Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý, kết cấu máy đóng bầu mềm không đáy cho sản xuất giống cây lâm nghiệp

 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ, KẾT CẤU MÁY ĐÓNG BẦU 
 MỀM KHÔNG ĐÁY CHO SẢN XUẤT GIỐNG CÂY LÂM NGHIỆP 
 Nguyễn Văn Phát1 , Đậu Thế Nhu2 
 1Trường Đại học Hồng Đức 
 2Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch 
 TÓM TẮT 
 Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu về máy đóng bầu không đáy, sử dụng ống ni 
lông liên tục cho cây lâm nghiệp. Trong đó tập trung nghiên cứu nguyên lý, kết cấu, khả 
năng làm việc của máy phục vụ quá trình sản xuất giống cây trồng rừng. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
 Hiện nay trong sản xuất giống cây trồng rừng quan trọng nhất là quá trình tạo bầu. 
Việc tạo bầu hoàn toàn bằng thủ công nên năng suất lao động rất thấp, công nhân làm 
việc trong điều kiện nặng nhọc, chất lượng cây giống không cao. Điều đó đặt ra nhu cầu 
phải có một loại thiết bị cơ giới hoá khâu đóng bầu, phù hợp với điều kiện của nước ta. 
Cụ thể máy có thể sử dụng các loại túi, ống ni lông tái chế (có giá thành rẻ) và giá thể 
tương tự như hiện tại đang sử dụng. 
 Trong bài này giới thiệu kết quả nghiên cứu về máy đóng bầu không đáy, sử dụng 
ống ni lông liên tục cho cây lâm nghiệp, nội dung nghiên cứu gồm: Xây dựng nguyên 
lý, lựa chọn kết cấu, và đánh giá khả năng làm việc của máy. 
 2. NỘI DUNG, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đóng bầu không đáy ống nilông liên tục được 
thể hiện trên hình 1. 
 Hình 1. Sơ đồ tổng thể của máy đóng bầu 
 1. Giàn cấp bầu ; 2. Giàn kẹp bầu; 3. Xi lanh đẩy bầu; 4. Xích tải chuyển giá thể ; 
 5. Giàn đầm; 6. Thanh gạt bầu (cắt bầu); 7. Bàn đỡ bầu. 
 40
 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
2.1. Nguyên lý hoạt động 
 Quá trình làm việc của máy được thực hiện như sau: Ở thời điểm ban đầu giàn 
kẹp túi ở trạng thái mở nằm trên giàn cấp túi, lúc này đang ở vị trí dưới; dây cắt nhiệt 
và thanh gạt bầu nằm ở bên trái. Sau khi phát lệnh khởi động giàn cấp túi sẽ nâng lên, 
kéo theo các ống túi đi theo và cấp vào miệng ống kẹp của giàn cấp túi. Khi giàn cấp 
lên tới điểm trên cùng, nhờ xen-xơ ở cuối hành trình thông qua bộ xử lý sẽ ra lệnh cho 
giàn kẹp túi kẹp chặt các các miệng túi, sau đó giàn cấp túi đi xuống. Do được kẹp ở 
phần trên ống ni lông sẽ trượt tương đối so với giàn cấp túi và tạo ra một đoạn ống túi 
rỗng có chiều dài đúng bằng hành trình của xilanh nâng giàn cấp túi. Sau khi giàn cấp 
túi đi đến vị trí dưới cùng, bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho các xilanh cắt các túi, đồng 
thời cùng thanh gạt túi đẩy các túi sang trái (ở chu kỳ đầu tiên chưa có bầu để gạt). 
Dây nhiệt được đốt nóng trước đó khoảng 3s sẽ cắt các túi tạo ra một giàn túi đã được 
cặp trên các miệng cặp. Sau khi tạo túi xong giàn cặp túi sẽ chuyển động sang trái tới 
các miệng cấp liệu, đồng thời giàn gạt túi và dây nhiệt sẽ chuyển động trở về vị trí bên 
phải chuẩn bị cho quá trình tiếp theo. Tại vị trí cuối cùng bên trái của giàn cấp túi bàn 
đỡ túi được nâng lên bịt các đáy của các ống và giá thể được gạt đầy vào các ống đã 
được tạo. Sau khi các thanh gạt đi qua hết phần miệng cấp liệu, giàn đầm sẽ đi xuống 
nén chặt giá thể đến một mức nhất định và rút lên để cấp đất lần 2. Sau khi đất cấp lần 
2 kết thúc khi giàn bầu đi xuống giàn đỡ bầu cũng đi xuống cùng nhưng chậm hơn để 
đẩy hết đất khỏi miệng kẹp. Đồng thời với quá trình cắt túi của dây nhiệt, thanh gạt 
bầu sẽ gạt các bầu này ra ngoài vào khay đã đặt sẵn. Các chu trình tiếp theo được lặp 
lại như đã nêu ở trên. 
2.2. Cấu tạo máy 
 - Cơ cấu tạo túi: Đây là khâu phức tạp nhất quyết định đến sự ổn định đến quá 
trình làm việc của máy, túi bầu được tạo bằng cách cắt một phần của ống nilông liên 
tục. Việc phức tạp nhất và khó khăn nhất là việc trao miệng túi để mở miệng túi và 
kẹp vào ống phễu cấp liệu, để khi qua bộ phận cấp liệu có thể nạp giá thể, nên trước 
khi trao phải được mở rộng. Do bầu được thiết kế là bầu không đáy nên có thể cắt túi 
bằng dây nhiệt sát miệng trên của ống trong. 
 Hình 2. Cơ cấu tạo túi của máy đóng bầu không đáy 
 41
 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
 Để việc trao túi được dễ dàng ống mở 
 túi được thiết kế (hình 2), gồm hai phần: 
 phần dẫn hướng và phần trao túi, liên kết 
 với nhau nhờ lò xo nén. Khi giàn cấp túi 
 đi lên phần trao ống khi gặp miệng cấp bị 
 nén xuống, ống ni lông tiếp tục đi lên ôm 
 lấy miệng cấp liệu. Trước khi giàn cấp túi 
 đi xuống các tay kẹp (hình 3) sẽ được các 
 xilanh khí giải phóng kẹp lại bởi các lo xo 
 nén, giữ chặt miệng bầu. Do lõi mở bầu 
 và bộ phận đỡ nó là hình trụ dễ chế tạo 
 chính xác hơn nên việc trao túi sẽ chuẩn 
 xác hơn. 
 Hình 3. Ống lõi mở túi 
 - Cơ cấu kẹp túi (hình 4): Cơ cấu kẹp túi phải đảm bảo các yêu cầu sau: Có khả 
năng tự lựa loại bỏ tính siêu tĩnh trong cơ cấu, để đảm bảo độ đồng đều của lực cặp trên 
tất cả các ống túi; khoảng cách từ miệng túi tới mặt gạt liệu phải nhỏ để có thể sử dụng 
ngay túi làm bộ phận định lượng đất; sau khi lên đến điểm trên cùng của cơ cấu kẹp túi 
được điều khiển bằng xilanh khí sẽ kẹp chặt miệng ống nilông. 
 Hình 4. Cụm kẹp túi mới cho 18 ống bầu 
 - Bộ phận chuyển và cung cấp ống nilông: Chuyển túi theo kiểu tịnh tiến. Máy sử 
dụng phương án chuyển túi này có kích thước nhỏ, nhưng năng suất thấp do phải thực 
hiện hai khâu tạo túi và nạp liệu nối tiếp nhau. Với năng suất 3000-5000 bầu/h đề tài đã 
sử dụng phương án chuyển túi này. Việc chuyển túi (giàn cặp túi) giữa hai vị trí cấp túi 
và cấp liệu được thực hiện nhờ hai xilanh khí, điều khiển bằng LOGO. 
 - Bộ phận nạp liệu: Để chống được việc tắc, bết khi nạp liệu đề tài đã sử dụng 
phương án cấp liệu bằng thanh gạt. Qua thí nghiệm sơ bộ với đất có độ ẩm 20-30% 
 42
 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
(thông dụng trong đóng bầu), túi bầu có thể được nạp giá thể với độ chặt đảm bảo yêu 
cầu theo 2 giai đoạn: (i) Giai đoạn thứ nhất: nạp giá thể đầy miệng bầu và sau đó nén 
đến độ chặt nhất định; (ii) Giai đoạn thứ 2: nạp đầy bầu phần đã bị nén và sau đó nén chặt 
phần bầu còn lại. Giá thể được vận chuyển và nạp vào bầu nhờ các thanh gạt của băng 
tải xích (hình 5). Trên hai dải xích các thanh gạt được bắt thành hai nhóm: Nhóm thứ 
 Q1 
 S2 S1 XL nâng, hạ 
 Q2 XL cắt túi 
 S3 S4 
 Q3 XL chuyển túi 
 S5 S6 
 Q4 XL đỡ bầu 
 S7 S8 
 Q6 XL đầm chặt 
 S13 S11 S12 
 Q7 XL kẹp túi 
 Hình 5. Sơ đồ hệ thống khí nén 
nhất gạt giá thể lần 1 và nhóm thứ hai gạt giá thể lần 2. Giữa hai nhóm thanh gạt này là 
các đoạn xích trống để đầm bầu. 
 - Bộ phận đầm bầu: Bầu được đầm bằng cơ cấu thể hiện ở hình gồm giàn đầm và 
xilanh khí chuyển động giàn đầm. Như đã nêu ở trên bầu được đầm 2 lần. Để đảm bảo 
độ chặt của bầu mà không gây ra vỡ túi, đề tài đã chọn việc đầm theo hành trình. Với 
lần đầm thứ nhất, bầu được đầm tới 2/3 túi còn lần thứ hai dưới miệng túi khoảng 1 cm. 
 - Bộ phận gạt bầu : Do bầu không đáy, nên sau khi đầm, bầu có chân đế khá 
vững, do đó cơ cấu đỡ bầu chỉ là một tấm phẳng đơn giản, được điều khiển bằng xi lanh 
khí. Trong thời gian nạp bầu, bàn đầm nằm ở vị trí phía trên và bịt các đáy của túi bầu. 
 43
 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
Trước khi lần đầm thứ 2 kết thúc, giàn cặp túi được mở ra, bàn đỡ bầu được hạ xuống 
đỡ bầu và giải phóng bầu ra khỏi giàn cặp. Thanh gạt bầu, được lặp cùng với dây cắt 
nhiệt lúc này nằm ở vị trí vừa bằng mặt của bàn đỡ bầu. Trong quá trình cắt tạo bầu 
cũng đồng thời đẩy các túi bầu đã được nạp ra khỏi máy vào khay. 
 - Hệ thống truyền động và điều khiển (hình 5): Hệ thống truyền động của máy chủ 
yếu dựa vào các xilanh, được điều khiển bằng các van khí nén. Trên hình thể hiện sơ đồ lắp 
đặt và các trạng thái quy ước của các van và xilanh khí. 
 Quy ước trạng thái làm việc của các van điều khiển và vị trí các sen-xơ vị trí: 
 - S: Hành trình làm việc: S1 = 1 (giàn nâng cấp túi ở vị trí trên); S2 = 1 (giàn nâng 
cấp túi ở vị trí dưới); S3 = 1 (giàn cắt ở vị trí ngoài chưa cắt); S4 = 1 (giàn cắt ở vị trí 
trong đã cắt); S5 = 1 (giàn túi ở vị trí cấp túi; S6 = 1 (giàn túi ở vị trí đổ đất); S7 = 1 
(giàn đỡ bầu ở vị trí dưới); S8 = 1 (giàn đỡ bầu ở vị trí trên); S9 = 1 (thanh gạt đất thứ 
nhất bắt đầu vào đổ đất); S10=1 (thanh gạt đất cuối cùng đi ra khỏi vị trí đổ đất); S11=1 
(quá trình đầm lần 1 kết thúc); S12=1 (quá trình đầm lần 2 kết thúc); S13=1 (xilanh đầm 
ở vị trí trên cùng). 
 - Q: Tín hiệu điều khiển van phân phối khí: Q1 = 1(0)(đẩy giàn nâng lên (hạ 
xuống); Q2 = 1(0) (đẩy giàn cắt nhiệt vào cắt - kéo giàn cắt ra) đồng thời là chu trình 
gạt bầu và chu trình trở về của gạt bầu; Q3 = 1(0) (đẩy kéo chuyển giàn kẹp túi); Q4 = 
1(0) (nâng hạ cơ cấu đỡ bầu); Q5 = 1(0) (xích tải chạy hoặc không chạy) ; Q6 = 1(0) 
(đầm xuống hoặc rút đầm lên); Q7 = 1(0) (kẹp túi). T1 là tín hiệu cho phép cấp đất hay 
không, T1 = 1, cho phép cấp đất, T1 = 0 không cấp đất. 
 Máy đóng bầu mềm được điều khiển tự động hoàn toàn bằng thiết bị khí nén. Do 
đó, để mô tả hoạt động của nó chúng tôi mô tả quá trình hoạt động từng bước và các 
trạng thái điều khiển ở từng thời điểm trong vòng lặp làm việc. 
 Tại vị trí ban đầu chuẩn bị làm việc, các bộ phận làm việc đứng tại các vị trí như 
được mô tả như trên sơ đồ khối. Quá trình làm việc được mô tả một cách rõ ràng trong 
giản đồ thời gian và lưu đồ thuật toán. 
 - Quá trình làm việc: Khi bắt đầu cho máy hoạt động, giàn nâng được nâng lên 
(Q1:= 1) tới cơ cấu kẹp túi tới khi (S1 = 1) và kẹp túi bầu (Q7 ,m =1). Sau đó hạ giàn 
nâng đi xuống (Q1 = 0) cho tới khi xuống đến hết hành trình đi xuống (S2 =1). Tiếp 
theo là cho giàn cắt, gạt bầu đi vào để cắt bầu (Q2 := 1), cho tới khi giàn cắt đi hết hành 
trình (S4=1), cho giàn cắt quay trở lại (Q2=0), đồng thời đẩy giàn kẹp túi sang bên đổ đất 
(Q3=1) khi bàn cắt đi ra hết hành trình (S3 = 1) đồng thời giàn kẹp túi sang đến nơi đổ 
đất (S6=1). Bàn đầm túi được nâng lên (Q6=1) (với điều kiện khống chế điều kiện S3=1 
và S6=1) tới vị trì trên cùng (S8=1) quá trình gạt đất được phép thực hiện. 
 Quá trình đổ đất và đầm đất được điều khiển bằng các xen-xơ báo hiệu vị trí các 
thanh gạt đầu tiên (S9) và thanh gạt cuối cùng đi vào và đi ra khỏi cấp đất (S10). Nếu 
S3=1, S6=1, S8=1 (tức là giàn kẹp túi ở vị trí đổ đất, thanh gạt bầu ở vị trí trong cùng và 
giàn đỡ bầu được nâng lên ở vị trí trên) thì xích tải được phép tiếp tục chuyển động để 
gạt đất vào bầu. Nếu xích tải đến vị trí cấp đất (S9=1) mà các xen-xơ S3, S6, S8 báo 
hiệu chưa sẵn sàng thì bộ điều khiển dừng động cơ xích tải (Q5=0) để đợi cho đến lúc 
các tín hiệu này thoả mãn (S3=1, S6=1, S8=1). 
 44
 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
 Begin
Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 0, Q4 = 0, Q5 = 0, Q6 = 0, Q7 = 0 
 S1 = 0,;S3= 1; S5 = 1, S5 = 0; S7 = 1; S11 = 0,;S9 = 1
 Khëi ®éng
 F T
 Q5 : = 1 S9 =1
 Q1 : = 1
 F
 S1 =1
 T
 Q7 : = 1
 Q1 : = 0
 F
 S2 =1
 T
 Q2 : = 1
 F
 S4 =1
 T
 Q2 : = 0; Q3=1
 F
 S3 =1;S6=1
 T
 Q6 : = 1
 F
 S8 =1
 T
 Q5 : = 1
 F
 S10a =1
 T
 Q6 : = 1
 F
 S11 =1 
 T
 Q6 : = 0
 S10b =1
 T
 Q6 : = 1
 F
 S12 =1
 T
 Q7=0;Q4=0;Q6 : = 0 
 F T
 S13 =1;S7=1 Q3 : = 0
 Hình 6. Sơ đồ khối quá trình điều khiển
 45
 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 
 Sau khi gạt xong lần 1 thanh gạt đất của xích tải đi ra khỏi vùng cấp đất (S10 = 1) 
xilanh nén đất được phép ép xuống để đầm đất (Q6 = 1) cho đến lúc gặp xen-xơ ở vị trí 
dưới thứ nhất (S11 = 1) đầm được rút lên (Q6 = 0); tương tự như vậy với cấp đất lần 2, 
với sự khác biệt là xi lanh đầm chỉ đi đến xen xơ nằm trên (S12 = 1) thì rút lên. Đồng 
thời mở kẹp túi (Q7 = 0) và hạ giàn đỡ bầu (Q4 = 0). 
 Sau khi đầm được rút lên ở vị trí trên cùng (S13 = 1), bàn đầm ở vị trí dưới cùng 
(S7 = 1) giàn kẹp túi được chuyển ngược trở lại (Q3 = 0) tới vị trí cấp túi S5 = 1. Các 
quá trình tiếp theo lại được lặp lại. Ở đây chúng tôi sử dụng quá trình cắt túi cũng là quá 
trình đẩy bầu ra ngoài. 
3. MỘT SỐ KẾT QUẢ VỀ KHẢO NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC 
CỦA MÁY 
 Qua kết quả khảo nghiệm cho phép rút ra một số thông số làm việc chủ yếu của 
máy như sau: 
 - Năng suất của máy đóng bầu: Tổng thời gian cấp, cắt túi, chuyển túi từ bên 
cấp túi sang bên nạp liệu và ngược lại (7s); thời gian nạp liệu lần một (3 s); thời gian 
đầm lần một (2 s); thời gian cấp liệu lần thứ 2 (1,5 s); thời gian đầm lần hai (1 s); tổng 
thời gian đầm và cấp liệu (7,5 s); thời gian nâng đầm và hạ đầm (1,5 s); tổng thời gian 
cho một chu trình đống bầu là (16s). Năng suất thuần tuý của máy là 18*3600/16 = 
4050 bầu/h. 
 - Độ ổn định của máy: Sau khi chế tạo phần cơ khí, lắp đặt hệ thống khí nén, 
điều khiển tự động bằng LOGO đề tài đã tiến hành căn chỉnh và chạy không tải 
(không cấp bầu và đất). Tổng thời gian chạy không tải khoảng 24 h. Máy chạy ổn định 
theo đúng chu trình đã lập, ít rung, và không có va đập mạnh. Máy đóng bầu mềm 
được thiết kế và chế tạo làm việc ổn định, năng suất về cơ bản đáp ứng được yêu cầu 
của yêu cầu sản xuất. 
 A RESEARCH ON SELECTING THE BEST PRINCIPLE AND 
 CONSTRUCTION OF SOFT PACKING MACHINES WITHOUT 
 BOTTOM FOR PRODUCING TRANSPLANTS FOR FORESTRY 
 Nguyen Van Phat1 Dau The Nhu2 
 1Hong Duc University 
 2Viet Nam Institute of Agricultural Engineering and Post – harvest Technology 
 ABTRACT 
 This paper presents the results of a research on soft packing machines without 
bottom using continuous nylon tubes for forestry plants. The work has been mainly 
focused on researching and selecting the best principle, construction and capabilities of 
the machines for processes of producing transplants for forestry. 
 46