Sử dụng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm khảo sát quá trình làm sạch và phân loại ngô trên máy sàng phân loại năng suất siêu lớn 40 tấn/h

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu khảo sát quá trình làm sạch phân loại ngô thương phẩm trên thiết bị máy sàng phân loại quy mô công nghiệp, năng suất siêu lớn 40 tấn/h sử dụng bài toán quy hoạch hóa thực nghiệm để khảo sát về sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ, kỹ thuật đến khả năng làm sạch, phân loại của máy sàng.

BÀI BÁO KHOA HỌC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH HĨA THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT Q TRÌNH LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI NGÔ TRÊN MÁY SÀNG PHÂN LOẠI NĂNG SUẤT SIÊU LỚN 40 TẤN/H Nguyễn Đình Tùng1 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu khảo sát trình làm phân loại ngơ thương phẩm thiết bị máy sàng phân loại quy mô công nghiệp, suất siêu lớn 40 tấn/h sử dụng toán quy hoạch hóa thực nghiệm để khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ, kỹ thuật đến khả làm sạch, phân loại máy sàng Kết nghiên cứu mơ hình tối ưu cho kết hàm mong đợi sau: suất 44,27tấn/h; độ ẩm 28,5%; lưu lượng quạt 4724,44m3/h; số vòng quay vịng/phút; góc nghiêng 80 Khi chất lượng sản phẩm là: độ sản phẩm 97,05687%; độ vỡ 0,061155%; độ sót 0,120001% Từ khóa: Quy hoạch thực nghiệm, phân loại làm sạch, ngô hạt ĐẶT VẤN ĐỀ * Ở nước ta ngô lương thực sau lúa, năm trở lại sản xuất ngô ý ngô lương thực mà sử dụng làm thức ăn gia súc cấu nông nghiệp chuyển dịch theo hướng giảm dần tỷ trọng ngành trồng trọt tăng tỷ trọng ngành chăn nuôi nên nhu cầu ngô lớn Mặt khác ngơ cịn mặt hàng xuất có giá trị, bước đầu xuất bán giống ngô sản xuất nước Trong tương lai, sản xuất đủ cho nhu cầu nội địa, chắn ngô mặt hàng xuất nước ta giống lúa gạo Tuy nhiên tham gia vào thị trường thương mại giới đòi hỏi khắt khe chất lượng Do phải có đầu tư đồng từ sản xuất đến kiểm định chất lượng, bảo quản vận chuyển Cho nên mặt hàng ngô xuất phải đảm bảo chất lượng ngồi độ khơ cịn cần đảm bảo độ sạch, độ đồng hạt Vì ngơ cần làm phân loại chế biến Chính nghiên cứu nhóm tác giả trình bày q trình khảo nghiệm máy sàng phân loại/làm ngơ suất siêu lớn quy mô công nghiệp để đáp ứng nhu cầu cần thiết có ý nghĩa (Nguyễn Đình Tùng cs, 2016, 2017) Viện nghiên cứu Thiết kế chế tạo máy Nông nghiệpBộ Công Thương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Vật liệu nghiên cứu: Vật liệu nghiên cứu ngơ hạt tươi sau tẽ cịn lẫn nhiều tạp chất, mày ngô, râu ngô, bẹ ngô - Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu nhóm tác giả sử dụng phương pháp qui hoạch hóa thực nghiệm dựa phần mềm máy tính chuyên dụng để khảo sát xác định hàm tối ưu yếu ố ảnh hưởng như: i)- suất; ii)- độ ẩm hạt ngơ; iii)- lưu lượng quạt gió; iv)- số vịng quay máy sàng và; v)- góc nghiêng đặt máy sàng Xử lý số liệu thực nghiệm phần mềm chuyên dụng để phân tích hệ số hồi qui, bề mặt đáp ứng tối ưu hóa với thuật toán hàm mong đợi KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN Bằng cách sử dụng quy hoạch trực giao đối xứng, yếu tố tiến hành mức (-1, 0, +1) bảng Qui hoạch thực nghiệm đưa bảng ma trận thực nghiệm gồm 30 thí nghiệm với hàm mục tiêu độ sản phẩm, độ vỡ độ sót sản phẩm Vì vậy, nghiên cứu này, chúng tơi chọn miền khảo sát yếu tố để tiến hành tối ưu chất lượng sản phẩm làm yếu tố đầu vào sau: Năng suất 35-45 tấn/h, độ ẩm hạt 28-30%, lưu lượng quạt 4500-5500 m3/h, số vòng quay sàng 5-7 vịng/phút, góc nghiêng đặt sàng 6-80 với hàm mục tiêu (các thông số đầu ra) độ sản phẩm, độ vỡ KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 127 độ sót sản phẩm Mối tương quan giá trị mã hóa giá trị thực bảng phương trình (1) (Ng Đình Tùng cs, 2017; Phạm Văn Lang cs, 1998; Ng Minh Tuyển, 2005) Bảng Giá trị mã hóa giá trị thực nghiệm yếu tố thực nghiệm Biến số Kí hiệu Đợn vị X1 X2 X3 X4 X5 tấn/h % m3/h vòng/phút độ Năng suất Độ ẩm hạt Lưu lượng quạt Số vòng quay sàng Góc nghiêng đặt sàng Thiết lập mơ hình: Giá trị mã hóa, kết thiết kế với ma trận kế hoạch thực nghiệm trực giao bậc Ký hiệu giá trị mã hóa -1 +1 35 28 4500 40 29 5000 7 45 30 5500 hai theo Box-Behnken trình bày bảng (Nguyễn Đình Tùng cs, 2017) Bảng Ma trận kết thực nghiệm với yếu tố suất, độ ẩm, l ưu lượng quạt, số vòng quay, góc nghiêng sàng Biến thực Số Năng TN suất (Tấn/ h) Độ ẩm hạt (%) Biến mã Lưu Số vịng Góc lượng quay nghiêng X1 quạt sàng đặt sàng (m3/h) (vòng/phút) (độ) X2 X3 X4 X5 Độ Độ sót Độ vỡ sản sản sản phẩm phẩm phẩm Y2 (%) Y3 (%) Y1 (%) 40 29 5000 7 0 0 95,23 0,15 0,09 15 40 29 5000 7 0 0 94,90 0,20 0,05 30 40 29 5000 7 0 0 95,00 0,12 0,12 Bảng gồm 30 thí nghiệm với yếu tố đầu vào: i- suất, ii- độ ẩm hạt, iii- lưu lượng quạt gió, vi- số vịng quay, v- góc nghiêng sàng thông số đầu ra: i- độ sản phẩm, ii- độ vỡ iii- độ sót Ảnh hưởng tương tác yếu tố đầu vào đến hàm mục tiêu (3 thông số đầu ra) tiến hành xây dựng hàm hồi quy bậc cho hàm mục tiêu sau (phương trình 1) (Nguyễn Đình Tùng cs, 2017; Phạm Văn Lang cs, 1998): k Yi     i 0  i xi    ii xi2    ij xi x j (1) Trong đó: Yi hàm mục tiêu, 0 hệ số tự do,  i ,  ii ,  ij véc tơ tham số mơ hình xác định qua thực nghiệm Mơ hình thống kê có ý nghĩa sử dụng thỏa mãn tiêu chuẩn thống kê (Fisher) 128 Phân tích có ý nghĩa mơ hình với thực nghiệm: Phân tích phù hợp mơ hình có ý nghĩa mơ hình đánh giá qua phân tích phần ANOVA số tương quan (bảng bảng 5) Sự có ý nghĩa hệ số hồi quy kiểm định chuẩn F, với giá trị p  0, 05 cho biết hệ số hồi quy có nghĩa Như vậy, bảng cho thấy giá trị “Model-F-value” hàm đánh giá độ 3,663684 mơ hình hồn tồn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 99,44% ( p  0,0056 ), bảng cho thấy giá trị “Model-F-value” hàm đánh giá độ sót 3,690264 mơ hình có độ tin cậy 99,61% ( p  0,0039 ), bảng cho thấy giá trị “Model-F-value” hàm đánh giá độ vỡ hạt 4,258686 mơ hình có độ tin cậy 97,95% ( p  0, 0205 ) Với tất yếu tố đầu vào suất, độ ẩm hạt, lưu lượng quạt gió, số vịng quay, góc nghiêng sàng cặp yếu tố KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC có giá trị p  0, 05 cho biết yếu tố tương tác cặp yếu tố có nghĩa (bảng - bảng 5) Điều minh họa rõ quan sát bề mặt đáp ứng hình 1- hình Thêm vào chuẩn F cho “sự khơng tương thích – Lack of fit” mơ hình đánh giá độ 0,745142 (p=0,7295), mơ hình đánh giá độ sót 1,106365 (p=0,5097), mơ hình đánh giá độ vỡ hạt 0,586598 (p=0,8429), điều chứng tỏ mơ hình hồn tồn tương thích với thực nghiệm Kết thu cho thấy, yếu tố đầu vào có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (3 thông số đầu ra) Bảng - bảng kết phân tích phù hợp có ý nghĩa mơ hình với thực nghiệm Kết phân tích ANOVA cho thấy giá trị R2 (0,960468; 0,944686; 0,96533) (R-Squared) gần 1, chứng tỏ giá trị thu từ thực nghiệm gần với giá trị dự đốn mơ hình (Nguyễn Đình Tùng cs, 2017) Bảng Kết phân tích ANOVA tối ưu trình tổng hợp yếu tố hàm đánh giá độ sản phẩm Yếu tố Tổng bình phương Trung bình bình phương Mơ hình X1-Năng suất X2-Độ ẩm X3-Lưu lượng quạt X5-Góc nghiêng X1X2 X3X5 Phần dư Sự khơng tương thích Sai số Tổng tương quan 13,31487 0,406406 0,0016 0,486506 0,117306 5,040025 7,263025 23,62285 19,72916 3,893683 36,93772 2,219145 0,406406 0,0016 0,486506 0,117306 5,040025 7,263025 0,605714 0,58027 0,778737 Giá trị F Giá trị p Prob>F 3,663684 0,670954 0,002642 0,803195 0,193666 8,3208 11,99085 0,0056 0,4177 0,9593 0,3756 0,6623 0,0064 0,0013 Tin cậy 0,745142 0,7295 Không tin cậy (CV (%) = 0,812108, R2 (R-Squared) = 0,960468) Bảng Kết phân tích ANOVA tối ưu q trình tổng hợp yếu tố hàm đánh giá độ sót sản phẩm Yếu tố Mơ hình X3-Lưu lượng quạt X4-Số vịng quay X5-Góc nghiêng X3X5 X4X5 X32 X32X5 Phần dư Sự khơng tương thích Sai số Tổng tương quan Tổng bình phương 0,057282 0,001225 0,001056 0,016875 0,0016 0,007225 0,003701 0,041419 0,084265 0,074115 0,01015 0,141548 Trung bình bình phương 0,008183 0,001225 0,001056 0,016875 0,0016 0,007225 0,003701 0,041419 0,002218 0,002246 0,00203 3,690264 0,552421 0,476322 7,609883 0,72153 3,258158 1,66906 18,67804 Giá trị p Prob>F 0,0039 0,4619 0,4943 0,0089 0,4010 0,0790 0,2042 0,0001 1,106365 0,5097 Giá trị F Tin cậy Không tin cậy (CV (%) = 32,52494, R2 (R-Squared) = 0,944686) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 129 Bảng Kết phân tích ANOVA tối ưu q trình tổng hợp yếu tố hàm đánh giá độ vỡ sản phẩm Tổng bình phương Trung bình bình phương Giá trị F Giá trị p Prob>F Mơ hình 0,012325 0,006163 4,258686 0,0205 X1-Năng suất 0,004225 0,004225 2,919748 0,0947 0,0081 0,0081 5,597624 0,0226 Phần dư 0,062223 0,001447 Sự không tương thích 0,050823 0,001337 0,586598 0,8429 0,0114 0,00228 Yếu tố X5-Góc nghiêng Sai số Tổng tương quan Tin cậy Không tin cậy 0,074548 (CV (%) = 44,86771, R2 (R-Squared) = 0,96533) Hình Bề mặt đáp ứng cặp yếu tố ảnh hưởng đến độ sản phẩm Hình Bề mặt đáp ứng cặp yếu tố ảnh hưởng đến độ sót sản phẩm Hình Bề mặt đáp ứng cặp yếu tố ảnh hưởng đến độ vỡ sản phẩm Từ giá trị phân tích có ý nghĩa trên, giá trị hàm mong đợi phần mềm DX7 đưa 130 biểu diễn theo phương trình cụ thể sau (Nguyễn Đình Tùng cs, 2017): KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Y1  95,83  0,16 X  0, 01X  0,17 X  0, 086 X  1,12 X X  1,35 X X Y2  0,15  8,750E  003X3  8,125E  003X  0,038X5  0,02X X  0,042X X5  0,019X 32  0,12X 32 X Y3  0,085  0,016 X  0,022 X Trong Y1 độ sản phẩm; Y2 độ sót sản phẩm; Y3 độ vỡ sản phẩm; X1 suất; X2 độ ẩm; X3 lưu lượng quạt; X số vịng quay; X5 góc nghiêng sàng Ngoài ra, 12 giải pháp tối ưu với hàm lượng biến xác định suất, độ ẩm hạt, lưu lượng quạt, số vịng quay, góc nghiêng sàng từ sử dụng thuật toán hàm mong đợi phương pháp đáp ứng bề mặt đưa ra, kết hợp với phương trình hàm mong đợi tìm ra, chất lượng sản phẩm tương ứng với biến xác định trình bày bảng Bảng Các giải pháp tối ưu với hàm lượng biến xác định giá trị hàm mong đợi tối ưu 44,27 44,69 28,5 28,5 4724,44 4724,44 Số vòng quay (vòng/ phút) 44,49 44,81 28,51 28,5 4724,44 4724,45 96,04591 97,0131 0,061888 0,062928 0,150002 0,15 44,75 44,64 44,01 28,5 28,5 28,5 4724,55 4724,24 4724,61 7 96,01826 96,02445 96,0776 0,072712 0,072231 0,060304 0,149971 0,13 0,15 10 43,64 45 43,81 28,5 28,55 28,5 4724,43 4724,45 4723,18 7 8 95,90737 96,05792 96,09707 0,059096 0,063532 0,059674 0,15 0,13 0,150001 11 12 45 44,9 28,51 28,61 4722,8 4724,45 96,01053 96,13002 0,063532 0,063192 0,150652 0,14 STT Năng suất Độ ẩm (tấn/h) (%) Lưu lượng quạt (m3/h) Bảng kết tối ưu cho thấy với cặp giá trị biến suất, độ ẩm, lưu lượng quạt, số vịng quay, góc nghiêng sàng khác nhau, giá trị hàm mong đợi thu khác Giá trị tối ưu phần mềm chọn điểm có số thự tự cho chất lượng sản phẩm mong đợi tối ưu Tiến hành kiểm tra tính đắn mơ hình tối ưu, tiến hành thí nghiệm kiểm chứng điểm tối ưu mơ hình đưa bảng từ chọn cặp biến cho kết hàm mong đợi sau: suất 44,27tấn/h; độ ẩm 28,5%; lưu lượng quạt 4724,44m3/h; số vịng quay vịng/phút; góc nghiêng 80; chất lượng sản phẩm là: độ sản phẩm 97,05687%; độ vỡ 0,061155%; độ sót 0,120001% (Nguyễn Đình Tùng cs, 2017) Góc nghiêng (độ) Độ SP (%) Độ vỡ SP (%) Độ sót SP (%) 8 97,05687 96,02467 0,061155 0,062534 0,120001 0,150001 KẾT LUẬN Sử dụng phương pháp toán học qui hoạch hóa thực nghiệm đáp ứng bề mặt xác định hàm tối ưu cho chất lượng sản phẩm (độ sạch, độ vỡ, độ sót sản phẩm) với yếu tố suất, độ ẩm, lưu lượng quạt, số vịng quay, góc nghiêng sàng Cả yếu tố tương tác yếu tố có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, điều chứng tỏ sử dụng phương pháp qui hoạch hóa thực nghiệm đáp ứng bề mặt phù hợp cho nghiên cứu tối ưu đánh giá chất lượng sàng quay qua yếu tố đầu (độ sạch, độ sót độ vỡ sản phẩm) So sánh với kết thực nghiệm cho thấy chênh lệch giá trị khơng nhiều, chế độ làm việc sàng quay thực nghiệm có độ tin cậy cao KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Tùng, Nguyễn Tuấn Anh cs (2017), Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống máy sàng làm ngô suất siêu lớn 35-40 tấn/h Báo cáo Đề tài Khoa học cơng nghệ cấp Bộ Nguyễn Đình Tùng, Lê Minh Lư (2017), “Kết tính tốn thiết kế máy sàng phân loại ngô quy mô công nghiệp, suất 45-50 tấn/h” Tạp chí Cơng nghiệp nơng thơn, Hội khí nơng nghiệp Việt Nam, năm 2017 Nguyễn Đình Tùng, Đỗ Thị Thanh Xn cs (2016), Hồn thiện quy trình công nghệ thiết bị dây chuyền chế biến ngơ giống suất Q = 100 ÷ 120 tấn/mẻ Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm - Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp Nguyễn Minh Tuyển (2005), Quy hoạch thực nghiệm Nxb Khoa học Kỹ thuật Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Abatract: USING THE EXPERIMENTAL PLANNING METHOD FOR SURVEYING THE CLEANING AND CATEGORIZING THE MAIZE BASED ON A CLASSIFICATION OF SUPER LARGE CAPACITY MORE THAN 40 TONS/H This paper presents the research results on the cleaning process of classifying commercial maize on equipment for screening and sorting industrial scale, super-large productivity of 40 tons/h, using the problem of experimental planning to survey on the influence of technological and technical parameters on the ability to clean and classify sieves Research results on the optimal model give the expected function results as follows: productivity of 44.27 tons/h; moisture content 28.5%; fan flow rate 4724.44m3/h; revolutions per minute; tilt angle 8° At that time, product quality will be product cleanliness 97.05687%; 0.061155% breakage; omission 0.120001% Keywords: Experimental planning, cleaning classification, grain corn Ngày nhận bài: 21/5/2019 Ngày chấp nhận đăng: 12/7/2019 132 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC ... thống máy sàng làm ngô suất siêu lớn 35 -40 tấn/h Báo cáo Đề tài Khoa học công nghệ cấp Bộ Nguyễn Đình Tùng, Lê Minh Lư (2017), “Kết tính tốn thiết kế máy sàng phân loại ngơ quy mơ cơng nghiệp, suất. .. 0,150001 KẾT LUẬN Sử dụng phương pháp tốn học qui hoạch hóa thực nghiệm đáp ứng bề mặt xác định hàm tối ưu cho chất lượng sản phẩm (độ sạch, độ vỡ, độ sót sản phẩm) với yếu tố suất, độ ẩm, lưu... lượng quạt, số vòng quay, góc nghiêng sàng Cả yếu tố tương tác yếu tố có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, điều chứng tỏ sử dụng phương pháp qui hoạch hóa thực nghiệm đáp ứng bề mặt phù hợp cho