Với mục đích xác định một số thông số làm việc của quá trình trộn gỗ nhựa, nên việc nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá.
- Chất lượng lượng sản phẩm sau khi trộn (độ trộn đều). - Chi phí năng lượng riêng khi trộn.
Các chỉ tiêu này rất quan trọng ảnh hưởng đến đầu ra cho sản phẩm trong quá trình sản xuất. Trong giới hạn nghiên cứu và với mục đích ứng dụng phương pháp thống kê đã học vào thực tế, độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng là hai yếu tố được chọn như yếu tố đầu ra của bài toán thực nghiệm.
Các yếu tố trên ảnh hưởng bởi các yếu tố:
- Thời gian trộn. - Tốc độ trục vít trộn.
Các bước tiến hành thực nghiệm:
- Thí nghiệm thăm dò.
- Thực nghiệm xác định các thông số làm việc khi máy trộn trộn sản phẩm
2.5.2.1. Xác định các thông số nghiên cứu
a) Xác định các thông số đầu ra
Các thông số nghiên cứu đầu ra đặc trưng cho các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chất lượng gỗ nhựa của máy trộn gỗ nhựa và phản ánh mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Do đó, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chất lượng gỗ nhựa đầu ra của máy trộn phải đạt yêu cầu của nhà sản xuất vì vậy thông số đầu ra của máy trộn gỗ nhựa là:
Chi phí năng lượng riêng: Đây là thông số đặc trưng cho mục tiêu nghiên cứu, phản ánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa ký hiệu Y1, ở dạng thực ký hiệu là Ar). Đại lượng này chịu ảnh hưởng của thông số đầu vào là nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít.
Độ trộn đều (H) gỗ nhựa: Đây là thông số đặc trưng cho chất lượng sản phẩm ,trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa ký hiệu Y2, ở dạng thực ký hiệu là H). Đại lượng này chịu ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào của thông số đầu vào là nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít.
Với các chỉ tiêu thông số đầu ra trên, đối với nhà sản xuất thì chất lượng gỗ nhựa và chỉ tiêu kinh tế là rất quang trọng. Do vậy bài toán thực nghiệm được thực hiện với chỉ tiêu đầu ra là chi phí năng lượng riêng và chỉ tiêu chất lượng gỗ nhựa (độ trộn đều H) được xem như hàm ràng buộc.
b) Xác định các thông số vào
Những thông số vào có thể ảnh hưởng đến thông số ra Ar và H được đặc trưng cho quá trình trộn là:
- Các yếu tố như; Kích thước độ xốp, khối lượng, loại gỗ, nhựa được xem như không có sự khác biệt về các tính chất trong các mẫu thí nghiệm được coi là sự khác biệt mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy các tính chất về kích thước, khối lượng và độ xốp, loại loại gỗ, nhựa được xem là cố định trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và không chọn làm thông số đầu vào.
- Nhiệt độ (ký hiệu T, mã hóa X1). Lực ép được tính bằng công thức.
Q = I2.R.t (2.4)
Trong đó:
Q - Nhiệt lượng (J)
I - Cường độ của dòng điện(A) R - Điện trở ()
t - Thời gian (s)
Từ công thức (2.4) muốn thay đổi nhiệt lượng (nhiệt độ T) ta thay đổi điện trở. Muốn thay đổi điện trở ta dùng biến trở để điều chỉnh.
- Thời gian trộn là toàn bộ thời gian của một chu kỳ trộn tạo ra sản phẩm (ký hiệu t, mã hóa X3). Thông số này được điều khiển bằng bộ cài đặc thời gian (rơ le thời gian). Thời gian trộn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (độ trộn đều sản phẩm ), mức tiêu thụ năng lượng riêng và chịu tác động của một số các yếu tố ngẫu nhiên.
- Tốc độ trục vít trộn (ký hiệu n, mã hóa X2). P s f nđc60. .(1 ) (2.5)
Trong đó: nđc - Số vòng quay động cơ(v/ph). f - Tần số (Hz)
p - Số đôi cực
Từ công thức (2.5), muốn thay đổi số vòng quay ta chỉ cần thay đổi tần số. Thay đổi tần số bằng cách dùng biến tần, tần số có thể thay đổi từ 1(Hz) đến 400 (Hz) và thông qua hộp giảm tốc thay đổi được tốc độ trục vít n.
Với phân tích như trên, dự kiến thí nghiệm được nghiên cứu với ba yếu tố đầu vào là nhiệt độ, thời gian và tốc độ trộn của trục vít.
- Nhiệt độ (ở dạng thực ký hiệu T, ở dạng mã hóa ký hiệu X1) được điều khiển bằng biến trở.
- Tốc độ trộn ( ở dạng thực ký hiệu n , ở dạng mã hóa ký hiệu X2) được điều khiển bằng bộ biến tần.
- Thời gian trộn (ký hiệu t, mã hóa X3). Thông số này điều chỉnh được bằng bộ cài đặc thời gian (rơ le thời gian).
Ba yếu tố trên độc lập hoàn toàn.
Hình 2.1: Mô hình bài toán hộp đen
2.5.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm.
Phương pháp thí nghiệm: Áp dụng thí nghiệm nhiều yếu tố và phần mềm tối ưu OPT.
Trình tự thực hiện khảo nghiệm:
+ Chọn các thông số nghiên cứu: Thông số vào là các thông số thật sự ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu và có thể điều khiển được, thông số ra là các chỉ tiêu tối ưu.
+ Bố trí thí nghiệm đơn yếu tố: Cho ta xác định yếu tố đó có thực sự ảnh hưởng đến chỉ tiêu tối ưu không và đồng thời xác định miền nghiên cứu thực nghiệm . Đó là cơ sở để thực hiện khảo nghiệm.
+ Lập kế hoạch khảo nghiệm:
Trước tiên chọn dạng kế hoạch khảo nghiệm sau đó kiểm tra sự phù hợp của các hệ số hồi quy tìm được đối với mô hình sau khi loại bỏ các hệ số hồi quy không phù hợp, nếu các hệ số hồi quy không phù hợp với mô hình ta phải cải tiến mô hình bằng cách nâng bậc phương án khảo nghiệm lên bậc II
2.5.2.3. Thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố
Thí nghiệm thăm dò được thực hiện theo trình tự sau: Căn cứ cơ sở lý thuyết của đề tài lựa chọn các thông số bao gồm: Nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít. Sau khi tính toán xác định chính xác: Nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít ta tiến hành trộn thử một mẩu thí nghiệm (mẫu thí nghiệm được lựa chọn hoàn toàn thống nhất với điều kiện và nguyên liệu của sản xuất sau này) để đo đạc các ràng buộc về kỹ thuật. Sau khi đã đạt được các yêu cầu kỹ thuật ta tiến hành các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố.
Thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố lần lược được thực hiện với các thông số: Nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít nhằm khẳng định: Sự ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng.
Thí nghiệm thăm dò của các thông số đầu vào được lựa chọn trên cơ sở máy thực tế sản xuất tại Phòng thí nghiệm trọng điểm ĐHQG hoá lý ứng dụng, Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 227 Nguyễn Văn Cừ, phường 4, quận 5, TP Hồ Chí Minh và Phòng thí nghiệm tiêu chuẩn quốc gia của Trường Đại học Lâm nghiệp (Vilas 309), Thị trấn Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội, các kết quả thí nghiệm thăm dò và các kết quả nghiên cứu lý thuyết. Từ kết quả thí nghiệm thăm dò, ta thấy rằng các thông số đầu vào nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng.
Sau khi thực hiện các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố để kết luận sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít đến hàm chi phí năng lượng riêng Ar và hàm độ trộn đều H, chúng tôi không tiến hành qui hoạch thực nghiệm bậc nhất mà thực hiện qui hoạch thực nghiệm bậc hai, các bước thực nghiệm đa yếu tố được tiến hành như sau:
2.5.2.4. Thực nghiệm theo phương án bậc II
Dựa theo thí nghiệm thăm dò mức cơ sở và khoảng biến thiên đã chọn ở phương án thí nghiệm thăm dò, miền thí nghiệm cho phương án trực giao bậc II được thành lập như ở bảng 2.1
Bảng 2.1: Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II
Yếu tố Mức Nhiệt độ T(0C) Tốc độ trục vít n(v/ph) Thời gian t(phút) Mức trên +1 b2 c2 d2 Mức cơ sở 0 2 1 2 b b 2 1 2 c c 2 1 2 d d Mức dưới -1 b1 c1 d1
Khoảng biến thiên
2 1 1 2 b b 2 1 2 c c 2 1 2 d d
2.5.2.5. Phương tiện thực nghiệm
Máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (CHLB Đức) tại Phòng thí nghiệm trọng điểm ĐHQG hoá lý ứng dụng – Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 227 Nguyễn Văn Cừ, phường 4, quận 5, TP Hồ Chí Minh.
Hình 2.2: Máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (CHLB Đức)
Vật liệu thí nghiệm: Bột gỗ cao su, nhựa PP 348 và chất trợ tương hợp (PP–g–AM).
+ Đo thời gian trộn
Thời gian trộn tính từ lúc bắt đầu nạp liệu (bột gỗ nhựa) vào buồn trộn tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh (kết thúc một chu kỳ). Thời gian trộn được đo bằng đồng hồ bấm giây hoặc rơle thời gian.
+ Đo tốc độ trục vít
Tốc độ động cơ hiển thị trên màn hình của bộ biến tần, kết hợp với tỉ số truyền của hộp giảm tốc ta tính được vận tốc của trục vít trộn.
+ Đo nhiệt độ: Dùng đầu dò cảm biến nhiệt gắn vào buồn trộn để đo nhiệt độ
và hiển thị bằng đồng hồ nhiệt.
+ Đo chi phí năng lượng riêng
Mức tiêu thụ năng lượng riêng Ar (Wh/kg) được xác định bằng công thức:
Ns N
Ar t (2.6)
Trong đó:
Nt - công suất tiêu thụ của máy, (W);
Ns- năng suất máy, (kg/h);
2.5.2.6. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm