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
N0
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
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
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 - Khối lƣợng nghiền tỉ lệ thuận với hàm mục tiêu (chính là giá trị cần tối
ƣu) do vậy không có điểm dƣ̀ng trong phạm vi thƣ̣c nghiệm nên không có tối ƣu.
- Tốc độ trục vít tải có quan hệ bậc hai với hàm mục tiêu . Quan hệ của hàm mục tiêu với các thông số ảnh hƣởng là:
Y = 5,9577 + 1,4867 X1 + 1,0521 X1X2 -3,1569 X2 + 1,8687 X22
Ta đƣợc giá trị tối ƣu tại tâm mặt quy hoạch:
Tốc độ trục đĩa nghiền: 812,885 ≈ 800 𝑣/𝑝 Tốc độ trục vít tải: 144,366 ≈ 150 𝑣/𝑝
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
YKtƣ = 4,72547 (Wh/ kg) X1tƣ = 800 (vg/p)
Vậy chi phí năng lƣợng nhỏ nhất khi nghiền một kg hạt ngô cho ta sản phẩm nghiền đạt yêu cầu lớn nhất . Và tốc độ trục đĩa nghiền tối ƣu là 800 vòng / phút.
Với máy mô hình ở chế độ làm việc tối ƣu: + Tốc độ trục đĩa nghiền n1 = 800 v/ph. + Tốc độ trục vít tải n2 = 150 v/ph. Năng suất nghiền của máy là:
Q = n2 x 1,42 = 150 x 1,42 = 213 (kg/h) Ta tìm đƣợc máy nghiền với các thông số hợp lý sau:
+ Khối lƣợng máy 420 kg. + 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 + Khoảng cách giữa 2 đĩa: 3 mm + Bƣớc của cánh vít tải: S = 40 mm + Động cơ
Động cơ của trục đĩa nghiền: 7,5 kw
Động cơ biến tốc của trục nạp liệu: 0,5 kw + Tốc độ trục đĩa nghiền 800 vg/ph
+ Tốc độ trục vít tải 150 vg/ph + Năng suất máy 213 kg/h
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Kết luận chƣơng 4
- Trên cơ sở mô hình , bằng phƣơng pháp nghiên cƣ́u thƣ̣c nghiệm kết hợp với xƣ̉ lý số liệu bằng phƣơng pháp quy hoạch thƣ̣c nghiệm , xác định các yếu tố ảnh hƣởng đối với chỉ tiêu hao phí năng lƣợng . Kết quả thu đƣợc cho thấy: Ở chế độ làm việc với tốc độ trục đĩa nghiền 800 v/p , tốc độ trục vít tải là 150 v/p thì chi phí năng lƣợng riêng trên một đơn vị khối lƣợng sản phẩm là ít nhất yKtƣ = 4,72547 (Wh/ kg)
- Với kết quả thu đƣợc làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế máy nghiền đĩa với công suất khác nhau.
- Trong quá trình nghiền tác giả nhận thấy chất lƣợng nghiền của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ trục đĩa nghiền, và ngoài ra còn phụ thuộc vào quy trình nạp liệu.
- Với nguyên lý máy nghiên cƣ́u đã xác định đƣợc các thông số ảnh hƣởng chính đến chi phí năng lƣợng riêng và chất lƣợng sản phẩm là : tốc độ trục đĩa nghiền, tốc độ trục vít tải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN CHUNG
Trong quá trình phát triển của xã hội hiện nay, chất lƣợng của sản phẩm đi đôi với giá thành hạ và sản lƣợng phải lớn . Vì vậy trong lĩnh vực sản xuất thƣ́c ăn cho ngành chăn nuôi nói chung và các sản phẩm nguyên liệu đƣợc sản suất bằng máy nghiền đĩa nói riêng, việc nghiên cƣ́u để đƣa ra các thông số về công nghệ và sƣ̉ dụng để tạo ra sản phẩm với chi phí năng lƣợng riêng là ít nhất. Với chất lƣợng đảm bảo là một vấn đề cấp bách.
Nghiên cƣ́u , ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xác định ảnh hƣởng của một số yếu tố chính đến chất lƣợng và chi phí năng lƣợng riêng của máy nghiền ngô dạng đĩa , tƣ̀ đó xác định bộ thông số chế tạo và sƣ̉ dụng hợp lý của máy nghiền ngô dạng đĩa.
Kết quả nghiên cƣ́u thƣ̣c nghiệm thu đƣợc có thể dùng làm cơ sở để thiết kế chế tạo máy nghiền đĩa mới với các công suất khác nhau.
Đã đề xuất một giải pháp thiết kế mới cho buồng nghiền để cải thiện quá trình công nghệ trong buồng nghiền theo hƣớng khắc phục các nhƣợc điểm cố hƣ̃u của máy nghiền búa . Xuất phát tƣ̀ bản chất của quá trình nghiền hạt theo nguyên tắc chà x át, về cơ bản đã thiết lập đƣợc nguyên tắc cấu tạo của máy nghiền dạng đĩa, buồng nghiền không sàng.
Kết quả thƣ̣c nghiệm với mô hình máy cho thấy máy đạt hiệu quả cao nhất tại tốc độ trục đĩa nghiền là 800 v/p và tốc độ trục vít tải là 150 v/p. Khi đó chi phí năng lƣợng riêng là nhỏ nhất bằng 4,72547 Wh/kg.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Báo cáo khoa học nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền – Viện Cơ Điện Nông Nghiệp.
[2]. Chiến lƣợc phát triển công nghiệp thƣ́c ăn chăn nuôi của Việt Nam , Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn 2010.
[3]. Công nghệ và các máy chế biến lƣơng thƣ̣c , NXB khoa học và kỹ thuật 1995.
[4]. Dƣ̣ thảo chiến lƣợc phát triển công nghi ệp thức ăn chăn nuôi – Bộ Nông nghiệp và PTNT – 2000.
[5]. Giới thiệu động cơ không đồng bộ ba pha – công ty chế tạo điện cơ Hà Nội.
[6]. Hoàng Tam Ngọc – Nghiên cƣ́u cơ sở khoa học thiết kế chế tạo máy nghiền không sàng – Luận án tiến sĩ kỹ thuật – Hà Nội 1998.
[7]. Hiệu quả kinh tế của ngành thƣ́c ăn gia súc và chiết tính giá thành thƣ́c ăn gia súc, Tập đoàn Hua Da Trung Quốc 2000.
[8]. Hà Trọng Hiệp , Nguyễn Văn Lẫm - Thiết kế chi tiết máy – Tập 1,2 – NXB Giáo Dục.
[9]. Kết quả khảo nghiệm bình tuyển máy nghiền thƣ́c ăn gia súc – Báo cáo của Ban Khoa Học Nông Nghiệp, UBKHKTNN – 1967.
[10]. Khái quát tình hình công nghiệp thức ăn gia súc Trung Quốc , Tập đoàn Hua Da Trung Quốc 2000.
[11]. Lê Huy Thắng , Kết quả nghiên cƣ́u thiết kế , chế tạo và khảo nghiệm máy nghiền NC-4, Báo cáo khoa học của Viện Công Cụ và Cơ giới hóa nông nghiệp 1990.
[12]. Lê Văn Bích – Ngiên cứu máy nghiền hạt làm thức ăn chăn nuôi kiểu búa hai trục đứng – Luận án tiến sỹ kỹ thuật – Hà Nội -2002.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
[13] Phạm Văn Lang - Cơ sở lý thuyết kế hoạch hóa thực nghiệm và việc ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp - Nhà xuất bản Nông nghiệp - Hà Nội - 1985 [14]. Phạm Văn Lang - Mô hình, đồng dạng, phép phân tích thứ nguyên và ứng dụng trong ngành cơ khí chế tạo máy phục vụ nông thôn, nông nghiệp - Bài giảng cho học viên cao học ngành chế tạo máy - Hà Nội - 2010. [15]. Nguyễn Thành Bang – Về việc chọn tham số máy nghiền . Nội san c ơ học tập IV UBKHKTNN, số 2- 1968.
[16]. Nguyễn Văn Dự - Nguyễn Đăng Bình. Quy hoạch thực nghiệm trong kỹ thuật - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật
[17]. Nguyễn Văn Hùng , Hoàng Tam Ngọc , Kết quả nghiên cƣ́u thiết kế chế