đồng về chức năng băng tải chậu ....................................... 102

Hình 4. 43. Ma trận tương đồng tổng hợp băng tải chậu .............................................. 102

Hình 4. 44. Mô đun về cấu trúc vật lý băng tải chậu .................................................... 103

Hình 4. 45. Mô đun về chức năng băng tải chậu .......................................................... 103

Hình 4. 46. Mô đun tổng hợp băng tải chậu ................................................................. 103

Hình 4. 47. Sơ đồ động máy cấp xơ dừa....................................................................... 104

Hình 4. 48. Sơ đồ phân tích cấu trúc - chức năng máy cấp xơ dừa .............................. 104

Hình 4. 49. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy cấp xơ dừa............................... 105

Hình 4. 50. Sơ đồ dòng chảy chức năng máy cấp xơ dừa............................................. 105

Hình 4. 51. Sơ đồ thứ bậc SLS máy cấp xơ dừa ........................................................... 106

Hình 4. 52. Ma trân tương đồng về cấu trúc vật lý máy cấp xơ dừa ............................ 109

Hình 4. 53. Ma trận tương đồng về chức năng máy cấp xơ dừa................................... 109

Hình 4. 54. Ma trận tương đồng tổng hợp máy cấp chậu ............................................. 109

Hình 4. 55. Mô đun cấu trúc máy cấp xơ dừa............................................................... 109

Hình 4. 56. Mô đun chức năng máy cấp xơ dừa ........................................................... 110

Hình 4. 57. Mô đun tổng thể máy cấp xơ dừa\ ............................................................. 110

Hình 4. 58. Sơ đồ động máy ép .................................................................................... 111

Hình 4. 59. Sơ đồ phân tích cấu trúc - chức năng máy ép ............................................ 112

Hình 4. 60. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy ép ............................................ 112

Hình 4. 61. Sơ đồ dòng chảy chức năng máy ép .......................................................... 113

Hình 4. 62. Sơ đồ thứ bậc SLS máy cấp chậu .............................................................. 114

Hình 4. 63. Ma trận tương đồng về cấu trúc máy ép .................................................... 117

Hình 4. 64. Ma trận tương đồng về chức năng máy ép................................................. 117

Hình 4. 65. Ma trận tương đồng tổng thể máy ép ......................................................... 117

Hình 4. 66. Sơ đồ thứ bậc cấu trúc máy đóng chậu tự động theo mô đun .................... 118

Hình 5. 1. Chu kỳ hoạt động (s).................................................................................... 119

Hình 5. 2. Thông số hình học chậu nhựa ...................................................................... 120

Hình 5. 3. Các thông số cơ bản máy cấp chậu .............................................................. 122

Hình 5. 4. Chu kỳ làm việc của cụm cấp chậu.............................................................. 122

Hình 5. 5. Sơ đồ liên hệ mô men - vận tốc động cơ bước NEMA 23HS33 – 4008D... 124

Hình 5. 6. Thông số hình học động cơ bước Nema 2323HS33 – 4008D ..................... 125

Hình 5. 7. Thông số kỹ thuật động cơ bước Nema 23 23HS33 – 4008D ..................... 126

Hình 5. 8. Bánh răng trụ răng thẳng mô đun 3 [35]...................................................... 127

Hình 5. 9. Sơ đồ lựa chọn đai 2GT 3GT [33] ............................................................... 128

Hình 5. 10. Thông số dây đai răng 591 3GT ................................................................ 129

Hình 5. 11. Kết cấu bánh đai răng ................................................................................ 130

Hình 5. 12. Kết cấu dây đai 3GT vật liệu GBN ............................................................ 130

Hình 5. 13. Sơ đồ bố trí các đoạn trục .......................................................................... 133

Hình 5. 14. Sơ đồ phân tích lực trên các thành phần thuộc máy cấp chậu ................... 134

Hình 5. 15. Sơ đồ nội lực trục 1.................................................................................... 136

Hình 5. 16. Phác thảo kết cấu trục I.............................................................................. 137

Hình 5. 17. Sơ đồ nội lực trục II ................................................................................... 138

Hình 5. 18. Phác thảo kết cấu trục II ............................................................................ 138

Hình 5. 19. Sơ đồ nội lực trục III.................................................................................. 139

Hình 5. 20. Phác thảo kết cấu trục III ........................................................................... 140

Hình 5. 21. Cấu trúc gối ổ PBT [36]............................................................................. 143

Hình 5. 22. Sơ đồ lựa chọn khớp nối [33] .................................................................... 144

Hình 5. 23. Cấu tạo khớp nối xẻ rãnh loại dài .............................................................. 144

Hình 5. 24. Sơ đồ truyền động băng tải xơ dừa ............................................................ 146

Hình 5. 25. Cấu tạo băng .............................................................................................. 147

Hình 5. 26. Tang dẩn dạng trống [27]........................................................................... 148

Hình 5. 27. Con lăn dạng trụ thẳng [27] ....................................................................... 148

Hình 5. 28. Động cơ giảm tốc chân đế Dong Ling SH series ....................................... 151

Hình 5. 29. Thông số động cơ....................................................................................... 152

Hình 5. 30. Cấu tạo bánh xích 35B............................................................................... 155

Hình 5. 31. Thông số hình học dây xích ....................................................................... 156

Hình 5. 32. Thông số hình học cơ bản gối đỡ............................................................... 157

Hình 5. 33. Thông số thép hình C 125x65.................................................................... 158

Hình 5. 34. Sơ đồ bố trí và nội lực trục dẫn động băng tải ........................................... 159

Hình 5. 35. Phác thảo kết cấu trục dẫn động băng tải................................................... 160

Hình 5. 36. Sơ đồ tính toán cơ cấu tay quay con trượt trong máy ép ........................... 164

Hình 5. 37. Sơ đồ tách nhóm và phân tích lực trên các khâu ....................................... 165

Hình 5. 38. Hoạ đồ vec tơ lực, tỉ lệ xích 1 .................................................................... 166

Hình 5. 39. Thông số động cơ điện DL SH10 01 30 S ................................................. 167

Hình 5. 40. Cấu trúc khớp cầu PHSC ........................................................................... 167

Hình 5. 41. THông số kỹ thuật ổ bi đỡ 1 dãy B608ZZ ................................................. 168

Hình 5. 42. Phác thảo kết cấu trục ................................................................................ 169

Hình 5. 43. Sơ đồ bố trí các con lăn.............................................................................. 169

Hình 5. 44. Tải trọng tương đương ............................................................................... 170

Hình 5. 45. Cấu trúc ổ lăn tịnh tiến (Linear Bushing) LMU ........................................ 170

Hình 5. 46. Thông số kỹ thuật thanh dẫn hướng .......................................................... 171

Hình 5. 47. Sơ đồ và các kích thước sơ bộ băng tải chậu ............................................. 173

Hình 5. 48. Sơ đồ cấu tạo con lăn thép [30] ................................................................. 174

Hình 5. 49. Sơ đồ cấu tạo con lăn nhựa [31] ................................................................ 175

Hình 5. 50. Thông số kỹ thuật xích ống con lăn KANA 35 - 1 .................................... 176

Hình 5. 51. Thông số kỹ thuật đĩa xích 35B ................................................................. 177

Hình 5. 52. Thông số kích thước mắt xích có tai ghá WSK - 2.................................... 178

Hình 5. 53. Chế độ làm việc của băng tải chậu ............................................................ 179

Hình 5. 54. Sơ đồ mô men - vận tốc động cơ bước Nema 23HS33 - 4008D ............... 180

Hình 5. 55. Động cơ bước NEMA 23HS33 – 4008D ................................................... 181

Hình 5. 56. Thông số kỹ thuật động cơ bước NEMA 23HS33 – 4008D...................... 182

Hình 5. 57. Thông số kỹ thuật ổ lăn PBT 15 ................................................................ 183

Hình 5. 58. Phác thảo thiết kế trục................................................................................ 183

Hình 5. 59. Sơ đồ lựa chọn khớp nối ............................................................................ 184

Hình 5. 60. Cấu tạo khớp nối xẻ rãnh loại dài CPLS.................................................... 184

Hình 5. 61. Thông số hình học đĩa khuyết .................................................................... 186

Hình 5. 62. Đo thể tích phễu đã thiết kế ....................................................................... 187

Hình 5. 63. Động cơ DC giảm tốc 12V 30vg/ph .......................................................... 187

Hình 5. 64. Sơ đồ động máy cấp xơ dừa....................................................................... 188

Hình 5. 65. Kết cấu trục ................................................................................................ 188

Hình 5. 66. Ổ chặn DIN 711 ......................................................................................... 188

Hình 5. 67. Băng tải xơ dừa .......................................................................................... 191

Hình 5. 68. Máy cấp chậu ............................................................................................. 192

Hình 5. 69. Băng tải chậu ............................................................................................. 193

Hình 5. 70. Máy ép ....................................................................................................... 193

Hình 5. 71. Khối lượng các cụm phần đầu máy ........................................................... 194

Hình 5. 72. Khối lượng phần băng tải xơ dừa .............................................................. 195

Hình 5. 73. Thông số kỹ thuật bánh xe ......................................................................... 195

Hình 6.  1. Sơ đồ hệ thống máy đóng chậu tự động ..................................................... 196

Hình 6.  2. Động cơ bước (a) và driver điều khiển động cơ bước (b) .......................... 199

Hình 6.  3. Điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 1 pha, 3 pha bằng biến tần

...................................................................................................................................... 200

Hình 6.  4. Sơ đồ đấu dây thuận.................................................................................... 200

Hình 6.  5. Sơ đồ đấu dây nghịch.................................................................................. 201

Hình 6.  6. Sơ đồ đấu dây cho phương pháp không loại bỏ tụ điện.............................. 201

Hình 6.  7. Dimer điều khiển tốc độ động cơ AC ......................................................... 202

Hình 6.  8. Cấu trúc chung của một PLC ...................................................................... 203

Hình 6.  9. Thông số kỹ thuật PLC FX3G24MT/ES .................................................... 203

Hình 6.  10. PLC FX3G-24MT/ES ............................................................................... 204

Hình 6.  11. Thông số kỹ thuật driver TB 6600 ............................................................ 204

Hình 6.  12. Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại ................................................... 205

Hình 6.  13. Dimmer AC 4000W .................................................................................. 205

Hình 6.  14. Dimmer DC 20A....................................................................................... 206

Hình 6.  15. Nguồn tổ ong DC 23V 20A ...................................................................... 206

Hình 6.  16. Sơ đồ chân PLC FX3G-24MT/ES ............................................................ 207

 

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

 

Bảng 1. 1.  Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 18

Bảng 1. 2. Kế hoạch thực hiện luận văn ......................................................................... 19

 

 

 

Bảng 2. 1. Một số đại lượng tính toán ............................................................................ 20

Bảng 2. 2. Ví dụ về tác động của SLS lên GFR ............................................................. 39

 

 

Bảng 3. 1. Đưa ra ý tưởng cho từng chức năng .............................................................. 55

Bảng 3. 2. Ma trận quyết định ........................................................................................ 61

 

 

Bảng 4. 1. Mối quan hệ Input/Output Máy đóng chậu ................................................... 67

Bảng 4. 2. Thông số cấp hệ thống (SLS) máy đóng chậu............................................... 69

Bảng 4. 3. Tác động của SLS đối với GFR .................................................................... 71

Bảng 4. 4. Mối quan hệ Inpur/Output máy cấp chậu ...................................................... 79

Bảng 4. 5. Thông số cấp hệ thống máy cấp chậu............................................................ 80

Bảng 4. 6. Tác động của SLS lên GFR trong máy cấp chậu .......................................... 82

Bảng 4. 7. Mối quan hệ Input/Output băng tải xơ dừa ................................................... 89

Bảng 4. 8. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống băng tải xơ dừa........................................... 90

Bảng 4. 9. Mối quan hệ SLS - GFR Băng tải xơ dừa ..................................................... 92

Bảng 4. 10. Mối quan hệ Input/Output băng tải chậu ..................................................... 97

Bảng 4. 11. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống (SLS) băng tải chậu.................................. 99

Bảng 4. 12. Tác động của SLS đến GFR băng tải chậu................................................ 101

Bảng 4. 13. Mối quan hệ I/O giữa các thành phần trong máy cấp xơ dừa ................... 105

Bảng 4. 14. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống máy cấp xơ dừa ...................................... 107

Bảng 4. 15. Tác động của SLS lên GFR máy cấp xơ dừa ............................................ 108

Bảng 4. 16. Mối liên hệ Input/Output máy ép .............................................................. 113

Bảng 4. 17. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống máy ép .................................................... 115

Bảng 4. 18. Tác động của SLS đến yêu cầu về chức năng tổng thể máy ép................. 116

 

 

Bảng 5.  1. Các thông tin đầu vào ................................................................................. 119

Bảng 5.  2. Hiệu suất các thành phần truyền động........................................................ 120

Bảng 5.  3. Thông số bánh răng cấp chậu ..................................................................... 121

Bảng 5.  4. Thông số làm việc của máy cấp chậu ......................................................... 127

Bảng 5.  5. Thông số kỹ thuật bánh răng [35] .............................................................. 127

Bảng 5.  6. Thông số kích thước bánh đai răng ............................................................ 130

Bảng 5.  7. Thông số dây đai răng ................................................................................ 131

Bảng 5.  8. Thông số gối đỡ ổ PBT10 .......................................................................... 143

Bảng 5.  9. Thông số kỹ thuật khớp nối xẻ rãnh đàn hồi CPLS32 6.35 - 8 [37] .......... 144

 

 

 

Bảng 5.  10. Một số thông số hình học cơ bản máy cấp chậu....................................... 145

Bảng 5.  11. Thông số hình học và các hệ số băng tải xơ dừa ...................................... 146

Bảng 5.  12. Thông số băng tải xơ dừa ......................................................................... 147

Bảng 5.  13. Thông số tang dẫn động ........................................................................... 148

Bảng 5.  14. Thông số tang bị động .............................................................................. 148

Bảng 5.  15. Thông số con lăn đỡ ................................................................................. 149

Bảng 5.  16. Thông số làm việc của động cơ ................................................................ 152

Bảng 5.  17. Thông số hình học bánh xích 1 ................................................................ 155

Bảng 5.  18. Thông số hình học bánh xích 2 ................................................................ 155

Bảng 5.  19. Thông số hình học cơ bán băng tải xơ dừa............................................... 162

Bảng 5.  20. Các thông số cơ bản máy ép ..................................................................... 164

Bảng 5.  21. Thông số kỹ thuật khớp cầu ..................................................................... 168

Bảng 5.  22. Thông số ổ lăn tịnh tiến SLMU10 ............................................................ 171

Bảng 5.  23. Thông số hình học cơ bản máy ép ............................................................ 171

Bảng 5.  24. Các thông số cơ bản băng tải chậu ........................................................... 173

Bảng 5.  25. Thông số kích thước con lăn tại vị trí máy ép .......................................... 174

Bảng 5.  26. Thông số con lăn nhựa ............................................................................. 175

Bảng 5.  27. Thông số kỹ thuật khớp nối xẻ rãnh đàn hồi CPLS 32 6.35 - 10 [37] ..... 184

Bảng 5.  28. Thông số hình học cơ bản băng tải chậu .................................................. 185

Bảng 5.  29. Thông số kỹ thuật ổ lăn chặn DIN 711 51100 ......................................... 188

Bảng 5.  30. Thông số kỹ thuật ổ lăn SKF 6001 ........................................................... 189

Bảng 5.  31. Thông số kỹ thuật khớp nối xẻ rãnh đàn hồi CPLS 32 6 - 8 [37] ............ 189

Bảng 6. 1. Các thiết bị đầu vào (Input) ......................................................................... 197

Bảng 6. 2. Các thiết bị đầu ra (Output) ......................................................................... 197

Bảng 6. 3. Thông số làm việc của các động cơ bước.................................................... 209

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DFM – Design for modularity – Thiết kế theo mô đun.

SLS – System level specification – Thông số kỹ thuật cấp hệ thống. GFR – General function requirement – Yêu cầu chức năng chung. ROC – Rank order clustering – Nhóm đối tượng dựa trên thứ bậc. BEA – Bond energy algorithm – Thuật toán năng lượng liên kết.

CIA – Cluster indentification algorithm – Thuật toán nhận dạng cụm. HGT – Hộp giảm tốc

PLC – Programmable Logic Controller

I – Input – Điều kiện đầu vào

O – Output – Đầu ra I/O – Input/Output PF – Pot Feeder

PC – Pot Conveyor

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển như vũ bão của nền văn minh nhân loại, với sự gia tăng dân số một cách đáng kinh ngạc thì nhu cầu về thực phẩm, y tế, đời sống… liên quan đến thực vật đang ngày một tăng cao. Trong khi đó, chính sự gia tăng dân số cùng với sự bùng nổ của đô thị hoá làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, đồng thời làm giảm mạnh diện tích đất nông nghiệp, mang lại những anh hưởng tiêu cực cho quá trình sản xuất. Ngoài ra, sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 trong những năm gần đây tạo ra những cơ hội cũng như thách thức cho nông nghiệp toàn cầu, buộc các quốc gia phải thay đổi, phát triển, áp dụng công nghệ cao, cơ giới hoá, tự động hoá hoàn toàn quá trình sản xuất, quản lý sản xuất.

Việt Nam vốn là quốc gia có nền nông nghiệp lâu đời với nhiều ngành khác nhau. Trong đó, ngành trồng trọt đóng vai trò hết sức quan trọng trong nông nghiệp nói riêng và nền kinh tế nói chung. Trồng trọt mang lại nguồn lương thực, thực phẩm cho con người, thức ăn cho chăn nuôi, cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến. Ngoài ra còn cung cấp những mặt hàng xuất khẩu nổi trội như lúa gạo, chè, cà phê, tiêu, điều,… Tuy nhiên, đối với một nước đang phát triển như Việt Nam, sự gia tăng dân số và đô thị hoá không chỉ Dân số hiện tại của Việt Nam là 95.562.435 người (theo số liệu mới nhất từ Liên Hợp Quốc vào ngày

09/02/2018) trong khi diện tích đất liền chỉ 331 210 km2.

Với tình hình trên, để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người thì nền nông nghiệp phải dần đổi mới, áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại vào sản xuất để tăng năng suất, đảm bảo chất lượng sản phẩm, cũng là tính tất yếu của cách mạng công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, nền nông nghiệp của Việt Nam còn thiếu những yếu tố thiết thực để có thể hiện đại hoá theo định hướng 4.0. Trong đó, việc sản xuất còn phụ thuộc nhiều vào lao động tay chân, phương thức canh tác còn lạc hậu. Việc cơ giới hoá trong trồng trọt còn nhiều hạn chế, mang tính tự phát, chưa được đầu tư hiệu quả. Các cơ sở sản xuất ứng dụng công nghệ cao chủ yếu được đầu tư từ nước ngoài. Ngoài việc áp dụng các phương pháp canh tác mới, các phương pháp nhân giống vô tính cây trồng, thâm canh, tăng vụ,.. việc đầu tư các cơ sở hạ tầng, sản xuất máy móc phục vụ cho nông nghiệp, cải cách nông nghiệp theo hướng

hiện đại hoá, thay thể sức người,… là hết sức quan trong đối với quá trình phát

triển của đất nước

Nền kinh tế đang chuyển mình với tốc độ nhanh chóng, cùng với đó là sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, mang lại cơ hội cũng như thách thức lớn lao đối với những nhà sản xuất, buộc họ phải thay đổi công nghệ, đổi mới kỹ thuật để có thể bắt kịp nhịp độ ấy. Ngày nay, mọi sản phẩm được đưa ra thị trường đều phải dựa trên cơ sở nắm bắt nhu cầu khách hàng và thoả mãn những nhu câu ấy. Tuy nhiên, các sản phẩm thông thường được tung ra thị trường thường bị giới hạn về chức năng và chỉ thoả mãn một số nhu cầu nhất định. Các nhà sản xuất buộc phải đổi mới sản phẩm liên tục để có thể cạnh tranh cũng như nắm bắt các khuynh hướng trong xã hội, đồng thời làm ngắn vòng đời sản phẩm để có thể tung ra thị trường những sản phẩm có tính đổi mới liên tục. Để làm được điều đó, việc phát triển sản phẩm phải được thực hiện song song, bắt đầu từ giai đoạn đầu của quá trình phát triển sản phẩm. [7]

Khái niệm mô đun có thể cung cấp nền tảng để các nhà sản xuất có thể tạo ra sản phẩm đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường, khách hàng. Cho phép sự thay đổi tính năng của sản phẩm một cách dễ dàng, hiệu quả mà chi phí thấp. Có thể áp dụng ngay cả trong thiết kế để tạo ra các sản phẩm có tính mô đun cũng như trong quá trình chế tạo theo mô đun. [7]

Chương 1.    TỔNG QUAN MÁY ĐÓNG CHẬU TỰ ĐỘNG THEO MÔ ĐUN

1.1.       Giới thiệu chung

1.1.1.    Một số phương pháp nhân giống vô tính trong trồng trọt

Sinh sản vô tính là sự hình thành cá thể mới từ bố hoặc mẹ không có sự tạo giao tử hoặc những cấu trúc sinh sản đặc biệt khác. Bằng sinh sản vô tính có thể tạo ra những cá thể mới từ tế bào, mô, cơ quan của cơ thể bố mẹ.

Có một số loài cây hoa do hạn chế bởi một số điều kiện không thể gieo hạt được mà chỉ có thể áp dụng phương pháp nhân giống vô tính. Ví dụ một số loài do nhị và nhụy thoái hóa không thể ra quả, một số loài cây tuy nở loa nhưng do điều kiện khu vực, hạt không thể thành thục, dùng biện pháp gieo hạt phải chở thời gian quá lâu, không thể đạt được yêu cầu mọc nhanh; một số loài hoa quý khi gieo hạt có thể làm thoái hóa chất lượng. Lúc đó phải dùng phương pháp nhân giống vô tính để làm tăng số lượng cây hoa.

Nhân giống vô tính có 5 phương pháp: Tách cây, chiết cành, giâm cành, tiếp ghép

và nuôi cấy mô. Phần này chỉ trình bày 3 phương pháp đầu.

1.1.1.1. Phương pháp tách cây

Phương pháp này đơn giản, giữ được tính ưu việt của cây mẹ, bộ rễ phát triển, dễ sống và mọc nhanh. Phương pháp này thích hợp với các loài cây bụi và cây có rễ chùm. Nghề nuôi trồng hoa gia đình thường dùng cách này thời gian tách cây theo loài hoa: Hoa nở mùa xuân tách vào mùa thu (tháng 10 - 11) hoa nở vào mùa thu tách cây vào mùa xuân (tháng 3 - 4). (hình 1.1)

Error! Filename not specified.

Hình 1. 1. Phương pháp tách cây

Có hai phương pháp tách cây: (l) Đào cây lên, bỏ đất để lộ rễ, cắt rời các bộ phận rễ cây con từ cây mẹ, làm như vậy không ảnh hưởng đến cây mẹ, bảo vệ được sự hoàn chỉnh của bộ rễ. (2) Không đào hết cây mẹ lên mà chỉ đào bên cạnh rồi cắt lấy cây con đem trồng.

1.1.1.2. Phương pháp chiết cành

Nhân giống bằng chiết cành là phương pháp lấy cành cây uốn cong xuống đất hoặc di ng đất bùn bao lại lấy cành chỗ đắp đất hoặc bao bi ri đều phải cạo vỏ gây ra vết thương để tạo mô sẹo và kích thích cây ra rễ. Sau khi ra rễ mới tiến hành cắt thành một cây độc lập. Phương pháp này thường dùng cho cây hoa giâm cành khó ra rễ. Do trong quá trình ra rễ, cành chiết nhận được dinh dưỡng từ cây mẹ nên tỷ lệ sống cao. [18]

Chiết cành thường có một số phương pháp sau:

-  Chiết nén một cành: Chọn một cành sát đất uốn cong vùi vào đất, để ngọn cành lộ ra ngoài đất chỗ vùi cắt một vết thương, không lâu chỗ vết thương sẽ mọc rễ cây mới (hình 1.2)

Hình 1. 2. Chiết nén 1 cành

-  Chiết nén nhiều cành: những cây hoa mọc phương pháp chiết nén mô đất. Đậu mùa xuân, cắt thành vết thương các cành đinh chiết rồi lấp đất cao lên, phủ kín các vết thương, sau 20 – 30 ngày các cành sẽ mọc rễ và thành cây. (hình 1.3).

Hình 1. 3. Chiết nén nhiều cành và liên tục

1.1.1.3. Phương pháp giâm cành

Phương pháp giâm hom có: giâm cành, giâm lá, giâm chồi, giâm rễ. Trong đó phương pháp giâm cành có tốc độ sinh sản nhanh, cho hiệu quả tốt nhất.

Giâm cành là một trong những phương pháp nhân giống vô tính, được sử dụng khá rộng rãi trong nghề trồng trọt, nhất là trong trồng trọt các loại cây ăn quả, cây công nghiệp, cây họ tre..., các loài cây thuốc như đinh lăng, và đặc biệt là các loại cây cảnh như trạng nguyên, quất bon sai,…(hình 1.4)

Hình 1. 4. Cây chè được nhân giống vô tính trong các bầu đất bằng phương pháp giâm

Đây là biện pháp sử dụng các đoạn cành bánh tẻ (hom giống) của giống cây tốt, hoặc những cây ưu tú, sử dụng những kỹ thuật nông học phức tạp để thay đổi các yếu tố sinh học bên trong hom giống, khiến hom giống có khả năng sinh ra rễ và thân mới, tức là một cây mới hoàn chỉnh có thể tự sinh trưởng, phát triển cho sản phẩm.

Phương pháp giâm cành có các tính chất:

 

-    Ưu điểm: quần thể đồng đều, giữ nguyên đặc tính cây mẹ, năng suất cao, chất

 

lượng và tính chống chịu ổn định, hệ số nhân giống lớn.

 

-    Nhược điểm: Đòi hỏi kỹ thuật công phu, giá thành cao hơn nhân giống bằng hạt (thông thương chi phí trồng cành gấp 6-8 lần so với trồng bằng hạt).

Ví dụ: Vườn chè được trồng bằng cành giâm, ngoài các ưu điểm nêu trên, còn đạt chỉ tiêu sinh trưởng đồng đều, các lứa búp non phát sinh tập trung, thuận tiện cho việc thu hái; năng suất chè búp tươi trồng bằng phương pháp giâm cành so với chè trồng hạt cùng giống, cùng tuổi tăng 30-40%, phẩm chất chè búp khô khá đồng nhất. Đối với cây có múi, giâm cành có ý nghĩa quan trọng là khắc phục hiện tượng phân ly biến dị của cây gốc ghép, tạo ra tổ hợp cây ghép thuần nhất.

1.1.1.4. Quy trình trồng trọt bằng phương pháp giâm cành

Quy trình trồng trọt bằng phương pháp giâm cành được mô tả tóm lược trong hình

1.5.

Hình 1. 5. Quy trình nhân giống vô tính bằng giâm cành đối với cây chè xanh

(1) Chọn lọc: Cây mẹ được lựa chọn là cá thể có ưu điểm nổi trội (tuỳ thuộc vào từng loại cây sẽ có những tiêu chuẩn khác nhau) trong số nhiều cây khác nhau. Đây là giai đoạn quyết định chất lượng của cây con sau quá trình nuôi cấy.

(2) Chọn đoạn cành phù hợp có chiều dài 10 – 20cm tuỳ thuộc vào loại cây, cắt

xéo 45o. Loại bỏ bớt lá. Nhúng đoạn cành vào hợp chất kích thích mọc rễ.

(3) Hom giống được nuôi dưỡng trong khay (hoặc bầu) chứa môi trường là đất giàu chất dinh dưỡng, xơ dừa/mụn xơ dừa, hoặc trấu,… để tiết kiệm diện tích và tăng số lượng cây giống được nuôi.

(4) Trong quá trình nuôi cấy, cây được giám sát, kiểm tra và chăm sóc kỹ lưỡng

để đảm bảo khả năng phát triển và giữ vừng những ưu điểm của cây mẹ)

(5) Chuyển môi trường nuôi: khi cây đạt mốc phát triển nhất định, cây giống được chuyển vào các môi trường nuôi mới (chậu cây hoặc trồng trực tiếp trên mặt đất).

Việc chuyển môi trường vào các chậu cây đảm bảo không gian cho cây phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển cây đến các khu vực trồng trọt. Xơ dừa mịn là một môi trường nuôi trồng tốt cho cây. Đây là hỗn hợp xơ được bào chế từ dừa, trộn lẫn phân bón và một số chất khác. Nguyên liệu này có ưu điểm là độ xốp cao, đảm bảo cung cấp đầy đủ không khí cho quá trình hô hấp của cây. Có khả năng trữ nước do đặc tính hút ẩm. Khối lượng riêng nhỏ, không tốn quá nhiều công để vận chuyển.

Hình 1.6 mô tả cây trạng nguyên được trồng trong các chậu nhựa, nhằm mục đích trang trí hoặc vận chuyển một cách tiện lợi.

Hình 1. 6. Cây trạng nguyên sau quá trình nuôi cấy được trồng trong các chậu nhựa để dễ dàng vận chuyển/ bảo quản

1.1.2.    Nhu cầu về sản phẩm máy đóng chậu tự động

Như vậy trong quá trình nhân giống vô tính bằng phương pháp giâm cành, sau khi cây giống đạt mốc phát triển nhất định cần chuyển môi trường nuôi dưỡng. Việc chuẩn bị môi trường (xơ dừa) cho giai đoạn này được thực hiện như sau (giả sử đã có xơ dừa với đầy đủ các yêu cầu cần thiết): Gom xơ dừa vào chậu → nén và tạo hốc vừa đủ để chứa bầu đất của cây.

Trung bình 1 nhân công mất khoảng 5s để dồn xơ dừa vào chậu và nén sơ bộ, sau đó cần thêm 1 người để xếp chậu đã chứa xơ dừa lên băng tải (hoặc xếp thành hàng), sau đó mới tạo hốc cho chậu trên. Như vậy bình quân để tạo ra 1 chậu có xơ dừa, được nén và tạo hốc cần 2 nhân công trong 15s, trung bình 2 nhân công tạo được 240 chậu trong 1 giờ làm việc liên tục.

Bằng cách sử dụng 1 máy đóng chậu tự động với năng suất khoảng 1500 – 2000

chậu/h, có thể thay thế 6 – 8 nhân công.

Thị trường mà sản phẩm máy đóng chậu nhắm đến:

Các cơ sở trồng trọt cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh,… các cơ sở nhân giống

cây trồng bằng phương pháp nhân giống vô tính.

Các công ty/cơ sở có quy mô lớn và vừa với năng suất cao đến vài chục ngàn/ vài trăm ngàn cây giống trong một vụ mùa.

Các vùng sản xuất nông nghiệp, cây công nghiệp, cây cảnh lớn: vùng đồng bằng sông Cửu Long (khu vực đồng nai, bình dương,… vùng hoa), vùng hoa Đà Lạt, các khu vực thuộc Tây Nguyên như Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Lâm Đồng, vùng hoa đồng bằng sông Hồng,…

1.1.3.    Mô tả sản phẩm máy đóng chậu tự động

Sản phẩm bao gồm các cụm chức năng chính: cấp chậu, vận chuyển xơ dừa, cấp xơ dừa, nén và tạo hốc phù hợp với hình dạng bầu đất trồng cây trên khay. Các chậu đất này sẽ được chuyển đi trên băng tải, đồng thời nông dân sẽ lấy cây trên khay và bỏ vào hốc đã tạo (hướng bán tự động). Ngoài ra nông dân mong muốn hệ thống có thể phân loại cây và tự động gắp cây và bỏ vào chậu (với chức năng này có thể tích hợp thêm bộ phận tay gắp phù hợp kết hợp xử lí ảnh – hướng hoàn toàn tự động).

Các thông tin về sản phẩm

Tại Việt Nam, máy đóng chậu vẫn còn khá xa lạ đối với người nông dân, chỉ phù hợp với các doanh nghiệp sản xuất nông sản quy mô lớn. Về tính năng, sản phẩm có công suất phù hợp, có đầy đủ bộ phận để thực hiện các công việc từ cấp chậu, cấp đất, nén và tạo hốc, về việc vận hành có thể đơn giản hoặc phức tạp phụ thuộc vào thông tin người dùng cung cấp. Sản phẩm có giá tương đối, phù hợp với khả năng chi trả của các hộ nông dân vừa và nhỏ.

Giả thiết và ràng buộc:

•       Sản phẩm có thể tháo rời và dễ dàng lắp ráp để có thể dễ dàng vận chuyển đến các vùng cao.

•        Sản phẩm có kích thước tương đối vừa phải, hợp lý với không gian làm việc.

•       Sản phẩm đảm bảo chất lượng nhưng cũng phải đảm bảo giá thành hợp lý.

•       Sản phẩm đơn giản, dễ vận hành.

1.2.       Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1.    Nghiên cứu ngoài nước – một số bằng sáng ch

1.2.1.1. EP 2 774 477 A1 - Machine for depositing soil in pots for plants [11]

(Máy dùng cho việc điền đầy đất vào chậu cho thực vật)

European Patent 10/09/2014 Bulletin 2014/37

Nhà sáng chế (tác giả): Van Nobelen, Hubertus Arnoldus

Hình 1. 7. Mô hình máy đóng chậu đất (EP 2 774 477 A1)

Hình 1. 8. Hình chiếu bằng máy đóng chậu đất (EP 2 774 477 A1)

Mô tả (hình 1.7 – 1.8): Máy đóng chậu đất (1) được dùng để đưa đất vào chậu (3) cho các loài thực vật, bao gồm một bang chuyền cấp (2) chậu (3) đến một trạm nạp đất (4) và băng chuyển đầu ra (5) để chuyển các chậu thành phẩm đi từ trạm nạp đất (4); Trạm nạp đất (4) bao gồm một mâm xoay (7) được trang bị để nhập chậu

rỗng (3), trong quá trình hoạt động, mâm xoay (4) di chuyển các chậu (3) với chuyển động liên tục và không bị ngắt quãng từ đầu vào là băng chuyển cấp chậu (2) đến thiết bị cấp đất (9), rồi đi đến vị trí ngõ ra (10) để chuyển lên băng tải đầu ra.

1.2.1.2. US 8,590,583, B2 – Potting Apparatus [12]

(Thiết bị đóng chậu) United States Patent

Ngày xuất bản: 26/11/2013

Nhà sáng chế (tác giả): Sean Mitchell Ellis.

Mô tả (hình 1.9 – 1.10): Thiết bị đóng chậu có một băng tải phù hợp cho việc nhận chậu, băng tải thứ 2 có bề mặt phù hợp cho việc nhận và vận chuyển đất đến một vị trí giới hạn để chuyển đất vào chậu trên băng tải thứ nhất. Một máy khoan được đặt phía trên băng tải thứ nhất có khả năng di chuyển tịnh tiến theo phương thẳng đứng nhằm tạo lỗ trong chậu đất, chuyển động của máy khoan kết hợp với chuyển động của băng tải một cách tuần tự sao cho băng tải dừng tạm thời khi chậu ở đúng vị trí máy khoan. Máy khoan có thể trượt trên bộ khung được điều khiển bởi 1 hệ đai. Một động cơ servo điều khiển hệ đai để di chuyển máy khoan lên xuống.

Hình 1. 9. Mô tả (1) "Thiết bị đóng chậu" (US 8,590,583, B2)

Hình 1. 10. Mô tả (2) "Thiết bị đóng chậu" (US 8,590,583, B2)

1.2.1.3. US 5,641,008 – Potting machine [14]

(Máy đóng chậu) United States Patent

Ngày xuất bản: 24/01/1997

Nhà sáng chế (tác giả): C. Mitchell Ellis.

Hình 1. 11. Máy đóng chậu (US 5,614,008)

Hình 1. 12. Hình chiếu cạnh "Máy đóng chậu" (US 5,614,008)

Mô tả (hình 1.11 – 1.12): Máy đóng chậu bao gồm một hệ dẫn hướng vận chuyển chậu tuần tự theo dọc theo đường dẫn. Một băng tải nâng đất đưa đất lên khu vực phía trên đường dẫn chậu và xả đất thông qua một máng xả vào chậu rỗng nằm trên hệ dẫn hướng khi chậu ở đúng vị trí phía đưới máng xả. Một băng tải khác đưa đất từ bên ngoài đến băng tải nâng, lưu lượng của dòng vật liệu trên 2 băng tải này được đồng bộ bởi một hệ xích nối với một động cơ duy nhất. Máy đóng chậu tích hợp một hệ xác định toạ độ và máy khoan nhằm xác định vị trí của chậu trên đường dẫn và tạo lỗ trong chậu sau khi chậu đã được điền đầy đất. Tốc độ của băng tải và máy khoan được điều khiển độc lập thông qua một bộ điều khiển lập trình được (Programmable Logic Controllers – PLC).

1.2.1.4. Mayer potting machine 2800

“Máy đóng chậu Mayer 2800” - Mayer Group – Mayer Planting System (hình

1.13). [19]

-    Phù hợp với chậu 10 – 40cm (Hình dạng vuông và tròn).

-    Năng suất lên đến 1600 chậu/h (Tuỳ thuộc vào loại và kích thước chậu)

-    Cung cấp phân hữu cơ bổ sung.

-    Hệ phân phối chậu có thể đứng riêng biệt để đảm bảo sự linh hoạt.

-    Khả năng chứa của bồn: 3 – 5 m3.

-    Kích thước bao: 4,6 x 2,1 x 2,3 m.

-    Khối lượng: 1800 kg.

Hình 1. 13. Mayer potting machine 2800

Hình 1. 14. Thông số kỹ thuật cơ bản của "Mayer potting machine 2800"

 

1.2.1.5. JavoStandard 2.0

 

“Javo Standard 2.0” – Javo (hình 1.15) [20]

 

-    Phù hợp với hầu hết các loại chậu

 

-    Kích thước chậu 5,5 – 25 cm.

 

-    Năng suất 900 – 8000 chậu/h (phụ thuộc vào cài đặt, kích thước chậu, vật liệu nền.

-    Kích thước bao: 3,692 x 1,226 x 1,896 m.

 

-    Thể tích bồn chứa: 1m3.

 

 

 

Error! Filename not specified.

 

Hình 1. 15. Javo Standard 2.0

 

Error! Filename not specified.

Hình 1. 16. Thông số kỹ thuật của "Javo Standard 2.0"

 

Các tính năng đặc biệt của Javo Standard 2.0:

 

-    Có thể đóng chậu đôi hoặc 4 chậu cùng lúc, trong khi vẫn có thể tạo lỗ.

 

-    Bỏ qua 1 chậu để có thể đóng chậu có kích thước lớn hơn.

 

-    Máy có khả năng mở rộng, tích hợp với một máy cấy (máy cắm cây)

 

1.2.1.6. EP 2200 Potting Machine

 

“EP 2200 Potting Machine” – Bouloin & Lawson (hình 1.17). [21]

 

-    Năng suất: 2200 chậu/h

 

-    Thể tích chậu lớn nhất: 7 gallons (tương đương 26.5 lít).

 

-    Thay đổi kích thước chậu nhanh chóng và đơn giản.

 

-    Khoảng trống đến 16” cho các chậu có chiều cao lớn.

Hình 1. 17. EP 2200 Potting Machine

Hình 1. 18. Các thông số kỹ thuật của EP 2200 Potting Machine

1.2.2.    Nghiên cứu trong nước

1.2.2.1. Máy đóng chậu Hồng Chương

Máy đóng chậu – Cơ sở nghiên cứu ứng dụng máy nông nghiệp Hồng Chương

(hình 1.19). [22]

Hình 1. 19. Máy đóng chậu Hồng Chương – Việt Nam

 

Mô tả: Cung cấp từng chậu vào khoang chứa chậu theo chu kỳ của máy. Máy có chức năng đóng giá thể vào  các loaị chậu nhựa, tạo lỗ để trồng cây. Sau khi cây đã được trồng vô trong chậu , máy có bộ phận băng tải chuyển chậu ra ngoài.

-    Bồn chứa giá thể: 0,5 – 0,7 m3.

 

-    Kích thước chậu: 8 – 22 cm.

 

-    Công suất: 1200 – 1250 chậu/h.

 

-    Kích thước bao: 3,6 x 1,4 x 1,5 m

 

-    Khối lượng máy: 250 kg

 

Giá thành: 6000USD

 

1.2.2.2. Máy đóng giá thể chậu TTS-RF

 

Máy đóng giá thể chậu TTS – RF của công ty Techport (hình 1.20) [23]

 

Mô tả: Đặt chậu lên mâm xoay, mâm sẽ đưa chậu đến vị trí rót giá thể, xoay tiếp đến vị trí nén nhẹ và làm bằng mặt sau đó đưa đến vị trí dùi lổ để trồng cây và xoay đến vị trí gạt đến băng tải đưa ra ngoài. Đóng giá thể vào các loaị chậu nhựa có kích thước đường kính từ (8- 22 cm). Thiết kế mâm xoay với chiều cao phù hợp với người sử dụng đứng thao tác

Ưu điểm:

 

-    Bán tự động, tiết kiệm nhân công và thời gian

 

-    Điều chỉnh thích hợp cho nhiều kích thước chậu

 

-    Hoạt động đơn giản, dễ sử dụng

Hình 1. 20. Máy đóng chậu TTS - RF

-    Công suất đóng: khoảng 1000 - 1200 chậu/giờ

-    Thể tích phễu chứa giá thể: 0,5 – 0,7 m3

-    Kích   thước:   D   x    R   x    C   =    3500    x    1700   x    1700     (mm)

Nguồn điện: 220V-50Hz

-    Giá thành (tham khảo) 40 Triệu VNĐ

1.3.      Các vấn đề cần giải quyết và định hướng nghiên cứu

1.3.1.    Một số vấn đề tồn tại cần giải quyết

-    Giá thành cao đối với các máy tự động.

-    Máy có giá thành rẻ nhưng bán tự động, năng suất thấp.

-    Máy có kích thước lớn, cồng kềnh, các bộ phận ở dạng thống nhất khó vận chuyển đến các vùng trồng trọt với địa hình phức tạp.

-    Máy trong nước có năng suất nhỏ (1000 – 1200 chậu/h).

 

-    Các loại máy trên thị trường nước ngoài có khả năng đóng chậu với dải kích thước lớn, giá thành các máy cao, điều này không cần thiết ở Việt Nam do nông dân chỉ sử dụng một số kích thước chậu nhỏ và phổ biến có đường kính 80 – 200mm

1.3.2.    Định hướng nghiên cứu

-    Nghiên cứu phương pháp thiết kế theo mô đun, thiết lập giải thuật thiết kế theo mô đun và áp dụng trong thiết kế máy đóng chậu tự động.

-    Thiết kế máy đóng chậu tự động có khả năng đáp ứng nhu cầu khách hàng và giải quyết một số vấn đề trên, trong đó ưu tiên hàng đầu là giảm giá thành và tăng khả năng linh hoạt trong vận chuyển, lắp ráp.

1.3.3.    Định hướng thiết kế theo mô đun

 

Định nghĩa: Thiết kế theo mô đun là một phương pháp thiết kế có thể được sử dụng trong việc phát triển sản phẩm phức tạp dùng chung các thành phần (cụm máy) tương tự nhau. Thiết kế theo mô đun có thể được xem như quá trình xác định các chi tiết có chức năng riêng biệt, sau đó kết hợp chúng lại với nhau để thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Thiết kế mô đun tập trung trong việc giảm thiểu mối quan hệ và ràng buộc giữa các thành phần trong hệ thống, cho phép các thành phần được thiết kế và sản xuất một cách độc lập.

Hình 1. 21. Mô đun và một số ứng dụng ngày nay

Ngày nay, phương pháp thiết kế theo mô đun được áp dụng trong hầu hết các lĩnh

vực (hình 1.21). Các ưu điểm của sản phẩm mang tính chất mô đun [7]:

-         Giảm thời gian phát triển sản phẩm: Thiết kế theo mô đun tập trung vào việc phân tích hệ thống thành những thành phần con với các giao diện/tương tác rõ ràng. Điều này cho phép tách rời các nhiệm vụ thiết kế, dẫn đến giảm mức độ phức tạp của thiết kế và cho phép các nhiệm vụ thiết kế diễn ra đồng thời. Cuối cùng giảm thời gian cho quá trình phát triển sản phẩm.

-         Tuỳ chỉnh và nâng cấp linh hoạt: Các sản phẩm theo mô đun đáp ứng nhu cầu khách hàng bằng việc kết hợp nhiều thành phần chức năng khác nhau theo một phương thức cụ thể. Điều này cho phép sản phẩm có thể được tuỳ chỉnh và nâng cấp một cách linh hoạt bằng cách thay thể một hoặc nhiều thành phần bằng những thành phần khác có hiệu suất cao hơn có thể đáp ứng chức năng một cách hiệu quả hơn. Hơn nữa, các thành phần này có thể được thay thế bằng những bộ phận tuỳ chỉnh để thực hiện các chức năng khác nhau.

-         Hiệu quả trong chi phí khấu hao: Các mô đun có thể được sử dụng trong nhiều loại máy/hệ thống khác nhau dẫn đến khối lượng sản xuất cao hơn. Điều này cho phép khấu hao chi phí phát triển trên số lượng lớn sản phẩm.

-         Chất lượng sản phẩm: Khi nhiệm vụ thiết kế được diễn ra 1 cách song song, nhiệm vụ chế tạo cũng tương tự. Cho phép các thành phần riêng biệt được sản xuất và thử nghiệm trước khi chúng được tích hợp vào một sản phẩm tổng thể. Đảm bảo chất lượng của sản phẩm.

-         Tiêu chuẩn hoá: Thiết kế theo mô đun tạo điều kiện cho việc tiêu chuẩn hoá thiết kế bằng cách xác định các thành phần một cách rõ ràng và giảm thiểu các tương tác giữa các thành phần trong hệ thống.

-         Giảm thời gian sản xuất: Thiết kế theo mô đun không chỉ tạo điều kiện để tiêu chuẩn hoá mà còn kết hợp các sản phẩm tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường. Điều này cho phép tiết kiệm thời gian sản xuất bằng việc mua các mô đun có sẵn. Ngoài ra con giảm mạnh chi phí sản xuất của sản phẩm.

Kết luận: Như vậy, một sản phẩm mô đun hoá không chỉ có khả năng đáp ứng nhu cầu khách hàng một cách linh động, nhanh chóng mà còn tạo điều kiện cho các nhà sản xuất, thiết kế giảm thiểu chi phí cũng như thời gian phát triển sản phẩm. Tạo điều kiện tiêu chuẩn hoá các mô đun, tăng số lượng thành phần được chế tạo,… Đây là hướng thiết kế phù hợp đối với thị trường đang thay đổi một cách nhanh chóng như hiện nay, nhất là trong bối cảnh của sự bùng nổ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, đòi hỏi sản phẩm có khả năng đáp ứng cao, linh hoạt và mạnh mẽ.

1.4.       Mục tiêu, nội dung và lịch trình thực hiện LVTN

1.4.1.    Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu, nắm bắt phương pháp thiết kế theo mô đun, thiết lập giải thuật thiết

kế theo mô đun

Áp dụng phương pháp thiết kế theo mô đun vào sản phẩm “Máy đóng chậu tự động” nhằm kiểm chứng lý thuyết, thiết kế sản phẩm mang tính mô đun, có khả năng đáp ứng, phát triển, thay đổi phù hợp với nhịp độ của thị trường

1.4.2.    Nội dung nghiên cứu

Bảng 1. 1.  Nội dung nghiên cứu

STT	Nội dung nhiệm vụ luận văn
1	Nghiên cứu tổng quan -    Xác định các vấn đề liên quan, nghiên cứu các vấn đề liên quan. -    Tìm hiểu về sản phẩm trên thị trường và các bằng sáng chế. -    Định nghĩa sản phẩm -    Xác định các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
2	Cơ sở lý thuyết -    Cơ sở lý thuyết tính toán động học, động lực học -    Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế chi tiết -    Cơ sở lý thuyết thiết kế theo mô đun
3	Thiết kế ý tưởng -    Phân tích chức năng -    Dựa vào các nội đã tìm hiểu đưa ra ý tưởng cho các chức năng -    Tổng hợp và lựa chọn phương án thiết kế
4	Thiết kế hệ thống – Thiết kế mô đun -    Thiết lập sơ đồ động, mô tả nguyên lý hoạt động -    Phân tích sản phẩm theo cấu trúc và chức năng -    Xác định các mối quan hệ về cấu trúc vật lý và chức năng -    Thiết lập ma trận tương đồng về cấu trúc, chức năng và tổng thể -    Tối ưu hoá ma trận tương đồng -    Kết luận mô đun và lựa chọn hình dáng sản phẩm -    Tập hợp các ràng buộc về không gian
5	Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí
6	Thiết kế hệ thống điều khiển
7	Chuẩn bị tài liệu thiết kế -    Xuất bản vẽ các bộ phận -    Thuyết minh thiết kế -    Báo cáo thiết kế

Lịch trình thực hiện LVTN: Thời lượng thực hiện: 15 tuần (Học kỳ 182)

 Bảng 1. 2. Kế hoạch thực hiện luận văn

Tuần   Nhiệm vụ	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1.4.3.    Phương pháp nghiên cứu

-    Nghiên cứu tập trung tài liệu về sản phẩm.

-    Nghiên cứu phân tích các bằng sáng chế, tài liệu kỹ thuật của sản phẩm trên

thị trường.

-    Tính toán, thiết kế dựa trên các tài liệu thiết kế.

-         Mô hình hoá sản phẩm: mô hình 3 chiều, mô hình toán học