Giải pháp cân bằng hệ thống làm sạch sơ bộ trong máy gặt đập liên hợp mini dạng treo

J. Sci. & Devel., Vol. 12, No. 2: 197-204 
Tạp chí Khoa học và Phát triển 2014, tập 12, số 2: 197-204 
www.hua.edu.vn 
197 
GIẢI PHÁP CÂN BẰNG HỆ THỐNG LÀM SẠCH SƠ BỘ 
TRONG MÁY GẶT ĐẬP LIÊN HỢP MINI DẠNG TREO 
Lê Văn Bích, Đỗ Đình Thi, Lưu Văn Chiến, Hoàng Xuân Anh 
Khoa Cơ Điện, Đại học Nông nghiệp Hà Nội 
Email*: lvc@hua.edu.vn 
Ngày gửi bài: 25.12.2013 Ngày chấp nhận: 28.03.2014 
TÓM TẮT 
Phần lớn các máy gặt đập liên hợp mini không có hệ thống làm sạch hoặc có thì cũng ở dạng rất đơn giản. Hệ 
thống làm sạch áp dụng cho máy gặt đập liên hợp mini phải gọn, nhẹ mà vẫn đảm bảo tính năng làm việc của máy 
Lực quán tính phát sinh trong quá trình làm việc của hệ thống sàng là rất lớn, gây rung động cho toàn hệ thống, 
giảm chất lượng làm việc của máy. Lực quán tính này cần phải được cân bằng. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất 
một giải pháp cân bằng hệ thống làm sạch, tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu cân bằng đề xuất, đáp ứng 
được yêu cầu của việc bố trí trong không gian hạn chế của máy gặt đập liên hợp mini. 
Từ khóa: Cơ cấu cân bằng, GĐLH mini, máy gặt đập liên hợp, sàng làm sạch sơ. 
 Solution for Balancing Cleaning Sieve System In The Mini Harvester Climbing 
ABSTRACT 
Most mini combines do not have cleaning system or if any in the very simple form. Cleaning system used for 
mini combine harvesters should be compact but still ensuring machine operation features. 
Inertial forces that arise during the system operation are very large, causing vibrations to the whole system and 
reducing the quality of the work. Thus, inertial forces need to be balanced. In this paper, we proposed a balancing 
solution for cleaning system and calculated the basic parameters of the proposed structural balancing to meet the 
requirements of the installation in the limited space of the mini combine. 
Keywords: mini combine, structural balancing, cleaning system 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Máy gặt đập liên hợp (GĐLH) dùng để thu 
hoạch lúa theo phương pháp một giai đoạn, 
nghĩa là nó thực hiện tất cả các công việc của 
giai đoạn thu hoạch chỉ trong một lần đi của 
máy. Các công việc chính của giai đoạn thu 
hoạch bao gồm: cắt lúa (gặt); đập lúa (tách hạt 
khỏi bông); làm sạch sơ bộ; đóng bao. 
 Máy gặt đập liên hợp đã và đang được sử 
dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam là loại 
máy GĐLH cỡ lớn. Loại máy này có cấu tạo 
phức tạp, giá thành thường rất cao. Mặt khác, 
để máy làm việc có hiệu quả cao, cần phải hội 
đủ các điều kiện về kích thước lô thửa, đường sá, 
tình trạng mặt đồng... 
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, không 
phải nơi nào cũng hội đủ các điều kiện trên. Đặc 
biệt là ở miền Bắc Việt Nam, vùng đồng bằng, 
thửa ruộng còn rất manh mún; vùng trung du 
và miền núi không thể dồn điền đổi thửa được. 
Để đáp ứng việc cơ giới hóa khâu thu hoạch ở 
những nơi này, cùng với việc sản xuất máy cỡ 
lớn, người ta còn cho ra những mẫu máy gặt đập 
liên hợp cỡ nhỏ (thường được gọi là máy GĐLH 
mini). Máy GĐLH cỡ nhỏ có bề rộng làm việc (bề 
rộng phần gặt) khoảng 1-1,3 mét. 
Một máy GĐLH tiêu biểu thường có các bộ 
phận chính sau: bộ phận cắt; băng tải nghiêng; 
bộ phận đập; hệ thống làm sạch hạt; hệ thống 
Giải pháp cân bằng hệ thống làm sạch sơ bộ trong máy gặt đập liên hợp mini dạng treo 
198 
 Hình 1. 
Ghi chú: 1. Phần gặt; 2. Phần đập; 3. Băng tải nghiêng; 4. Hệ thống làm sạch sơ; 5. Hệ thống động lực 
điều chỉnh chiều cao cắt. Ngoài ra, nó còn có các 
bộ phận phụ trợ khác như thùng chứa hạt tạm 
thời, các hệ thống điều chỉnh tự động, hệ thống 
hỗ trợ người điều khiển... máy GDLH mini 
thường không các các bộ phận này. Phần lớn các 
máy GĐLH mini không có hệ thống làm sạch sơ 
hoặc có thì cũng ở dạng rất đơn giản, không có 
hệ thống cân bằng. Trong khuôn khổ đề tài cấp 
Bộ mã số 01C-01/04-2013-2 (thuộc Sở KHCN 
Hà Nội) máy GĐLH mini (Hình 1) được thiết kế 
với một hệ thống làm sạch sơ bộ đầy đủ (thường 
chỉ sử dụng ở các máy GĐLH cỡ trung và cỡ 
lớn). Bộ phận làm sạch được thiết kế đủ năng 
lực làm việc theo chất lượng tiêu chuẩn bao gồm 
sàng hai lớp, quạt ly tâm tạo ra dòng khí phẳng, 
loại bỏ các tạp chất nhẹ. 
Trong quá trình làm việc sàng luôn dao 
động qua lại, lực quán tính mà nó gây ra là 
nguyên nhân chính làm toàn hệ thống máy rung 
lắc, đặc biệt là với máy mini có khối lượng nhỏ. 
Điều đó dẫn tới máy chuyển động mất ổn định, 
ảnh hưởng tới hệ thống dao cắt: làm sai lạc 
đường cắt, khó cắt cây, cắt cây thành nhiều 
đoạn ngắn, mà các đoạn này thường không được 
lọc bỏ bởi hệ thống làm sạch, dẫn tới sản phẩm 
lẫn nhiều tạp chất. Lực quán tính này cần phải 
được cân bằng. Tuy nhiên, do không gian bố trí 
các bộ phận trên máy GĐLH mini rất hạn chế 
nên cần phải có giải pháp và cơ cấu cân bằng 
thích hợp để loại bỏ một phần hoặc toàn bộ lực 
quán tính này. 
2. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP VÀ 
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 
2.1. Cách tiếp cận 
- Tìm hiểu hệ thống cân bằng sàng làm 
sạch sơ bộ có trên một số mẫu máy phổ biến, 
phân tích ưu nhược điểm, lựa chọn kết cấu phù 
hợp để tham khảo. 
- Thu thập xử lý thông tin qua sách báo, tạp 
chí, Internet 
- Tham khảo ý kiến chuyên gia. 
2.2. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 
- Nghiên cứu phân tích động học, động lực 
học hệ thống dao động sàng. 
- Thí nghiệm sơ bộ trên mô hình để đánh 
giá tính năng cân bằng của hệ thống. 
2.3. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu 
 Các loại máy GĐLH nói chung và các máy 
đang được sử dụng phổ biến ở đồng bằng Bắc bộ. 
 1 
 3 5 
 2 
 4 
 7 
ĐC 
Lê Văn Bích, Đỗ Đình Thi, Lưu Văn Chiến, Hoàng Xuân Anh 
199 
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
3.1. Cơ cấu dao động sàng và lực quán tính 
phát sinh 
Sơ đồ động học của cơ cấu sàng phẳng được 
trình bày trên hình 2. Trên đó sàng được treo 
trên những tay treo đàn hồi có chiều dài l1; bề 
mặt sàng nghiêng với phương ngang một góc , 
để hạt trên sàng không chuyển động khi sàng 
đứng yên thì góc nghiêng  cần phải nhỏ hơn 
góc ma sát  của hạt với bề mặt sàng. Sàng được 
chuyển động nhờ cơ cấu biên tay quay hoặc cam 
lệch tâm có bán kính tay quay r và chiều dài 
biên l. Phương nối giữa tâm quay (điểm O) và 
khớp nối giữa biên và sàng (điểm B) làm với 
phương ngang một góc ε và vuông góc với tay 
treo ở vị trí trung tâm của dao động. 
Từ sơ đồ cơ cấu sàng nhận thấy rằng sàng sẽ 
có chuyển động song phẳng. Vì l1 và l lớn hơn bán 
kính tay quay r rất nhiều lần, góc lắc nhỏ nên có 
thể coi mọi điểm của sàng có chuyển động dao 
động điều hoà trên phương Ox. Phương Ox được 
gọi là phương dao động và góc  được gọi là góc 
phương dao động hay góc dao động. 
Coi sàng có chuyển động dao động điều hoà 
theo phương Ox, xét tại một điểm bất kỳ khi tay 
quay r làm với phương dao động một góc t, 
phương trình dao động của sàng được viết 
dưới dạng: x = −rcosωt;	 V୶ = ẋ = rωsinωt;	 J୶ = v̇ = rωଶcosωt	(1) 
Trong đó: r là bán kính tay quay;  là vận 
tốc góc của tay quay. 
Đồ thị vận tốc và gia tốc sàng phụ thuộc vào 
t được thể hiện trên hình 3. Từ đồ thị cho thấy, 
sau nửa vòng quay của tay quay gia tốc đổi dấu, 
do đó lực quán tính ly tâm cũng đổi hướng và trị 
số. Gia tốc và lực quán tính ly tâm có trị số cực 
đại tại các vị trí biên của dao động của sàng (cận 
phải và cận trái). 
Từ /2 đến 3/2 (khoảng trái), gia tốc sàng 
hướng ngược với Ox ==> lực quán tính sẽ hướng 
theo Ox; Từ 3/2 đến 5/2 (khoảng phải) gia tốc 
sàng hướng theo Ox ==> lực quán tính sẽ hướng 
ngược với Ox. 
Hình 2. Sơ đồ động học của cơ cấu sàng 
x 
B  
 
1l 
1l 
l  
Kp Kt 
r 
t O 
/2 
3/2 
 
 
Giải pháp cân bằng hệ thống làm sạch sơ bộ trong máy gặt đập liên hợp mini dạng treo 
200 
Hình 3. Đồ thị vận tốc và gia tốc sàng 
Chuyển động có gia tốc của sàng gây ra lực 
quán tính làm dao động toàn cơ cấu máy. Giá trị 
của nó được xác định theo công thức: 
Q = m1Jx = m1 r2cost (2) 
Trong đó: m1 là khối lượng phần chuyển 
động của sàng. 
Trong kỹ thuật, việc cân bằng triệt để lực 
quán tính này rất phức tạp. Tại các điểm đầu và 
cuối hành trình của sàng, xuất hiện các gia tốc 
cực đại Qmax = m1Jxmax = m1r2 (3) có chiều ngược 
nhau. Các lực quán tính cực đại này là nguyên 
nhân chính gây ra dao động cho toàn hệ thống 
máy. Để đơn giản cho kết cấu máy mà vẫn đảm 
bảo triệt tiêu được đáng kể lực quán tính này 
người ta thường quan tâm cân bằng các giá trị 
cực đại của nó xuất hiện ở các biên của hành 
trình của sàng. 
3.2. Giải pháp và cơ cấu dao động sàng 
Để loại bỏ lực quán tính do sàng gây ra khi 
làm việc, chúng tôi đề xuất một cơ cấu cân bằng 
đặc biệt chống rung động cho sàng với khối 
lượng vật cân bằng nhỏ, có thể bố trí trong 
không gian hẹp. Giải pháp cơ cấu cân bằng cho 
sàng như sau (Hình 5a, 5b, 6). 
Cơ cấu biên tay quay với tay biên 22 (Hình 
5a) được nối khớp bản lề 31 với tay lắc 30, tay 
lắc này được nối cứng với trục lắc 24 (Hình 5b). 
Trục lắc chuyển động qua lại trong khớp bản lề 
27 (Hình 6) và được lắp cứng với các tay quay r 
và r1 (Hình 6). Đầu trên của tay quay r được nối 
với thanh liên kết với sàng 23 (Hình 5a) bằng 
một khớp cầu 32. Đầu dưới của tay quay r1 liên 
kết với tay quay r3 bằng một khớp cầu và một 
khớp trượt 25 (là khớp tổ hợp có trong cơ cấu 
Cu-lít) (Hình 6). Đầu dưới của tay quay r3 lắp 
khớp bản lề với thanh đỡ 13, đầu trên lắp cứng 
với trọng vật 16. 
- Hoạt động của cơ cấu như sau: Khi tay 
quay của cơ cấu biên tay quay quay tròn, đầu 
tay biên 22 sẽ chuyển động qua lại, tay lắc 30 
cũng dao động qua lại. Thông qua trục lắc 24, 
các tay quay r1 và r2 cũng dao động qua lại. Tay 
quay r1 dẫn động cho sàng qua thanh liên kết 23 
làm hệ thống sàng dao động qua lại. Đầu dưới 
tay quay r2 dao động qua lại, thông qua cơ cấu 
Cu-lít làm tay quay r4 cùng với trọng vật 16 dao 
động qua lại. Với cơ cấu trên, hệ thống sàng và 
trọng vật có dao động ngược nhau do vậy có khả 
năng triệt tiêu lực quán tính cho nhau. Điều đặc 
biệt ở đây là: bán kính tay quay r4 lớn hơn nhiều 
so với bán kính tay quay r1 nên khối lượng của 
vật cân bằng (trọng vật) cũng nhỏ hơn nhiều so 
với khối lượng cần cân bằng (phần sàng dao động).
Khoảng trái Khoảng phải 
r 
2r 
t 
3/2 
/2 5/2 2 
 
xj
xv 
0 
xv
xj
Lê Văn Bích, Đỗ Đình Thi, Lưu Văn Chiến, Hoàng Xuân Anh 
201 
Hình 5a. 
Hình 5b. 
13 
16 24 
32 
31 
6 
16 
13 
22 
23 
30 
Giải pháp cân bằng hệ thống làm sạch sơ bộ trong máy gặt đập liên hợp mini dạng treo 
202 
Hình 6. 
Hình 7. 
Quy luật chuyển động của trọng vật và sàng là 
như nhau, vì vậy ta chỉ cần quan tâm đến các 
giá trị lực quán tính cực đại của chúng tại các 
điểm mút dao động. 
Trong cơ cấu trên, độ dài của khâu r1 được 
thiết kế bằng độ dài của tay lắc 30; H = r2 +r3 là 
khoảng hở cho phép đặt các khâu này (tùy thuộc 
vào kết cấu máy cụ thể). Việc tính toán chuyển 
động của khâu r4 thông qua cơ cấu Cu-lít 25 là 
khá phức tạp. Do biên độ dao động của sàng 
tương đối nhỏ nên trong tính toán coi r3 không 
đổi và r3 = H - r2. Sơ đồ tính thay thế được thể 
hiện trên hình 7. Trên sơ đồ, m1 là khối lượng 
phần chuyển động của sàng; m2 là khối lượng 
trọng vật cần thiết để cân bằng sàng. Các thanh 
lắc r1 và r2 nằm trên cùng một khâu nên có cùng 
vận tốc góc. Thanh lắc r3 nằm trên khâu thanh 
lắc r4. 
Như đã phân tích ở trên, do được dẫn động 
bởi cùng một cơ cấu biên tay quay nên quy luật 
chuyển động của trọng vật và sàng là như nhau. 
Các điểm C, B có quy luật chuyển động giống với 
C 
B 
A 
D 
25 
30 
r4 
r1 
r2 
 r3 
16 
13 
27 
26 
Lê Văn Bích, Đỗ Đình Thi, Lưu Văn Chiến, Hoàng Xuân Anh 
203 
Bảng kết quả tính toán khối lượng cân bằng m2 
r1(mm) r4(mm) r3/r2 m1(kg) m2(kg) 
80 370 1,2 17 4,41 
80 370 1,1 17 4,04 
80 370 1 17 3,68 
80 370 0,9 17 3,31 
80 370 0,8 17 2,94 
80 370 0,7 17 2,57 
80 370 0,6 17 2,21 
80 370 0,5 17 1,84 
một điểm trên sàng, chỉ khác là chúng có hành 
trình khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ giữa các bán 
kính tay lắc. Sàng có hành trình chuyển động là 
S = 2r, lực quán tính phát sinh là: 
Q = m1Jx = m1 r2cost 
và lực quán tính cực đại là: 
 Qmax = m1Jxmax = m1r2 = m1(S/2)2 
Trọng vật có khối lượng m2 đặt tại điểm B, 
có hành trình chuyển động là SB sẽ phát sinh 
lực quán tính là: 
 P = m2 (SB/2)2cost 
và lực quán tính cực đại là: 
Pmax = m2 (SB/2)2 
Lực quán tính do hệ thống sàng gây ra được 
cân bằng khi Qmax = Pmax. Từ đó có: 
m1(S/2)2= m2 (SB/2)2 
m1/ m2 = SB/S (4) 
Trên sơ đồ tính (Hình 7), gọi hành trình của 
điểm C là SC ta có quan hệ sau: 
 ୗ
ୗి
= ୰భ
୰మ
→ Sେ = S ୰మ୰భ ; 	ୗాୗి = ୰ర୰య → S୆ = Sେ ୰ర୰య	 
Từ đó có: 
 S୆ = S ୰మ୰భ ୰ర୰య	 
Thay vào biểu thức (4) có ୫భ
୫మ
= ୰మ
୰భ
୰ర
୰య
→ 
Từ đó rút ra: mଶ = mଵ ୰భ୰య୰మ୰ర	 (5) 
Biểu thức (5) cho phép xác định khối lượng 
trọng vật để cân bằng lực quán tính do sàng gây 
ra. Cũng có thể rút ra các dẫn xuất từ biểu thức 
này để xác định các giá trị khác của cơ cấu cân 
bằng tùy theo yêu cầu thiết kế. Dưới đây là kết 
quả tính toán khối lượng cân bằng khi biết trước 
các giá trị m1; r1; r4 và tỷ số r3/r2. 
Các giá trị cho trước đo đạc được trên kết 
cấu thử nghiệm: m1 = 17kg; r1 = 80mm; r4 = 
370mm; tỷ số r3/r2 thay đổi trong khoảng từ 0,5 
đến 1,2. 
Các số liệu tính toán được ở bảng trên cho thấy: 
- Với cơ cấu cân bằng đề xuất, khối lượng 
cần thiết của vật cân bằng nhỏ hơn nhiều so với 
khối lượng của vật cần cân bằng. 
- Tỷ lệ của các tay lắc r3/r2 càng nhỏ thì khối 
lượng vật cân bằng càng nhỏ. 
- Kết quả thử nghiệm với các phương án cho 
thấy hiện tượng rung lắc toàn máy giảm đi một cách 
rõ rệt, đảm bảo yêu cầu cho hoạt động của máy. 
4. KẾT LUẬN 
Lực quán tính phát sinh trong quá trình 
làm việc của hệ thống sàng là rất lớn, gây rung 
động cho toàn hệ thống, giảm chất lượng làm 
việc của máy. Lực quán tính này cần phải được 
cân bằng. Cơ cấu cân bằng đề xuất đáp ứng được 
yêu cầu của việc bố trí trong không gian hạn chế 
của máy GĐLH mini. 
Với cơ cấu cân bằng đề xuất, khối lượng cần 
thiết của vật cân bằng nhỏ hơn nhiều so với khối 
lượng của vật cần cân bằng, từ đó làm giảm áp 
lực lên các khâu, khớp, góp phần làm giảm khối 
lượng của toàn hệ thống máy. 
Công thức (5) cho phép xác định được khối 
lượng cần thiết của vật cân bằng khi đã biết 
trước các thông số khác của cơ cấu. Các dẫn 
xuất rút ra từ công thức (5) cho phép tùy biến 
Giải pháp cân bằng hệ thống làm sạch sơ bộ trong máy gặt đập liên hợp mini dạng treo 
204 
tính toán xác định các thông số khác của hệ 
thống theo mục đích của người thiết kế. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
C.B. Melnhicop (1957). Bài tập thiết kế máy nông 
nghiệp. Nhà xuất bản Mascơva. 
Công ty Meiwa, Kubota – Nhật Bản (1998). Sổ tay 
người sử dụng máy gặt đập liên hợp. 
Nguyễn Bảng, Đoàn Văn Điện (1990). Lý thuyết tính 
toán máy nông nghiệp. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà 
Nội. 
Phạm Xuân Vượng (1999). Máy thu hoạch nông 
nghiệp. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.