Việc áp dụng máy kéo vào làm đất cho trồng lúa đã thay thế sức lao động nặng nhọc cho người lao động và gia súc, tạo điều kiện cho việc chuyển mục
đích chăn nuôi gia súc từ lấy sức cày, kéo sang lấy thịt và sữa, làm tăng lợi nhuận cho người nông dân. Khi đó việc chăn nuôi gia súc được tập chung hơn giúp tận dụng chất thải chăn nuôi tạo ra năng lượng tái tạo, giải quyết tốt ô nhiễm môi trường.
Chỉ tiêu về xã hội và môi trường của các loại máy kéo là giống nhau do đó khi lựa chọn ta không cần xét đến.
3.3. Các phương pháp giải bài toán tối ưu chọn thiết bị.
3.3.1. Xác định các tham số của thiết bị ảnh hưởng đến các chỉ tiêu.
Có rất nhiều tham số ảnh hưởng đến năng suất phay đất của máy kéo như: Công suất của máy kéo, bề rộng làm việc của máy phay, độ ẩm của đất, loại đất, độ sâu phay…..trong đó có những tham số điều khiển theo ý muốn được, có những tham số không điều khiển theo ý muốn được. Mặt khác với mục đích của luận án là chọn thiết bị chứ không phải nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất khi làm đất. Vì vậy chọn tham số đặc trưng cho máy kéo là công suất của máy. Trong chỉ tiêu về năng suất phay đất của máy kéo theo công thức (3.26) ta nhận thấy rằng: trong cùng một điều kiện sản xuất (bề rộng làm việc của máy, độ ẩm, loại đất, độ sâu phay như nhau), thì khi ta thay đổi công suất của máy kéo (thay đổi vận tốc di chuyển của liên hợp máy) thì năng suất phay đất cũng thay đổi theo (3.27). Do đó tham số ảnh hưởng đến chi tiêu năng suất của máy kéo khi sử dụng để phay đất chính là công suất của máy (N). Căn cứ vào đặc tính kỹ thuật của các loại máy kéo (bảng 2.6 - 2.10) ta thấy khi công suất của máy lớn thì trọng lượng của máy cũng lớn, vận tốc làm việc trung bình cao, từ đó với tham số công suất của máy nó bao hàm tham số về kỹ thuật khác.
Kết quả nghiên cứu năng suất phay đất của máy kéo trong điều kiện thực tế cũng chỉ ra rằng, khi chọn máy kéo có công suất cao thì vận tốc di chuyển của LHM cũng cao mà vận tốc di chuyển của LHM cao thì năng suất phay đất theo ca cũng cao. Nhưng tăng công suất máy kéo đến một giới hạn nào đó do trọng lượng và kích thước của máy lớn dẫn đến việc máy chạy khi quay vòng
đấu bờ mất nhiều thời gian hơn, do đó hệ số sử dụng thời gian làm việc trong ca (r) giảm đáng kể. Ngoài ra khi trọng lượng của máy tăng thì độ ẩm của đất ruộng phải giảm nếu không máy sẽ bị lún, lầy mà độ ẩm của đất giảm sẽ làm tăng độ cứng của đất, khi đó phải giảm tốc độ của liên hợp máy dẫn đến năng suất phay sẽ có xu hướng giảm dần. Nghĩa là theo hướng tăng dần công suất của động cơ thì năng suất phay đất ban đầu tăng (đồng biến), sau một giá trị nào đó sẽ giảm (nghịch biến). Kết quả này hoàn toàn phù hợp với biểu thức tính toán lý thuyết (3.27). Nói cách khác ta không thể chọn máy kéo có công suất máy càng lớn càng tốt. Nên vấn đề ở đây là phải chọn loại máy kéo có công suất động cơ bằng bao nhiêu để có năng suất phay đất là cao nhất. Vì thế chúng tôi chọn công suất là tham số tối ưu cho bài toán này.
Đối với chỉ tiêu về chi phí sản xuất thì tham số ảnh hưởng cũng là công suất của máy kéo, khi công suất của máy kéo cao thì chi phí nhiên liệu cũng cao, giá mua máy cũng cao theo công thức (3.28) thì theo chiều tăng của công suất máy, ban đầu tổng chi phí sản xuất riêng cũng tăng nhưng rất chậm (đôi khi còn có xu hướng giảm) do trong giai đoạn đó năng suất phay đất tăng lên đáng kể. Nhưng từ một giá trị nào đó của công suất trở đi thì chi phí riêng sẽ tăng lên rất nhanh do năng suất phay đất khi đó cũng giảm như lý giải ở trên. Do đó công suất của máy có ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế của máy kéo khi dùng để phay đất. Nên cũng có vấn đề đặt ra là phải chọn loại máy kéo có công suất bao nhiêu để tổng chi phí nhỏ nhất hay nằm trong giới hạn cho phép có thể chấp nhận được. Tóm lại công suất của máy là tham số điều khiển trong bài toán chọn máy kéo dùng làm đất để trồng lúa.
3.3.2. Các phương pháp tối ưu giải bài toán chọn thiết bị.
Từ (3.31) và các kết quả trên ta có mô hình toán học của bài toán tuyển chọn máy kéo dùng để làm đất trồng lúa đã nêu là:
) 33 . 3 ( ) 32 . 3 ( max ) ( max min N N N N f Lca
Với: N là công suất của động cơ máy kéo - tham số cần tối ưu đã trình bày ở trên.
ca
L - Lợi nhuận trong một ca tính theo công thức (3.31) Ta có bài toán tối ưu với 1 mục tiêu.
Việc giải bài toán tối ưu một mục tiêu thực chất là khảo sát cực trị của hàm Lca trong miền xác định của tham số điều khiển N đã nêu.
Gọi hàm chi phí là f1, tính theo (2.28), hàm năng suất là f2 tính theo công thức (2.26), chỉ tiêu về lợi nhuận theo (2.29), thì mô hình toán học (3.31) được viết như sau:
) 35 . 3 ( ) 34 . 3 ( max )] ( ) ( [ 2 1 b N a N f k N f Lca g
Trong đó: a, b - giá trị công suất nhỏ nhất, lớn nhất của động cơ máy kéo đưa vào lựa chọn.
Việc lập và giải bài toán này sẽ xác định được công suất tối ưu, từ đó chọn được máy kéo thích hợp cho việc làm đất trồng lúa tại Cần Thơ.
Chương 4
LẬP VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU CHỌN MÁY KÉO LÀM ĐẤT TRỒNG LÚA LÀM ĐẤT TRỒNG LÚA
4.1. Lập các hàm mục tiêu của máy kéo dùng làm đất.
4.1.1. Phương pháp lập hàm mục tiêu Lca .
Từ kết quả ở chương 2 và 3 chúng tôi nhận thấy rằng việc xác định mối quan hệ giữa tham số (N) của thiết bị với hàm năng suất và hàm chi phí sản xuất bằng lý thuyết là rất phức tạp. Vì trong công thức tính năng suất phay đất thì công suất của máy kéo xuất hiện ẩn sau năng suất thuần túy. Hơn thế nữa như phân tích ở trên năng suất phay đất khô thực tế chỉ có thể xác định được một cách đúng nhất bằng phương pháp khảo nghiệm. Để quá trình tính toán sát thực tế hơn, phản ánh đầy đủ tác động của nhiều yếu tố thực tế hơn, nên sử dụng phương pháp lập hàm mục tiêu bằng thực nghiệm trong điều kiện thực tiễn.
Nội dung thực nghiệm là xác định năng suất thực tế và chi phí sản xuất của các loại máy kéo. Trên cơ sở đó xác định mối tương quan hàm số:
ca s
P = f1(N) và Cp = f2(N). Sau đó lập hàm mục tiêu tổng theo (3.34).
4.1.2. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm. 4.1.2.1. Chọn tham số ảnh hưởng. 4.1.2.1. Chọn tham số ảnh hưởng.
Như phần trên đã trình bày có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của máy kéo cũng như chi phí sản xuất. Xuất phát từ mục tiêu của đề tài, chọn công suất của máy kéo là tham số ảnh hưởng đến năng suất và chi phí sản xuất.
4.1.2.2. Chọn thiết bị thực nghiệm.
* Đối tượng thực nghiệm: Ta chọn 5 loại máy kéo của 4 hãng khác nhau có công suất khác nhau, cụ thể như sau:
Hãng John Deer có máy kéo John Deer 5310, công suất 55 (Hp) Hãng Belarut có máy kéo MTZ 50 L, công suất 60 (Hp)
Hãng Kubota có máy kéo Kubota L3408, công suất 33,8 (Hp)
Hãng Kubota có máy kéo Kubota L2800, công suất 28 (Hp) Hãng Yanmar có máy kéo Yanmar YM2500, công suất 26 (Hp)