Ng = f1(v). Tải trọng Q không thay đổi với Q = 0,6 m3. Vận tốc kéo cáp thay đổi từ v = 0,26 m/s đến 0,46 m/s.
Kết quả xử lý và các phép tính kiểm tra được thể hiện ở phụ biểu 03.
4.1.3.1 Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo tiêu chuẩn Kohren
Các giá trị ảnh hưởng tới năng suất Ng: Gtt = 0,3044 < Gb = 0,7885
Phương sai của thí nghiệm được coi là đồng nhất.
4.1.3.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo tiêu chuẩn Fisher Áp dụng công thức: Ftt = 2 2 y S S
54 Thay số: 2 y S = 1,4125 2 e S = 0,00363 => Ftt = 388,638 > Fb = 4,1
Ảnh hưởng yếu tố đầu vào đến năng suất Ng là đáng kể.
4.1.3.3 Xác định thực nghiệm mô hình đơn yếu tố
Từ số liệu thực nghiệm ta xác định được phương trình tương quan:
Ảnh hưởng của vận tốc (V) đến năng suất Ng
Sử dụng phần mềm OPT để tiến hành xử lý số liệu, kết quả thu được như sau:
Hệ số Tiêu chuẩn Student
b1 = -2,4273 ; T1 = -2,7614 b2 = 23,8800 ; T2 = 4,7560 b3 = -21,3333 ; T3 = -3,0695
Phương sai theo giá trị trung bình: Sb = 0,00423 Hệ số tự do: kb = 10
Phương sai theo giá trị hàm: Sa = 0,01521 Hệ số tự do: ka = 2
Theo tiêu chuẩn Fisher: F = 3,5994
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng
N0 X1 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ 1 0,26 2.38 2.29 2.45 2.373 2.339 2 0,31 2.91 2.79 2.85 2.850 2.925 3 0,36 3.51 3.36 3.41 3.427 3.405 4 0,41 3.87 3.74 3.86 3.823 3.777 5 0,46 4.02 4.02 4.01 4.017 4.043
55
Phương trình ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng:
Ng = - 2,427 + 23,880x – 21,333x2 (4.3)
4.1.3.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher thỏa mãn: Ftt < Fb
Ftt của hàm: Ng = 3,5994 < Fb = 4,1
Kết quả xử lý được thể hiện ở biểu 4.3 từ đó ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất của tời. (Hình 4.3).
Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng
4.1.4 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến chi phí năng lượng riêng Nr
Nr = f2(v). Tải trọng Q không thay đổi với Q = 0,6 m3. Vận tốc kéo cáp thay đổi từ v = 0,26 m/s đến 0,46 m/s.
56
4.1.4.1 Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo tiêu chuẩn Kohren
Các giá trị ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng Nr: Gtt = 0,4375 < Gb = 0,7885
Phương sai của thí nghiệm được coi là đồng nhất,
4.1.4.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo tiêu chuẩn Fisher Từ công thức: Ftt = 2 2 e y S S Ta có: 2 y S = 0,05016 2 e S = 0,000122 => Ftt = 412,856 > Fb = 4,1
Ảnh hưởng yếu tố đầu vào đến chi phí năng lượng riêng Nr là đáng kể.
4.1.4.3 Xác định thực nghiệm mô hình đơn yếu tố
Từ số liệu thực nghiệm ta xác định được phương trình tương quan:
Ảnh hưởng của vận tốc (V) đến chi phí năng lượng riêng Nr
Sử dụng phần mềm OPT để tiến hành xử lý số liệu, kết quả thu được như sau:
Hệ số Tiêu chuẩn Student
b1 = 0,6143 ; T1 = 4,3988 b2 = -3,7000 ; T2 = -4,6387 b3 = 7,3333 ; T3 = 6,6419 Phương sai theo giá trị trung bình: Sb = 0,00011
Hệ số tự do: kb = 10
57 Hệ số tự do: ka = 2
Theo tiêu chuẩn Fisher: F = 2,2500
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng riêng Nr
N0 X1 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ 1 0,260 0.15 0.14 0.16 0.150 0.148 2 0,310 0.17 0.17 0.17 0.170 0.172 3 0,360 0.23 0.21 0.24 0.227 0.233 4 0,410 0.35 0.33 0.34 0.340 0.330 5 0,460 0.47 0.45 0.46 0.460 0.464
Phương trình ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng riêng Nr: Nr = 0,614 – 3,700x + 7,333x2 (4.4)
4.1.4.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher thỏa mãn: Ftt < Fb
Ftt của hàm: Nr = 2,250 < Fb = 4,1
Kết quả xử lý được thể hiện ở biểu 4.4, từ đó ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng riêng của tời. (Hình 4.4).
58
Hình 4.4. Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến
chi phí năng lượng riêng Nr 4.1.5 Kết luận
- Ảnh hưởng của tải trọng Q khi tải trọng Q thay đổi từ 0,2 đến 1 m3 thì năng suất Ng và chi phí năng lượng riêng Nr là hàm bậc 2.
- Ảnh hưởng của vận tốc V khi vận tốc thay đổi từ 0,26 đến 0,46 m/s thì năng suất Ng và chi phí năng lượng riêng Nr là hàm bậc 2.
4.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố
Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho chúng ta khẳng định rằng: Ảnh hưởng của tải trọng chuyến Q và vận tốc V đến năng suất Ng và chi phí năng lượng riêng Ng là hàm bậc 2. Theo [4], chúng tôi không tiến hành quy hoạch thực nghiệm bậc nhất mà thực hiện ngay quy hoạch thực nghiệm bậc 2 theo phương án kế hoạch trung tâm hợp thành, các bước tiến hành như sau:
59
4.2.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng hưởng
Từ các thực nghiệm đơn yếu tố, xác định các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của các yếu tố, sử dụng công thức (2.15;2.16;2.17) xác định được giá trị X1, X2, dạng mã của các thông số tải trọng Q và vận tốc V.
Kết quả được ghi ở biểu 4.5.
Bảng 4.5. Dạng mã của các thông số tải trọng Q và vận tốc V. Các yếu tố
Mức biến thiên Mã hóa X1
Q (m3) X2 V (m/s) Mức trên + 1 1 0,46 Mức cơ sở 0 0,6 0,36 Mức dưới - 1 0,2 0,26
Khoảng biến thiên l 0,4 0,1
Tay đòn điểm sao (α) 1 α = 1;
α = 0,2
α = 0,46; α = 0,26
4.2.2 Thành lập ma trận thí nghiệm
Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành được sắp xếp như biểu 4.6.
Bảng 4.6. Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành.
STT X1 X2 1 - 1 - 1 2 + 1 - 1 3 - 1 + 1 4 + 1 + 1 5 - 1 0 6 + 1 0 7 0 - 1 8 0 + 1 9 0 0
60
4.2.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận kế hoạch trung tâm hợp thành với số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm m = 3 số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm m = 3
Kết quả thí nghiệm được ghi ở phụ biểu (5 và 6) trong quá trình thí nghiệm, những số liệu bất thường phải được kiểm tra xem xét nếu không đủ độ tin cậy phải làm lại ngay.
4.2.4 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra
4.2.4.1 Hàm năng lượng riêng Nr
Bảng 4.7. Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm chi phí năng lượng riêng Nr.
N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ Yost 1 0,21 0,19 0,24 0,213 0,161 -0,052 2 0,38 0,28 0,39 0,350 0,350 0,000 3 0,21 0,11 0,27 0,197 0,158 -0,038 4 0,39 0,30 0,38 0,357 0,371 0,014 5 0,16 0,12 0,18 0,153 0,244 0,091 6 0,57 0,30 0,51 0,460 0,445 -0,015 7 0,26 0,20 0,24 0,233 0,285 0,052 8 0,32 0,21 0,28 0,270 0,294 0,024 9 0,55 0,31 0,49 0,450 0,374 -0,076
Tiêu chuẩn Kohren tính toán Gtt = 0,3725 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb = 0,5728
=> Gtt < Gb tính đồng nhất của phương sai đạt tiêu chuẩn.
* Hàm năng lượng riêng có dạng:
61
Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số: sử dụng tiêu chuẩn Student,
những hệ số có ý nghĩa khi ttt > tb
Giá trị tb α = 0,05;
= N(n - 1) = 9 (3 – 1) = 18
tra bảng ta được: tb = 1,73
Đối chiếu với bảng trong tài liệu [4] thì những hệ số sau có nghĩa
b00, b10, b11, b20, b21¸ tất cả các hệ số đều có giá trị ttt > tb , vậy chúng đều
có ý nghĩa.
+ Kiểm tra tính tương thích của mô hình:
Ftt = 3,6532 < Fb = 4,1 => Mô hình tương thích.
+ Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình:
(4.6) Thay các giá trị tính toán được vào công thức (4.6) ta có:
R2 = 0,81 => R2 > 0,75
=> Mô hình được coi là hữu ích trong sử dụng.
4.2.4.2 Hàm năng suất Ng
Bảng 4.8. Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm năng suất Ng.
N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ 1 0,88 0,79 0,84 0,837 0,854 2 3,25 3,20 3,40 3,283 3,226 3 0,92 0,83 0,88 0,877 0,928 4 3,28 3,50 3,39 3,390 3,366 5 0,86 0,76 0,92 0,847 0,778 6 3,12 3,03 3,15 3,100 3,182 7 2,38 2,25 2,48 2,370 2,410 8 2,51 2,50 2,62 2,543 2,517 9 2,38 2,34 2,37 2,363 2,350
62 Tiêu chuẩn Kohren tính toán Gtt = 0,3292 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb = 0,5728
Gtt < Gb tính đồng nhất của phương sai đạt tiêu chuẩn.
* Hàm năng suất có dạng:
Ng = 1,081 + 5,631X1 – 2,312X12– 7,877X2 + 0,417X2X1 +
+ 11,333X22 (4.7)
Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số: sử dụng tiêu chuẩn Student,
những hệ số có ý nghĩa khi ttt > tb
Giá trị tb α = 0,05;
= N(n - 1) = 9 (3 – 1) = 18
tra bảng ta được: tb = 1,73
Đối chiếu với bảng trong tài liệu [4] thì những hệ số sau có nghĩa
b00, b10, b11, b20, b21, tất cả các hệ số đều có giá trị ttt > tb , vậy chúng đều
có ý nghĩa.
+ Kiểm tra tính tương thích của mô hình:
Ftt = 3,3765 < Fb = 4,1 => Mô hình tương thích.
+ Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình:
(4.8)
Thay các giá trị tính toán được vào phương trình (4.8) ta có:
R2 = 0,99 => R2 > 0,75
63
4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực
Trên cơ sở thay thế các giá trị mã hóa:
X1 = (X1 – X0)/e1 vào phương trình hội quy (4.5; 4.7).
Ta có:
X1 = (Q – 0,6)/0,4 = 2,5Q – 1,5
X2 = (V – 0,36)/0,1 = 10V – 3,6
Dùng phần mềm OPT tìm ra phương trình dạng thực của hàm như sau: + Hàm năng lượng riêng dạng thực:
Nr = – 132,35 – 1,117Q - 1,1499Q2 + 666,18V + 3,645Q.V –
– 743,25V2 (4.9)
+ Hàm năng suất dạng thực:
Ng = 164,92 + 27,67Q – 14,453Q2 – 901,02V + 10,417V.Q +
+ 1048,38V2 (4.10)
4.2.6 Xác định thông số làm việc tối ưu của tời 2 trống
Bằng phầm mềm xử lý số liệu OPT chúng tôi tìm ra được giá trị tối ưu của hàm năng lượng riêng và hàm năng suất như sau:
Với giá trị tối ưu tìm được khi Q = 0,6486 m3; V = 0,3026 m/s.
Thay các giá trị Q; V vào phương trình Ng và Nr ta được giá trị tối ưu: Nrmin = 0,6860 Kwh/m3
Ngmax = 2,185 m3/h
4.2.7 Khảo nghiệm máy với các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng
Trên cơ sở số liệu tính toán được ở mục 4.2.6. ta có giá trị tối ưu X1 của tải trọng chuyến, X2 của vận tốc trống tời:
X1 = 0,648 m3 X = 0,3026 m/s
64
Sau khi kiểm tra máy, chúng tôi tiến hành kiểm tra, gỗ, thiết bị đo cho máy làm việc để lấy số liệu.
Theo tài liệu [1] số liệu quan trắc cần thiết để kết quả tin tưởng được xác định bằng công thức:
tb - Chỉ tiêu Student tra bảng phụ thuộc vào độ tin cậy P và số lượng quan trắc n.
P = 0,95; α = 0,05;
S- Phương sai thí nghiệm
ε – Sai số tương đối; ε = 0,01 ÷ 0,05
- Sai số tuyệt đối; = ε.Y
Với kết quả thu được ở phục biểu (13), số lượng quan trắc cần thiết để kết quả có độ tin cậy 95% với sai số tương đối 5%.
4.2.7.1 Hàm năng lượng riêng Nr trong công thức 4.9
Số lượng quan trắc cần thiết với tb = 1,73. 4 , 11 02106 , 0 0140 , 0 73 , 1 2 2 2 x nct => nct = 11 thí nghiệm.
Số thí nghiệm đã thực hiện n = 15 > nct. Với số liệu thu thập được đủ đảm bảo với độ tin cậy 95%.
65
4.2.7.2 Hàm năng suất Ng trong công thức 4.10
Số lượng quan trắc cần thiết với tb = 1,73. 74 , 3 0442 , 0 0495 , 0 73 , 1 2 2 2 x nct => nct = 4 thí nghiệm.
Số thí nghiệm đã thực hiện n = 15 > nct. Với số liệu thu thập được
đủ đảm bảo với độ tin cậy 95%.
So sánh kết quả đã tính toán ở phương trình (4.9; 4.10). Kết quả tính toán: Y1rmin = 0,6860 Kwh/m3
Y2max = 2,185 m3/h Kết quả thí nghiệm: Y1min = 0,702 Kwh/m3.
Y2max = 2,211m3/h.
Sai lệch giữa tính toán và thử nghiệm:
- Năng suất: 2,185/2,211 = 97,7 %
- Năng lượng riêng: 0,6860/0,702 = 98,8%
Nhận xét: Sự sai lệch giữa tính toán và thử nghiệm không đáng kể, do vậy giá trị tối ưu tính toán có thể chấp nhận được.
4.3 Kết quả xác định hệ số cản giữa bó gỗ và mặt đất khi kéo lết bằng tời
Từ kết quả đo lực kéo của cáp tời ứng với trọng lượng gỗ khác nhau ta xác định được hệ số ma sát giữa bó gỗ và mặt đất. Kết quả các thí nghiệm trình bày ở biểu 4.9.
66
Bảng 4.9. Kết quả tính toán lực cản ma sát giữa gỗ và mặt đất. STT Tải trọng Q (Tấn) Fk (Tấn) f 1 0,2 0,11 0,550 2 0,4 0,21 0,525 3 0,6 0,52 0,867 4 0,8 0,65 0,831 5 1 0,98 0,980 Trung bình 0,747
Như vậy, hệ số cản giữa bó gỗ và mặt đất khi kéo lết bằng tời, xác định được bằng thực nghiệm f = 0,747.
67
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận
1. Qua thực tế khảo nghiệm cho thấy, mẫu tời hai trống do đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu công nghệ, cải tiến, thiết kế, chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trường” thiết kế, chế tạo được ứng dụng và thử nghiệm trong quá trình vận xuất đối với gỗ rừng trồng là hoàn toàn đáp ứng tốt.
Mẫu tời khảo nghiệm có công suất lớn, vận tốc kéo được thay đổi với các mức độ khác nhau, hệ thống trống tời chính kết hợp với trống tời phụ làm tăng khả năng làm việc cũng như tính linh động của tời nên có thể áp dụng với nhiều loại hình sơ đồ công nghệ vận xuất khác nhau.
2. Trên cơ sở lý luận chung về quá trình kéo gỗ bằng tời, luận văn đã xây dựng được công thức lý thuyết tính toán năng suất (Công thức 3.5) và chi phí năng lượng riêng (Công thức 3.16) của tời hai trống khi vận xuất gỗ rừng trồng.
Khi tiến hành phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu này, luận văn đã lực chọn hai yếu tố quan trọng là tải trọng chuyến (Q) và vận tốc cáp tời (V) để nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng, làm cơ sở định hướng cho quá trình nghiên cứu thực nghiệm.
3. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xây dựng được phương trình hồi quy và hàm tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa năng suất và chi phí năng lượng riêng với các yếu tố ảnh hưởng đã chọn như:
* Năng suất gom gỗ của tời:
- Phương trình hồi quy:
68 - Phương trình dạng thực:
Ng = 164,92 + 27,67Q – 14,453Q2 – 901,02V+10,417V.Q+1048,38V2
* Chi phí năng lượng riêng gom gỗ của tời:
- Phương trình hồi quy:
Nr = - 0,922 + 0,420X1 – 0,184X12 + 6,037X2 + 0,146X2X1 – 8,444X22
- Phương trình dạng thực:
Nr = – 132,35 – 1,117Q - 1,1499Q2 + 666,18V + 3,645Q.V – 743,25V2 4. Khảo sát các phương trình tương quan xác định được giá trị vận tốc