Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến năng suất và chi phí năng lượng của máy đào rãnh trồng mía lắp trên máy kéo MTZ 50

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NƠNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN CAO THƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY ĐÀO RÃNH TRỒNG MÍA LẮP TRÊN MÁY KÉO MTZ-50 Chun ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hóa nơng, lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU HÀ NỘI - 2011 ĐẶT VẤN ĐỀ Mía cơng nghiệp ngắn ngày, có giá trị kinh tế cao, người ta gọi mía lượng kỷ 21 Ngồi việc dùng để chế biến đường, mía ngun liệu cho 50 sản phẩm chế biến khác nhiều ngành cơng nghiệp như: dệt, gỗ, hóa dược, giấy, xây dựng… Nghề trồng mía giới có từ lâu đời, khỏang 200 quốc gia vùng lãnh thổ trồng mía n Độ quốc gia giới biết sản xuất đường từ mía, vào khỏang năm 1938 Theo thống kê tổ chức FAO ( tổ chức nông- lương liên hợp quốc), sản lượng đường sản xuất từ mía 1.324,6 triệu vào năm 2005( gấp lần so với đường sản xuất từ củ cải) tập trung chủ yếu quốc gia vùng lãnh thổ nhiệt đới Hiện Brazil quốc gia sản xuất đường lớn giới với gần 600 triệu mía vào năm 2010 Tuy nhiên việc khí hóa ngành mía đường nước phát triển mạnh mẽ khâu làm đất, trồng, chăm sóc thu họach Ở nước ta mía trồng khắp miền, chủ yếu tập trung tỉnh phía bắc, khu bốn tỉnh Nam Trung Bộ Cuối kỷ XX đầu kỷ XXI mía phát triển đại trà đồng Sơng Cửu Long, loạt nhà máy đường có cơng suất vừa lớn xây dựng như: Nhà máy đường Bến Tre, Trà Vinh, Phụng Hiệp, Vị Thanh, Sóc Trăng nhà máy đường Kiên Giang Các cánh đồng lúa dần thay đồng mía, mía có giá trò kinh tế cao nhu cầu sử dụng đường người dân Nam Bộ cao Theo thống kê tổng cơng ty (TCT) mía đường Cần Thơ đến cuối tháng 2/2011 diện tích trồng mía đồng sông Cửu Long khỏang 65.000 ha, sản lượng đạt gần 5,2 triệu mía/ năm Nhưng phần lớn công nghệ làm đất, đào rãnh, trồng, chăm sóc thu họach mía Lao động thủ công Đào rãnh để trồng mía cơng việc nặng nhọc, tốn nhiều cơng sức, ngược lại lao động trẻ nông thôn đổ thành phố khu công nghiệp nên việc khí hóa cho công việc đào rãnh trồng mía vô cấp bách Hiện có số máy đào rãnh, đào mương áp dụng cho đào rãnh trồng mía hiệu khơng cao Liên hợp máy đào rãnh kiểu xới phay có từ năm 2007 liên hợp máy nên chưa có đề tài sâu nghiên cứu tối ưu thơng số cho liên hợp máy đào rãnh kiểu Do tơi thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số kết cấu đến suất chi phí nhiên liệu máy đào rãnh trồng mía lắp máy kéo MTZ-50” Ý nghĩa khoa học đề tài: Ý nghĩa khoa học đề tài là xác định số thơng số kỹ thuật tối ưu LHM đào rãnh trồng mía lắp máy kéo MTZ- 50 làm việc đất thịt đồng Sơng Cửu Long có khoa học, nhằm nâng cao suất cho LHM đào rãnh, giảm chi phí nhiên liệu Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Hồn thiện mẫu LHM đào rãnh ĐRXS-1 với thơng số kỹ thuật tối ưu khuyến cáo đưa máy vào sử dụng rộng rãi phục vụ việc giới hóa khâu đào rãnh trồng mía đồng Sơng Cửu Long Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Thiết bị máy đào rãnh máy trồng mía đồng Sơng Cửu Long Trước đồng Sơng Cửu Long sử dụng loại máy đào, cuốc nạo vét kênh mương phục vụ sản xuất lúa,chưa có loại máy đào rãnh trồng mía Hầu hết bà nơng dân đào rãnh trồng mía dụng cụ thơ sơ, suất mía chưa cao, giá thành từ sản phẩm từ mía cao Trong luận văn xin giới thiệu loại máy đào rãnh, để tạo sở lựa chọn ngun lý kết cấu máy đào rãnh trồng mía liên hợp với máy kéo MTZ-50 theo ngun lý phay đào chủ động 1.2 Thiết bị máy đào rãnh máy trồng mía nước giới Những năm 1990, Viện Cơ Điện Nơng nghiệp đưa máy rạch hàng mía dạng chủ động đào rãnh xới sâu trồng mía liên hồn ĐRXS – có khả xới sâu tới 50 – 60 cm, đào rãnh thoả mãn u cầu kỹ thuật trồng mía Máy liên hợp với máy kéo bánh bơm cỡ 1,4 lực kéo có suất 0,4 ha/h Năm 1998 luận án tiến sỹ kỹ thuật Nguyễn Văn Phát “nghiên cứu số thơng số phận làm việc máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1”, đưa kết luận giảm số vòng quay từ 434 xuống 356 v/ph dẫn đến tăng vận tốc tịnh tiến máy từ 0,468 m/s lên 0,695 m/s làm tăng suất máy lên 48,5% điều kiện chi phí lượng - Năm 2004, đề tài cấp Thành phố Hồ Chí Minh “nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy trồng mía” TS Nguyễn Như Nam làm chủ nhiệm Máy rạch hàng R-2 Máy đào rãnh kiểu trục vít đứng 1KL Máy đào rãnh xới sâu trồng mía liên hồn ĐRXS – Kế t l ̣n chương Trình bày u cầu kỹ thuật rãnh trồng mía Cấu tạo đặc tính kỹ thuật số loại máy đào rãnh trồng mía, máy trồng mía thế giới và Viê ̣t Nam Cấu tạo đặc tính kỹ thuật máy kéo MTZ-50 Cấu tạo đặc tính kỹ thuật máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1 theo ngun lý chủ động Nêu số cơng trình nghiên cứu máy đào rãnh, đào rãnh trồng mía, máy trồng mía giới Việt Nam Giới thiệu tổng quan phương pháp quy hoạch thực nghiệm Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu Nghiên cứu xác định thơng số LHM đào rãnh trồng mía kiểu phay làm sở cho việc hồn thiện thiết kế, chế tạo loại LHM này, nhằm nâng cao suất, giảm chi phí nhiên liệu đảm bảo hình dạng u cầu rãnh đào 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.2.1 Đất trồng mía đồng Sơng Cửu Long Đất thích hợp cho mía đất có nguồn gốc từ núi lửa, đất phù sa, đất có tầng canh tác dày giữ độ ẩm tốt Tùy theo điều kiện tự nhiên, tập qn canh tác mía quy mơ sản xuất, phân chia vùng đất trồng mía Việt nam thành vùng: Các tỉnh phía Tây Bắc Bộ, Đồng Bắc Bộ, khu Bốn cũ, đồng ven biển Miền Trung, vùng Tây Ngun, Miền Đơng Nam Bộ tỉnh đồng Sơng Cửu Long Đối tượng nghiên cứu luận văn đất thịt( đất tạp) đồng Sơng Cửu Long Đồng Sơng Cửu Long với diện tích gần bốn triệu chiếm trọn vùng hạ lưu sơng Mê Cơng bao gồm tỉnh: long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Đồng Tháp, Cần Thơ, Hậu giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang An Giang Hoặc ít, nhiều tỉnh có xuất mía Các tiêu đặc trưng cho cơ, lý, hóa tính đất đồng Sơng Cửu long như: độ cứng, độ ẩm, dung trọng hệ số ma sát giai đoạn làm đất tiêu quan trọng ảnh hưởng đến chi phí chất lượng làm đất cần phải xác định Chúng tơi phối hợp khoa nơng nghiệp trường đại học Cần Thơ, tổng cơng ty(TCT) mía đường Cần Thơ tiến hành thí nghiệm đo đạc số tiêu đất số vùng ngun lệu trồng mía Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng Kiên Giang Số liệu đo đạc sau xử lý gồm: + Sự phụ thuộc độ cứng theo độ sâu H + Sự phụ thuộc độ cứng theo độ ẩm đất + Quan hệ hệ số ma sát ngồi f đất thép + Quan hệ dung trọng (g/cm) + Sự phụ thuộc thành phần tính chất lý đất 2.2.2 Máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1 theo ngun lý phay đào chủ động Để đạt mục đích nghiên cứu, chúng tơi chọn LHM đào rãnh ĐRXS-1 chế ta ̣o ta ̣i viện điện nơng nghiệp (hình 2-1) Hình 2.1: Sơ đờ cấ u ta ̣o của LHM đào rãnh 2.3 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thơng số LHM đào rãnh trồng mía Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc, suất chi phí lượng LHM đào đã nêu ở phầ n 2.1 Ta khơng thể đưa tất yếu tố vào nghiên cứu mà cần lựa chọn yếu tố loại bỏ yếu tố khơng cần thiết Qua thu thâ ̣p thơng tin quá trình làm viê ̣c thư c̣ tế của máy, chúng tơi tiế n hành nghiên cứu ba thơng sớ mà nó ảnh hưởng nhiề u đế n ś t máy đào và chi phí nhiên liệu là: + Góc nghiêng bánh phay so với mặt đất: α (đơ ̣); + Tớ c ̣ quay tru ̣c bánh phay: n (vòng/phút); + Chiều sâu rãnh : h (mm) Đặc tính kỹ thuật máy đào rãnh kiểu phay theo ngun lý chủ động (bảng 1-1) TT Thơng sớ Ký hiêụ Giá tri ̣ Đơn vi ̣ Chi phí nhiên liệu Q ml/ m3 Tớ c ̣ quay tru ̣c bánh xới N 275 Vòng/phút Độ sâu rãnh H 350 mm Năng ś t máy đào N 0,4 m3)/ph Đường kiń h lớn bánh phay 1 700 mm Đường kiń h nhỏ bánh phay 2 580 mm Góc nghiêng của bánh phay  7090 Đơ ̣ Tỷ số truyền hộp giảm tốc I 23/12=1,9 Số dao phay nhỏ Z 18 Cái 10 Số dao phay lớn Z 06 Cái 11 Chiều cao máy đào H 1,15 m 12 Chiều rộng máy đào B 0,90 m 13 Chiều dài máy đào L 1,75 m 14 Trọng lượng máy đào G 275 kg Kế t l ̣n chương Mục tiêu nghiên cứu xác định thơng số kết cấu hợp lý máy đào rãnh trồng mía kiểu phay làm sở cho việc hồn thiện thiết kế, chế tạo loại máy này, nhằm nâng cao suất, giảm chi phí nhiên liệu đảm bảo hình dạng u cầu kỹ thuật rãnh Xác đinh ̣ máy đào rãnh trồng mía kiểu phay đào theo ngun lý chủ độn là đớ i tươ ̣ng nghiên cứu đề tài đất trồng mía đồng sơng Cửu Long Xác đinh ̣ đươ ̣c chỉ tiêu thơng sớ đầ u để đánh giá chấ t lươ ̣ng máy là chi phí nhiên liệu: Q (ml/ m3) và suất máy đào rãnh: N (m3/ph); Các thơng sớ : góc nghiêng bánh phay với mặt đất: α(đơ ̣), tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh phay: n (vòng/phút), chiều sâu rãnh đào: h (mm) thơng sớ đầ u vào ảnh hưởng chính đế n hàm chỉ tiêu; Nêu đươ ̣c các nơ ̣i dung cầ n nghiên cứu và từng nơ ̣i dung có những phương pháp nghiên cứu phù hơ ̣p Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nơ ̣i dung và phương pháp nghiên cứu tở ng quan 3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu xác định thơng số tối ưu LHM đào rãnh trồng mía 3.2.1 Nghiên cứu thực nghiê ̣m đơn yếu tố Nơ ̣i dung nghiên cứu xác đinh ̣ số thơng sớ tớ i ưu của LHM đào rãnh là xác đinh ̣ mớ i quan ̣ giữa các thơng sớ đầ u vào và đầ u Từ tối ưu hóa thơng số cấu tạo chế độ làm việc LHM để đạt hiệu kinh tế cao Các thơng sớ đầ u vào: Góc nghiêng bánh phay so với mặt đất : α (đơ ̣); Tớ c ̣ quay của bánh phay: n (vòng/phút); Độ sâu rãnh đào: h (mm) Các thơng sớ đầ u ra: Năng suất máy đào : N (m3/ph); Chi phí nhiên liệu: Q (ml/m3) 8 Để thực hiê ̣n đươ ̣c nơ ̣i dung chúng tơi dùng phương pháp quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m Cu ̣ thể là chúng tơi khảo nghiêm ̣ LHM đào rãnh trồng mía để xác đinh ̣ mức ̣ ảnh hưởng của mơ ̣t sớ ́ u tớ chính đế n chi phí lươ ̣ng riêng và ś t đào theo hai bước: Khảo nghiê ̣m đơn ́ u tớ để rút sớ liệu làm sở cho viê ̣c tiế n hành khảo nghiêm ̣ đa ́ u tớ Khảo nghiê ̣m đơn ́ u tớ nhằm nghiên cứu ảnh hưởng riêng yếu tố vào đến thơng số ra, qua thăm dò mức biến thiên, khoảng biến thiên khoảng nghiên cứu thích hợp cho yếu tố làm sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố; Nhiệm vụ thực nghiệm đơn yếu tố xác định thơng số ảnh hưởng tớ c ̣ quay của bánh phay: n (vòng/phút), góc nghiêng bánh phay: α (đơ ̣), chiều sâu rãnh : h (mm) để xem thơng số ảnh hưởng đến tiêu đánh giá suất LHM đào rãnh: N (m3/ph), Chi phí lượng riêng: Q ( ml/ m3) máy kéo MTZ-50 Xác định mức độ quy luật ảnh hưởng chúng đến tiêu quan tâm Thực nghiệm đơn yếu tố tiến hành theo bước sau: Tiế n hành thí nghiê ̣m vớ i mơ ̣t thơng sớ thay đở i, các thơng sớ còn lại ấ n đinh ̣ ở giá tri ̣ cớ đinh; ̣ Xử lý sớ liê ̣u Sau thí nghiệm kế t thú c, tiến hành xác định độ tin cậy ảnh hưởng yếu tố tới chi phí nhiên liệu: Q ( ml/ m3)) suất LHM: N (m3/ph) Đánh giá tính phương sai quá trình thí nghiê ̣m, để chứ ng tỏ ảnh hưở ng khá c đớ i vớ i thơng sớ cầ n xé t là khơng có hoă ̣c khơng đáng kể Xác đinh ̣ mơ hình toán thư c̣ nghiê ̣m đơn ́ u tớ để tiế n hành các phân tích và dư ̣ báo cầ n thiế t Ảnh hưởng góc nghiêng của bánh phay  thay đổi từ 700, 750, 800, 850 900đế n chi phí nhiên liệu Q và ś t đào N Ta tiế n hành thí nghiê ̣m với tớ c ̣ quay n =200 vòng/phút, chiều cao rãnh h= 300mm và hai hàm chi phí nhiên liệu, ś t đào được biể u diễn Q = f2(n), N = 2 (n) Hình 3-5: Đờ thi quan ̣ góc nghiêng bánh phay đến ̣ chi phí nhiên liệu máy đào Hình 3-6: Đờ thi ̣quan ̣ góc nghiêng bánh phay đến suất máy đào 10 Hình 3-7: Đờ thi quan ̣ vận tốc bánh phay đến ̣ chi phí nhiên liệu máy đào Hình 3-8: Đờ thi quan ̣ vận tốc bánh phay đến suất máy đào ̣ 11 Hình 3-9: Đờ thi quan ̣ chiều sâu rãnh đến ̣ chi phí nhiên liệu máy đào Hình 3-10: Đờ thi quan ̣ chiều sâu rãnh đến ̣ Năng suất máy đào 12 3.2.2 Nghiên cứu thực nghiê ̣m đa ́ u tớ Khảo nghiê ̣m đa ́ u tớ tiến hành sau khảo nghiêm ̣ đơn ́ u tớ xác đinh ̣ đươ ̣c mức ảnh hưởng của các ́ u tớ chính đế n chi phí nhiên liệu và ś t LHM làm sở cho viê ̣c tiế n hành khảo nghiêm ̣ đa ́ u tớ Nơ ̣i dung nghiên cứu xác đinh ̣ số thơng sớ tớ i ưu của LHM đào rãnh là xác đinh ̣ mớ i quan ̣ giữa các thơng sớ đầ u vào và đầ u Từ tối ưu hóa thơng số cấu tạo chế độ làm việc LHM để đạt hiệu kinh tế cao Góc nghiêng bánh phay: α (đơ ̣) ®ươc m· ho¸ lµ X1 Tớ c ̣ quay tru ̣c bánh phay: n (vòng/ phút) ®ược m· ho¸ lµ X2 Chiều cao rãnh: h(mm) ®ược m· ho¸ lµ X3 Từ các giá tri ̣thực nghiê ̣m đơn ́ u tớ , xác đinh ̣ các giá tri ̣lớn nhấ t và nhỏ nhấ t của các ́ u tớ Sử du ̣ng cơng thức (3.13, 3.14, 3.15) xác đinh ̣ các giá tri ̣ X1, X2, X3 da ̣ng mã hóa của các thơng sớ góc nghiêng bánh phay , sớ vòng quay của tru ̣c bánh phay n và chiều cao rãnh h Kế t quả đươ ̣c ghi ở (bảng 3.1) Bảng 3.1 Giá tri ma ̣ ̃ hóa của X1, X2, X3 Các ́ u tớ Mã hóa Mức biế n thiên X1 X2 X3  (đơ ̣) n (vòng/phút) h (mm) Mức +1 90 250 350 Mức sở 80 200 300 Mức dưới -1 70 150 250 Khoảng biế n thiên 10 50 50 Theo phương án H.O Hartly ta có tở ng sớ thí nghiê ̣m n = 17 và ma trâ ̣n thí nghiê ̣m Hartley đươ ̣c sắ p xế p như( bảng 3.2) 13 Bảng 3.2 Ma trâ ̣n thí nghiêm ̣ Hartly STT x1 x2 x3 -1 -1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 10 -1 0 11 +1 12 -1 13 0 +1 14 0 -1 15 0 16 0 17 0 Tiế n hành thí nghiêm ̣ theo ma trâ ̣n đã lâ ̣p Kế t quả các sớ đo làm thí nghiê ̣m dù chính xác đế n mấ y cũng ln tờ n ta ̣i sự sai lê ̣ch Sự sai lê ̣ch này tờ n ta ̣i ở ba da ̣ng: Sai sớ thơ: Là sai sớ của sớ đo đươ ̣c mơ ̣t thí nghiêm ̣ nào đó khác xa với những sớ đo đươ ̣c ở các thí nghiêm ̣ trước Ngun nhân sai sớ thơ: thiế t bi ̣ thí nghiê ̣m bi ̣ hỏng, điề u kiê ̣n thí nghiêm ̣ khác thường Sai sớ thơ dễ phát hiê ̣n, khắ c phu ̣c bằ ng cách làm la ̣i thí nghiêm ̣ đó 14 Sai sớ ̣ thớ ng gây ̣ nhâ ̣y và ̣ chính xác của du ̣ng cu ̣, khắ c phu ̣c sai sớ ̣ thớ ng bằ ng cách hiê ̣u chỉnh du ̣ng cu ̣ đó Sai sớ ngẫu nhiên: là những sai lê ̣ch khơng lớn, nó được ta ̣o bởi nhiề u ́ u tớ khác nhau, khó phát hiê ̣n để xử lý vâ ̣y ln tờ n ta ̣i sai sớ phép đo mơ ̣t cách ngẫu nhiên Mu ̣c đí ch củ a thí nghiê ̣m thăm dò là xá c nh ̣ sai sớ tiêu ch̉ n thư c̣ nghiê ̣m mà phương sai củ a cá c tri ̣ sớ đo phản ánh ̣ chính xá c củ a cá c du ̣ng cu ̣ đo Theo lý thú t quan trắ c thì đo nế u khơng có sai sớ ̣ thống, mà chỉ có sai sớ ngẫu nhiên, thì sai sớ này tn theo quy l ̣t ch̉ n [1] Để kiể m tra sớ liê ̣u đo đươ ̣c có tn theo quy l ̣t ch̉ n hay khơng, có thể sử du ̣ng nhiề u cách khác nhau, đó phương pháp sử du ̣ng chỉ tiêu Person 2 là chă ̣t chẽ và phở biế n nhấ t [9] Víi 50 thÝ nghiƯm c¬ b¶n th× sè lÇn lỈp cđa mçi thÝ nghiƯm lµ: m  2s2 2 Tra bảng chỉ tiêu Student  = 0,05 τ = 2,01 Thay sớ vào cơng thức ta đươ ̣c m = 2,87 ≈ nên lấ y tròn sớ lầ n lă ̣p la ̣i là Sau thí nghiê ̣m thăm dò ta xác đinh ̣ đươ ̣c các hàm chi phí nhiên liệu Q, ś t đào N tn theo giả thú t về l ̣t phân bớ ch̉ n Person và sớ lần lă ̣p la ̣i của mỡi thí nghiê ̣m lầ n Để xác đinh ̣ mơ hình toán và thực hiêṇ các phép tính kiể m tra chúng tơi tiế n hành thí nghiê ̣m theo ma trâ ̣n Harley đã lâ ̣p (bảng 3.2) Kế t quả thí nghiê ̣m đươ ̣c ghi lại Sau thực hiê ̣n các thí nghiê ̣m theo ma trâ ̣n với sớ lầ n lă ̣p la ̣i của từng thí nghiê ̣m m, chúng tơi sử du ̣ng mơ ̣t sớ phầ n mề m Excel, chương trình sử lý sớ liê ̣u đa ́ u tớ OPT lưu hành ta ̣i Viê ̣n điêṇ Nơng nghiê ̣p và Cơng nghệ sau thu hoa ̣ch để xử lý sớ liê ̣u 15 Ta có phương triǹ h tương quan của hàm chi phí nhiên liệu là: Y1 = 0,233 – 0,004 x1 + 0,001 x21 + 0,018 x2 – 0,005 x2 x1 – 0,012 x22 + 0,012x3 – 0,006 x3 x1 – 0,015 x3 x2 – 0,02 x23 (3.36) Ta có phương triǹ h tương quan của hàm ś t máy đào: Y2 = 10,118 + 0,1 x1 - 0,154 x21 + 0,087 x2 + 0,033 x2 x1 – 0,019 x22 + 0,015 x3 – 0,014 x3 x1 + 0,029 x3 x2 + 0,11 x23 (3.37) Q trình biến đổi Ta có hàm chi phí nhiên liệu theo phương triǹ h (3.36); Y1 = - 1,379 + 0,00067 a + 0,0004 a2 + 0,00626 b – 0,0059 ba – 0,0000072 b2 + 0,0619 c – 0,0006 ac – 0,00045 bc – 0,0005 c2 (3.45) Hàm ś t đào theo phương trình (3.37) Y2 = 13,093 + 0,358a - 0,00616 a2 + 0,084654b + 0,0000396 ba – 0,00000684 b2 0,741 c + 0,0014 ac – 0,000087 bc + 0,00027 c2 (3.46) 3.3 Xác đinh ̣ giá tri tớ ̣ i ưu của các thơng sớ tớ i ưu của hàm mu ̣c tiêu Mu ̣c đích giải bài toán tớ i ưu là xác đinh ̣ chế ̣ làm viê ̣c tớ i ưu cho máy Sau đã có hai hàm mu ̣c tiêu y1 chi phí nhiên liệu và y2 ś t đào ở da ̣ng phương trình hờ i quy (3.31) Hai hàm mu ̣c tiêu này có các thứ ngun khác (ml/m3 và m3/ph) có tính chấ t cực tri ̣ khác y1 càng nhỏ càng tớ t, y2 càng lớn càng tớ t Mă ̣c dù, chúng có sự chi phớ i chung của các ́ u tố ảnh hưởng x1, x2, x3 chúng ràng b ̣c lẫn theo mơ ̣t quy l ̣t nào đó khơng cho phép hàm no ̣ thay thế cho hàm tìm cực tri ̣ mà là phải lâ ̣p đươ ̣c hàm tớ i ưu tở ng quát là hàm khơng sớ đo đă ̣c trưng cho y1, y2 Chúng tơi sử du ̣ng phương pháp tìm lời giải tớ i ưu tở ng quát có mă ̣t nhiề u hàm mu ̣c tiêu [10] theo các bước sau: Xác đinh ̣ cực tri ̣ của từng hàm mu ̣c tiêu Tính giá tri ̣cực tri ̣của các hàm mu ̣c tiêu ta đươ ̣c Y1min, Y2max Lâ ̣p giá tri ̣cực tri ̣của các hàm ngươ ̣c Tính giá tri ̣cực tri ̣của các hàm ngươ ̣c Y 2 = A - Y2 Y 2 ta đươ ̣c Y2m in (3.47) 16 Lâ ̣p các hàm tỷ lê ̣ tớ i ưu 1  2  y1 (3.48) y1min y2, (3.49) y2, m in Lâ ̣p hàm tớ i ưu tở ng quát   1  2 (3.50) Xác đinh ̣ giá tri tớ ̣ i ưu của hàm  ta tìm được các giá tri x̣ 1, x2, x3  min Thay các giá tri ̣ x1, x2, x3, vào 1, 2 .Nế u 1  2  m in thì lời giải là đúng; Thay x1, x2, x3 vào Y1 và Y2 rờ i so sánh với kế t quả thu đươ ̣c của thí nghiê ̣m ta được các giá tri ̣tớ i ưu của chúng Nế u 1  2  m in thì cầ n kiể m tra la ̣i các phép tính Từ các kế t quả đa ̣t đươ c̣ ta áp du ̣ng các bước của phương pháp tìm tối ưu để xác đinh ̣ các thơng sớ tớ i ưu củ a hàm mu ̣c tiêu: Bướ c 1: Tìm giá tri ̣ cưc̣ tri ̣ củ a hàm chi phí nhiên liệu Y1 theo phương trình (3.36) Bước 2: Tìm giá tri ̣cực tri ̣của hàm đớ i của hàm ś t đào Y`2 : Bước 3: Lâ ̣p các hàm tỷ lê ̣ cực tri ̣tớ i ưu Bước 4: Xác đinh ̣ các giá tri ̣thực của các thơng sớ ảnh hưởng Thay các giá tri ̣X1, X2, X3, vào phương trình (3.36); (3.37) hoă ̣c X1, X2, X3 vào phương trình da ̣ng thực (3.45); (3.46) ta đươ ̣c: Y1min = 55,3ml/ m3 ; Y2max = 1,84 m3/phút 3.4 Thí nghiêm ̣ kiể m chứng các thơng sớ tớ i ưu từ mơ hin ̀ h lý thú t Trên sở sớ liê ̣u đã tính toán đươ ̣c ở mu ̣c (3.2.) ta có các giá trị tớ i ưu: 17 Góc nghiêng của bánh xới X1 = 82 ; Tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh xới X2 = 211 (vòng/phút); Chiều cao rãnh X3 = 307mm Sau ch̉ n bi ̣ máy kéo MTZ-50, LHM đào rãnh kiểu phay chúng tơi tiế n hành kiể m tra tớ c ̣ quay bánh xới đường kính D1 =700 (mm) và đường kính nhỏ d2= 580 (mm) đươ ̣c tớ c ̣ quay 200 vòng/phút, cho máy làm viê ̣c để lấ y sớ liê ̣u: Ta lấ y sớ thí nghiêm ̣ cầ n thiế t nct = 13 thí nghiêm ̣ Vâ ̣y sớ thí nghiê ̣m đã thực hiê ̣n n =15 > nct Với sớ liê ̣u thu thâ ̣p đủ đảm bảo với ̣ tin câ ̣y 95% + So sánh kế t quả đã tính toán đươ ̣c (3.53), (3.57) - Kế t quả tính toán: Y1min = 55,3ml/m; Y2max = 1,84 m3/ph - Kế t quả thí nghiêm: ̣ Y1min = 55,75ml/m3; Y2max =1,768 m3/ph Nhâ ̣n xét: Sự sai lê ̣ch khơng đáng kể , giá tri ̣ tớ i ưu tính toán và thực nghiêm ̣ có thể chấ p nhâ ̣n đươ ̣c Kế t l ̣n chương Mơ tả đươ ̣c toàn bơ ̣ quá trình xác đinh ̣ các thơng sớ tớ i ưu LHM đào rãnh sở lý thú t đế n thực nghiêm ̣ Trình bày cơng viê ̣c thí nghiê ̣m từ khâu ch̉ n bi ̣ hiê ̣n trường, ch̉ n bi ̣ thiế t bi đo ̣ đế n khâu xác đinh ̣ các thơng sớ cầ n đo Kế t quả của thực nghiê ̣m đơn ́ u tớ là xây dựng đươ ̣c đờ thi ̣ mớ i quan ̣ của từng ́ u tớ đế n hàm chi phí nhiên liệu và ś t đào theo quy luật hàm bâ ̣c Từ đó làm sở cho thực nghiê ̣m đa ́ u tớ Kế t quả của thực nghiê ̣m đa ́ u tớ thu đươ ̣c là xây dựng đươ ̣c phương trình hờ i quy biể u diễn phu ̣ th ̣c giữa chi phí nhiên liệu, ś t đào và các ́ u tớ góc nghiêng bánh phay, tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh phay, chiều sâu 18 rãnh đào Phương trình hàm chi phí nhiên liệu (3.36), phương trình hàm ś t đào (3.37) và đưa hai hàm mu ̣c tiêu về da ̣ng thực (3.45); (3.46); Xác đinh ̣ được các thơng sớ tớ i ưu của LHM đào rãnh là; Góc nghiêng của bánh xới  =820 ; Tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh xới n = 211 vòng/phút; Chiều sâu rãnh h=307mm Với giá tri ̣ tớ i ưu tính toán mức chi phí nhiên liệu Y1min = 55,3ml/ m3), ś t đào Y2max =1,84 m3/phút Kiể m chứng đươ ̣c các thơng sớ tớ i ưu của mơ hình lý thú t với thực nghiê ̣m với sai lê ̣ch khơng đáng kể mơ hình chấ p nhâ ̣n đươ ̣c Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm Mục đích nghiên cứu thí nghiệm : - Thực nghiệm đơn yếu tố để xác định mức độ ảnh hưởng yếu tố đến chi phí nhiên liệu suất đào LHM - Thực nghiệm đa yếu tố để có số liệu cho việc xây dựng mơ hình hồi qui - Thí nghiệm đo mơ men xoắn vận tốc quay trục thu cơng suất nhắm kiểm chứng tiêu hao cơng suất máy kéo cho việc đào rãnh trồng mía đồng sơng Cửu Long lựa chọn loại máy kéo khác có cơng suất phù hợp dang sử dụng rộng rãi ĐBSCL 4.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm Đối tượng để thí nghiệm máy kéo MTZ-50 liên hợp với máy đào rãnh trồng mía Đất thịt đồng sơng Cửu Long 4.3 Trang thiết bị thực nghiệm Để đo mơ men xoắn phần trục thu cơng suất máy kéo MTZ-50 Chúng tơi dung đầu đo mơ men T4A cộng hòa liên bang Đức( hình 4-1) 19 Thiết bị thu thập khuếch đại nhiều kênh Spider-8( hình 4-2)) Hình 4-1: Đầu đo mơ men T4A Hình 4-2: Thiết bị thu thập khuếch đại Spider8 Cốc thủy tinh có vạch du xích để đong dầu cho thí nghiệm, đồng hồ đo thời gian thước mét đo chiều dài ( hình 4-3) Thiết bị đo tốc độ quay lutron DT2234A làm việc theo ngun tắc đếm xung (hình 4-4) Hình 4-3: Thiết bị đo nhiên liệu, Hình 4-4: thiết bị đo tốc độ bánh phay thời gian, chiều dài Tiến hành cơng tác chuẩn bị trước làm thí nghiệm gồm cơng việc: kiểm tra tình trạng kỹ thuật máy kéo MTZ-50, máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1, tra dầu, mỡ ổ bi, dùng cờ lê xiết chặt bu lơng mâm bánh máy kéo MTZ-50, dao phay lớn dao phay nhỏ, dầu điezel dầu bơi trơn Kiểm tra, hiệu chỉnh dụng cụ đo, thiết bị đo tốc độ quay phải đưa thang mức phân giải thơng số cần xác định tiến hành đo, thiết bị đo đặt vào vị trí phẳng Chuẩn bị trường thí nghiệm: Chọn địa điểm thí nghiệm khu ruộng đất thịt đồng sơng Cửu Long 20 Đưa máy tới trường thí nghiệm 4.4 Tiến hành thực nghiệm 4.4.1 Thí nghiệm đơn yếu tố kết thu Sau ch̉ n bi ̣ đầ y đủ các điề u kiêṇ làm thí nghiê ̣m , cho máy nổ điều chỉnh ga cho vòng quay bánh phay đạt n=200 vòng/phút, chiều sâu h=300mm  =700đồng thời xem mức dầu ban đầu vạch đánh dấu lại Cho máy chạy đoạn đường 50m sau dừng lại đong dầu đổ tới vạch ban đầu ta biết lượng dầu tiêu thụ Người bấm thời gian xác định khoảng thời gian máy hết đoạn đường Ta lảm tương tự ba lần ghi lại kết Cũng làm thí nghiệm với  =700,750, 800,850,900 Ta thu kết ( bảng 4.1) BẢNG 4.1 αo 70 75 80 85 90 số lần lặp 3 3 thời gian (s) 170 168 165 163 164 169 142 142 143 145 144 146 148 143 Qng đường(m) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Năng suất (N=m3/h) 1,4 1,1 0,9 1,6 1,3 1,3 1,8 1,4 1,6 1,6 1,8 1,9 2,3 149 50 1,8 Ntb (m/s) 1,2 1,4 1,6 1,8 Q(ml) 280 278 290 253 249 255 245 244 245 250 252 248 256 254 248 Cũng tiến hành thí nghiệm : h= 300mm,  =80 Ta thay đổi số vòng quay bánh phay n từ 150; 175; 200; 225 đến 250 vòng/phút 21 BẢNG 4.2 STT n(v/ph) 10 11 12 13 14 15 150 175 200 225 250 thời số lần gian lặp (s) 170 168 165 164 163 160 155 155 154 146 145 147 144 142 140 Qng Năng suất Ntb Q(ml/m3) Q(ml/m3) Qtb(ml/m3) đường(m) (N=m3/h) (m3/ph) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 1,3 1,4 1,5 1,5 1,7 1,6 1,7 1,8 1,9 1,9 2,1 2,2 2,5 2,5 1,4 1,6 1,8 2,4 248 248 250 248 252 254 246 245 246 256 252 260 255 258 257 27 24 24 29 31 30 40 41 39 52 50 48 64 62 67 25 30 40 50 65 Cũng tiến hành thí nghiệm : n=200 vòng/phút,  =800 Ta thay đổi chiều sâu h từ 250; 275; 300; 325và 350mm Kết thu (bảng 4.3) BẢNG 4.3 h số lần STT (mm) lặp 1 250 3 275 300 10 11 325 12 13 14 350 15 thời gian (ph) 150 168 180 192 210 222 198 192 204 204 228 234 240 252 288 Qng Năng suất Ntb Q(ml/m3) đường(m) m3/ph (m3/ph) Q(ml) 50 1,6 250 28 50 1,8 1,6 255 32 50 1,5 258 30 50 1,7 260 37 50 1,8 1,8 262 42 50 1,9 257 41 50 2,2 328 51 50 1,8 333 49 50 330 52 50 2,1 340 57 50 2,3 2,3 346 63 50 2,5 355 60 50 2,7 388 68 50 2,6 2,6 390 73 50 2,5 400 69 Qtb 30 40 50 60 70 22 4.4.2 Làm thí nghiệm đa yếu tố kết thu Ta dựa vào bảng 3.2 ma trận hartly tiến hành làm thí nghiệm tương tự thực nghiệm đơn yếu tố với 17 thí nghiệm ta thu kết (bảng 4.4) 4.4.3 Các kết thu sau thí nghiệm đo mơ men xoắn Để đo mơ men xoắn phần trục thu cơng suất máy kéo MTZ-50 Chúng tơi dùng đầu đo mơ men T4A cộng hòa liên bang Đức( hình 4-1) Đầu đo mơ men T4A bố trí trục đăng với gá tự chế tạo Vỏ đầu đo mơ men liên kết mềm với khung treo máy kéo dây cao su Đầu dây cảm biến đo mơ men nối với thiết bị thu thập khuếch đại nhiều kênh Spider-8( hình 4-2), thiết bị nối ghép với máy tính xách tay Acer qua cổng LPT điều khiển phần mềm Catman Đưa máy tới khu vực thí nghiệm lắp thiết bị đo Sau tiến hành thí nghiệm gồm 04 người: 01 người điều khiển máy kéo MTZ-50, 01 người điề khiển máy tính thiết bị thu nhâp khuếch đại tín hiệu Spider 8, 01 người lập biểu, ghi chép số liệu đo 01 người làm cơng việc phụ trợ cho q trình đo Kết đo lưu vào tập liệu dạng ASCII phần mềm cat man Kết nghiên cứu thực nghiệm xử lý phần mềm catman Kết đo mơ men xoắn hiển thị đồ thị (hình4-3) MƠ MEN XOẮN 50 45 Mơ men, daNm 40 35 30 25 20 15 10 Thời gian,s Hình 4-3: đồ thị kết đo mơ men xoắn Việc tính tốn giá trị mơ men theo phương pháp trung bì 23 Bảng 4.4: Ghi kết thực nghiệm đa yếu tố ST T x1 10 11 12 13 14 15 15 17 60 80 60 80 60 80 60 80 80 60 70 70 70 70 70 70 70 x2 150 150 250 250 150 150 250 250 200 200 250 150 200 200 200 200 200 x3 250 250 250 250 350 350 350 350 300 300 300 300 350 250 300 300 300 QNG ĐƯỜNG (m) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 THỜI GIAN(s) 150 165 170 180 192 200 204 210 215 220 224 226 230 234 238 240 242 TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Q (ml) 250 253 252 255 252 254 258 254 255 260 256 253 264 260 258 270 266 265 275 271 270 280 275 277 300 296 299 320 317 318 330 333 332 340 341 342 346 342 341 355 356 355 380 382 380 390 388 389 400 402 400 NĂNG SUẤT 1,20 1,33 1,37 1,44 1,80 2,30 2,50 2,20 2,40 2,60 2,15 2,05 1,92 1,88 1,75 1,75 1,77 1,27 1,31 1,36 1,52 1,78 2,33 2,45 2,23 2,37 2,56 2,12 2,01 2,12 1,90 1,87 1,83 1,81 1,24 1,35 133 1,49 1,78 2,34 2,46 2,24 2,35 2,53 2,11 2,02 2,16 1,88 1,84 1,79 1,83 24 KẾT ḶN KHÚN NGHI ̣ Kế t l ̣n: Bằ ng nghiên cứu thực nghiê ̣m đơn ́ u tớ đã xác đinh ̣ được ảnh hưởng góc nghiêng bánh phay , tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh phay n, chiều sâu rãnh h đến chỉ tiêu quan tro ̣ng là chi phí nhiên liệu và ś t đào của LHM đào rãnh trồng mía theo ngun lý phay đào Mơ hình xác đinh ̣ quan ̣ giữa các ́ u tớ là mơ hình theo quy l ̣t hàm bâ ̣c từ đó làm sở cho viê ̣c nghiên cứu thực nghiê ̣m đa ́ u tớ ; Bằ ng nghiên cứu quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m đa ́ u tớ xác đinh ̣ được phương trình hờ i quy biể u diễn sự phu ̣ th ̣c giữa các ́ u tớ góc nghiêng bánh phay , tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh phay n, chiều sâu rãnh h và chi phí nhiên liệu Q, ś t đào N, phương trình da ̣ng thực hàm chi phí nhiên liệu (3.45), phương trình da ̣ng thực hàm ś t đào (3.46); Xác đinh ̣ được giá tri ̣ tớ i ưu của các ́ u tớ góc nghiêng bánh phay  = 82 , tớ c ̣ quay của tru ̣c bánh phay n = 211 vòng/phút, chiều sâu rãnh h=307mm và các giá tri ̣ tương ứng của các chỉ tiêu chi phí nhiên liệu Y1min =55,3ml/ m3, ś t máy đào Y2max = 1,84 m3/ph; Sau đã xác đinh ̣ các thơng sớ tớ i ưu của LHM đào rãnh trồng mía chúng tơi hoàn thiê ̣n mẫu máy theo các thơng sớ tớ i ưu đã xác đinh ̣ ở và thử nghiê ̣m sản x́ t Kế t quả thử nghiê ̣m khẳ ng đinh ̣ sự đúng đắ n của các mơ hình hờ i quy thực nghiê ̣m Khú n nghi:̣ Để đa ̣t đươ ̣c chi phí nhiên liệu thấ p nhấ t và ś t đào cao nhất, cầ n hoàn thiê ̣n mẫu LHM đào rãnh theo ngun lý phay Nghiên cứu và Chủ n giao Cơng nghê ̣ chế tạo LHM đào rãnh trồng mía theo ngun lý phay theo các thơng sớ tớ i ưu đã xác đinh: ̣ Góc nghiêng bánh phay  = 82 , tớ c ̣ quay của bánh phay n = 211 vòng/phút và LHM làm viêc̣ thì chiều cao rãnh h =307mm là đa ̣t hiê ̣u quả đào đạt suất cao Cầ n nghiên cứu thêm sự ảnh hưởng của những nhân tớ ̣ ẩ m của đất, thành phần đất cần đào, đế n các chỉ tiêu chi phí nhiên liệu và ś t đào LHM đào rãnh trồng mía theo ngun lý phay đào  ... 150 150 250 250 150 150 250 250 200 200 250 150 200 200 200 200 200 x3 250 250 250 250 350 350 350 350 300 300 300 300 350 250 300 300 300 QNG ĐƯỜNG (m) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50. .. sâu nghiên cứu tối ưu thơng số cho liên hợp máy đào rãnh kiểu Do tơi thực đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số kết cấu đến suất chi phí nhiên liệu máy đào rãnh trồng mía lắp máy kéo MTZ- 50 ... mía, máy trồng mía thế giới và Viê ̣t Nam Cấu tạo đặc tính kỹ thuật máy kéo MTZ- 50 Cấu tạo đặc tính kỹ thuật máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1 theo ngun lý chủ động Nêu số cơng trình nghiên cứu máy