Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái 3

76 Hình 2 51 Bản vẽ thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ trong vườn cây ăn trái Bảng 2 20 Thông số kỹ thuật máy cắt cỏ sau khi hoàn chỉnh thiết kế Thông số kỹ thuật Yêu cầu Giá trị Tốc độ làm việc 2 – 4 (kmh) Tốc độ đĩa dao 1800 – 2400 (vòngphút) Chiều cao cắt ≥ 3 (cm) Chiều rộng làm việc 1,1 (m) Số lượng dao cắt tối đa 8 dao Số người vận hành 1 người Khối lượng mô đun cắt 75 (kg) Công suất động cơ 7 (HP) Tổng khối lượng máy 175 (kg) CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương này t.

Hình 2.51: Bản vẽ thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ vườn ăn trái Bảng 2.20: Thông số kỹ thuật máy cắt cỏ sau hoàn chỉnh thiết kế Thông số kỹ thuật Yêu cầu Giá trị Tốc độ làm việc – (km/h) Tốc độ đĩa dao 1800 – 2400 (vòng/phút) Chiều cao cắt ≥ (cm) Chiều rộng làm việc 1,1 (m) Số lượng dao cắt tối đa dao Số người vận hành người Khối lượng mô đun cắt 75 (kg) Công suất động (HP) Tổng khối lượng máy 175 (kg) CHƯƠNG VẬT LIỆU PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương trình bày phương pháp nghiên cứu, dụng cụ thí nghiệm, cách xác định biến đầu vào thực nghiệm hàm mục tiêu, phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm cắt cỏ vườn ăn 76 3.1 Tổng quát nội dụng thực đề tài nghiên cứu Đề tài thực theo trình tự sau Hình 3.1: Lưu đồ thực đề tài 3.2 Phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 3.2.1.1 Phương pháp kế thừa  Kế thừa có chọn lọc với kết nghiên cứu tác giả nghiên cứu lĩnh vực máy cắt, cắt thực vật thơng qua cơng trình khoa học cơng bố  Tìm hiểu số thiết bị cắt cỏ hai dao nước giới  Tiếp cận tiếp thu ý kiến chuyên gia, nhà nghiên cứu lĩnh vực máy nông nghiệp nói chung máy cắt thực vật nói riêng  Tiến hành khảo sát công nghệ thiết bị, tìm hiểu phân tích thiết bị để nắm bắt thông số công nghệ, yêu cầu kỹ thuật thiết bị làm sở so sánh, đánh giá thiết bị nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm  Tìm hiểu ưu điểm nhược điểm máy cắt cỏ có để nghiên cứu, 77 chế tạo máy cắt cỏ theo hướng nghiên cứu đề tài 3.2.1.2 Phương pháp giải tích tốn học Áp dụng cơng thức tốn học tài liệu để thực tính tốn thiết kế máy theo hướng tạo mơ hình vật lý giải toán qui hoạch thực nghiệm bậc để xác định thông số ảnh hưởng đến suất, chi phí nhiên liệu, độ sót chất lượng lát cắt 3.2.1.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Qui hoạch thực nghiệm (QHTN) Fisher đề xuất năm 30 kỷ XX để giải toán thực nghiệm Fisher đưa lĩnh vực thống kê toán học giải tích phương sai, cho phép ước lượng vai trị yếu tố tổng phương sai Giải tích phương sai giải tích hồi qui dựa sở QHTN có mối liên hệ phức tạp Trong nghiên cứu tác giả lựa chọn phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố, nhằm xác định khoảng nghiên cứu miền giá trị yếu tố cần nghiên cứu, từ xác định điểm thích hợp Ngun tắc phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố cố định yếu tố khác để xác định ảnh hưởng yếu tố biến thiên tới hàm mục tiêu mà đốn định thăm dị trước Qua thăm dò khoảng nghiên cứu cho phép yếu tố ảnh hưởng tới giá trị cực trị hàm mục tiêu Trên sở đó, đề tài tiến hành làm thực nghiệm đơn yếu tố với việc sử dụng phần mềm SPSS để xử lý số liệu thống kê xác định miền giá trị, từ kết thu cho phép xây dựng chế độ cắt cỏ thích hợp Nội dung thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng thông số công nghệ liên qua đến hàm mục tiêu gồm: suất làm việc máy Ns (ha/h), tiêu hao nhiên liệu xăng NL (lít/ha), độ sót Ds (%) 3.3 Xác định thông số nghiên cứu đầu vào phương pháp xác định 3.3.1 Xác định biến số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Có nhiều yếu tố tác động đến tiêu chất lượng máy cắt cỏ :  Mật độ cỏ vườn  Vận tốc tiến máy  Vận tốc dao cắt Trên sở phân tích luận giải giới hạn thực đề tài, tác giả loại bỏ yếu tố không xác định khỏi không gian nghiên cứu, Đề tài chọn hai yếu tố ảnh hưởng đến tiêu chất lượng máy cắt cỏ gồm:  Vận tốc dao cắt (Vd), m/s  Vận tốc tiến máy cắt gốc (Vm), m/s Nhằm giúp cho việc nghiên cứu mang tính tồn diện đề tài trình bày cách xác định 78 thơng số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu sau : 3.3.2 Vận tốc dao Phương pháp xác định vận tốc dao cắt  Khả cắt cỏ phụ thuộc vào vận tốc đầu dao Số vòng quay đĩa dao phản ảnh vận tốc đầu dao Dao cắt chuyển động theo đĩa dao cắt vào gốc cỏ qua luống cỏ Vận tốc dao lớn gây tổn thất lượng, tiêu hao nhiều cơng suất q trình cắt Thay đổi số vịng quay trục lắp đĩa dao cắt từ 14002200 vòng/phút cách thay đổi đường kính pully bị động pully chủ động máy Pully thiết kế có kích thước thay đổi mức kích thước  Việc xác định đo kiểm tra lại số vòng quay thực đĩa dao máy đo số vòng quay số (digital) Khi đo phải cách dán miếng giấy bạc vào trục quay) Kết số vòng quay hiển thị hình máy đo Việc đo lấy trung bình lần đo khác Vận tốc dao quy đổi từ số vòng quay đĩa dao sang vận tốc dài m/s V𝑑 = 2Rn 60 (3.1) Vd- vận tốc dao cắt , m/s n- Số vòng quay trục dao cắt, vòng/phút; R- bán kính dao (tính từ tâm quay đến mặt biên dao),m; Trong thực nghiệm biến số vận tốc dao cắt mã hóa (X1) 3.3.3 Vận tốc tiến máy Vận tốc tiến yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt, tiêu hao nhiên liệu, suất cắt đồng độ sót Vận tốc tiến máy xác định cách xác định chiều dài đường cắt thước dây sử dụng đồng hồ bấm giây đo thời gian hết đường chạy máy V𝑚 = S  (3.2) S- Chiều dài luống, m; - Thời gian, s Trong thực nghiệm biến số vận tốc tiến máy mã hóa (X2) 3.3.4 Xác định mật độ cỏ Mật độ cỏ vườn xác định cách lấy mẫu ngẫu nhiên vị trí vị trí vị trí m2 cân trọng lượng 3.4 Xác định hàm mục tiêu phương pháp xác định Là yếu tố đánh giá tiêu chất lượng máy cắt cỏ có đạt yêu cầu thiết kế sau:  Năng suất (Ns),ha/ giờ;  Tiêu hao nhiên liệu (Nl), lít/giờ;  Độ sót cỏ cắt cịn lại (Ds),%; 79 Các yếu tố có liên quan với định đến chất lượng máy cỏ hai dao, chúng phải đạt yêu cầu định lần chạy Hệ thống tiêu phương pháp đánh giá 3.4.1 Phương pháp xác định suất cắt Năng suất máy tính theo thời gian làm việc hecta Khi khảo nghiệm đo tổng thời gian máy làm việc diện tích thí nghiệm sau trừ khoảng thời gian dừng máy Năng suất máy tiêu đánh giá làm việc máy cắt cỏ ảnh hưởng đến hiệu đầu tư máy cắt Xác định suất máy làm việc (ha/giờ) xác định diện tích máy làm việc đơn vi thời gian Việc xác định diện tích đường cắt máy cắt cỏ thước dây đo chiều rộng chiều dài Thời gian máy làm việc xác định đồng hồ có bấm giây Ns = A  (3.3) Trong : Ns- suất ha/giờ - Thời gian, h A- diện tích cắt, m2 Năng suất máy thực nghiệm mã hóa Y1 3.4.2 Phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu Tính lượng xăng máy làm việc hecta Vừa tra theo sổ tay máy kéo, kiểm chứng thực tế phương pháp bù vào trước máy bắt đầu làm việc Phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu sử dụng theo cách: trước tiến hành chạy máy khảo nghiệm, ta bơm xăng vào đầy thùng chứa xăng trước tiến hành khảo nghiệm máy hoàn thành hết khoảng diện tích khảo nghiệm xác định thực đổ bổ sung vào mức đầy ban đầu từ xác định lượng xăng bổ sung đầy thùng xăng mức tiêu hao xăng đơn vị diện tích làm thực nghiệm Lượng xăng bổ sung vào dùng cốc ống đong nhiên liệu có chia mức ml: Nnl = Bx 𝐴 (3.4) Trong đó: Nnl- mực xăng tiêu hao, lít/ha Bx-mức xăng bổ sung vào thùng xăng trước chạy khảo nghiệm, lít; A-diện tích máy cắt được, m2; Trong xử lý thống kê lượng tiêu hao nhiên liệu mã hóa thành Y2 3.4.3 Phương pháp xác định độ sót Bao gồm tính độ gãy đổ cỏ khơng cắt đứt Cách xác định cách cắt tay trực tiếp Dùng bút màu đánh dấu cỏ hai dao cịn sót lại bị gãy đổ sau máy cắt cỏ qua Cách tiến hành cho máy chạy đường tiến hành lấy vị trí, vị trí lấy theo chiều dài 100m đo trọng lượng khơng cắt kể tính cỏ gãy nghiêng không đứt hết đường cắt Ds = Ss 𝑇 100% (3.6) 80 Trong đó: Ds -Độ sót ,%; Ss -Số lượng cỏ hai daokhơng cắt T- tổng số cỏ hai dao bụi diện tích cắt Trong xử lý thống kế tiêu hao độ sót mã hóa thành Y3 3.5 Các thiết bị đo phương pháp đo Thiết bị đo, phương pháp đo, tiêu cần đo phải đặc biệt quan tâm, có việc đo đúng, xác định thơng số từ cho phép xây dựng chế độ làm việc máy  Dụng cụ đo sơ vịng quay Vận tốc dao cắt tính từ số vịng quay đĩa dao cắt Số vòng quay đo Máy đo số vòng quay lutron DT-2235B Model : DT-2235B Lutron – Đài Loan sản xuất Hoặc máy đo vận tốc vịng quay Total Meter DT2234C Thiết bị có độ phân giải cao 0.1RPM (2.5 ~ 999.9RPM), độ xác có giá trị khoảng ± (0,05% +1 chữ số) mang đến kết đo đạc xác Hình 3.2: Dụng cụ đo số vòng quay phương pháp đo số vòng quay  Dụng cụ đo chiều dài Để xác định phạm vi thí nghiệm diện tích lấy số liệu thí nghiệm ta cần số dụng cụ đo chiều dài Bao gồm: Đo phạm vi giới hạn máy hoạt động thí nghiệm ta sử dụng thước dây 50m 81 Hình 3.3: Thước kéo 50m  Dụng cụ đo mức chất lỏng Ca đong có vạch chia sử dụng để đo lượng nhiên liệu tiêu hao sau lần máy hoàn thành hành trình cắt thử nghiệm Phương pháp đo lượng tiêu hao sau: trước máy bắt đầu vận hành cắt thử nghiệm phạm vi định ta tiến hành cho đầy nhiên liệu vào bình chứa nhiên liệu máy Sau máy hoàn thành hết phạm vi thí nghiệm ta cho nhiên liệu đầy trở lại vào bình chứa nhiên liệu máy, lượng nhiên liệu cho vào kiểm sốt thơng qua ca đong có vạch chia Khi đó, lượng nhiên liệu cho vào sau thí nghiệm lượng tiêu hao nhiên liệu máy trình hoạt động 𝑉𝑛ℎ𝑖ê𝑛 𝑙𝑖ệ𝑢 𝑡ℎê𝑚 𝑣à𝑜 𝑡ℎù𝑛𝑔 𝑠𝑎𝑢 𝑘ℎ𝑖 đổ đầ𝑦 = 𝑉𝑛ℎ𝑖ê𝑛 𝑙𝑖ệ𝑢 𝑡𝑖ê𝑢 ℎ𝑎𝑜 Hình 3.4: Ca đong có vạch chia xác định mực nhiên liệu [47]  Dụng cụ đo khối lượng Để đo khối lượng cỏ cắt lượng cỏ sót lại sau thí nghiệm, ta sử dụng cân đồng hồ Nhơn Hòa loại 10kg 5kg để thị giá trị kim Đồng thời, vạch hiển thị có dung sai  0,01g 82 Hình 3.5: Cân Nhơn Hòa loại  Dụng cụ đo thời gian Với mục đích đo suất làm việc máy cắt cỏ, ta cần dụng cụ xác định thời gian máy hoàn thành trình vận hành thử nghiệm diện tích cho trước Vì vậy, đồng hồ bấm thời gian thiết bị khơng thể thiếu giúp ta nắm thơng số thời gian q trình thí nghiệm Hình 3.6: Đồng hồ bấm thời gian  Một số dụng cụ khác Ngoài dụng cụ đo nhầm xác định kết thí nghiệm, ta cịn cần chuẩn bị số dụng cụ tháo lắp khí để thay đổi loại puly hiệu chỉnh máy cần, ngồi để thu cỏ cịn sót lại sau máy qua ta chuẩn bị số dụng cụ cắt như: liềm, 3.6 Phương pháp sử dụng thực nghiệm 3.6.1 Mô tả tổng quát phương pháp Để đánh giá ảnh hưởng thông số làm việc máy gồm vận tốc dao cắt (Vd) vận tốc tiến máy (Vm) ảnh hưởng đến hàm mục tiêu máy cắt cỏ , đề tài sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố để xác định khoảng cần khảo sát thông số vận tốc dao cắt gốc (Vd) vận tốc tiến máy (Vm) ảnh hưởng thông số hàm mục tiêu bao gồm suất máy (Ns), tiêu hao nhiên liệu (Nnl) độ sót gốc (Ds) dựa nguyên tắc cố định thông số thông số khảo sát Tiếp theo để đánh giá ảnh hưởng tổng hợp, đồng thời ba thông số (Vd) vận tốc tiến máy (Vm), nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm yếu tố toàn phần để xây dựng phương trình thực nghiệm Ns, Nnl, Ds Quy hoạch thực nghiệm phương pháp tổ chức thí nghiệm cho 83 số thí nghiệm thu nhận lượng thơng tin nhiều Đây phương pháp cho phép nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời nhiều yếu tố công nghệ đến tiêu q trình mà không cần phải cố định thay đổi biến số Kết cuối quy hoạch thực nghiệm xây dựng nên mơ hình tốn học dạng phương trình hồi quy biểu thị mối quan hệ thông số đầu với thông số đầu vào [30] Phương pháp mô tả thống kê quan niệm hệ hộp đen, cấu trúc tính chất bên khơng biết rõ Nói cách khác, mơ hình thống kê khơng cho biết chất bảo toàn chất động học hệ mà mô tả mối quan hệ thông số đầu vào đầu hệ sở phương pháp toán học thống kê [31] X1- vận tốc dao cắt m/s X2- vận tốc tiến máy (m/s) Y1-Năng suất máy (ha/h) Y2-Tiêu hao nhiên liệu riêng (lít/ ha) Y3-Độ sót (%) Hình 3.7: Minh họa mơ hình hộp đen Như vậy, mối quan hệ đầu vào – đầu túy quan sát thực nghiệm không dựa sở lý thuyết Trong trường hợp cấu trúc hộp đen, hàm mô tả hàm nhiều biến Y = (X1, X2, , Xk) phân tích thành dãy Taylor tức hàm hồi quy lý thuyết: k k k j 1 i j j 1 Y  0    j X j   ij X i X j    jj X 2jj    (3.7) Với nhiễu  tuân theo luật phân phối chuẩn (0, 2) Để xác định hệ số hồi quy lý thuyết 0, j, ij, jj, cần có vơ hạn số thực nghiệm mà thực tế số thực nghiệm hữu hạn, nên xuất hệ số hồi quy thực nghiệm (còn gọi thơng số mơ hình thống kê) b0, bj, bij, bjj, hàm tốn mơ tả hệ hàm hồi quy thực nghiệm Mơ hình bậc hai hàm có dạng: k k k j 1 i j j 1 Y  b0   b j X j   bij X i X j   b jj X 2jj (3.8) Phương sai nhiễu  theo luật phân phối chuẩn Dξ = σ2 Nếu bố trí thí nghiệm theo qui hoạch trực giao bậc hai xây dựng mơ hình thống kê Y biểu diễn gần hàm Y 84 3.6.2 Các bước xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm [32] Xây dựng ma trận thí nghiệm X Xác định hệ số bj phương trình hồi quy thực nghiệm Y Kiểm định giả thiết qua ba bước: Bước Kiểm định sai số chuẩn ξ Bước Kiểm định hệ số bj phương trình hồi quy Bước Kiểm tra phù hợp phương trình hồi quy Y Trong hệ số hồi quy xác định kiểm định theo tiêu chuẩn thống kê Student Do khó khăn mặt khí việc thay đổi thơng số ghi nên thực thí nghiệm khơng có điểm * *, đề tài chuyển sang sử dụng phương pháp thực nghiệm yếu tố toàn phần (nghĩa tiến hành tất thí nghiệm mà tổ hợp mức yếu tố X thể hiện), số thí nghiệm cần thực 33 = 27 thí nghiệm Do tiến hành thí nghiệm đơn yếu tố nên phương pháp cho phép thực hai mức số thí nghiệm đa yếu tố cần làm 23 = thí nghiệm, hai mức thường hai giá trị biên yếu tố X Kết hợp với thí nghiệm đơn yếu tố tổng số thí nghiệm cần thực 15 thí nghiệm 3.6.3 Giới thiệu chương trình SPSS Statistics 17.0 SPSS Statistics 17.0 [33] (Statistical Package for Social Sciences) hệ thống toàn diện quản lý liệu phân tích thống kê mơi trường đồ họa SPSS lấy liệu từ nhiều loại file khác sử dụng chúng để tạo bảng báo cáo, đồ thị vẽ đường phân bố, đường xu hướng, thông kê mô tả thực nhiều phân tích thống kê phức tạp Mơi trường làm việc SPSS gồm hai phần: phần soạn thảo liệu đầu vào (SPSS Data Editor) phần kết đầu (Out – SPSS Viewer) SPSS Data Editor gồm Data Viewer Variable Viewer cho phép nhập số liệu đầu vào trực tiếp Add file số liệu dạng Excel.xml, đồng thời định dạng biến số theo dạng số (Number) hay dạng chữ Sau khởi động chương trình thấy giao diện SPSS sau: 85 Hình 3.8: Mơ hình quản lý liệu (data view) Hình 3.9: Mơ hình quản lý biến (variable view) Màn hình hiển thị kết (output): Hình 3.10: Mơ hình quản lý biến (variable view) Trong đó: 86 Variable Name: tên biến (dài kí tự khơng có kí tự đặc biệt) Type: kiểu mã hóa Labels: nhãn biến, phần nhập nhiều giá trị nhãn phù hợp với thiết kế bảng liệu Value: Giá trị giá trị mã hóa (value) tương ứng với nhãn giá trị (value label) Missing: ký hiệu giá trị khuyết (lỗi) Column: thiết đặt độ lớn cột mang tên biến vị trí nhập liệu biến Measure: thang đo lường Trên sở cấp độ thang đo lường (biểu danh, thứ tự, khoảng cách tỉ lệ), SPSS phân thành thang đo (biểu danh (nominal), thứ tự (ordinal) scale (khoảng cách tỉ lệ) Phần mềm SPSS cho phép xử lý phép phân tích thông kê thông thường: Bivariate statistics (thống kê hai biến số): Means (trung bình); t-test (phép thủ kiểm tra, phân tích…); ANOVA (phân tích phương sai); Correlation (tương quan) bao gồm bivariate (hai biến), partial (tương quan phần, tương quan khơng hồn tồn), distances (tương quan rời rạc, lỏng lẻo); Nonparametric tests (kiểm tra thông số giới hạn) Prediction for numerical outcomes: Linear regression (dự đoán kết số dạng hồi qui tuyến tính…) Prediction for identifying groups: Factor analysis (phân tích nhân tố); cluster analysis (phân tích cho dám đơng) bao gồm two – step (hai bậc), K – means (số K), hierarchic (có thứ bậc) SPSS cho phép lưu chạy thuật toán giúp việc kiểm tra kết dễ dàng Phạm vi Đề tài giới thiệu vài chức bản, ngồi cịn nhiều chức khác cơng cụ,… tìm hiểu kỹ qua tài liệu phần mềm [33] Trong Đề tài này, tác giả quan tâm đến phương pháp phân tích hồi quy (Regression), phân tích phương sai (ANOVA – Analysis of Variance) giới thiệu cụ thể phần CHƯƠNG KHẢO NGHIỆM MÁY VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Mục đích, thời gian địa điểm khảo nghiêm  Mục đích khảo nghiệm  Kiểm tra chất lượng chế tạo máy  Kiểm tra mối lắp ghép, chất lượng lắp ráp máy  Đo kiểm tra thông số kỹ thuật phận  Xây dưng chế độ vận hành máy hợp lý  Thời gian,địa điểm Từ ngày15 tháng 12 đến ngày 10 tháng 01 năm 2020 xưởng khí 55 Trần Nhật Duật, Phường tân Định Quận 1, Tp.Hồ Chí Minh 4.2 Chuẩn bị mơ hình thử nghiêm Chuẩn bị pully va đay đai để thay đổi tốc độ tiến nhăm thục hiên theo thư 87 ... sở so sánh, đánh giá thiết bị nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm  Tìm hiểu ưu điểm nhược điểm máy cắt cỏ có để nghiên cứu, 77 chế tạo máy cắt cỏ theo hướng nghiên cứu đề tài 3. 2.1.2 Phương pháp... nghiên cứu tác giả nghiên cứu lĩnh vực máy cắt, cắt thực vật thơng qua cơng trình khoa học cơng bố  Tìm hiểu số thiết bị cắt cỏ hai dao nước giới  Tiếp cận tiếp thu ý kiến chuyên gia, nhà nghiên. .. (%) 3. 3 Xác định thông số nghiên cứu đầu vào phương pháp xác định 3. 3.1 Xác định biến số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Có nhiều yếu tố tác động đến tiêu chất lượng máy cắt cỏ :  Mật độ cỏ vườn