Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng của máy trộn hạt gỗ nhựa leistritz đức

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN MINH VƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN ĐỘ TRỘN ĐỀU VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN HẠT GỖ NHỰA LEISTRITZ (ĐỨC) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2014 BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN MINH VƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ ĐẾN ĐỘ TRỘN ĐỀU VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN HẠT GỖ NHỰA LEISTRITZ (ĐỨC) CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Đồng Nai, 2014 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành gỗ Việt Nam đạt năm qua có tốc độ phát triển cao, 10 ngành xuất chủ lực nước Chỉ 12 năm trở lại đây, kim ngạch xuất ngành gỗ tăng 20 lần, từ 219 triệu USD năm 2000, tăng lên khoảng 4,5 tỷ USD năm 2012 Với kim ngạch xuất đồ gỗ năm qua; Việt Nam khẳng định vị trí số khu vực Đông Nam Á sản xuất xuất đồ gỗ Khi chế biến gỗ có tạo lượng phế liệu gỗ lớn mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn… Để tận dụng triệt để nguồn phế liệu nghiền tạo thành dạng bột kết hợp với chất kết dính để tạo loại vật liệu có nhiều tính chất tốt; vật liệu phức hợp gỗ nhựa đáp ứng giải vấn đề Vật liệu phức hợp gỗ nhựa (Wood –Plastic Composites, viết tắt WPC) loại vật liệu kết hợp sợi gỗ vật liệu nhựa, kết hợp vật liệu sợi gỗ vật liệu nhựa mang lại tính ưu việt cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như: Bền sử dụng, tuổi thọ sản phẩm cao, có bề ngồi mang chất liệu gỗ, có độ cứng cao so với vật liệu nhựa, khơng có Formaldehyde Có nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ có kích thước ổn định hơn, không bị xuất vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho sản phẩm, gia công lần thứ giống vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt, dùng keo để kết dính, dùng đinh ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng vào yêu cầu người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao Có tính nhiệt dẻo vật liệu nhựa từ dễ dàng gia cơng, tạo hình, thơng thường gia cơng theo mẫu đặt sẵn gia cơng theo u cầu cụ thể, có khả ứng dụng rộng Tính hóa học tốt, chịu độ pH, chịu hóa chất, chịu nước mặn, sử dụng nhiệt độ thấp, khơng bị biến đổi hình dạng hút ẩm Có thể sử dụng nhiều lần thu hồi tái sử dụng, có lợi ích bảo vệ mơi trường Hiện nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa nước lớn, nhiên việc đáp ứng nhu cầu chủ yếu dựa vào nhập Cịn tình hình sản xuất nước chưa phát triển, nguyên nhân việc xuất phát từ lý chưa có nhiều nghiên cứu máy móc thiết bị công nghệ, việc nhập công nghệ máy móc thiết bị Việt Nam có chi phí lớn Để sản xuất nước phát triển việc nghiên cứu cơng nghệ, máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển nước cần thiết quan trọng Để tạo sản phẩm vật liệu composite gỗ nhựa hồn chỉnh phải trải qua hai cơng đoạn chính, cơng đoạn trộn tạo hạt cơng đoạn ép vật liệu thành phẩm cơng đoạn trộn tạo hạt công đoạn quan trọng, có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm sản phẩm sản xuất từ nhựa WPC chưa phổ biến Việt Nam nên cơng trình nghiên cứu máy trộn hạt nhựa gỗ chưa quan tâm Xuất phát từ vấn đề chọn đề tài nghiên cứu là: “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến độ trộn chi phí lượng riêng trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz” Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung vật liệu gỗ nhựa 1.1.1 Giới thiệu chung Gỗ nhựa (WPC – Wood Plastic Composite) loại nguyên liệu tổng hợp, tạo thành từ bột gỗ nhựa Ngoài nhựa bột gỗ, WPC cịn chứa số chất phụ gia làm đầy có gốc cellulose vơ Do đó, WPC cịn gọi vật liệu composite nhựa sợi tự nhiên hay sợi tự nhiên gia cường nhựa Hình 1.1: Nguyên liệu hình thành nên WPC Trong năm gần đây, WPC nghiên cứu thành công Mỹ phát triển mạnh nhiều nước giới Nhật, Mỹ, Phần Lan, Đức, Thuỵ Điển, Nga, Trung Quốc Sản phẩm gỗ nhựa WPC đa dạng ứng dụng nhiều lĩnh vực: xây dựng, nội ngoại thất, cơng trình dân dụng, giao thơng Trong công nghiệp chế tạo ôtô: Vật liệu composite sử dụng nhằm làm giảm trọng lượng xe, tiết kiệm nhiên liệu giảm độ rung, ồn cho xe Bên cạnh sử dụng vật liệu composite cịn có tác dụng giảm bớt nguy hiểm cho người sử dụng xe gặp nguy hiểm Hiện loại vật liệu ứng dụng làm số phận ôtô như: vỏ, trần, nội thất… Trong cơng nghiệp đóng tàu: So với vật liệu kim loại vật liệu polyme composite (PC) có ưu điểm sử dụng làm vật liệu đóng tàu tỉ trọng thấp, có khả cách điện tốt, đặc biệt bền mơi trường hóa chất nước biển…Hiện ngành đóng tàu vật liệu composite sử dụng để sản xuất số chi tiết như: thân tàu, cột buồm, thùng chứa, ca nô cứu sinh… Trong công nghiệp xây dựng: Vật liệu composite ứng dụng để sản xuất sản phẩm với nhiều chủng loại như: lợp, chịu lực, ống dẫn… Ngoài composite nhẹ, 40% so với nhôm thể tích Nhờ ưu điểm này, gần vật liệu composite sử dụng để thay kim loại sản phẩm ngành khí, chế tạo máy, đóng xuồng Người ta phủ lên mặt composite lớp nhũ có ánh kim để tạo cảm giác giống kim loại Hình 1.2: Ứng dụng WPC để trang trí Hình 1.3: Ứng dụng WPC làm chi tiết ơtơ Hình 1.4: Ứng dụng WPC hàng rào lang can Hình 1.5: Ứng dụng WPC làm ghế trời Nhựa gỗ loại vật liệu so với lịch sử phát triển lâu dài gỗ tự nhiên ứng dụng làm vật liệu xây dựng, thay gỗ hầu hết trường hợp không chịu lực (non-structural) Nhựa gỗ hình thành từ gỗ, (như mùn cưa, sợi bột giấy, vỏ đậu phộng, tre nứa, trấu, ) nhựa (có thể sử dụng nhựa HDPE, PVC, PP, ABS, PS, ) Bột nhựa gỗ trộn đều, đồng nhất, sau đùn ép thành hình dạng theo yêu cầu Các phụ gia chất tạo màu, chất tạo nối, chất ổn định, chất gia cường, chất tạo nổi, giúp cho sản phẩm cuối phù hợp cho nhiều hướng ứng dụng Hình 1.6: Hỗn hợp nhựa WPC Một lợi lớn gỗ - nhựa so với gỗ khả tạo hình thành hầu hết hình dạng khơng gian theo u cầu Nó dễ dàng uốn, cố định để tạo thành đường cong lớn Do kết hợp trình sản xuất, nhựa gỗ vừa có tính chất gỗ: Có thể gia cơng công cụ mộc truyền thống Đồng thời, nhựa gỗ vừa có tính chất nhựa: Khả chống ẩm chống mục nát, độ cứng khơng gỗ thường, biến dạng mơi trường thời tiết cực nóng Sản xuất vật liệu thành phần bao gồm bột gỗ nhựa bước đầu trình hình thành sản phẩm WPC Trong bước tiếp theo, bột gỗ sợi gỗ kết hợp với nhiệt dẻo nóng chảy để tạo nên hỗn hợp đồng Hai phương pháp phổ biến để sản xuất WPC đùn đúc áp lực * Ưu – nhược điểm composite gỗ - nhựa Ưu điểm: + Dễ bảo quản - sơn nhuộm màu (nếu cần thiết) + Khả chống ẩm tốt + Bền (nghĩa bẻ cong tách) + Thân thiện với môi trường - sử dụng vật liệu tái chế thân chúng tái chế + Có thể gia công lắp ghép giống gỗ + Khơng cần bảo trì thường xun Nhược điểm: + Giá thành cao sản phẩm tương tự sản xuất từ vật liệu khác + Nặng gỗ lần (Tỷ trọng WPC 0,95-1,46 gỗ 0,35-0,5949) + WPC dễ phân hủy, mức độ phụ thuộc vào tỉ lệ gỗ (ví dụ bị nấm móc khơng sử dụng chất bảo quản) + Bị lão hóa tia cực tím ứng dụng trời 1.1.2 Thành phần gỗ nhựa 1.1.2.1 Vật liệu cốt (gỗ) a) Thành phần hóa học Trong sợi thực vật gồm bốn thành phần sau xenlulo, hemixenlulo, lignin thành phần vơ khác Trong xenlulo, hemixenlulo lignin thành phần ảnh hưởng lớn đến tính chất sợi Thành phần hóa học sợi phụ thuộc vào môi trường sống, tuổi cây, phương pháp tách sợi …[15] 68 Giá trị tính toán tiêu chuẩn Kokhren theo (4.9): Gtt = 0.2423, Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Fisher theo (4.12): Ftt = 0.1846 - Kiểm tra tính đồng phương sai: giá trị Kokhren tra bảng VIII 8, với  = 0,05; Gb = 0.2423, so sánh với giá trị Kokhren theo tính tốn ta có: Gtt = 0.2423< Gb = 0.7885, phương sai thí nghiệm coi đồng - Kiểm tra tính tương thích phương trình hồi qui: giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng VI 8 với mức độ xác nghiên cứu 0,05; Fb =4,11; so sánh với giá trị Fisher tính tốn ta có: Ftt = 0.1846< Fb = 4,11 mơ hình hồi qui tương thích Từ kết thu ta vẽ đồ thị tương quan chi phí lượng riêng tốc độ trục vít hình 4.9 Hình 4.9: Ảnh hưởng tốc độ trục vít đến chi phí lượng riêng 4.4.2.2 Ảnh hưởng tốc độ trục vít đến độ trộn Kết thí nghiệm xử lý số liệu ghi phần phụ lục 5, sử dụng phần mềm chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận kết sau: - Mơ hình hồi qui: H2 = 9.453 + 3.1251n - 0.030n2 Giá trị tính tốn theo tiêu chuẩn Kokhren: Gtt = 0.3420; Fisher: Ftt = 0.1090 (4.18) 69 - Thực phép kiểm tra: Tương tự giá trị Kokhren tra bảng Gtt = 0.3420; Fb = 4,11 so sánh với giá trị tính tốn ta thấy Gtt < Gb; Ftt < Fb Phương sai thí nghiệm coi đồng nhất, mơ hình (4.18) coi tương thích Từ kết hàm tương quan (4.18), xây dựng đồ thị phụ thuộc tốc độ trục vít đến hàn độ trộn hình 4.10 Hình 4.10: Ảnh hưởng tốc độ trục vít đến độ trộn 4.4.3 Ảnh hưởng thời gian trộn t đến chí phí lượng riêng độ trộn 4.4.3.1 Ảnh hưởng thời gian trộn đến chí phí lượng riêng Kết thí nghiệm xử lý số liệu ghi phần phụ lục 6, sử dụng phần mềm chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận kết sau: - Mơ hình hồi qui: Ar3 = -232.5167+ 253.0629t - 4.2739t2 (4.19) Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Kokhren theo (4.9): Gtt = 0.3507, Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Fisher theo (4.12): Ftt = 1.7181 - Kiểm tra tính đồng phương sai: giá trị Kokhren tra bảng VIII 8, với  = 0,05; Gb = 0.7885, so sánh với giá trị Kokhren theo tính tốn ta có: Gtt = 0.3507< Gb = 0.7885, phương sai thí nghiệm coi đồng 70 - Kiểm tra tính tương thích phương trình hồi qui: giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng VI 8 với mức độ xác nghiên cứu 0,05; Fb = 4,1; so sánh với giá trị Fisher tính tốn ta có: F tt = 1.7181< Fb = 4,11 mơ hình hồi qui tương thích Từ kết thu ta vẽ đồ thị tương quan chi phí lượng riêng thời gian trộn hình 4.11 Hình 4.11: Ảnh hưởng thời gian trộn đến chi phí lượng riêng 4.4.3.2 Ảnh hưởng thời gian trộn đến độ trộn Kết thí nghiệm xử lý số liệu ghi phần phụ lục 7, sử dụng phần mềm chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận kết sau: - Mơ hình hồi qui: H3 = 74.827+ 3.686t - 0.203t2 (4.20) Giá trị tính tốn theo tiêu chuẩn Kokhren: Gtt = 0.4379; Fisher: Ftt = 0.7731 - Thực phép kiểm tra: Tương tự giá trị Kokhren tra bảng Gtt = 0.4379; Fb = 4,11 so sánh với giá trị tính tốn ta thấy Gtt < Gb; Ftt < Fb Phương sai thí nghiệm coi đồng nhất, mơ hình (4.20) coi tương thích Từ kết hàm tương quan (4.20), xây dựng đồ thị phụ thuộc thời gian trộn đến hàm độ trộn hình 4.12 71 Hình 4.12: Ảnh hưởng thời gian trộn đến độ trộn Kết luận: Từ kết thực nghiệm đơn yếu tố nhận có số kết luận sau: - Ảnh hưởng tham số T; n; t đến hàm tiêu rõ nét - Từ hàm hồi qui đồ thị nhận cho thấy tương quan hàm số tham số ảnh hưởng với hàm tiêu dạng phi tuyến - Từ kết thu để chọn miền biến thiên tham số ảnh hưởng thí nghiệm đa yếu tố 4.5 Kết nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Kết thực nghiệm đơn yếu tố cho thấy ảnh hưởng tham số: T; n; t vào hàm mục tiêu (Ar) (H) chủ yếu phi tuyến, theo 8 không tiến hành qui hoạch thực nghiệm bậc mà thực qui hoạch thực nghiệm bậc hai, bước thực nghiệm đa yếu tố tiến hành sau: 4.5.1 Chọn vùng nghiên cứu giá trị biến thiên thông số đầu vào Từ kết thực nghiệm đơn yếu tố, chọn miền biến thiên thông số đầu vào sau: - Đối với nhiệt độ trộn: Từ phương trình hồi qui (4.15); ( 4.16) đồ thị hình 4.2 hình 4.3 nhận thấy nhiệt độ trộn nhỏ 1600C lớn 1800C 72 chi phí lượng riêng tăng lên độ trộn giảm giảm, chọn khoảng biến thiên nhiệt độ từ 1600C đến 1800C - Đối với tốc độ trục vít: Từ phương trình hồi qui (4.17); (4.18) đồ thị hình 4.4; hình 4.5 thấy tốc độ trục vít nhỏ 40 vịng/phút tốc độ trục vít lớn 60 vịng/phút chi phí lượng riêng cao độ trộn thấp, từ kết đơn yếu tố thu chọn khoảng biến thiên tốc độ trục vít từ 40v/ph đến 60v/ph - Đối với thời gian trộn: Từ phương trình hồi qui (4.19); (4.2) đồ thị hình 4.6; hình 4.7 thấy thời gian trộn nhỏ phút thời gian trộn lớn 12 phút chi phí lượng riêng cao độ trộn thấp, từ kết đơn yếu tố thu chọn khoảng biến thiên thời gian trộn từ phút đến 12 phút Mức thí nghiệm giá trị mã hố thơng số đầu vào ghi vào bảng 4.1 Bảng 4.1 Mức thí nghiệm thơng số đầu vào Yếu tố Mức X1 Nhiệt độ trộn X2 X3 Tốc độ trục vít Thời gian trộn T(0C) n (v/ph) t (phút) Mức +1 180 60 12 Mức sở 170 50 Mức - 160 40 Khoảng biến thiên ε 10 10 4.5.2 Thành lập ma trận thí nghiệm Theo 8, chúng tơi chọn ma trận thực nghiệm trung tâm hợp thành trực giao với thơng số đầu vào trình bày bảng 4.2 73 Bảng 4.2: Bảng ma trận thí nghiệm trung tâm hợp thành trực giao thơng số Mức thí nghiệm thơng số vào TT Mức thí nghiệm thơng số vào TT X1 X2 X3 X1 X2 X3 -1 -1 -1 0 -1 -1 10 -1 0 -1 -1 11 -1 1 12 -1 -1 -1 13 0 -1 14 0 -1 1 -1 15 0 1 16 0 17 0 4.5.3 Kết thí nghiệm đa yếu tố 4.5.3.1.Tiến hành thí nghiệm thăm dị Để kiểm tra kết đo có tuân theo qui luật phân bố chuẩn hay không để xác định số lần lặp lại tối thiểu cho thí nghiệm chúng tơi tiến hành 50 thí nghiệm thăm mức sở (0; 0), thay kết thí nghiệm vào cơng thức (4.6), xác định tiêu Person 2tt = 14,836, so sánh 2tt với tiêu chuẩn Person tra bảng b2 = 21 nhận thấy 2tt < b2 số đo thí nghiệm tuân theo giả thuyết luật phân bố chuẩn tính số lần lặp lại cho thí nghiệm theo công thức (4.7), xác định m =2,83 lấy m =3 Thiết bị thí nghiệm dụng cụ đo tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố Quá trình thực nghiệm thể hình 4.13 74 Hình 4.13: Xử lý số liệu thí nghiệm phịng thí nghiệm Vilas Trường Đại học Lâm nghiệp 4.5.3.2 Kết thí nghiệm theo ma trận lập a) Hàm chi phí điện riêng Kết thí nghiệm ghi phần phục lục 8, sử dụng phần mềm chương trình xử lý số liệu thực nghiệm, sau tính tốn kết sau: -Mơ hình hồi qui: Ar = 112112.071 - 1275.347X1 + 3.804 X 12 + 591.501X2 + 0.681X2X1 -32.712 X 22 - 243.404X3 - 0.374X3X1 + 0.113X3X2 + 3.135 X 32 - Kiểm tra tính đồng phương sai: (4.21) 75 Giá trị chuẩn Kokhren tính theo cơng thức (4.9) Gtt = 0.3115, với m = 17; n-1 = 2;  =0,05, tra bảng VIII 8, ta tiêu chuẩn Kokhren : Gb = 0,376 So sánh với giá trị tính tốn ta Gtt = 0.1295 < Gb = 0,376, phương sai thí nghiệm đồng -Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tốn: Theo tiêu chuẩn Student, hệ số mơ hình (4.21) có ảnh hưởng đáng kể đến đại lượng nghiên cứu thoả mãn điều kiện: tij tb ij = 0,3 (4.22) Trong đó: tb - hệ số tra bảng theo bậc tự độ tin cậy thí nghiệm tij - hệ số tính ứng với hệ số bij mơ hình hồi qui, giá trị tính tốn tiêu chuẩn Student cho hệ số sau: t0,0 =1.4622; t1,0 = -1.3926; t1,1 = 1.4179; t2,0 = 0.8086; t2,1 = 0.1799 t2,2 = -1.8909; t3,0 = -0.6519; t3,1 = -0.2467; t3,2 = 0.0299; t3,3 = 1.1685 Giá trị tiêu chuẩn Student tra bảng ( tb) tra bảng tài liệu 8, với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tự Kb =54 ta tìm tb =1,68 So với giá trị tính tốn ta thấy hệ số t0,0; t1,0 ; t1,1; t2,0; t2,1; t3,0; t3,1; t3,2; t3,3 không thoả mãn tiêu chuẩn Student (4.20) theo 8, không bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ưu phần sau - Kiểm tra tính tương thích mơ hình: Giá trị tiêu chuẩn Fisher tính theo công thức (4.12): Ftt = 2.1105, giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [8], với bậc tư 1 = 12; 2 = 54;  = 0,05 tìm đựơc Fb = 3,21, so sánh với giá trị tính tốn Ftt < Fb, mơ hình (4.21) coi tương thích 76 - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R2) xác định theo cơng thức (4.13), sau tính tốn R2 = 0,817, mơ hình coi hữu ích sử dụng b) Hàm độ trộn Kết thí nghiệm ghi phần phục lục 9, sử dụng phần mềm chương trình xử lý số liệu thực nghiệm, sau tính tốn kết sau: - Mơ hình hồi qui: H = -1289.148 + 16.659X1 - 0.056 X 12 + 18.403X2 - 0.043X2X1 -0.608 X 22 -4.700X3 + 0.056X3X1+ 0.0003X3X2 - 0.046 X 32 ( 4.23) - Kiểm tra tính đồng phương sai: Giá trị chuẩn Kokhren tính theo cơng thức (4.9) Gtt = 0.2854, với m = 17; n-1 = 2;  =0,05, tra bảng VIII 8, ta tiêu chuẩn Kokhren: Gb = 0,376 So sánh với giá trị tính tốn ta G tt = 0.068 < Gb = 0,376, phương sai thí nghiệm đồng - Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tốn: t0,0 = -1.0822; t1,0 = 1.1707; t1,1 = -1.3471; t2,0 = 1.6192; t2,1 = -0.7381; t2,2 = -2.2626; t3,0 = -0.8102; t3,1 = 2.3630; t3,2 = 0.0053; t3,3 = -1.1072 Giá trị tiêu chuẩn Student tra bảng ( tb) tra bảng tài liệu 8, với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tự Kb =54 ta tìm tb =1,68 So với giá trị tính tốn ta thấy hệ số t0,0; t1,0; t1,1; t2,0; t2,1; t3,0; t3,2; t3,3 không thoả mãn tiêu chuẩn Student (4.22) theo 8, không bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ưu phần sau - Kiểm tra tính tương thích mơ hình: 77 Giá trị tiêu chuẩn Fisher tính theo cơng thức (4.12): Ftt = 2.8890, giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [8], với bậc tư 1 = 12; 2 = 54;  = 0,05 tìm Fb = 3,21, so sánh với giá trị tính tốn Ftt < Fb, mơ hình (4.23) coi tương thích - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R2) xác định theo cơng thức (4.13), sau tính tốn R2 = 0,815, mơ hình coi hữu ích sử dụng 4.5.3.3 Chuyển phương trình hồi qui dạng thực Mơ hình (4.21) (4.23) phương trình hồi qui dạng mã, để chuyển phương trình dạng thực thay giá trị X 1; X2; X3 biến T; n; t, theo công thức sau: Xi  đây: xi  xio xi (4 24) xi - Giá trị thực biến Xi xio - Giá trị thực biến Xi mức “ ”  xi - số gia biến Xi Từ (4.24) ta có: X1 = 0,1.T -17; X2 = 0,1.n – 5; X3 = 0,25.t - (4 24a) Thay giá trị X1 = 0,1.T -17; X2 = 0,1.n – 5; X3 = 0,25.t - 2; vào (4.21) (4.23) sau tính tốn phương hồi qui dạng thực: Ar = 1229.830 - 92.131*T + 0.038*T2 + 90.727*n + 0.007*n*T – 0.372*n2 + 57.575*t – 6.085*t*T + 0.003*t*n + 196t2 (4.25) H = -1680.972+ 1.843*T - 0.001*T2+ 1.862*n - 0.0004*n*T - 0.007n2 -1.390*t + 0.001*t*T + 0.00001*t*n - 0.003t2 (4.26) 78 4.6 Xác định thông số tối ưu tham số ảnh hưởng 4.6.1 Lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu Việc xác định giá trị T; n t để hàm mục tiêu (4.25) (4.26) đạt cực tiểu, sử dụng phương pháp lập giải toán tối ưu đa mục tiêu [1]; [2] Sau xác định hàm mục tiêu, hàm mục tiêu có thứ nguyên khác nhau, tính chất cực trị khác hàm chi phí lượng nhỏ tốt, cịn hàm độ trộn lớn tốt Để giải tốn chúng tơi sử dụng phương pháp tìm lời giải tối ưu tổng quát có mặt nhiều hàm mục tiêu [2], nội dung phương pháp tóm tắt sau: - Trước hết đưa hai hàm mục tiêu cực trị, toán biến đổi để hai hàm tiến đến giá trị Min - Bước biến đổi hàm độ trộn tiến đến giá trị Min phiếm hàm Y sau: Y= Hmax- H Hmax giá trị độ trộn lớn mong muốn - Xác định giá trị cực đại hàm mục tiêu: Armax; Ymax - Lập hàm tỷ lệ tối ưu: 1  Ar Ar max 2  Y ; Y max - Lập hàm tỷ lệ tối ưu tổng quát:  = 1+ 2 (4.27) (4.28) Xác định giá trị T; n t để tối ưu hàm tổng quát đạt giá trị cực tiểu - Thay giá trị T; n t vào hàm tỷ lệ tối ưu 1; 2 - Nếu 1+ 2 = min giá trị T; n t giá trị cực trị cần tìm - Thay T; n t vào hàm Ar H tìm giá trị tối ưu hàm mục tiêu - Nếu 1+ 2  min cần tính tốn lại 79 4.6.2 Xác định giá trị tối ưu máy trộn hạt gỗ nhựa - Lập phiếm hàm Y Y= - 1196.448 + 16.659X1 - 0.056 X 12 + 18.403X2 - 0.043X2X1 -0.608 X 22 -4.700X3 + 0.056X3X1+ 0.0003X3X2 - 0.046 X 32 - Lập hàm tỷ lệ tối ưu  1= 70.07 – 0.797X1 + 0.00238 X 12 + 0.3697X2 + 0.000426X2X1 – 0.00204 X 22 - 0.152X3 - 0.000234X3X1 + 0.00007X3X2 + 0.00195 X 32 (4.29) 2= - 12.907 + 0.179X1 - 0.0006 X 12 + 0.199X2 - 0.00046X2X1 0.0066 X 22 - 0.05X3 + 0.0006X3X1+ 0.0003X3X2 - 0.0005 X 32 (4.30) - Lập hàm tối ưu tổng quát   = 57.163 - 0.618X1 + 0.00178 X 12 + 0.5687X2 - 0.000034X2X1 - 0.00864 X 22 - 0.202X3 + 0.000366X3X1 + 0.00037X3X2 + 0.00145 X 32 - Khảo sát hàm tối ưu tổng quát (4.31) (4.31) Lấy đạo hàm riêng phương trình (4.31) theo biến X1; X2 X3, hệ phương trình, giải hệ phương trình ta X1= - 0,02 ; X2 = 0,03; X3 = 0,475 Thay giá trị X1= - 0,02; X2 = 0,03; X3 = 0,475 vào phương trình (4.31) ta thấy phương trình đạt cực tiểu - Thay giá trị X1= - 0,02; X2 = 0,03; X3 = 0,475 vào phương trình 1và phương trình 2 ta có 1+ 2 = min, giá trị X1= - 0,02; X2 = 0,03; X3 = 0,475 tối ưu hàm mục tiêu Thay giá trị X1= - 0,02; X2 = 0,03; X3 = 0,475 vào phương trình (4.24a) ta xác định nhiệt độ trộn T = 169,8(0C); tốc độ trục vít n=50,3(v/ph) thời gian trộn t = 9,9 (phút) Như nhiệt độ trộn T =169,8 (0C) ; tốc độ trục vít n =50,3(v/ph) thời gian trộn t = 9,9 (phút) máy trộn cho chi phí lượng riêng nhỏ độ trộn lớn nhất, giá trị thông số tối ưu máy trộn hạt gỗ nhựa 80 4.7 Thực nghiệm máy trộn theo thông số tối ưu Sau xác định số thông số tối ưu máy trộn, tiến hành thí nghiệm lại thiết bị theo thơng số tối ưu Chúng tơi đo chi phí lượng riêng độ trộn Kết thí nghiệm sau xử lý ghi bảng 4.3 Để so sách máy hoạt động theo thông số tối ưu máy hoạt động theo thông số thiết kế, đồng thời tiến hành thí nghiệm máy với thơng số tối ưu máy theo thiết kế, kết thí nghiệm sau xử ký ghi bảng 4.3 Bảng 4.3: Bảng so sánh kết thí nghiệm máy theo thông số tối ưu máy theo thông số thiết kế TT Chỉ tiêu đánh giá so sánh Máy theo thơng số Máy theo thơng số tính tốn tối ưu Chi phí lượng riêng Độ trộn thiết kế 1597,5 (Wh/kg) 1800 (Wh/kg) 92,7% 90% Nhận xét: Từ kết thu bảng 4.3, có nhận xét sau: - Chi phí lượng riêng máy tính tốn theo thơng số tối ưu nhỏ máy chế tạo theo thông số tính tốn thiết kế - Độ trộn máy tính tốn theo thơng số tối ưu lớn máy chế tạo theo thơng số tính tốn thiết kế Kết luận chương Từ kết nghiên cứu xác định số thông số tối ưu máy trộn hạt gỗ nhựa đến kết luận sau: Đã xây dựng mơ hình hồi qui thực nghiệm đa yếu tố hàm mục tiêu với tham số ảnh hưởng dạng mã: (4.21); (4.23) dạng thực (4.25); (4.27) áp dụng phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu xác định thông số tối ưu của máy bao gồm: nhiệt độ trộn là: T = 169.80C; tốc độ trục vít n = 50.3 v/ph thời gian trộn t = 9.9 phút ; với 81 thơng số tối ưu cho chi phí lượng riêng nhỏ độ trộn lớn Đã so sánh kết thí nghiệm máy với thông số tối ưu với máy theo thông số tính tốn lý thuyết cho thấy: máy với thơng số tính tốn tối ưu cho chi phí lượng riêng nhỏ độ trộn cao 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận Sau nghiên cứu xong đề tài, chúng tơi có rút số kết luận sau: Đề tài tiến hành nghiên cứu đặc điểm, cấu trúc vật liệu gỗ nhựa sở cho việc xác định thông số tối ưu máy trộn loại vật liệu Ứng dụng ngun lý tính tốn máy trộn vật liệu rời, lý thuyết tính tốn máy trộn, đề tài phân tích yếu tố ảnh hưởng đến độ trộn chi phí lượng riêng Bằng nghiên cứu thực nghiệm đề tài xác định hàm tương quan thông số ảnh hưởng đến độ trộn chi phí lượng riêng dạng mã (4.21); (4.23) dạng thực (4.25); (4.27) đề tài xác định thông số tối ưu máy trộn vật liệu gỗ nhựa là: nhiệt độ buồng trộn T = 169.80C; tốc độ trục trộn n = 50.3 v/ph thời gian trộn t = 9.9 phút, với thông số tối ưu cho độ trộn lớn chi phí lượng riêng nhỏ Đề tài so sánh kết thí nghiệm máy với thơng số tối ưu với máy theo thơng số tính tốn lý thuyết cho thấy: máy với thơng số tính tốn tối ưu cho chi phí lượng riêng nhỏ độ trộn cao * Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài chưa có điều kiện nghiên cứu số thông số hợp lý khác máy, để đề tài hoàn thiện cần tiếp tục nghiên cứu số nội dung sau: Cần tiếp tục nghiên cứu thêm số thông số hợp lý khác bao gồm: độ ẩm vật liệu, kích thước hạt, tỷ lệ gỗ nhựa Cần tiếp tục xác định đồng thời nhiều yếu tố ảnh hưởng nghiên cứu trình trộn máy chất lượng sản phẩm ... TRẦN MINH VƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN ĐỘ TRỘN ĐỀU VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN HẠT GỖ NHỰA LEISTRITZ (ĐỨC) CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 LUẬN... tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến độ trộn chi phí lượng riêng trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz? ?? cần thiết 28 Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... Mục tiêu nghiên cứu Xác định quy luật mức độ ảnh hưởng số thông số máy trộn đến độ trộn chi phí lượng riêng trộn nhiên liệu từ hỗn hợp nhựa gỗ, từ xác định trị số tối ưu yếu tố ảnh hưởng để làm