Giới thiệu mô hình thí nghiệm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.1: Sơ đồ thí nghiệm

+ Máy thí nghiệm:

Hình 4.2: Bản vẽ tổng thể máy nghiền đĩa

1. Cụm vỏ máy nghiền 2. Cụm đĩa cố định 3. Cụm đĩa quay 4. Cụm đầu đo 5. Cụm nạp liệu 6. Cụm khu be 7. Bi UCP 209

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9. Động cơ 7,5 10. Động cơ 0,5 11. Pu ly vít tải

12. Bảo hiểm động cơ 0,5 13. Bảo hiểm động cơ 7,5

4.3.1. Các thông số cơ bản

Thông số của máy

+ Chiều dài của máy 1600 mm

+ Chiều cao tƣ̀ đế tới tâm trục máy 500 mm + Chiều rộng máy 60 mm

+ Số lƣợng đĩa nghiền 2 đĩa

+ Bƣớc của cánh vít tải: S = 40 mm + Khối lƣợng máy 420 kg.

+ Động cơ

Động cơ 7,5 kw ( tƣơng ƣ́ng với trục đĩa nghiền quay 700, 1000, 1500 v/p) Động cơ biến tốc 0,5 kw ( tƣơng ƣ́ng với trục vít tải quay 70, 100, 160 v/p)

Các thông số thay đổi:

1) Tốc độ trục đĩa nghiền (trục chính của máy):

Chuyển động tƣ̀ động cơ tới trục chính của máy bằng dây curoa thang . Muốn điều chỉnh tốc độ của máy ta chỉ cần thay đổi puly trên động cơ.

Puly có đƣờng kính ∅1 = 126 ứng với tốc độ máy 700v/p Puly có đƣờng kính ∅2 = 163 ứng với tốc độ máy 1000v/p Puly có đƣờng kính ∅3 = 260 ứng với tốc độ máy 1500v/p 2) Tốc độ trục vít tải:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Động cơ kéo vít tải là động cơ biến tốc vô cấp. Thay đổi tốc độ quay của trục vít tải bằng cách điều khiển bảng điện của động cơ biến tốc vô cấp.

4.3.2.Thiết bị đo

1) Điện kế điện tƣ̉

Hình 4.3: Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính

1. Cân điện tƣ̉:

Độ chính xác 0,01g dùng để cân mẫu vật liệu nghiền. 2. Cân bàn:

Dùng để cân định lƣợng hạt ngô trƣớc khi nghiền.

4.4. Các bƣớc thực hiện thí nghiệm

4.4.1 Chọn giá trị của các thông số đầu vào

Do điều kiện thời gian có hạn để hoàn thành luận văn nên tác giả chọn các giá trị biến thiên của thông số đầu vào là tốc độ của đĩa nghiền và tốc độ trục vít tải (tốc độ nạp liệu ) theo phƣơng pháp thu thập th ông tin qua tài liệu tham khảo và ý kiến của chuyên gia.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tốc độ đĩa nghiền thƣờng nằm trong khoảng 700 ÷ 1500 vòng/phút. Vậy ta lấy giá trị biến thiên của tốc độ đĩa nghiền là N1= 700, N2 = 1000, N3 = 1500 vòng/phút.

* Xác định giá trị biến thiên của tốc độ trục vít tải

Tốc độ trục vít tải 70 ÷160 vòng/phút. Vậy ta lấy giá trị biến thiên của tốc độ trục vít tải là n1 = 70, n2 = 100, n3 = 160 vòng/phút.

4.4.2. Mục đích của thí nghiệm

Nguyên liệu là ngô hạt đƣợc nghiền lần lƣợt với các tốc độ đĩa nghiền là N1= 700 v/p, N2 = 1000 v/p, N3 = 1500 v/p. Với mỗi tốc độ đĩa nghiền thì tốc độ trục tít tải lần lƣợt thay đổi là n1 = 70 v/p, n2 = 100 v/p, n3 = 160 v/p. Sau một khoảng thời gian 1 phút ta dừng thí nghiệm . Kết quả thu đƣợc là các giá trị về điện năng tiêu thụ cho quá trình nghiền thông qua thiết bị điện kế điện tƣ̉ lƣu lạ i trên máy tính , và với mỗi một lần thí nghiệm nguyên liệu ngô sau khi nghiền thu đƣợc ta lấy một mẫu là 100 gram đem đi sàng để xác định độ đồng đều về kích thƣớc hạt ngô đã nghiền.

4.4.3.Tiến hành thí nghiệm

+ Phƣơng pháp cấp liệu:

Đổ lƣợng hạt ngô vào phễu nạp liệu trên máy ứng với trình tự thí nghiệm theo bảng sau:

Bảng 4.1: Khối lượng hạt vào phễu trong từng thí nghiệm

Mã số thí nghiệm

Tốc độ đĩa nghiền N (v/p)

Tốc độ trục vít tải n(v/p)

Khối lƣợng hạt vào phễu (kg) 1 700 70 2,5 2 700 100 3,7 3 700 160 5,8 4 1000 70 2,5 5 1000 100 3,7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6 1000 160 5,8

7 1500 70 2,5

8 1500 100 3,7

9 1500 160 5,8

Các thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần.

+ Phƣơng pháp thu thập số liệu điện năng trên máy tính.

Cài phần mềm đọc số liệu của động cơ trên máy tính . Trƣớc khi đóng cầu giao ngắt động cơ ta nhấn nút đọc số liệu để lƣu vào máy tính.

+ Phƣơng pháp xác định chất lƣợng nghiền.

Trong mỗi mẻ nghiền ta lấy hạt ngô nghiền tại phễu ra liệu , lấy khối lƣợng mẫu trong mỗi lần thí nghiệm là 100gram. Sau đó đem phân loại các cỡ hạt trên sàng Macaroc ϕ5, sàng xuống sàng Macaroc ϕ2 (hạt to ở trên sàng ϕ5) và xác định khối lƣợng của chúng bằng cân điện tƣ̉. Cuối cùng tính độ đồng đều các hạt.

4.5 . Nghiên cƣ́u ảnh hƣởng của một số thông số đến chất lƣợng nghiền

Tiến hành các thí nghiệm theo mã số đã nêu ở trên và lặp lại 3 lần. Sau đó lấy khối lƣợng mẫu tại mỗi lần thí nghiệm là 100gram và tính độ đồng đều các hạt nghiền.

Ta thu đƣợc số liệu về độ đồng đều tính theo % nhƣ bảng sau.

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm lần 1

Mẫu số Trên sàng ∅5 Trên sàng ∅2 Dƣới sàng ∅2

1 20,02 65,27 14,71 2 23,29 59,6 17,11 3 24,77 57,61 17,62 4 14,33 63,12 22,55 5 8,22 76,57 15,21 6 6,32 84,15 9,53 7 6,04 80,12 13,97 8 5,73 86,35 7,92

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9 3,65 89,27 7,08

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm lần 2

Mẫu số Trên sàng ∅5 Trên sàng ∅2 Dƣới sàng ∅2

1 18,2 67,27 14,53 2 24,45 60,5 15,05 3 23,67 59,43 16,9 4 15,38 67,42 17,2 5 7,37 79,07 13,56 6 6,57 84,26 9,17 7 5,87 82,3 11,83 8 5,85 86,74 7,41 9 3,96 87,13 8,91

Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm lần 3

Mẫu số Trên sàng ∅5 Trên sàng ∅2 Dƣới sàng ∅2

1 19,02 63,7 17,28 2 23,69 58,9 17,41 3 24,17 58,13 17,7 4 14,43 64,2 21,37 5 8,36 75,32 16,32 6 6,24 85,35 8,41 7 6,32 80,63 13,05 8 5,82 86,27 7,91 9 3,65 88,63 7,72 Nhận xét

Qua các t ài liệu tham khảo ta thấy đối với máy nghiền độ đồng đều của quá trình nghiền phụ thuộc rất nhiều vào chế độ cấp liệu . Đối với cùng một thành phần nguyên liệu nghiền (hạt ngô), với một khối lƣợng hạt trƣớc khi nghiền mà tỷ lệ thành phần hạt đã đạt yêu cầu (1,5 – 2 mm) phụ thuộc rất nhiều vào chế độ cấp liệu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tƣ̀ bảng số liệu ta thấy nhìn chung khi tăng tốc độ đĩa nghiền và tăng tốc độ nạp liệu thì độ nhỏ trong phạm vi yêu cầu (1,5 – 2 mm) càng tăng.

Ta nhận thấy giá trị độ nhỏ đƣợc xác định bằng phƣơng pháp lấy mẫu ngẫu nhiên sẽ không đánh giá đƣợc một cách chính xác mƣ́c độ đồng đều của sản phẩm nghiền . Mà chỉ đánh giá một cách tƣơng đối vì giá trị này nó phụ thuộc rất nhiều vào cách thƣ́c lấy mẫu và vị trí lấy mẫu.

4.6. Nghiên cƣ́u ảnh hƣởng của một số thông số đến chi phí năng lƣợng riêng

Làm thí nghiệm với 9 mã thí nghiệm khác nhau tƣơng ứng với nó là sự thay đổi tốc độ đĩa nghiền và tốc độ trục vít tải. Các thông số khác đƣợc coi là không đổi.

Mỗi thí nghiệm ta lặp lại 3 lần để đảm bảo độ chính xác hơn , vậy ta có bảng nhƣ sau:

Bảng 4-5: Danh sách các thí nghiệm thực hiện

x1 x2 x1 x2 Tên thí nghiệm

thƣ̣c hiện (mã) (mã) (v/ph) (v/ph) 1 -1 -1 700 70 tn2-1, tn2-2, tn2-3 2 +1 -1 700 100 tn2-1, tn2-2, tn2-3 3 -1 1 700 160 tn3-1, tn3-2, tn3-3 4 +1 1 1000 70 tn4-1, tn4-2, tn4-3 5 -1 0 1000 100 tn5-1, tn5-2, tn5-3 6 +1 0 1000 160 tn6-1, tn6-2, tn6-3 7 0 -1 1500 70 tn7-1, tn7-2, tn7-3 8 0 1 1500 100 tn8-1, tn8-2, tn8-3 9 0 0 1500 160 tn9-1, tn9-2, tn9-3

Mỗi thí nghiệm ta thu đƣợc bảng giá trị điện năng của động cơ trong thời gian thƣ̣c hiện thí nghiệm gồm:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

T(s): Thời gian

UA(V), UB(V), UC(V): Hiệu điện thế tƣ́c thời tại pha A, B, C. IA(A), IB(A), IC(A): Dòng điện thế tức thời tại pha A, B, C CosA, CosB, CosC: Góc lệch pha của pha A, B, C.

QA(VAR), QB(VAR) , QC(VAR): Công suất phản kháng tƣ́c thời của pha A, B, C

Hƣ̃u công ( Wh): Năng lƣợng tiêu thụ của động cơ. Vô công (VAR/h): Công suất phản kháng của động cơ.

Ở đây giá trị ta cần quan tâm là năng lƣợng tiêu thụ ( Hƣ̃u công ) và tƣơng ứng với thời gian T(s).

Ví dụ nhƣ tại thí nghiệm tn 1-1 ( N1 = 700 v/p, n1 = 70 v/p ) ta có: Các số liệu thu đƣơc tại thí nghiệm đƣợc in trong phụ lục 1

Nhận xét:

- Tƣ̀ các giá trị số liệu thu đƣợc ta đƣợc số liệu Hƣ̃u công /s = hƣ̃u công/T. Đây chính là công trun g bình tƣ̀ khi khởi động đến thời điểm đó của động cơ trong 1s đó, chính là năng lƣợng tiêu tốn trong 1s của động cơ. Tƣ̀ đó ta vẽ đƣợc đồ thị của hƣ̃u công /s tại mỗi bảng giá trị . Nhƣ tại tn 1-1 ta đƣợc:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.4 Mối quan hệ giữa thời gian nghiền và hữu công

- Ta thấy ban đầu các hạt ngô chƣa đƣợc nghiền đều , khi nghiền thì khối lƣợng các hạt ngô nghiền đƣợc tăng lên , vì vậy nên chi phí công suất tại thời điểm đó dần cao hơn và đến một mƣ́c nào đó thì ổn định chỉ tăng giảm đôi chút.

- Bảng tổng hợp số liệu của toàn bộ các thí nghiệm thu đƣợc tại bảng 4-5

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 Hữu công/s Hữu công/s

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 4– 6: Tổng hợp số liệu thí nghiệm

Thí nghiệm tg Độ ĐĐ NL NL/tg x1 x2 x1 x2 NL/kg (s) (%) (wh) (wh/s) (mã) (mã) (v/p) (v/p) (wh/kg) tn1-1 60 95.30 27 0.4500 -1 -1 700 70 10.8000 tn1-2 60 95.65 26 0.4333 700 70 10.3919 tn1-3 60 96.60 28 0.4667 700 70 11.2080 tn2-1 60 94.37 23 0.3833 1 -1 700 100 6.2100 tn2-2 60 96.36 24 0.4000 700 100 6.4861 tn2-3 60 96.89 23 0.3833 700 100 6.2074 tn3-1 60 94.08 25 0.4265 -1 1 700 160 4.4128 tn3-2 60 94.08 26 0.4284 700 160 4.4322 tn3-3 60 96.57 23 0,4166 700 160 4.3103 tn4-1 60 97.80 25 0.4167 1 1 1000 70 9.5999 tn4-2 60 97.76 24 0.4000 1000 70 9.5999 tn4-3 60 97.70 26 0.4333 1000 70 10.3920 tn5-1 60 96.12 27 0.4500 -1 0 1000 100 7.2969 tn5-2 60 97.14 28 0.4667 1000 100 7.5726 tn5-3 60 97.25 28 0.4667 1000 100 7.5811 tn6-1 60 97.88 32 0.5333 1 0 1000 160 5.5172 tn6-2 60 99.70 31 0.5167 1000 160 5.3448 tn6-3 60 99.64 33 0.5500 1000 160 5.6896 tn7-1 60 95.20 34 0.5667 0 -1 1500 70 13.6800 tn7-2 60 96.11 37 0.6167 1500 70 13.9920 tn7-3 60 95.67 36 0.6000 1500 70 14.4002 tn8-1 60 99.36 36 0.6000 0 1 1500 100 9.7402 tn8-2 60 98.57 34 0.5667 1500 100 9.1940 tn8-3 60 96.38 37 0.6167 1500 100 10.0049 tn9-1 60 89.97 40 0.6667 0 0 1500 160 6.9000

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tn9-2 60 96.25 39 0.6500 1500 160 6.7241

tn9-3 60 98.33 41 0.6833 1500 160 7.0655

Trong bảng 4 - 5

- TN là mã số thí nghiệm.

- tg (s): Tổng thời gian của tƣ̀ng thí nghiệm - Độ ĐĐ (%): Độ đồng đều

- NL(Wh): Năng lƣợng tiêu hao của động cơ cho quá trình nghiền - NL/tg(Wh/s): Năng lƣợng trung bình trên một giây của tƣ̀ng thí

nghiệm

- X1: Biến mã tốc độ quay của trục đĩa nghiền - X2: Biến mã khối lƣợng mẻ nghiền

- x1 (v/p): Tốc độ quay của trục nghiền. - x2 (kg):Khối lƣợng mẻ nghiền.

- NL/kg: (Wh/kg) Năng lƣợng trung bình trong một giây dùng để nghiền trên một kg sản phẩm:

/ NL

NL kg



(Wh/kg)

Tƣ̀ bảng 4-1, 4-2, 4-3 ta thấy rằng đối với các mẻ nghiền ở thí nghiệm thì để đạt đƣợc độ đồng đều cao với kích thƣớc hạt nghiền là yêu cầu 1,5 mm - 4,0 mm. Thì số vòng quay của trục đĩ a nghiền là N = 1500 vòng quay. Đây chính là giá trị cần tối ƣu . Với mục tiêu là chí phí năng lƣợng riêng nhỏ nhất tƣ́c là chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm đạt yêu cầu là nhỏ nhất . Điều đó cũng đồng nghĩa với việc ta đi tìm chi phí năng lƣợng riêng để nghiền cho một kg sản phẩm tính trên một giây là nhỏ nhất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4.7. Ảnh hƣởng của tốc độ đĩa nghiền x1 và tốc độ trục vít tải x2 đến chi phí năng lƣợng riêng YK

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 4-7: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ đĩa nghiền x1 và tốc độ trục vít tải x2 đến chi phí năng lượng riêng YK

N0 x1 x2 x1 x2 YK1 YK2 YK3 (mã) (mã) (v/ph) (v/ph) (Wh/kg) (Wh/kg) (Wh/kg) 1 -1 -1 700 70 10.8000 10.3919 11.2080 2 +1 -1 1500 70 6.2100 6.4861 6.2074 3 -1 1 700 160 4.4128 4.4322 4.3103 4 +1 1 1500 160 9.5999 9.5999 10.3920 5 -1 0 700 100 7.2969 7.5726 7.5811 6 +1 0 1500 100 5.5172 5.3448 5.6896 7 0 -1 1000 70 13.6800 13.9920 14.4002 8 0 1 1000 160 9.7402 9.1940 10.0049 9 1000 100 7.2989 7.5726 7.5811

Do số thí nghiệm ít nên các giá trị YK1, YK2, YK3 đƣợc lấy sao cho giá trị trung bình của chúng cũng chính là giá trị trung bình của các giá trị hàm mục tiêu (NL/kg) trong một mã thí nghiệm.

* Tìm phƣơng trình hồi quy bằng phần mềm Minitab Thiết kế thí nghiệm:

Chọn kiểu quy hoạch thực nghiệm

N = 2k + 2k + N0 = 22 + 2x2 + 1 = 9 K = 2 Số nhân tố đầu vào

N0 Số thí nghiệm tại tâm Chọn α = 1

Dạng thí nghiệm CCD

Nhập số liệu vào phần mềm Minitab

1 α α -1 0 X2 α α 1 -1 X1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Dƣ̣a vào số liệu trên ta phân tích dƣ̃ liệu bằng phần mềm Militab thu đƣợc nhƣ hình sau.

Hình 4.6 Phân tích tìm hệ số hồi quy

Vậy phƣơng trình hồi quy là:

Y = 5,9577 + 1,4867 X1 + 1,0521 X1X1 -3,1569 X2 + 1,8687 X22

Tƣ̀ phƣơng trình hồi quy sƣ̉ dụng phần mềm Minitab ta vẽ đƣợc đồ thị của nó nhƣ sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.7: Đồ thị phương trình hồi quy

Tƣ̀ đồ thị dễ dàng quan sát đƣợc dƣới hai yếu tố ảnh hƣởng là tốc độ trục vít tải và tốc độ đĩa nghiền ta tìm đƣợc điểm tối ƣu là điểm thấp nhất của mặt cong, tại đó giá trị mức chi phí năng lƣợng riêng là nhỏ nhất . Bằng phần mềm Minitab chỉ rõ cho chúng ta điểm đó trên hình sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.8 Điểm tối ưu

→ Nhƣ vậy thông số tối ƣu thu đƣợc nhƣ sau:

Nhận xét

- Phƣơng trình hồi quy trên hoàn toàn đúng với bƣ́c tranh khảo nghiệm

Công suất vít tải:

Mục đích của thí nghiệm