Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến chi phí năng lượng của máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng

hể hiện từ mô hình) đƣợc mô tả bằng phƣơng trình hàm số. Để nêu rõ ý nghĩa vật lý trong các hàm số, cần trình bày bằng sự phụ thuộc giữa các đại lƣợng riêng rẽ và đầy đủ thứ nguyên của hệ thống. Do đó khi một biểu thức toán học muốn thể hiện đầy đủ ý nghĩa vật lý của quá trình thì điều kiện cần thoả mãn là tính chất đồng nhất các loại đại lƣợng, nghĩa là tất cả các thành phần trong trong biểu thức bắt buộc phải thể hiện bằng các đại lƣợng vật lý (cần có một và chỉ một thứ nguyên). Trong cơ học, đại lƣợng cơ bản thƣờng lấy là khối lƣợng M, chiều dài L, thời gian T… Các đại lƣợng dẫn xuất từ các đại lƣợng đo cơ bản đƣợc gọi là thứ nguyên. Thứ nguyên đƣợc viết bằng ký hiệu ở dạng công thức. Ví dụ thứ nguyên của diện tích là L 2, vận tốc là L/T, lực ML/T2… Dùng công thức thứ nguyên thuận tiện để tính giá trị bằng số của đại lƣợng có thứ nguyên khi chuyển từ một hệ đơn vị đo này sang hệ đơn vị đo khác. Công thức thứ nguyên có dạng mũ tổng quát: (2.112) Trong đó: M,L,T-Khối lƣợng, chiều dài, thời gian; ,, - số mũ. Lý thuyết thứ nguyên đƣợc ứng dụng trong lý thuyết đồng dạng nhằm xác định tỷ lệ giữa các thông số của mô hình và vật thực, cho khả năng xử lý đối tƣợng thực nghiệm và xác định qui luật phổ biến về thông tin nhận đƣợc từ thực nghiệm mô hình. Một số trƣờng hợp mà thông tin nhận đƣợc từ thực nghiệm (nhiều trƣờng hợp TLMx .. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -54- phức tạp) có thể phân tích thứ nguyên để xác định mối liên hệ biện chứng giữa các yêu tố ảnh hƣởng trong công thức. Lý thuyết thứ nguyên cũng đƣợc dùng một cách có hiệu quả trong qui hoạch thực nghiệm, nhất là khi mối quan hệ toán học không rõ ràng hoặc rất phức tạp. Lý thuyết thứ nguyên có thể biểu diễn dƣới dạng hàm số: U =j(x1,x2,…xn) (2.113) Hay dƣới dạng hàm mũ: nn n nnn xxxxCU 1 3 3 2 2 1 1 .... (2.114) Trong đó: n1,n2,…n3 là số mũ cần tìm. Nếu có hàm số U = f(x, y, z) Thì có thể đƣa về dạng: zyxCU . (2.115) Trong đó: ,, đƣợc xác định từ phân tích thứ nguyên; C đƣợc tìm từ thực nghiệm. 2.3.5.Nguyên lý của lý thuyết đồng dạng - Định lý đồng dạng Các dạng đồng dạng đƣợc mô tả bởi những qui định chung đó là các định lý đồng dạng. Điều kiện để ứng dụng đồng dạng rất nhiều. Các định lý đồng dạng có thể xem nhƣ những quan điểm khác nhau trong nhiều phƣơng án khác nhau nhằm mô tả đúng hiện tƣợng. Ba định lý cơ bản về đồng dạng đƣợc sử dụng để giải những bài toán cụ thể sau: 1. Những đại lƣợng nào cần xác định khi thực hiện; 2. Cần thể hiện kết quả thí nghiệm ở dạng nào; 3. Để tính toán và thực nghiệm trong sản xuất, ở những điều kiện nhƣ thế nào thì có thể dùng những kết quả thu nhận đƣợc. 2.3.5.1.Định lý đồng dạng thứ nhất Hai hệ số đồng dạng với nhau chúng có chung chuẩn số đồng dạng, ký hiệu idemi , tức là chuẩn số đồng dạng nhƣ nhau. Chuẩn số đồng dạng của một hệ nào đó có thể đƣợc tạo thành từ một dạng khác qua nhân, chia, khai căn, luỹ thừa… Khi cần thiết (đƣa ra các chuẩn số ở dạng tƣơng đối phù hợp cho công tác nghiên cứu) có thể phối hợp các chuẩn số khác nhau, nhƣng chuẩn số phối hợp độc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -55- lập cần bằng số chuẩn số xuất phát. Những chuẩn số dẫn xuất nhận đƣợc sẽ giúp chúng ta thực nghiệm, phân tích các kết quả. Sự hình thành và sử dụng các chuẩn số dẫn xuất đôi khi mang ý nghĩa lý thuyết. Các chuẩn số đó sẽ cho khả năng để phối hợp các chuẩn số ban đầu. Khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm cần phải chú ý những chuẩn số chính, trƣớc hết là chúng đặc trƣng cho hiện tƣợng, quá trình. Giảm bớt số lƣợng chuẩn số tạo khả năng làm gần đúng mô hình; các chuẩn số có ảnh hƣởng không đáng kể có thể bỏ qua. Biến đổi khác của định lý thứ nhất là: Các hiện tƣợng đồng dạng, chỉ số đồng dạng là bằng nhau và bằng đơn vị 2.3.5.2. Định lý đồng dạng thứ hai - định lý Định lý này của Pheđecman – Buckingam trả lời vấn đề cần phải gia công kết quả thực nghiệm nhƣ thế nào. Mỗi một phƣơng trình vật lý đƣợc mô tả trong một hệ thống đo nhất định có thể biểu diễn dƣới dạng hàm số của chuẩn số đồng dạng: )...,,,( 4321 km (2.116) Trong đó: m- Số đại lƣợng trong phƣơng trình; k- Số đơn vị cơ bản cần chọn khi xác định hệ thống. Phƣơng trình chuẩn số nhận đƣợc, thể hiện ở dạng hàm ẩn. Dạng tƣờng minh của hàm này không thể xác định từ lý thuyết đồng dạng mà còn từ con đƣờng thực nghiệm, sau khi nhận đƣợc các chuẩn số có liên quan đến đến lời giải của bài toán. Ngoài ra một số chuẩn số có ít ảnh hƣởng đến quá trình ta có thể bỏ qua. 2.3.5.3.Định lý đồng dạng thứ ba Định lý này trả lời cho câu hỏi điều kiện cần và đủ để các quá trình và hiện tƣợng là đồng dạng. Những kết quả thực nghiệm thể mở rộng ra các hiện tƣợng đồng dạng mang tính chất chung. Sự khác nhau về tính chất của các hiện tƣợng đƣợc xác định bởi tính chất đồng nhất. Vì vậy điều kiện cần cho tính đồng dạng là đồng dạng của các điều kiện của tính đồng nhất. Nếu là đồng dạng, chúng có đồng dạng vật lý của hệ thống. Vì vậy, khi xác định các chuẩn số đồng dạng cần thiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -56- phải tìm mối quan hệ với điều kiện đồng nhất. Nói cách khác, hai hiện tƣợng có chung chuẩn số đồng dạng thì đồng dạng nhau. Đây là cơ sở của mô hình hoá. 2.3.6. Phƣơng pháp xác định chuẩn số đồng dạng Khi xác định chuẩn số đồng dạng sẽ xảy ra hai trƣờng hợp: - Khi phƣơng trình nghiên cứu các hiện tƣợng là không rõ; - Khi phƣơng trình nghiên cứu đã rõ ràng. Trong trƣờng hợp thứ nhất thƣờng dùng phép phân tích thứ nguyên theo định lý . Khi đó cần xem xét các đại lƣợng nào tham gia trong quá trình và ảnh hƣởng của quá trình đó đối với kết quả cuối cùng. Thứ tự xác định các chuẩn số đồng dạng bao gồm [11] 1) Xác định số các đại lƣợng phụ thuộc; 2) Viết thứ nguyên các đại lƣợng phụ thuộc; 3) Chọn 3 đại lƣợng cơ bản. Đối với hệ cơ bản, đại lƣợng cơ bản chọn là khối lƣợng, chiều dài, thời gian; 4) Xác định số lƣợng các chuẩn số n = m-3; 5) Viết phƣơng trình thứ nguyên [11] 333222111 333222111 .. 1 ; .. ; .. .. 1 , .. ,1,1,1 .. 121 dvdvdv p dvdv f dv p 6) Xác định các số mũ iii ,, cho các chuẩn số đồng dạng trên cơ sở phân tích thứ nguyên. Theo phƣơng pháp đã nêu, ta có các chuẩn số: 111 3121 ...... LMLTLTLM Do đó: d l dvv p 3221 ; .. ; . . Từ các giá trị 321 ,, thu đƣợc, sẽ hình thành phƣơng trình chuẩn số đồng dạng ).,( 321 f Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -57- Xác định các chuẩn số khi phƣơng trình đã biết là việc dễ dàng. Phƣơng pháp này dựa trên cơ sở đã biết tính chất của phƣơng trình, cụ thể là tất cả các thành phần của phƣơng trình đều tuân thủ không chỉ phƣơng trình đại số mà cả các phƣơng trình tích phân, vi phân khi các thuật toán này không ảnh hƣởng đến những hàm số cùng dạng, không ảnh hƣởng đến tính đồng nhất của phƣơng trình nói chung khi các hệ số của hàm số không đồng nhất là những hệ số không thứ nguyên. Trong trƣờng hợp này các chuẩn số nhận đƣợc khi chia phải cộng thêm nk chuẩn số của các hệ số của phơng trình không đồng nhất. Nhƣ vậy nếu phƣơng trình có m thành phần, tổng số chuẩn số sẽ bằng tổng của (m-1) chuẩn số chính và nk chuẩn số phụ n = (m-1) + nk (2.117) Đặc trƣng quan trọng trong thực tế cần chú ý của phƣơng trình đồng dạng là trong nhiều trƣờng hợp hệ phƣơng trình vi phân không thể giải bằng phƣơng pháp giải tích mà chỉ dùng để xác định dạng và số chuẩn số )...,,,( 4321 km (2.118) Trƣờng hợp khi các đại lƣợng có thể nhận đƣợc không nhiều hơn 1 chuẩn số đồng dạng, nếu phƣơng trình mô tả quá trình không thực hiện đƣợc, thì từ phƣơng trình cơ bản của cơ học (nếu theo phƣơng pháp đó có khả năng ứng dụng đƣợc) và qua sự hình thành chỉ số đồng dạng, chúng ta sẽ nhận đƣợc chuẩn số đồng dạng. Nếu phƣơng trình mô tả quá trình thể hiện rõ, chuẩn số đồng dạng đƣợc nhận qua chỉ số đồng dạng với cách biến đổi thông dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -58- KẾT LUẬN CHƢƠNG II 1. Chuyển động của vật liệu tơi trong thùng chứa (dạng trộn kiểu vít đứng) đƣợc xác định thông qua phƣơng trình vi phân (2.8), xác định áp lực p ở từng lớp bột. Xác định chuyển động của khối bột trong ống bao của máy trộn kiểu vít đứng thông qua phƣơng trình (2.26). 2. Với điều kiện chuyển động liên tục của khối bột qua vít trộn trong ống bao (cũng nhƣ phần thùng ngoài ống bao), từ đó xác định đƣợc mối quan hệ giữa kích thƣớc cơ bản của thùng và vít trộn (phƣơng trình 2.44). 3. Sử dụng phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm chọn thông số “vào” là khối lƣợng mẻ trộn và tốc độ của vít trộn nhằm xác định chi phí năng lƣợng riêng và độ trộn đều trên cơ sở đó tìm chế độ sử dụng thích hợp. 4. Trên cơ sở lựa chọn các thông số hợp lý, sử dụng phƣơng pháp đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên nhằm xây dựng dãy máy trộn phù hợp với từng đối tƣợng sử dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -59- Chƣơng III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƢỢNG TRỘN VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN TK – 1A 3.1 Giới thiệu tóm tắt đặc điểm kỹ thuật máy trộn TK-1A. Máy trộn thức ăn chăn nuôi TK-1A đƣợc thiết kế, chế tạo nhằm đảm bảo chất lƣợng trộn đều và chi phí năng lƣợng tiết kiệm (H3.1) H 3.1. Máy trộn TK-1A (TK-trộn khô, 1A: 1tấn/h seri A) 3.1.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản - Năng suất (kg/mẻ) : 250 - Công suất động cơ (kw) : 2,7 - Tốc độ vòng quay (vòng/ ph): 300 - Độ trộn đều : trên 90 % TK -1A SẢN XUẤT TẠI XƢỞNG CHẾ TẠO VIỆN CCCGHNN – HÀ NỘI Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -60- 3.1.2. Cấu tạo máy trộn TK – 1A 7 6 5 4 3 2 1 12 13 14 15 11 10 9 8 2 2 0 0 Hình 3. So d? nguyên lý máy tr?n 1. Phễu nạp liệu 2. Cánh nâng 3. Thùng trộn 4. Ống bao 5. Cánh trộn 6. Bu lông giữ ống bao 7. Động cơ điện 8. Dây đai bản B 9. Ổ bi trên 6308 10. Cơ cấu cửa mở 11. Phễu thu sản phẩm 12. Cửa làm vệ sinh 13. Bi dƣới 7308 14. Bu lông chỉnh bi 15. Êcu hãm 16. Bu lông nền Sơ đồ nguyên lý máy trộn -61- 3.1.3.Tính toán thiết kế bộ truyền đai tốc độ 200v/ ph và 400v/ph cho máy trộn TK – 1A Các thông số ban đầu: - Tốc độ động cơ: n1 = 950v/ph; N = 2,7kW; - Đƣờng kính bánh đai chủ động: D1 = 100 mm; - Khoảng cách trục: a = 650 ± 50 mm. Yêu cầu thiết kế: + Xác định đƣờng kính bánh đai bị động: - Xác định đƣờng kính bánh đai bị động D-2 để đạt tốc độ đầu ra n-2 = 200v/ph - Xác định đƣờng kính bánh đai bị động D+2 để đạt tốc độ đầu ra n+2 = 400v/ph + Xác định chiều dài đai: L-2; L+2 Tính toán: Áp dụng công thức: D2 = D1.u.(1-ε) Trong đó: u - tỷ số truyền ε - hệ số trƣợt, chọn ε = 0.02 * Tính D-2; L-2 Ta có: D-2 = D1.u-1.(1-ε) u-1 = n1/n-2 =950/200 = 4.75 → Thay số vào ta có: D-2 = 100.4,75.(1-0.02) = 465,5mm Chọn D-2 = 450mm theo tiêu chuẩn Chiều dài đai tính theo công thức: L-2 = 2.a + π.(D1 + D-2)/2 + (D-2 – D1) 2 /(4.a) Thay số vào ta có: L-2 = 2210,6mm Chọn L-2 = 2240mm theo tiêu chuẩn * Tính D+2; L+2 Ta có: D+2 = D1.u+1.(1-ε) U+1 = n1/n+2 =950/400 = 2.375 → Thay số vào ta có: D-2 = 100.2,375.(1-0.02) = 232,75mm Chọn D-2 = 224mm theo tiêu chuẩn -62- Chiều dài đai tính theo công thức: L+2 = 2.a + π.(D1 + D+2)/2 + (D+2 – D1) 2 /(4.a) Thay số vào ta có: L+2 = 1814,6mm Chọn L-2 = 1800mm theo tiêu chuẩn Hình 3.3 Puly bị động a- Tốc độ 200v/ph b- Tốc độ 400v/ph a) b) -63- 3.2.Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 3.2.1. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ vít trộn x1 tới chất lƣợng trộn yK và chi phí năng lƣợng riêng yN Các yếu tố đƣợc chọn cố định ở các mức nhƣ sau: - x2 = 250 kg - t = 6 phút - Tốc độ biến đổi vận tốc vít trộn: 200 600 v/ph - Khoảng biến thiên 100v/ph - Mức biến thiên k = 5 a) Xác định ảnh hƣởng của tốc độ vít trộn x1 tới chất lƣợng trộn yK Bảng 3.1. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng tốc độ vít trộn x1 tới chất lượng trộn yK No x1 (mã) x1 (v/ph) Yk1 (%) Yk2 (%) Yk3 (%) 1 -2 200 87.5 87.9 91.2 2 -1 300 91.7 91.2 92 3 0 400 94 93.6 93.8 4 1 500 91 91.3 91.8 5 2 600 89.2 87.8 90.3 Dựa trên các công thức xác định mô hình toán (bậc 1 và 2), lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sau khi nhập thông số “vào” ta nhận đƣợc bảng kết quả sau khi xử lý số liệu, các phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy, các hệ số Student (t), Fisher (F), Kohren (G), từ đó kết luận ảnh hƣởng của thông số “vào” đến thông số “ra” cần nghiên cứu. Bảng 3.2.Kết quả sau khi xử lý số liệu No Y1 Y2 Y3 Ytb Ytt Yost Si 1 87.500 87.900 91.200 88.867 88.818 -0.049 4.12333 2 91.700 91.200 92.000 91.633 91.981 0.348 0.16333 3 94.000 93.600 93.800 93.800 93.049 -0.751 0.04000 4 91.000 91.300 91.800 91.367 92.021 0.654 0.16333 5 89.200 87.800 90.300 89.100 88.898 -0.202 1.57000 -64- Đánh giá đồng nhất phƣơng sai Tiêu chuẩn Kohren G = 0.6804 Hệ số tự do m = 5 Hệ số tự do n-1 = 2 Tiêu chuẩn tra bảng k ( 5%) Gb = 0.6838 Kết luận: G < Gb : Phƣơng sai đồng nhất Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của x1 đến yK: (x1:dạng mã) YK = 93.049 + 0.020x1 - 1.048x1x1 b0,0 = 93.0486 b1,0 = 0.0200 b1,1 = -1.0476 Tiêu chuẩn t student cho các hệ số là : t0,0 = 121.2741 t1,0 = 0.0574 t1,1 = -3.5605 Tra bảng Tra bảng Student t( , ) = N(m-1) = 5.(2-1) = 10 = q/2 = 0,05/2= 0,025 tb = 2,23 Kết luận: Có 2 hệ số có nghĩa: t0,0 và t1,1 Phƣơng sai đo lƣờng (lặp) Sb = 1.21200 Số bậc tự do kb = 10 Phƣơng sai tƣơng thích Sa = 1.73505 Số bậc tự do ka = 2 Tiêu chuẩn FISHER F = 1.4316 Tra bảng FISHER : F (2;10;0.05) = 3.71 Kết luận: Ftt < Fb : Tƣơng thích (Ảnh hƣởng của yếu tố đáng tin cậy) Tâm của mặt quy hoạch X = ( 0.010 ) Ytam = 93.04867 -65- b) Xác định ảnh hƣởng của tốc độ vít trộn x1 tới chi phí năng lƣợng riêng yN Bảng 3.3. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ vít trộn x1 tới chi phí năng lượng riêng yN No x1 (mã) x1 (v/ph) YN1 (wh/t) YN2 (wh/t) YN3 (wh/t) 1 -2 200 83 83.4 83.6 2 -1 300 85 85.7 86.3 3 0 400 87.2 87.8 88.3 4 1 500 89 89.6 90.1 5 2 600 92 92.5 93 Dựa trên các công thức xác định mô hình toán (bậc 1 và 2), lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sau khi nhập thông số “vào” ta nhận đƣợc bảng kết quả sau khi xử lý số liệu, các phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy, các hệ số Student (t), Fisher (F), Kohren (G), từ đó kết luận ảnh hƣởng của thông số “vào” đến thông số “ra” cần nghiên cứu Bảng 3.4. Kết quả sau khi xử lý số liệu No Y1 Y2 Y3 Ytb Ytt Yost Si 1 83.000 83.400 83.600 83.333 83.449 0.115 0.09333 2 85.000 85.700 86.300 85.667 85.479 -0.188 0.42333 3 87.200 87.800 88.300 87.767 87.638 -0.129 0.30333 4 89.000 89.600 90.100 89.567 89.926 0.359 0.30333 5 92.000 92.500 93.000 92.500 92.342 -0.158 0.25000 Đánh giá đồng nhất phƣơng sai Tiêu chuẩn Kohren G = 0.3083 Hệ số tự do m = 5 Hệ số tự do n-1= 2 Tiêu chuẩn tra bảng k ( 5%) Gb = 0.6838 Kết luận: G < Gb : Phƣơng sai đồng nhất Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của x1 đến yN: (x1:dạng mã) -66- Y = 87.638+ 2.223X1+ 0.064X1X1 b0,0 = 87.6381 b1,0 = 2.2233 b1,1 = 0.0643 Tiêu chuẩn t student cho các hệ số là : t0,0 = 239.9383 t1,0 = 13.4153 t1,1 = 0.4590 Tra bảng Tra bảng Student t( , ) = N(m-1) = 5.(2-1) = 10 = q/2 = 0,05/2= 0,025 tb = 2,23 Kết luận: Có 2 hệ số có nghĩa: t0,0 và t1,0 Phƣơng sai đo lƣờng (lặp) Sb = 0.27467 Số bậc tự do kb = 10 Phƣơng sai tƣơng thích Sa = 0.32838 Số bậc tự do ka = 2 Tiêu chuẩn FISHER F = 1.1956 Tra bảng FISHER : F (2;10;0.05) = 3.71 Kết luận: Ftt < Fb : Tƣơng thích (Ảnh hƣởng của yếu tố đáng tin cậy) Tâm của mặt quy hoạch X = ( -17.293 ) Ytam = 68.41450 Kết luận Kết quả khảo nghiệm cho thấy trong vùng khảo sát khi tăng tốc độ của vít độ trộn đều ban đầu có tăng sau đó sau lại giảm, mức tiêu thụ điện năng riêng tăng. Điều này có thể giải thích là khi tốc độ của vít trộn quá thấp hoặc quá cao sẽ không đảm bảo điều kiện chuyển động liên tục của khối bột dẫn đến bị ùn hoặc hạn chế quá trình khuyếch tán, hoặc do lực quán tính ly tâm làm giảm chất lƣợng trộn. -67- Ảnh hƣởng của tốc độ vít trộn (x1)tới yK và yN đƣợc thể hiện trên các đồ thị: H3.4. Ảnh hưởng của tốc độ vít trộn tới độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng 3.2.2. Xác định ảnh hƣởng của tải trọng q (x2 ) tới chất lƣợng trộn yK và chi phí năng lƣợng riêng yN Các yếu tố đƣợc chọn cố định ở các mức nhƣ sau: - x1 = 300 v/ph - t = 6 phút - Tốc độ biến đổi tải trọng: 200 280 kg - Khoảng biến thiên 20 kg - Mức biến thiên k = 5 85 86 87 88 89 90 91 92 93 400 300 500 600 200 85 86 87 88 89 90 91 92 93 400 300 500 600 200 Y K Y N (Wh/t) X 1 =n (V/ph) X 1 =n (V/ph) H3.2.Ảnh hưởng của tốc độ vít trộn tới độ trộn đều H3.3.Ảnh hưởng của tốc độ vít trộn tới chi phí năng lượng riêng -68- a) Xác định ảnh hƣởng của tải trọng q x2 tới chất lƣợng trộn yK Bảng 3.5. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tải trọng q x2 tới chất lượng trộn yK No x2 (mã) x2 (kg) Yk1 (%) Yk2 (%) Yk3 (%) 1 -2 200 94 93.5 92.8 2 -1 220 92 91.7 92.4 3 0 240 91.4 91.1 91.8 4 1 260 89.8 89.6 90.5 5 2 280 88.6 87.2 87.7 Dựa trên các công thức xác định mô hình toán (bậc 1 và 2), lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sau khi nhập thông số “vào” ta nhận đƣợc bảng kết quả sau khi xử lý số liệu, các phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy, các hệ số Student (t), Fisher (F), Kohren (G), từ đó kết luận ảnh hƣởng của thông số “vào” đến thông số “ra” cần nghiên cứu. Bảng 3.6. Kết quả sau khi xử lý số liệu No Y1 Y2 Y3 Ytb Ytt Yost Si 1 94.000 93.500 92.800 93.433 93.260 -0.173 0.36333 2 92.000 91.700 92.400 92.033 92.433 0.400 0.12333 3 91.400 91.100 91.800 91.433 91.273 -0.160 0.12333 4 89.800 89.600 90.500 89.967 89.780 -0.187 0.22333 5 88.600 87.200 87.700 87.833 87.953 0.120 0.50333 Đánh giá đồng nhất phƣơng sai Tiêu chuẩn Kohren G = 0.3766 Hệ số tự do m = 5 Hệ số tự do n-1= 2 Tiêu chuẩn tra bảng k ( 5%) Gb = 0.6838 Kết luận: G < Gb : Phƣơng sai đồng nhất -69- Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của x2 đến yK: (x2:dạng mã) Y = 91.273 -1.327X1 - 0.167X1X1 b0,0 = 91.2733 b1,0 = -1.3267 b1,1 = -0.1667 Tiêu chuẩn t student cho các hệ số là : t0,0 = 253.2952 t1,0 = -8.1140 t1,1 = -1.2061 Tra bảng Tra bảng Student t( , ) = N(m-1) = 5.(2-1) = 10 = q/2 = 0,05/2= 0,025 tb = 2,23 Kết luận: Có 2 hệ số có nghĩa: t0,0 và t1,0 Phƣơng sai đo lƣờng (lặp) Sb = 0.26733 Số bậc tự do kb = 10 Phƣơng sai tƣơng thích Sa = 0.39733 Số bậc tự do ka = 2 Tiêu chuẩn FISHER F = 1.4863 Tra bảng FISHER : F (2;10;0.05) = 3.71 Kết luận: Ftt < Fb : Tƣơng thích (Ảnh hƣởng của yếu tố đáng tin cậy) Tâm của mặt quy hoạch X = ( -3.980 ) Ytam = 93.91340 -70- b) Xác định ảnh hƣởng của tải trọng q x2 tới chi phí năng lƣợng riêng yN Bảng 3.7.Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tải trọng q x2 tới chi phí năng lượng riêng yN No x1 (mã) x2 (kg) YN1 (wh/t) YN2 (wh/t) YN3 (wh/t) 1 -2 200 92 92.4 92.9 2 -1 220 89.4 90.2 90.6 3 0 240 88.1 88.6 90.1 4 1 260 87 87.3 87.8 5 2 280 85.1 85.5 85.9 Dựa trên các công thức xác định mô hình toán (bậc 1 và 2), lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sau khi nhập thông số “vào” ta nhận đƣợc bảng kết quả sau khi xử lý số liệu, các phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy, các hệ số Student (t), Fisher (F), Kohren (G), từ đó kết luận ảnh hƣởng của thông số “vào” đến thông số “ra” cần nghiên cứu Bảng 3.8.Kết quả sau khi xử lý số liệu No Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ Yost Si 1 92.000 92.400 92.900 92.433 92.254 -0.179 0.20333 2 89.400 90.200 90.600 90.067 90.476 0.410 0.37333 3 88.100 88.600 90.100 88.933 88.779 -0.154 1.08333 4 87.000 87.300 87.800 87.367 87.163 -0.204 0.16333 5 85.100 85.500 85.900 85.500 85.628 0.128 0.16000 Đánh giá đồng nhất phƣơng sai Tiêu chuẩn Kohren G = 0.5462 Hệ số tự do m = 5 Hệ số tự do n-1 = 2 Tiêu chuẩn tra bảng k ( 5%) Gb = 0.6838 Kết luận: G < Gb : Phƣơng sai đồng nhất -71- Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của x2 đến yN: (x2:dạng mã) Y = 88.779 + 1.657X1 + 0.040X1X1 b0,0 = 88.7790 b1,0 = -1.6567 b1,1 = 0.0405 Tiêu chuẩn t student cho các hệ số là : t0,0 = 202.2587 t1,0 = -8.3181 t1,1 = 0.2405 Tra bảng Tra bảng Student t( , ) = N(m-1) = 5.(2-1) = 10 = q/2 = 0,05/2= 0,025 tb = 2,23 Kết luận: Có 2 hệ số có nghĩa: t0,0 và t1,0 Phƣơng sai đo lƣờng (lặp) Sb = 0.39667 Số bậc tự do kb = 10 Phƣơng sai tƣơng thích Sa = 0.42210 Số bậc tự do ka = 2 Tiêu chuẩn FISHER F = 1.0641 Tra bảng FISHER : F (2;10;0.05) = 3.71 Kết luận: Ftt < Fb : Tƣơng thích (Ảnh hƣởng của yếu tố đáng tin cậy) Tâm của mặt quy hoạch X = ( 20.465 ) Ytam = 71.82745 Kết luận Kết quả trên cho thấy khi tăng tải trên cho máy, độ trộn đều và mức tiêu thụ điện năng riêng đều giảm: khi tăng lƣợng cấp liệu cho mỗi mẻ tức là tăng hệ số chứa của máy, thì cùng một thời gian trộn số lần lƣu chuyển của khối bột sẽ giảm đi làm giảm độ trộn đều. Đồng thời năng suất của máy tăng do đó mức tiêu thụ điện năng riêng giảm. -72- Ảnh hƣởng của tốc độ vít trộn x2 tới yK và yN đƣợc thể hiện trên các đồ thị sau: H3.7. Ảnh hưởng của tốc độ vít trộn x2 tới độ trộn đều yK và chi phí năng lượng riêng yN 240 220 260 280 200 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 Y K X 2 =q (kg) 240 220 260 280 200 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 Y N (Wh/t) X 2 =q (kg) H3.5.Ảnh hưởng của tốc độ vít trộn tới độ trộn đều H3.6. Ảnh hưởng của tốc độ vít trộn tới chi phí năng lượng riêng -73- 3.3 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 3.3.1 Ảnh hƣởng của vận tốc x1 và tải trọng x2 đến chi phí năng lƣợng riêng YN Bảng 3.9. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc x1 và tải trọng x2 đến chi phí năng lượng riêng YN No x1 (mã) x2 (mã) x1 (v/ph) x2 (kg) YN1 (wh/t) YN2 (wh/t) YN3 (wh/t) 1 -1 -1 200 200 145.803 145.897 145.386 2 -1 0 200 200 128.002 128.213 126.409 3 -1 1 200 200 115.627 115.156 115.787 4 0 -1 300 250 152.344 151.313 152.491 5 0 0 300 250 132.028 131.339 131.995 6 0 1 300 250 119.132 118.004 119.355 7 1 -1 400 300 152.580 154.239 152.349 8 1 0 400 300 132.697 132.318 134.084 9 1 1 400 300 119.246 119.746 120.156 Dựa trên các công thức xác định mô hình toán (bậc 1 và 2),lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sau khi nhập thông số “vào” ta nhận đƣợc bảng kết quả sau khi xử lý số liệu, các phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy, các hệ số Student (t), Fisher (F), Kohren (G), từ đó kết luận ảnh hƣởng của thông số “vào” đến thông số “ra” cần nghiên cứu. Bảng 3.10. Kết quả sau khi xử lý số liệu No YN1 YN2 YN3 NY Ytt Yost Si 1 145.803 145.897 145.386 145.695 146.036 0.340 0.07397 2 128.002 128.213 126.409 127.541 127.348 -0.193 0.97276 3 115.627 115.156 115.787 115.523 115.376 -0.147 0.10760 4 152.344 151.313 152.491 152.049 151.463 -0.586 0.41204 5 132.028 131.339 131.995 131.787 131.984 0.196 0.15102 6 119.132 118.004 119.355 118.830 119.220 0.389 0.52455 7 152.580 154.239 152.349 153.056 153.301 0.245 1.06296 8 132.697 132.318 134.084 133.033 133.030 -0.003 0.86436 9 119.246 119.746 120.156 119.716 119.474 -0.242 0.20770 -74- * Đánh giá đồng nhất phƣơng sai: Tiêu chuẩn Kohren G = 0.2429 Hệ số tự do n - 1 = 2 Hệ số tự do N = 9 Tiêu chuẩn tra bảng k ( 5%) G = 0.4775 Kết luận: G < Gb: Phƣơng sai đồng nhất *Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của x1,x2 đến yN: (x1,x2 :dạng mã) Y = 131.984 + 2.841X1 - 1.795X1X1 - 16.122X2 - 0.792X2X1 + 3.358X2X2 + he so Các hệ số bii b0,0 = 81.9838 b1,0 = 2.8408 b1,1 = -1.7948 b2,0 = -16.1218 b2,1 = -0.7920 b2,2 = 3.3578 *Tiêu chuẩn t student cho các hệ số là: t0,0 = 157.7242 t1,0 = 9.9783 t1,1 = -3.6398 t2,0 = -56.6271 t2,1 = -2.2714 t2,2 = 6.8094 Tra bảng Student t( , ) = N(m-1) = 9.(3-1) = 18 = q/2 = 0,05/2= 0,025 tb = 2,1 Kết luận: ti > tb: các hệ số đều có nghĩa * Tiêu chuẩn FISHER Phƣơng sai đo lƣờng Sb = 0.48633 Số bậc tự do kb = 18 -75- Phƣơng sai tƣơng thích Sa = 0.82736 Số bậc tự do ka = 3 Tiêu chuẩn FISHER F = 1.7012 Tra bảng FISHER : F (3;18;0.05) = 3.16 Kết luận: Ftt < Fb : Tƣơng thích ( Ảnh hƣởng của yếu tố đáng tin cậy) Tâm của mặt quy hoạch X = ( 0.255 , 2.431 ) Y = 62.75233 Tâm của mặt quy hoạch nằm xa vùng đang nghiên cứu Các hệ số chính tắc B11 = -1.8251 B22 = 3.3881 Các hệ số chính tắc Bii trái dấu nhau. Do 1122 BB Các trục đẳng cấp trƣơng theo trục x1, điểm tâm trên đƣợc gọi là “điểm yên ngựa” hay minimax, là cực đại theo B11 (thông số âm) vừa là cực tiểu theo B22 (thông số dƣơng). Mặt mục tiêu là Parabol hypebolic. Để tìm giá trị y nhỏ nhất cần dịch chuyển khối tâm theo hƣớng trục x2, và theo hƣớng trục x1 để tìm giá trị y lớn nhất. Kết quả dò tìm cho ta giá trị y tốt hơn nhƣng không phải là giá trị cực trị theo đúng nghĩa. Vì thế bài toán này thuộc dạng tìm cực trị quy ƣớc. Véc tơ riêng U ( A=UWUt) -0.9971 0.0762 -0.0762 -0.9971 H3.8. Hình vẽ 2D biểu thị mối quan hệ giữa x1, x2 và yN H3.9.Hình vẽ 3D biểu thị mối quan hệ giữa x1, x2 và yN -76- 3.3.2.Ảnh hƣởng của vận tốc x1và tải trọng x2 đến chất lƣợng trộn YK Bảng 3.11. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc x1và tải trọng x2 đến chất lượng trộn YK No x1 (mã) x2 (mã) x1 (v/ph) x2 (kg) Yk1 (%) Yk2 (%) Yk3 (%) 1 -1 -1 200 200 91.322 90.522 91.622 2 -1 0 200 200 90.451 89.951 90.151 3 -1 1 200 200 88.095 88.295 87.995 4 0 -1 300 250 94.856 94.856 94.656 5 0 0 300 250 92.511 92.011 93.111 6 0 1 300 250 89.081 89.181 88.881 7 1 -1 400 300 92.904 92.804 92.804 8 1 0 400 300 89.585 89.485 89.685 9 1 1 400 300 85.480 85.180 85.480 Dựa trên các công thức xác định mô hình toán (bậc 1 và 2),lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sau khi nhập thông số “vào” ta nhận đƣợc bảng kết quả sau khi xử lý số liệu, các phƣơng sai, phƣơng trình hồi quy, các hệ số Student (t), Fisher (F), Kohren (G), từ đó kết luận ảnh hƣởng của thông số “vào” đến thông số “ra” cần nghiên cứu. Bảng 3.12. Kết quả sau khi xử lý số liệu No YK1 YK2 YK3 YKtb Ytt Yost Si 1 91.322 90.522 91.622 91.155 91.237 0.081 0.32333 2 90.451 89.951 90.151 90.184 90.188 0.004 0.06333 3 88.095 88.295 87.995 88.128 88.043 -0.085 0.02333 4 94.856 94.856 94.656 94.789 94.649 -0.141 0.01333 5 92.511 92.011 93.111 92.544 92.493 -0.052 0.30333 6 89.081 89.181 88.881 89.048 89.240 0.192 0.02333 7 92.904 92.804 92.804 92.837 92.897 0.059 0.00333 8 89.585 89.485 89.685 89.585 89.633 0.048 0.01000 9 85.480 85.180 85.480 85.380 85.273 -0.107 0.03000 -77- * Đánh giá đồng nhất phƣơng sai: Tiêu chuẩn Kohren G = 0.4076 Hệ số tự do n - 1 = 2 Hệ số tự do N = 9 Tiêu chuẩn tra bảng k ( 5%) G = 0.4775 Kết luận: G < Gb: Phƣơng sai đồng nhất *Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của x1,x2 đến yN: (x1,x2 :dạng mã) Kết luận: G < Gb: Phƣơng sai đồng nhất *Phƣơng trình dạng thực của độ trộn đều: Y = 92.493 - 0.278X1 - 2.582X1X1 -2.704X2 -1.108X2X1 -0.548X2X2 b0,0 = 92.4926 b1,0 = -0.2776 b1,1 = -2.5821 b2,0 = -2.7043 b2,1 = -1.1076 b2,2 = -0.5482 *Tiêu chuẩn t student cho các hệ số là: t0,0 = 417.9618 t1,0 = -2.2904 t1,1 = -12.2991 t2,0 = -22.3115 t2,1 = -7.4610 t2,2 = -2.6113 Tra bảng Student t( , ) = N(m-1) = 9.(3-1) = 18 = q/2 = 0,05/2= 0,025 tb = 2,1 Kết luận: ti > tb: các hệ số đều có nghĩa -78- * Tiêu chuẩn FISHER Phƣơng sai đo lƣờng (lặp) Sb = 0.08815 Số bậc tự do kb = 18 Phƣơng sai tƣơng thích Sa = 0.09065 Số bậc tự do ka = 3 Tiêu chuẩn FISHER F = 1.0284 Tra bảng FISHER : F (3;18;0.05) = 3.16 Kết luận: Ftt < Fb : Tƣơng thích ( Ảnh hƣởng của yếu tố đáng tin cậy) Tâm của mặt quy hoạch X = ( 0.607 , -3.079 ) Y = 96.57211 Tâm của mặt quy hoạch nằm xa vùng đang nghiên cứu Các hệ số chính tắc B11 = - 2.7231 B22 = - 0.4072 Các hệ số chính tắc cùng dấu âm, mặt có cực đại tại tâm của mặt quy hoạch. Mặt mục tiêu là parabol eliptic. Do 1122 BB , Elip có trục lớn trên trục x2. Véc tơ riêng U ( A=UWUt) -0.9691 0.2468 -0.2468 -0.9691 H3.10. Hình vẽ 2D biểu thị mối quan hệ giữa x1, x2 và yK H3.11. Hình vẽ 3D biểu thị mối quan hệ giữa x1, x2 và yK -79- 3.3.3.Giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng YN và hàm chất lƣợng trộn YK Do giá trị tối ƣu của hai hàm trên đều nằm xa vùng nghiên cứu và xa tâm thí nghiệm, vì thế tác giả lựa chọn giải quyết bài toán thƣơng lƣợng có điều kiện. Tìm X(x1,x2) sao cho YN  min với điều kiện YK<YK0 trong đó YK0 là giá trị định trƣớc của chất lƣợng trộn (ở đây tuỳ ngƣời sử dụng có thể chọn từ 90-95%). Ở đây tác giả lựa chọn bộ thông số thứ 6 làm cơ sở nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết đồng dạng, mô hình và phép phân tích thứ nguyên nhằm đề xuất dãy máy trộn phù hợp điều kiện sản xuất qui mô liên hộ hiện nay. Bảng 3.13. Bảng kết quả xác định thông số tối ưu chi phí năng lượng riêng YN phụ thuộc điều kiện chất lượng trộn YK Số TT X(1) (mã) X(1) (thực) v/ph X(2) (mã) X(2) (thực) kg Độ đồng đều (%) Chi phí năng lƣợng riêng (wh/t) 1 -0.4423 244.23 0.7961 289.805 90 119.9488 2 -0.3228 232.28 0.5010 275.05 91 123.7745 3 -0.2106 221.06 0.1702 258.51 92 128.6873 4 -0.0987 209.87 -0.2034 210.17 93 135.0882 5 0.0198 301.98 -0.6368 231.84 94 143.6773 6 0.0913 309.13 -0.9128 245.64 95 149.8084 Hình vẽ dƣới đây biểu diễn mối quan hệ giữa hàm cần tối ƣu YN và hàm điều kiện YK H.3.12. Mối quan hệ giữa hàm cần tối ưu YN và hàm điều kiện YK -80- KẾT LUẬN CHƢƠNG III 1. Trên cơ sở tính toán sơ bộ, xác định kích thƣớc cơ bản máy trộn thức ăn gia súc dùng thực nghiệm TK – 1A. Nhằm góp phần vào hoàn thiện thiết kế, chọn chế độ sử dụng hợp lý, luận văn đã tiến hành khảo nghiệm trên cơ sở phƣơng pháp nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm khoa học. 2. Dựa trên tiêu chuẩn ngành 10TCN 860 : 2006: “ Thức ăn chăn nuôi – độ dao động phân tích cho phép đối với các chỉ tiêu chất lƣợng” của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn ban hành năm 2006 [5], đã xác định đƣợc độ trộn đều của các mẫu bột thức ăn gia súc trong quá trình thực nghiệm. 3. Chế tạo bộ truyền đai để thay đổi tốc độ quay của trục vít, nhằm xác định ảnh hƣởng của yếu tố này tới chất lƣợng và chi phí năng lƣợng riêng của máy trộn. 4. Đã sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm, xác định các yếu tố ảnh hƣởng đối với chỉ tiêu hao phí năng lƣợng. Kết quả thu đƣợc cho thấy: ở chế độ làm việc số vòng quay vít trộn 300 min-1, tải trọng 250 kg thì mức chi phí năng lƣợng riêng là nhỏ nhất: 1.35 kWh/t.s.p 1,5 kWh/t.s.p (cho 1 tấn sản phẩm trộn).Với kết quả đạt đƣợc làm cơ cở cho việc tính toán dãy máy trộn phù hợp trong điều kiện qui mô sản xuất vừa nhỏ ở nông thôn. -81- Chƣơng IV ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG, MÔ HÌNH, TÍNH TOÁN LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG TRONG MÔI TRƢỜNG NHỚT, DỄ RƠI VÀ XÁC ĐỊNH DÃY MÁY TRỘN 4.1. Những nguyên tắc chung của quá trình ứng dụng lý thuyết đồng dạng trong nghiên cứu máy trộn Quá trình khuấy trộn, theo quan điểm động lực học là một quá trình chảy của chất lỏng bao quanh vật.Trong nhiều trƣờng hợp dùng vật thể với hình dáng gây cản trở không lớn. Tuy nhiên khi trộn (nhào vật liệu) cần dùng thiết bị không thuận lợi đối với sự chảy của chất lỏng đồng thời những điều kiện khác đã đƣợc xác định. Vật rắn với hình dạng bất kỳ, khi dịch chuyển chậm trong chất lỏng nhớt cần thắng lực ma sát. Khi đó, xung quanh vật tạo ra lớp ngăn cách, nhờ đó truyền áp lực cho dòng. Nếu tăng vận tốc trộn sẽ xuất hiện lực quán tính, lực này tăng dần đến giá trị cực đại, tách lớp ngăn cách khỏi bề mặt của vật, tạo ra vùng xoáy và việc tạo ra vùng xoáy ở phía sau tấm phẳng khi vật liệu chuyển động và tƣơng ứng với bộ phận làm việc của bộ phận khuấy (trộn) trong điều kiện thủy động lực học nhƣ nhau. Vận tốc lớn nhất xuất hiện ở phần cuối của cánh (theo phƣơng trình Becnuli) tại đó toàn bộ vùng xoáy sẽ có áp suất nhỏ hơn so với vùng chứa chất lỏng trƣớc cánh. Lực đặt ở trục máy trộn chính là sự khắc phục độ chênh áp suất giữa phía trƣớc và phía sau cánh trộn. Năng lƣợng chi phí cho quá trình tạo xoáy và ma sát tỉ lệ với lực cản chuyển động của cánh trộn. Chất lỏng thực chất là chất có độ liên kết nhỏ cùng sự chuyển dịch của các phần tử. Với lực (nhỏ cho phép) tác động vào chất lỏng nhớt (hoặc khối vật liệu rời), các chất đó có thể thay đổi hình dáng, và không thể làm việc ở trạng thái kéo vì không có khả năng chống kéo. Có thể coi độ nhớt chất lỏng Newton (với lực ma sát trong) mang đặc tính gần giống nhƣ độ nhớt của chất lỏng nhớt và của vật liệu rời thể hiện ở khả năng chống lại sự xáo trộn giữa các lớp chất lỏng hoặc giữa các hạt rời. Do đó, có thể coi sự cản chuyển động vật rắn trong khối vật liệu rời (Khối hạt, khối thức ăn gia súc qua nghiền nhỏ…) nhƣ là lực cản trong chất lỏng nhớt. Vì vậy, có thể thiết lập phƣơng trình chuyển động trên cơ sở sử dụng -82- phƣơng trình động lực học chất lỏng, từ đó qua thực nghiệm sẽ chính xác hóa, thiết lập mối quan hệ cần tìm. Phƣơng trình chuẩn số cơ bản của dòng chất nhớt đƣợc trộn có thể thiết lập từ phƣơng trình vi phân Navie-Stok, xác định điều kiện chuyển động của chất lỏng nhớt. Trƣờng hợp chuyển động theo trục nằm ngang và theo phƣơng trình vi phân Navie-Stok ở chế độ làm việc cho trƣớc, ta sẽ thu đƣợc các chuẩn số đồng dạng: 2 2 . ; . ; .. v p E lg v F lv R u r e (4.1) Với: p - chi phí áp suất trong ống, N/m2 : M.L-1.T-2; v – tốc độ , m/s : L.T-1; d – đƣờng kính, m : L; - khối lƣợng riêng, k/m3 : M.L-3; - độ nhớt chất lỏng, g/m.s : M.L-1.T-1; l – Chiều dài ống, m : L; g – gia tốc trọng trƣờng m/s2 : L.T-2. Phƣơng trình chuẩn số đồng dạng sẽ đƣợc viết là: Eu = f(Re,Fr) (4.2) Nghiên cứu quá trình trộn ít khi giải bằng toán học trực tiếp vì cơ cấu làm việc của chúng rất phức tạp. Vì vậy thƣờng dùng phƣơng pháp mô hình và tiến hành thực nghiệm để giải quyết nhiệm vụ cơ bản: - Mô hình cần nhƣ thế nào. Kết quả nhận đƣợc trên đối tƣợng thực sẽ ra sao; - Các đại lƣợng cần các định; - Phƣơng pháp khái quát hóa mô hình. -83- Nghiên cứu, ứng dụng quá trình trộn trên máy trộn khô kiểu vít đứng TK-1A Quá trình trộn chứa nhiều thông số. Các thông số này đƣợc xác định từ đồng dạng hình học. Đối với máy trộn trục đứng phƣơng trình xác định chuyển động của cánh quạt trong hỗn hợp: Eu = f(Re,Fr, Gi) (4.3) Trong đó Gi là tập hợp các chuẩn số đồng dạng kích thƣớc hình học của thiết bị: d l d D d H 1;; ... Phƣơng trình (4.3) là phƣơng trình tổng quát của quá trình trộn, liên kết các đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho sự chuyển động của hỗn hợp khi máy trộn làm việc. Dạng tổng quát xác định chi phí công suất để trộn đƣợc thể hiện: N= ( , ,S,v,g) (4.4) Giá trị các đại lƣợng đƣợc trình bày trong bảng nhƣ sau: Bảng 4.1. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn: Các quá trình Các chỉ tiêu Thứ nguyên M L T Động cơ Chi phí công suất, N (kW) 1 2 -3 Máy trộn Diện tích mặt cắt của một cánh trộn, S (m2) Tốc độ đầu cánh, v (m/s) 0 0 2 1 0 -1 Môi trƣờng Khối lƣợng riêng, (kg/m3) Độ nhớt, (g/m.s) Gia tốc trọng trƣờng, g (m/s2) 1 1 0 -3 -1 1 0 -1 -2 Chọn đại lƣợng cơ bản , S, v ( với giá trị 0) 0 110 020 031 (4.5) Ta tìm đƣợc các chuẩn số sau -84- r e e u Fv lg v Sg R RvlvS E vS p Svv N Sv N 1.. 1 .... . 1 . .. 1 . .. 23 1 2 2231 (4.6) Trong đó: Eu- Chuẩn số Ơle; Fr- Chuẩn số Frut; Re- Chuẩn số Râynon. *Từ chuẩn số Frut, ta có thể tìm chuẩn số Frut ly tâm bằng cách thay tốc độ đầu cánh v, theo công thức: v = .d.n (4.7) g dn Frc .2 (4.8) *Chuẩn số Ơle xác định chi phí năng lƣợng của hệ thống thông qua chuẩn số Frut ly tâm 22.. dn p Euc (4.9) * Theo cách thay thế nhƣ trên ta có chuẩn số Râynôn ly tâm: .. Re 2dn c (4.10) Hay g dndn f dn p . ; .. .. 22 22 (4.11) phƣơng trình (4.11) có thể viết dƣới dạng: Euc = C.Rec -m .Frc -n (4.12) Ở phƣơng trình trên chuẩn số Frut có thể bỏ qua vì ảnh hƣởng của lực trọng trƣờng (liên quan đến tạo sóng trên bề mặt) là không đáng kể, vì vậy từ (4.12) co thể viết đơn giản: Euc = C.Rec -m (4.13) Trong đó C,m,n là hệ số thực nghiệm. -85- Nếu trong các số chuẩn trên ta thực hiện các thay thế sau: v= .d.n ; S =h.r ; r=d/2 ; h= a.d (a là hệ số tỷ lệ) sẽ nhận đƣợc .. ; .. 2 53 dn R dn N E ecuc ; (4.14) Công thức cần thiết cho trộn tính theo phƣơng trình m p dn C dn N .. .. 2 53 (4.15) Đây là chuẩn số công suất tính trong trƣờng hợp máy trộn 4.2. Tính toán chi phí năng lƣợng trên đơn vị thể tích vật liệu của máy trộn (kiểu vít đứng) và đề xuất dãy máy trộn phù hợp qui mô sản xuất ở vùng nông thôn Nhƣ trên đã nêu, nghiên cứu quá trình trộn tạo ra một loại máy hoặc dãy máy đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao trên cơ sở ứng dụng lý thuyết mô hình với các chuẩn số đồng dạng Chuẩn số chọn ở đây là chi phí năng lƣợng riêng V N p bằng nhau với mô hình và vật thực. Khi xét mô hình đồng dạng về hình học, tỉ lệ của thể tích sản phẩm trong máy trộn có thể bằng tỉ lệ các kích thƣớc cần xác định, thông thƣờng là đƣờng kính vít trộn Năng suất trộn phụ thuộc vào đƣờng kính d của vít trộn, bƣớc S của vít, tốc độ quay n, khối lƣợng riêng của hỗn hợp , gia tốc trọng trƣờng g và một số hệ số khác (hệ số nạp đầy, độ dốc...). Do đó: Q = (d, S, n, ,g) (4.16) Chọn ,d,n là đại lƣợng cơ bản, sẽ nhận đƣợc 0 khi đó phƣơng trình chuẩn số đồng dạng của máy trộn nhƣ sau: d S dn g dn Q , ... 23 (4.17) Trong đó: d S Fdn g dn Q 32231 ; 1 . ; .. (4.18) Chuẩn số thứ 2 có thể phân tích nhƣ sau: g dn Frc .2 (4.19) -86- Điều kiện cần đảm bảo bột trộn không văng tới tận thành máy là: Frc 1, tức là n 2 .d g; hay cũng có thể viết: m. 2.r m.g (4.20) Nếu nhƣ ký hiệu: g r k .2 thì r gk. hoặc r gk n . . 30 (4.21) Tốc độ quay tối ƣu đƣợc xác định bằng thực nghiệm nhằm đảm bảo năng suất và chất lƣợng trộn trong điều kiện chi phí năng lƣợng nhỏ nhất. Với chuẩn số đồng dạng ;1 . 2 2 c cc g nd L Trong điều kiện gia tốc trọng trƣờng gc=1 (khi làm mô hình cũng nhƣ vật thực) Sẽ có: do 22 . MMo ndn Tính đƣợc tốc độ quay của máy thực sẽ là: o M Mo d d nn . (4.22) Từ chuẩn số 3 = S/d, có thể viết: L3 = Sc/dc= 1 Hay là: M o M d d S .S0 (4.23) Từ chuẩn số 1 thấy rằng khi cùng điều kiện Q và n, đƣờng kính của bộ phận khuấy đƣợc xác định theo quan hệ sau: 3 .. .. . ooM MMo Mo nQ nQ dd nếu 1c ta có 3 . . . oM Mo Mo nQ nQ dd Khi cùng tốc độ quay nc = 1, thì 3. M o Mo Q Q dd (4.24) Hoặc khi biết đƣờng kính có thể tính năng suất: 3 . M o Mo d d QQ (4.25) -87- Nếu M o d d M o S S và .Mo nn sẽ thu đƣợc giá trị Mo QQ . 3 (4.26) Phƣơng trình trên chứng tỏ rằng phƣơng pháp tính năng suất trộn là tăng đƣờng kính cơ cấu làm việc của bộ phận trộn. Trên cơ sở chuẩn số đồng dạng và những phân tích từ phƣơng trình (4.1) đến (4.26). Kết quả nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm trên máy mô hình TK -1A đã thiết kế dãy máy trộn có công suất nhỏ hơn phù hợp với điều kiện sử dụng trong các hộ nông dân tại huyện vùng núi Yên Định (xã Quí Lộc và các xã lân cận). Tùy từng điều kiện chăn nuôi của từng loại hệ dãy máy trộn đƣợc thiết kế, ngƣời làm dịch có thể lựa chọn liên hợp máy phù hợp Bảng 4.2. Dãy máy trộn thức ăn chăn nuôi sử dụng ở qui mô sản xuất phân tán TT Các chỉ tiêu Máy trộn TK – 1A (mô hình) MT - 1 MT -2 1 Công suất cần thiết, kW 2,7 2,3 1,4 2 Khối lƣợng của máy, kg 600 500 300 3 Số vòng quay n, min-1 300 300 328 4 Đƣờng kính trục vít, d, mm 300 284 240 5 Bƣớc trục vít, S, mm 150 142 125 6 Năng suất trộn, Q, kg/h 2000 1700 1000 7 Chi phí năng lƣợng riêng, kwh/t.s.p 1,35 1,35 1,35 8 Khối lƣợng riêng của kim loại kg/t.s.p 300 300 300 -88- Nhận xét - Thời gian trộn phụ thuộc vào kích thƣớc hình học, chế độ làm việc, tính chất vật liệu trộn...Do đó, cần chú ý nếu khi tăng bán kính vít trộn, chi phí năng lƣợng riêng tăng bậc 4, còn khi tăng tốc độ quay chi phí năng lƣợng tăng bậc 3. Vì vậy, khi chọn giải pháp nâng cao khả năng trộn phải hết sức lƣu ý đến các yếu tố ảnh hƣởng nêu trên; - Các loại máy trộn đã trình bày trên đây đảm bảo cơ sở khoa học để giúp cho các thành phần kinh tế đầu tƣ, trang bị và sử dụng, đảm bảo tiết kiệm năng lƣợng, tiết kiệm nguyên vật liệu trong điều kiện kinh tế dang có nhiều biến động... KẾT LUẬN CHƢƠNG IV 1. Xác định đƣợc quá trình trộn khô chất bột nói chung và thức ăn gia súc nói riêng có thể xem nhƣ sự cản chuyển động của vật rắn trong khối vật liệu rồi coi nhƣ lực cản trong chất lỏng nhớt. Thiết lập phƣơng trình chuyển động trên cơ sở sử dụng phƣơng trình động học chất lỏng, qua thực nghiệm sẽ tìm mối quan hệ giữa các yếu tố “vào” – “ra” 2. Trên cơ sở phƣơng trình Navie –Stok, xác định điều kiện chuyển động của chất lỏng (hoặc bột) với chế độ làm việc cho trƣớc thông qua các chuẩn số đồng dạng đã đƣợc các nhà khoa học xác định, chuẩn số Ơle Eu, chuẩn số Frut Fr, chuẩn số Râynon Re. Phƣơng trình mô tả quá trình trộn đƣợc biểu diễn bằng công thức toán học (4.3) 3. Dạng tổng quát của chi phí năng lƣợng để thực hiện khâu trộn theo phƣơng trình (4.4) hoặc mô tả theo phƣơng trình (4.11), từ đó giúp ta xác định đƣợc các hệ số thức nghiệm. 4. Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, xác định đƣợc dãy máy trộn đƣợc ký hiệu ở bảng (4.2) là các loại máy trộn MT – 1; MT -2 có chi phí năng lƣợng riêng 1,35 kWh/t.s.p, với khối lƣợng máy từ 300 500 kg, liên hợp với nguồn động lực từ 1,4 2,7 kW 5. Đến nay, HTX Dịch vụ - Chăn nuôi xã Quí Lộc, huyện Yên Định đã đặt mua từ 4 chiếc máy trộn để ứng dụng cho vùng có yêu cầu ở địa phƣơng. -89- KẾT LUẬN CHUNG - Cơ giới hóa khâu chế biến thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam (nói chung) và sản xuất thức ăn chăn nuôi ở vùng xa, vùng sâu phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội đang là vấn đề cấp bách. - Trong cơ cấu giá thành thức ăn chăn nuôi, chi phí lao động dao động khá lớn (từ 7 20%) nhất là đối với cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi qui mô vừa, nhỏ của doanh nghiệp tƣ nhân. Nguyên nhân chính là sử dụng lao động thủ công còn khá phổ biến (Chiếm 20% trong giá thành sản phẩm). Việc nghiên cứu ứng dụng các liên hợp máy chế biến thức ăn chăn nuôi đang đòi hỏi có hệ thống máy phù hợp. - Nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xác định ảnh hƣởng của một số yếu tố chính đến chất lƣợng và chi phí năng lƣợng riêng của máy trộn, từ đó xác định bộ thông số chế tạo hợp lý của máy trộn kiểu vít đứng. - Nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết động lực học trong điều kiện chuyển động của chất lỏng (hoặc bột) với chế độ làm việc cho trƣớc thông qua các chuẩn số Ơle Eu, chuẩn số Frut Fr, chuẩn số Râynon Re nhằm mô tả quá trình trộn thức ăn chăn nuôi và rút ra đƣợc mối quan hệ: Chuẩn số Euler là hàm phụ thuộc của chuẩn số Renon và chuẩn số Frut: Eu = f(Re,Fr), hay hàm chi phí công suất cho quá trình trộn đƣợc tính: m p dn dnCN .. ... 22 53 - Trên cơ sở mẫu máy trộn TK – 1A, đã ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng phép phân tích thứ nguyên để xác định dãy máy trộn bột vít đứng, dựa vào các công thức tính toán từ (4-22) (4.26) đã thiết kế. Dãy máy trộn đƣợc đề xuất phù hợp yêu cầu chung về chi phí năng lƣợng, khối lƣợng riêng và đặc biệt là ứng suất trộn vừa phù hợp với yêu cầu phát triển thức ăn chăn nuôi tại các vùng có yêu cầu trang bị. -90- NHẬN XÉT VỀ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Mặc dù gặp rất nhiều khó khăn về kinh phí, thời gian, nhƣng qua nửa năm thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu - triển khai của đề tài luận văn, đề tài phát huy khả năng của ngƣời học viên cao học, thu thập nhiều ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực máy móc phục vụ cơ giới hoá chăn nuôi và với sự trợ giúp của Hợp tác xã Dịch vụ - Chăn nuôi Quý Lộc, huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hoá, nên đề tài đã đạt đƣợc kết quả, lắp đặt thử nghiệm máy trộn cỡ nhỏ và cũng từ đó đƣợc sản xuất tin cậy, chấp nhận cho phép triển khai những mẫu máy có công suất nhỏ hơn. So với mục tiêu, nội dung đề ra, đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số chính đến chi phí năng lƣợng của máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng” đã hoàn thành một cách đầy đủ. Để sản phẩm đạt hàm lƣợng khoa học cao, đề tài luận văn đã kết hợp phƣơng pháp nghiên cứu truyền thống và phƣơng pháp nghiên cứu hiện đại; điều tra, tập hợp tƣ liệu từ các Cục thống kê các tỉnh có liên quan (thuộc miền núi phía Bắc, miền Trung),Tổng cục thống kê, thu thập tài liệu mới từ 2006 – 2007 nhằm xác định đúng yêu cầu của ngƣời sử dụng cũng nhƣ trình độ công nghệ chế tạo nhằm đƣa ra những mẫu phù hợp, đã chế tạo bộ truyền đai để thay đổi tốc độ quay của trục vít, nhằm xác định ảnh hƣởng của yếu tố này tới chất lƣợng và chi phí năng lƣợng riêng của máy trộn. Trong quá trình xử lý yếu tố “VÀO” để có đại lƣợng “RA” phù hợp, đề tài đã ứng dụng chƣơng trình tính toán “QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM” của Viện Cơ điện Nông nghiệp & Công nghệ sau thu hoạch, kiểm tra trên máy tính nhằm đảm bảo độ tin cậy; trên cơ sở kết quả hợp lý thu đƣợc đƣơc, đề tài đã ứng dụng lý thuyết mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên để đề xuất dãy máy trộn có công suất nhỏ hơn và đã đƣợc cơ sở sản xuất chấp nhận và đặt hàng. -91- NHỨNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TIẾP 1. Nghiên cứu tính chất cơ lý của các loại nguyên liệu phù hợp với công nghệ chế biến thức ăn chăn nuôi nói chung nhằm phục vụ tốt hơn, hoàn chỉnh hơn cho việc hình thành hệ thống máy trộn thức ăn chăn nuôi. 2. Cần tiếp tục xác định đồng thời nhiều yếu tố ảnh hƣởng trong nghiên cứu quá trình trộn đều: Chi phí năng lƣợng riêng, kim loại riêng dể chọn dãy máy phù hợp hơn phục vụ cho vùng có qui mô sản xuất nhỏ, phân tán. 3. Nghiên tố cơ bản các yếu tố có độ liên kết nhỏ nhằm đề xuất đƣợc quy luật tác động của yếu tố lực ma sát và một số yếu tố khác nhằm xây dựng một quy luật thật phù hợp đảm bảo mô tả chính xác mối quan hệ trong quá trình trộn. -92- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG NGA [1]. Kaфapoв B.B. Meтoды киepнeтики в xимии и xимичecкoй тexнoлoгии M. “ Xимия”, 1976. [2]. ячев ..B. Движeние cыпyчиx матepиaлoв и yнкepы M. “Клoc” 1978. [3]. Pacкaтoвa E.A. Ypaвнение cмeшивания cыпyчиx кopмoв, MэСX – 1979. [4]. Ceлянев A. Д. и дp. Ycтpoйcтвo для дoзиpoвaния, cмeшивания и трaнcпopтиpoвания cыпyчиx матepиaлoв, Peф. Жypнaл, 2.1986. TIẾNG VIỆT [5]10TCN- Tiêu chuẩn ngành (10TCN 860 : 2006) - Thức ăn chăn nuôi – Độ dao động phân tích cho phép đối với các chỉ tiêu chất lượng - Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn -2006 [6] Cục chế biến nông lâm sản và nghề (2001)-Đề xuất mô hình và định hướng phát triển. Tài liệu lưu hành nội bộ tại cục chế biến nông lâm sản và nghề và Viện Cơ điện Nông nghiệp &Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội, 2001 [7] Nguyễn Năng Nhượng - Lưu Quốc Cầu (2000) – Góp phần từng bước hoàn thiện qui trinh sản xuất và nâng cao hiệu quả dây chuyền chế biến thức ăn gia súc qui mô 2t/h và 3 t/h. Tài liệu lưu hành tại Viện Cơ điện Nông nghiệp &Công nghệ sau thu hoạch , Hà Nội, 2000 [8] Nguyễn Năng Nhượng - Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp kỹ thuật điều khiển tự động hoạt động dây chuyền chế biến thức ăn gia súc. Tuyển tập báo cáo khoa học tại hội nghị VICA – 5 [9] Nguyễn Năng Nhượng (2001) - Kết quả chuyển giao dây chuyền chế biến thức ăn gia súc qui mô 2 t/h; 3 t/h và 5 t/h. Tuyển tập kết quả khoa học công nghệ cơ điện nông nghiệp 1996  2000, Hà Nội, 2001 [10] Nguyễn Thị Minh Thuận (1988) – Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng và năng lượng của máy trộn bột thức ăn gia súc khô kiểu vít đứng, Luận án Phó tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, 1988 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên [11] Nguyễn Thị Minh Thuận (1988) – Nghiên cứu quy luật chuyển đọng của khối bột trong máy trộn bột kiểu vít đứng, Tạp chí “Cơ điện KHNN, Viện CCCGHNN số 1/1988 [12] Phạm Văn Lang – Bạch Quốc Khang (1998) - Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1998 Phạm Văn Lang (1985) – Cơ sở lý thuyết kế hoạch thực nghiệm hóa thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1985. Phạm Văn Lang (1996) – Đồng dạng, mô hình và phép phân tích thứ nguyên và ứng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1996 [13] Phạm Văn Lang (2008) – Qui hoạch cơ giới hóa nông nghiệp tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2008  2020. Tài liệu lưu hành tại trung tâm cơ điện nông nghiệp và ngành nghề nông thôn, Hà Nội, 2008 [14] Tổng cục thống kê (2008) – Kết quả tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và thủy sản 2006 – NXB, Thống kê, Hà Nội, 2008. [15] Trần Quang Quý, Nguyễn Văn Vịnh, Ngô Bích (2001). Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, NXB giao thông vận tải, Hà Nội, 2001 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY TRỘN KHÔ KIỂU VÍT ĐỨNG TK – 1A TẠI XÃ QUÝ LỘC – THANH HÓA (Tháng 3 – 2008) H1. Kiểm tra độ ẩm của hạt H2. Chuẩn bị nguyên liệu trộn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên H4. Thu sản phẩm sau khi trộn H3. Đóng mẫu bột thức ăn chăn nuôi