Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên phân bón hửu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định cánh quay

Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng viên bằng máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay. Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phí năng lượng riêng bé nhất.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN QUANG PHONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHN VỊNG CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỒNG NAI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN QUANG PHONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BĨN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHN VỊNG CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60 52 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NHƯ NAM ĐỒNG NAI, 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu , kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả luận văn Trần Quang Phong ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ xin chân thành cảm ơn đến: - Thầy TS Nguyễn Như Nam, Giảng viên môn Máy Sau thu hoạch - Chế biến, khoa Cơ khí – Cơng nghệ, Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Giáo viên hướng dẫn đề tài Thầy tận tình bảo giúp đở tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình làm đề tài Qua thời gian làm việc thầy, tơi có kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận định đánh giá vấn đề Đó tảng cho tơi tiếp bước vững cơng tác giảng dạy sau - Thầy PGS.TS Nuyễn Phan Thiết : Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học Trường Đại Học Lâm Nghiệp - Thầy PGS.TS Dương Văn Tài trưởng khoa sau Đại Học, Chủ nhiệm khoa điện cơng trình,Chủ nhiệm môn máy chuyên dùng Trường Đại Học Lâm Nghiệp - Ban Giám Hiệu , Phòng Đào tạo sau Đại Học Trường Đại Học Lâm Nghiệp toàn thể giảng viên giãng dạy hướng dẫn môn học chương trình đào tạo sau Đai Học tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn - Các Anh học viên lớp cao học khóa K20 năm 2012 – 2014 hổ trợ, giúp đở, động viên chia sẻ kinh nghiệm học tập làm việc - Xin cảm ơn q Thầy, Cơ phản biện đề tài cho lời nhận xét quí báu Qua phản hồi tơi để hồn thiện q trình nghiên cứu Tác giả Trần Quang Phong iii MỤC LỤC ĐỀ MỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Chương 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 Chương 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 Chương 3.1 3.1.1 Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng luận cơng trình cơng bố vấn đề nghiên cứu Tổng luận công nghệ sản xuất phân bón hữu – vi sinh dạng viên Tổng luận cơng trình máy ép viên kiểu khn vịng Cơ sở lý luận vấn đề nghiên cứu Cơng nghệ sản xuất phân bón hữu vi sinh Lý thuyết ép viên Cấu tạo lý thuyết tính tốn máy ép viên kiểu khn vịng cố định – cánh quay Ý kiến thảo luận MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát Mục tiêu cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp tối ưu hóa Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu Giải tốn tối ưu hóa KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu máy ép viên kiểu khn vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 phương pháp quy hoạch thực nghiệm Mơ hình thực nghiệm Trang i ii iii vi viii ix 5 13 13 17 25 32 33 33 33 33 33 33 34 34 34 34 34 35 45 45 46 47 48 48 48 iv 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 Chương 4.1 4.2 Phụ lục P.1.1 P.1.2 P.1.2.1 P.1.2.2 P.1.3 P.1.3.1 P.1.3.2 Phụ lục P.2.1 P.2.2 P.2.2.1 P.2.2.2 P.2.2.3 P.2.2.4 P.2.3 P.2.3.1 Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc II Ý kiến thảo luận Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép viên kiểu khn vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 Khái niệm thông số tối ưu tiêu tối ưu Kết xác định thơng số tối ưu hóa đơn mục tiêu Kết xác định thơng số tối ưu hóa đa mục tiêu theo phương pháp trọng số Kết thực nghiệm kiểm định miền tối ưu KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Thực nghiệm theo quy hoạch bậc I Kết thực nghiệm theo quy hoạch bậc I Kết xử lý số liệu cho hàm độ bền viên phân Kết phân tích phương sai độ bền viên phân khơng có số hạng chéo Kết phân tích phương sai độ bền viên phân có số hạng chéo (mã hóa) Kết xử lý số liệu hàm mức tiêu thụ điện riêng ( mã hóa) Kết phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện riêng khơng có số hạng chéo (mã hóa) Kết phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện riêng có số hạng chéo (mã hóa) Thực nghiệm theo quy hoạch bậc II Kết thực nghiệm theo quy hoạch bậc II Kết xử lý số liệu cho hàm độ bền viên( mã hóa) Kết phân tích phương sai hàm độ bền viên lần I(mã hóa) Kết phân tích phương sai hàm độ bền viên lần II (mã hóa) Kết tính toán hệ số hồi quy hàm độ bền viên dạng mã hóa Kết tính tốn hệ số hồi quy hàm độ bền viên dạng thực Kết xử lý số liệu cho hàm mức tiêu thụ điện riêng (mã hóa) 50 55 67 67 Kết phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện riêng lần I (mã hóa) 93 67 67 70 73 77 77 78 79 83 83 83 84 84 85 86 86 87 89 89 90 90 91 92 92 93 v P.2.3.2 P.2.3.3 P.2.3.4 Phụ lục P.3.1 P.3.2 Phụ lục P.4.1 P.4.1.1 P.4.1.2 P.4.2 Phụ lục Kết phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện riêng lần II (mã hóa) Kết tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện riêng dạng mã hóa Kết tính tốn hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện riêng dạng thực Vẽ đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng Các đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng hàm độ bền viên Các đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng hàm mức tiêu thụ điện riêng Kết tính tốn tối ưu hóa Kết tính tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y1 (hay B) Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar) Kết tính tốn tối ưu hóa đa mục tiêu Một số hình ảnh thực đề tài 94 94 95 96 96 100 103 103 103 103 104 109 vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu A Ar Ar B B f Fms G h Η k k1 k2 M n n ntn n0 N p q Q S1 S2 s x1 x2 x3 x4 x5 y1 y2 Ý nghĩa Điện tiêu thụ Mức tiêu thụ điện riêng Mức chi phí điện riêng để ép trung bình mẫu Độ bền viên phân bón Độ bền viên phân ép trung bình mẫu Hệ số ma sát vật với thành khuôn Lực ma sát Mô đun đàn hồi Khe hở cánh gạt bề mặt khuôn ép Độ nhớt động lực Số yếu tố đầu vào Hệ số cản trở gián đoạn vật liệu qua lỗ Hệ số Khối lượng vật liệu ép Số vòng quay Dung lượng mẫu Số thí nghiệm Số thí nghiệm lặp tâm Cơng suất điện sử dụng Chỉ số rút gọn LƯợNG cung cấp Năng suất máy Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ bền viên phân bón ép mẫu thí nghiệm Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm mức chi phí điện riêng để ép mẫu thí nghiệm Chiều dày khn ép Số vịng quay trục máy (cánh quay) n dạng mã hóa Khe hở đầu cánh bề mặt khn h dạng mã hóa Bán kính cong cánh gạt Rc dạng mã hóa Năng suất hay lượng cung cấp q dạng mã hóa Bề dày khn s dạng mã hóa Hàm hồi quy độ bền viên phân ép dạng mã hóa Hàm hồi quy mức tiêu thụ điện riêng để ép Thứ nguyên kWh kWh/t kWh/t % % N Pa mm pa.S tấn, kg vg/ph kw kg/ph tấn/h, kg/ph % kWh/t mm % kWh/t vii µ R Ω β Pđ T Z2 V pc α α1; α2 T tp/2 p τ0 Hệ số Poisson Bán kính cánh gạt Vận tốc góc Mức độ nén ép Lực đẩy sản phẩm khỏi khuôn Thời gian biến dạng Số lỗ khuôn Vận tốc Áp suất dư cạnh bên Mức điểm Các trọng số hay thông số điều khiển Thời gian ép Chuẩn số theo tiêu chuẩn student Mức nghĩa ứng suất ban đầu m, mm 1/s N s m/s N/m h, ph Pa viii Danh mục bảng Số bảng Bảng 2.1 Tên bảng Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc I (chưa ngẫu nhiên hóa) Trang 41 Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc II (chưa ngẫu nhiên hóa)Box – Hun ter 43 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I Kết thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc I Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II Kết thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc II Kết nhận dạng đồ thị hàm y1 (bề mặt đáp ứng) Kết nhận dạng đồ thị hàm y2 (bề mặt đáp ứng.) Kết thí nghiệm chế độ làm việc tối ưu 50 51 56 57 63 66 74 96 CC = 0.0597118 DD = 0.0704618 EE = 0.0398368 -P.2.3.4 Kết tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện riêng dạng thực 03/30/14 11:17:39 PM Page Regression coeffs for Ar - factor study -constant = 10.2979 A:n = -0.0211574 B:h = 0.154385 C:Rc = -0.0134028 D:q = -0.238753 E:s = -0.485389 AB = -5.30625E-4 AE = 1.39625E-3 AA = 3.19847E-5 CC = 9.55389E-5 DD = 2.81847E-3 EE = 0.0398368 97 Phụ lục Vẽ đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng P.3.1 Các đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng hàm độ bền viên Đồ thị B-n-h 69.6487 Đồ thị B-n-h 10 68.2637 77 h(mm) 74 B(%) 71 68 65 62 150 190 230 270 310 350 10 h(mm) 62.7237 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) Đồ thị B-n-Rc 69.607 150 Rc(mm) 74 B(%) 71 68 65 62 150 190 230 270 n(vg/ph) 310 350 150 130 110 90 70 50 Rc(mm) 73.8037 72.4187 71.0337 66.8787 64.1087 65.4937 n(vg/ph) 77 75.1887 Đồ thị B-n-Rc 130 76.552 110 68.218 90 66.829 70 64.051 50 75.163 73.774 72.385 70.996 65.44 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) 98 Đồ thị B-n-q Đồ thị B-n-q 69.2398 50 76.36 46 67.8158 42 74.9359 q(kg/ph) 78 75 B(%) 72 69 66 63 150 190 230 270 310 350 50 46 42 38 34 30 q(kg/ph) 73.5119 38 64.9677 34 63.5437 30 72.0879 70.6638 66.3918 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) n(vg/ph) Đồ thị B-n-s Đồ thị B-n-s 81.4442 s(mm) B(%) 85 81 77 73 69 65 61 150 190 230 270 310 350 s(mm) n(vg/ph) 79.2206 76.9969 74.7732 72.5495 70.3259 68.1022 65.8785 63.6549 61.4312 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) Do thi B-h-Rc Đồ thị B-h-Rc 150 76 73 74.1936 130 110 Rc(mm) 68.5436 B(%) 70 67 64 61 h(mm) 10 150 130 110 90 70 50 Rc(mm) 75.6061 67.1312 90 65.7187 64.3062 70 62.8937 61.4812 50 72.7811 71.3686 69.9561 h(mm) 10 99 Đồ thị B-h-q Đồ thị B-h-q 50 q(kg/ph) 80 B 76 72 68 64 80.7955 46 84 10 50 46 42 38 34 q 30 78.9299 77.0642 75.1985 73.3328 71.4672 69.6015 67.7358 65.8702 42 38 34 30 h h(mm) 10 Đồ thị B-h-s Đồ thị B-h-s 77 B(%) s(mm) 73 69 65 61 76.7776 6 10 s(mm) 75.2339 65.9716 64.4278 62.8841 61.3404 h(mm) 73.6902 72.1464 70.6027 69.059 67.5153 h(mm) 10 Đồ thị B-Rc-q Đồ thị B-Rc-q 50 46 69.7166 42 73.2384 B(%) q(kg/ph) 77 74 71 68 65 62 59 50 70 90 110 130 150 Rc(mm) 50 46 42 38 34 30 q(kg/ph) 38 62.673 34 59.1512 30 50 67.9557 66.1948 64.4339 60.9121 70 74.9993 71.4775 90 110 130 150 Rc(mm) 100 Đồ thị B-Rc-s Đồ thị B-Rc-s 77 B(%) s(mm) 73 69 65 61 50 70 s(mm) 90 110 130 150 75.2083 65.9219 64.3742 62.8264 61.2787 50 70 Rc(mm) 73.6605 72.1128 70.5651 69.0173 67.4696 90 110 130 150 Rc(mm) Do thi B-q-s Đồ thị B-q-s 80 B(%) s(mm) 76 72 68 64 30 34 s(mm) 38 42 46 50 q(kg/ph) 78.0829 76.5245 74.9662 73.4079 71.8495 70.2912 68.7329 67.1746 65.6162 64.0579 30 34 38 42 q(kg/ph) 46 50 101 P.3.2 Các đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng hàm mức tiêu thụ điện riêng Đồ thị Ar-n-h Đồ thị Ar-n-h 2.6979 2.44399 10 2.78254 2.61326 2.9 2.0208 2.10544 2.19007 h(mm) Ar(kWh/t) 2.7 2.35935 2.5 2.3 2.1 1.9 150 190 230 270 310 350 10 2.52863 2.27471 h(mm) 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) n(vg/ph) Đồ thị Ar-n-q Đồ thị Ar-n-q 50 2.35834 2.2684 46 2.9 Ar(kWh/t) q(kg/ph) 2.7 2.5 2.3 2.1 1.9 150 190 230 270 310 350 50 46 42 38 34 30 q(kg/ph) 42 1.99858 2.08852 38 2.17846 2.7181 34 30 2.62816 2.44828 2.53822 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) n(vg/ph) Đồ thị Ar-n-q Đồ thị Ar-n-q 50 2.9 2.35834 2.2684 46 2.5 2.3 2.1 1.9 150 190 230 270 n(vg/ph) 310 350 50 46 42 38 34 30 q(kg/ph) q(kg/ph) Ar(kWh/t) 2.7 42 1.99858 38 2.17846 2.7181 34 30 2.08852 2.62816 2.44828 2.53822 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) 102 Đồ thị Ar-n-s Đồ thị Ar-n-s s(mm) Ar(kWh/t) 3.3 2.7 2.4 2.1 1.8 1.5 150 190 3.00799 2.84342 2.67885 2.51428 2.34971 2.18515 2.02058 1.85601 230 270 310 350 1.52687 1.69144 3 s(mm) 150 190 230 270 310 350 n(vg/ph) n(vg/ph) Đồ thị Ar-h-Rc Đồ thị Ar-h-Rc 150 130 2.6 110 Ar(kWh/t) Rc(mm) 2.8 2.63779 2.5596 2.4814 2.40321 2.32501 2.24682 2.16863 2.4 2.2 1.8 10 150 130 110 90 70 50 Rc(mm) 2.09043 90 70 1.93404 2.01224 50 h(mm) h(mm) 10 Đồ thị Ar-h-q Đồ thị Ar-h-q 50 46 2.7 Ar(kWh/t) q(kg/ph) 2.5 2.3 2.1 1.9 h(mm) 10 50 46 42 38 34 30 q(kg/ph) 42 1.92557 1.98584 2.10639 2.04611 38 2.16666 2.22693 2.2872 2.34747 2.40775 2.46802 2.52829 34 30 h(mm) 10 103 Đồ thị Ar-h-s Đồ thị Ar-h-s 2.67493 2.55273 2.43053 2.30833 2.18613 2.06393 s(mm) Ar(kWh/t) 2.7 2.4 2.1 1.8 1.5 4 10 s(mm) 1.94173 1.81953 h(mm) Đồ thị Ar-Rc-q 2.23957 2.13587 Đồ thị Ar-Rc-q 50 1.69733 10 2.65438 q(kg/ph) 46 Ar(kWh/t) 3.1 2.9 2.7 2.5 2.3 2.1 1.9 1.57513 h(mm) 50 70 90 110 130 150 Rc(mm) 50 46 42 38 34 30 q(kg/ph) 2.03217 42 2.55068 2.44698 38 34 2.75808 2.86178 2.34327 30 50 70 90 110 130 150 Rc(mm) 104 Phụ lục Kết tính tốn tối ưu hóa P.4.1 Kết tính tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu P.4.1.1 Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y1 (hay B) P.4.1.2 Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar) 105 P.4.2 Kết tính tốn tối ưu hóa đa mục tiêu 106 107 108 109 110 Phụ lục Một số hình ảnh thực đề tài Hình P.1: Máy ép viên Hình P.2: Kiểm tra máy ép viên trước vận hành Hình P.3: Vận hành máy ép viên ... 2.5.2.1 Các thông số nghiên cứu a) Các thông số nghiên cứu đầu Từ mục tiêu nghiên cứu, thông số nghiên cứu đầu đặc trưng cho hiệu ép vi? ?n phân bón hữu vi sinh máy ép vi? ?n kiểu khn vịng – cánh quay là:... tốn máy ép vi? ?n kiểu khn vịng cố định – cánh quay 1.2.3.1 Cấu tạo máy ép vi? ?n kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay (Theo [10], [11], [12], [19]) Sơ đồ cấu tạo máy ép vi? ?n kiểu khuôn vịng cố định. .. luận Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép vi? ?n kiểu khn vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 Khái niệm thông số tối ưu tiêu tối ưu Kết xác định thông số tối ưu hóa đơn mục tiêu Kết xác định thơng số tối ưu hóa