Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến năng suất và chi phí năng lượng của máy đào rãnh trồng mía lắp trên máy kéo MTZ 50

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

NGUYỄN CAO THÔNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KẾT
CẤU ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY
ĐÀO RÃNH TRỒNG MÍA LẮP TRÊN MÁY KÉO MTZ-50

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông, lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU

HÀ NỘI - 2011


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Mía là cây cơng nghiệp ngắn ngày, có giá trị kinh tế cao, người ta còn gọi
cây mía là cây năng lượng của thế kỷ 21. Ngồi việc dùng để chế biến đường,
mía còn là ngun liệu cho hơn 50 sản phẩm chế biến khác nhau của nhiều
ngành cơng nghiệp như: dệt, gỗ, hóa dược, giấy, xây dựng….

Nghề trồng mía trên thế giới đã có từ lâu đời, khỏang hơn 200 quốc gia
và vùng lãnh thổ trồng mía. n Độ là quốc gia đầu tiên trên thế giới biết sản
xuất đường từ mía, vào khỏang năm 1938. Theo thống kê của tổ chức FAO (
tổ chức nông- lương liên hợp quốc), sản lượng đường sản xuất từ mía là
1.324,6 triệu tấn vào năm 2005( gấp 6 lần so với đường sản xuất từ củ cải)
tập trung chủ yếu ở các quốc gia và vùng lãnh thổ nhiệt đới. Hiện nay Brazil
là quốc gia sản xuất đường lớn nhất thế giới với gần 600 triệu tấn mía vào
năm 2010. Tuy nhiên việc cơ khí hóa trong ngành mía đường ở các nước này
đã và đang phát triển mạnh mẽ trong các khâu làm đất, trồng, chăm sóc và
thu họach.
Ở nước ta cây mía được trồng trên khắp mọi miền, chủ yếu tập trung ở các
tỉnh phía bắc, khu bốn và các tỉnh Nam Trung Bộ. Cuối thế kỷ XX đầu thế kỷ
XXI cây mía được phát triển đại trà ở đồng bằng Sơng Cửu Long, một loạt các
nhà máy đường có cơng suất vừa và lớn được xây dựng như: Nhà máy đường
Bến Tre, Trà Vinh, Phụng Hiệp, Vị Thanh, Sóc Trăng và nhà máy đường Kiên
Giang. Các cánh đồng lúa đã và đang dần được thay thế bằng đồng mía, vì cây
mía có giá trò kinh tế cao và nhu cầu sử dụng đường của người dân Nam Bộ
cao. Theo thống kê mới nhất của tổng cơng ty (TCT) mía đường Cần Thơ đến
cuối tháng 2/2011 diện tích trồng mía ở đồng bằng sông Cửu Long là khỏang
65.000 ha, sản lượng đạt gần 5,2 triệu tấn mía/ năm. Nhưng hiện nay phần


2

lớn công nghệ làm đất, đào rãnh, trồng, chăm sóc và thu họach mía vẫn là
Lao động thủ công.
Đào rãnh để trồng mía là cơng việc nặng nhọc, tốn nhiều cơng sức, ngược
lại lao động trẻ nông thôn đổ ra thành phố và các khu công nghiệp mới nên
việc cơ khí hóa cho công việc đào rãnh trồng mía là vô cùng cấp bách. Hiện
nay đã có một số máy đào rãnh, đào mương đang áp dụng cho đào rãnh trồng

mía nhưng hiệu quả khơng cao. Liên hợp máy đào rãnh kiểu xới phay đã có từ
năm 2007 vì là liên hợp máy mới nên chưa có đề tài nào đi sâu nghiên cứu tối
ưu các thơng số cho liên hợp máy đào rãnh kiểu này.
Do vậy tơi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thơng
số kết cấu đến năng suất và chi phí nhiên liệu của máy đào rãnh trồng mía
lắp trên máy kéo MTZ-50”
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Ý nghĩa khoa học của đề tài là xác định được một số thơng số kỹ thuật tối
ưu của LHM đào rãnh trồng mía lắp trên máy kéo MTZ- 50 làm việc trên nền
đất thịt ở đồng bằng Sơng Cửu Long có căn cứ khoa học, nhằm nâng cao năng
suất cho LHM đào rãnh, giảm chi phí nhiên liệu.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Hồn thiện mẫu LHM đào rãnh ĐRXS-1 với những thơng số kỹ thuật tối
ưu khuyến cáo đưa máy vào sử dụng rộng rãi phục vụ việc cơ giới hóa khâu đào
rãnh trồng mía ở đồng bằng Sơng Cửu Long.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Thiết bị máy đào rãnh và máy trồng mía ở đồng bằng Sơng Cửu Long.
Trước kia và hiện nay đồng bằng Sơng Cửu Long chỉ sử dụng các loại máy
đào, cuốc và nạo vét kênh mương phục vụ sản xuất lúa,chưa có loại máy nào
đào rãnh trồng mía. Hầu hết bà con nơng dân vẫn đào rãnh trồng mía bằng các


3

dụng cụ thô sơ, vì vậy năng suất mía chưa cao, giá thành từ sản phẩm từ cây
mía còn cao
Trong luận văn này xin giới thiệu một loại máy đào rãnh, để tạo cơ sở lựa
chọn nguyên lý và kết cấu của máy đào rãnh trồng mía liên hợp với máy kéo
MTZ-50 theo nguyên lý phay đào chủ động.

1.2. Thiết bị máy đào rãnh và máy trồng mía trong nước và trên thế giới .
Những năm 1990, Viện Cơ Điện Nông nghiệp đã đưa ra máy rạch hàng mía
dạng chủ động đào rãnh xới sâu trồng mía liên hoàn ĐRXS – 1 có khả năng xới
sâu tới 50 – 60 cm, đào rãnh thoả mãn yêu cầu kỹ thuật trồng mía. Máy liên hợp
với máy kéo bánh bơm cỡ 1,4 tấn lực kéo có năng suất 0,4 ha/h.
Năm 1998 luận án tiến sỹ kỹ thuật của Nguyễn Văn Phát đã “nghiên cứu một
số thông số chính của bộ phận làm việc máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1”, đưa ra
kết luận giảm số vòng quay từ 434 xuống 356 v/ph dẫn đến có thể tăng vận tốc
tịnh tiến của máy từ 0,468 m/s lên 0,695 m/s làm tăng năng suất máy lên 48,5%
trong cùng điều kiện chi phí năng lượng như nhau.
- Năm 2004, đề tài cấp Thành phố Hồ Chí Minh “nghiên cứu thiết kế, chế
tạo máy trồng mía” do TS. Nguyễn Như Nam làm chủ nhiệm
Máy rạch hàng R-2
Máy đào rãnh kiểu trục vít đứng 1KL
Máy đào rãnh xới sâu trồng mía liên hoàn ĐRXS – 1
Kế t luâ ̣n chương 1
Trình bày được yêu cầu kỹ thuật của rãnh trồng mía
Cấu tạo cơ bản và đặc tính kỹ thuật của một số loại máy đào rãnh trồng
mía, máy trồng mía trên thế giới và Viê ̣t Nam..
Cấu tạo cơ bản và đặc tính kỹ thuật của máy kéo MTZ-50
Cấu tạo cơ bản và đặc tính kỹ thuật của máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1
theo nguyên lý chủ động


4

Nêu được một số công trình nghiên cứu về máy đào rãnh, đào rãnh trồng
mía, máy trồng mía trên thế giới và ở Việt Nam
Giới thiệu tổng quan về phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu
Nghiên cứu xác định được các thông số LHM đào rãnh trồng mía kiểu
phay làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế, chế tạo loại LHM này, nhằm nâng
cao năng suất, giảm chi phí nhiên liệu và đảm bảo hình dạng yêu cầu của rãnh
đào.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
2.2.1. Đất trồng mía ở đồng bằng Sông Cửu Long
Đất thích hợp cho cây mía là đất có nguồn gốc từ núi lửa, đất phù sa, đất có
tầng canh tác dày và giữ độ ẩm tốt. Tùy theo điều kiện tự nhiên, tập quán canh
tác cây mía và quy mô sản xuất, có thể phân chia vùng đất trồng mía ở Việt
nam thành 7 vùng: Các tỉnh phía Tây Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, khu Bốn cũ,
đồng bằng và ven biển Miền Trung, vùng Tây Nguyên, Miền Đông Nam Bộ và
các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long. Đối tượng nghiên cứu trong luận văn này
là đất thịt( đất tạp) ở đồng bằng Sông Cửu Long.
Đồng bằng Sông Cửu Long với diện tích gần bốn triệu ha chiếm trọn vùng hạ
lưu sông Mê Công bao gồm các tỉnh: long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh
Long, Trà Vinh, Đồng Tháp, Cần Thơ, Hậu giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà
Mau, Kiên Giang và An Giang. Hoặc ít, hoặc nhiều tỉnh nào cũng có sự xuất
hiện của cây mía. Các chỉ tiêu đặc trưng cho cơ, lý, hóa tính của đất ở đồng
bằng Sông Cửu long như: độ cứng, độ ẩm, dung trọng và hệ số ma sát trong giai
đoạn làm đất là những chỉ tiêu rất quan trọng ảnh hưởng đến chi phí và chất
lượng làm đất cần phải được xác định. Chúng tôi đã phối hợp cùng khoa nông
nghiệp trường đại học Cần Thơ, tổng công ty(TCT) mía đường Cần Thơ tiến


5

hành thí nghiệm đo đạc một số chỉ tiêu của đất tại một số vùng nguyên lệu
trồng mía ở Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng và Kiên Giang. Số liệu đo đạc sau

khi được xử lý gồm:
+ Sự phụ thuộc độ cứng theo độ sâu H
+ Sự phụ thuộc độ cứng theo độ ẩm của đất
+ Quan hệ giữa hệ số ma sát ngoài f của đất và thép
+ Quan hệ giữa dung trọng (g/cm)
+ Sự phụ thuộc thành phần và tính chất cơ lý của đất
2.2.2. Máy đào rãnh trồng mía ĐRXS-1 theo nguyên lý phay đào chủ động.
Để đạt được mục đích nghiên cứu, chúng tôi chọn LHM đào rãnh ĐRXS-1 chế ta ̣o
ta ̣i viện cơ điện nông nghiệp (hình 2-1).

Hình 2.1: Sơ đồ cấ u ta ̣o của LHM đào rãnh
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các thông số của LHM đào rãnh trồng mía. Có rất nhiều yếu
tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc, năng suất và chi phí năng lượng đối với
LHM đào như đã nêu ở phầ n 2.1.
Ta không thể đưa tất cả các yếu tố vào nghiên cứu mà chỉ cần lựa chọn
những yếu tố chính và loại bỏ những yếu tố không cần thiết. Qua thu thâ ̣p
thông tin quá trình làm viê ̣c thư c̣ tế của máy, chúng tôi tiế n hành nghiên cứu
ba thông số mà nó ảnh hưởng nhiề u đế n năng suấ t máy đào và chi phí nhiên liệu là:


6

+ Góc nghiêng của bánh phay so với mặt đất: α (đô ̣);
+ Tố c đô ̣ quay tru ̣c bánh phay: n (vòng/phút);
+ Chiều sâu của rãnh : h (mm).
Đặc tính kỹ thuật cơ bản của máy đào rãnh kiểu phay theo nguyên lý chủ
động (bảng 1-1)
TT

Thông số

Ký hiêụ

Giá tri ̣

Đơn vi ̣

1

Chi phí nhiên liệu

Q

5

ml/ m3

2

Tố c đô ̣ quay tru ̣c bánh xới

N

275

Vòng/phút

3

Độ sâu của rãnh

H

350

mm

4

Năng suấ t của máy đào

N

0,4

m3)/ph

5

Đường kiń h lớn bánh phay

1

700

mm

6

Đường kiń h nhỏ của bánh phay

2

580

mm

7

Góc nghiêng của bánh phay



7090

Đô ̣

8

Tỷ số truyền hộp giảm tốc

I

23/12=1,9

9

Số dao phay nhỏ

Z

18

Cái

10

Số dao phay lớn

Z

06

Cái

11

Chiều cao của máy đào

H

1,15

m

12

Chiều rộng của máy đào

B

0,90

m

13

Chiều dài của máy đào

L

1,75

m

14

Trọng lượng của máy đào

G

275

kg

Kế t luâ ̣n chương 2
Mục tiêu chính là nghiên cứu xác định được các thông số kết cấu hợp lý
của máy đào rãnh trồng mía kiểu phay làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế,

7

chế tạo loại máy này, nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí nhiên liệu vẫn
đảm bảo hình dạng và yêu cầu kỹ thuật của rãnh.
Xác đinh
̣ máy đào rãnh trồng mía kiểu phay đào theo nguyên lý chủ độn
là đố i tươ ̣ng nghiên cứu của đề tài và đất trồng mía ở đồng bằng sông Cửu Long
Xác đinh
̣ đươ ̣c 2 chỉ tiêu thông số đầ u ra để đánh giá chấ t lươ ̣ng của máy
là chi phí nhiên liệu: Q (ml/ m3) và năng suất máy đào rãnh: N (m3/ph);
Các thông số : góc nghiêng của bánh phay với mặt đất: α(đô ̣), tố c đô ̣ quay
của tru ̣c bánh phay: n (vòng/phút), chiều sâu của rãnh đào: h (mm) là những
thông số đầ u vào ảnh hưởng chính đế n hàm chỉ tiêu;
Nêu ra đươ ̣c các nô ̣i dung cầ n nghiên cứu và từng nô ̣i dung có những
phương pháp nghiên cứu phù hơ ̣p.
Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Nô ̣i dung và phương pháp nghiên cứu tổ ng quan
3.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu xác định các thông số tối ưu của
LHM đào rãnh trồng mía
3.2.1. Nghiên cứu thực nghiê ̣m đơn yếu tố
Nô ̣i dung nghiên cứu xác đinh
̣ một số thông số tố i ưu của LHM đào rãnh
là xác đinh
̣ mố i quan hê ̣ giữa các thông số đầ u vào và đầ u ra. Từ đó tối ưu hóa
các thông số cấu tạo và chế độ làm việc của LHM để đạt hiệu quả kinh tế cao.
Các thông số đầ u vào:
Góc nghiêng của bánh phay so với mặt đất : α (đô ̣);
Tố c đô ̣ quay của bánh phay: n (vòng/phút);

Độ sâu của rãnh đào: h (mm).
Các thông số đầ u ra:
Năng suất của máy đào : N (m3/ph);
Chi phí nhiên liệu: Q (ml/m3).


8

Để thực hiê ̣n đươ ̣c nô ̣i dung trên chúng tôi dùng phương pháp quy hoa ̣ch
thực nghiê ̣m. Cu ̣ thể là chúng tôi khảo nghiêm
̣ LHM đào rãnh trồng mía để xác
đinh
̣ mức đô ̣ ảnh hưởng của mô ̣t số yế u tố chính đế n chi phí năng lươ ̣ng riêng
và năng suấ t đào theo hai bước: Khảo nghiê ̣m đơn yế u tố để rút ra số liệu làm
cơ sở cho viê ̣c tiế n hành khảo nghiêm
̣ đa yế u tố
Khảo nghiê ̣m đơn yế u tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng riêng của từng yếu
tố vào đến các thông số ra, qua đó thăm dò được mức biến thiên, khoảng biến
thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp cho mỗi yếu tố làm cơ sở cho phương
pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố;
Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số
ảnh hưởng tố c đô ̣ quay của bánh phay: n (vòng/phút), góc nghiêng của bánh
phay: α (đô ̣), chiều sâu của rãnh : h (mm) để xem các thông số này ảnh hưởng
như thế nào đến các chỉ tiêu đánh giá năng suất của LHM đào rãnh: N (m3/ph),
Chi phí năng lượng riêng: Q ( ml/ m3) của máy kéo MTZ-50. Xác định mức độ
và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm. Thực nghiệm đơn
yếu tố được tiến hành theo các bước sau:
Tiế n hành thí nghiê ̣m vớ i mô ̣t thông số thay đổ i, các thông số còn lại
ấ n đinh
̣ ở giá tri ̣ cố đinh;

̣
Xử lý số liê ̣u. Sau khi thí nghiệm kế t thú c, tiến hành xác định độ tin
cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới chi phí nhiên liệu: Q ( ml/ m3)) và năng
suất của LHM: N (m3/ph). Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong
quá trình thí nghiê ̣m, để chứ ng tỏ ảnh hưở ng khá c đố i vớ i thông số cầ n xé t
là không có hoă ̣c không đáng kể .
Xác đinh
̣ mô hình toán thư c̣ nghiê ̣m đơn yế u tố để tiế n hành các phân
tích và dư ̣ báo cầ n thiế t.
Ảnh hưởng của góc nghiêng của bánh phay  thay đổi từ 700, 750, 800, 850
và 900đế n chi phí nhiên liệu Q và năng suấ t đào N. Ta tiế n hành thí nghiê ̣m với


9

tố c đô ̣ quay n =200 vòng/phút, chiều cao của rãnh h= 300mm và hai hàm chi phí
nhiên liệu, năng suấ t đào được biể u diễn Q = f2(n), N = 2 (n)

Hình 3-5: Đồ thi quan
hê ̣ góc nghiêng bánh phay đến
̣
chi phí nhiên liệu máy đào

Hình 3-6: Đồ thi ̣quan hê ̣ góc nghiêng bánh phay đến năng suất máy đào


10

Hình 3-7: Đồ thi quan
hê ̣ vận tốc bánh phay đến

̣
chi phí nhiên liệu máy đào

Hình 3-8: Đồ thi quan
hê ̣ vận tốc bánh phay đến năng suất máy đào
̣


11

Hình 3-9: Đồ thi quan
hê ̣ chiều sâu rãnh đến
̣
chi phí nhiên liệu máy đào

Hình 3-10: Đồ thi quan
hê ̣ chiều sâu rãnh đến
̣
Năng suất máy đào


12

3.2.2. Nghiên cứu thực nghiê ̣m đa yế u tố
Khảo nghiê ̣m đa yế u tố được tiến hành sau khi khảo nghiêm
̣ đơn yế u tố
xác đinh
̣ đươ ̣c mức ảnh hưởng của các yế u tố chính đế n chi phí nhiên liệu và
năng suấ t LHM làm cơ sở cho viê ̣c tiế n hành khảo nghiêm
̣ đa yế u tố . Nô ̣i dung

nghiên cứu xác đinh
̣ một số thông số tố i ưu của LHM đào rãnh là xác đinh
̣ mố i
quan hê ̣ giữa các thông số đầ u vào và đầ u ra. Từ đó tối ưu hóa các thông số cấu
tạo và chế độ làm việc của LHM để đạt hiệu quả kinh tế cao
Góc nghiêng của bánh phay: α (đô ̣) ®ươc m· ho¸ lµ X1
Tố c đô ̣ quay tru ̣c bánh phay: n (vòng/ phút) ®ược m· ho¸ lµ X2
Chiều cao rãnh: h(mm) ®ược m· ho¸ lµ X3
Từ các giá tri ̣thực nghiê ̣m đơn yế u tố , xác đinh
̣ các giá tri ̣lớn nhấ t và nhỏ
nhấ t của các yế u tố . Sử du ̣ng công thức (3.13, 3.14, 3.15) xác đinh
̣ các giá tri ̣
X1, X2, X3 da ̣ng mã hóa của các thông số góc nghiêng bánh phay , số vòng
quay của tru ̣c bánh phay n và chiều cao rãnh h. Kế t quả đươ ̣c ghi ở (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Giá tri ma
̣ ̃ hóa của X1, X2, X3
Các yế u tố

Mã hóa

Mức biế n thiên

X1

X2

X3

 (đô ̣)

n (vòng/phút)

h (mm)

Mức trên

+1

90

250

350

Mức cơ sở

0

80

200

300

Mức dưới

-1

70

150

250

Khoảng biế n thiên

0

10

50

50

Theo phương án H.O Hartly ta có tổ ng số thí nghiê ̣m n = 17 và ma trâ ̣n
thí nghiê ̣m Hartley đươ ̣c sắ p xế p như( bảng 3.2).


13

Bảng 3.2. Ma trâ ̣n thí nghiêm
̣ Hartly
STT

x1

x2

x3

1

-1

-1

-1

2

+1

-1

-1

3

-1

+1

-1

4

+1

+1

-1

5

-1

-1

+1

6

+1

-1

+1

7

-1

+1

+1

8

+1

+1

+1

9

+1

0

0

10

-1

0

0

11

0

+1

0

12

0

-1

0

13

0

0

+1

14

0

0

-1

15

0

0

0

16

0

0

0

17

0

0

0

Tiế n hành thí nghiêm
̣ theo ma trâ ̣n đã lâ ̣p. Kế t quả các số đo trong khi
làm thí nghiê ̣m dù chính xác đế n mấ y cũng luôn tồ n ta ̣i sự sai lê ̣ch. Sự sai lê ̣ch
này tồ n ta ̣i ở ba da ̣ng:
Sai số thô: Là sai số của số đo đươ ̣c trong mô ̣t thí nghiêm
̣ nào đó khác xa
với những số đo đươ ̣c ở các thí nghiêm
̣ trước. Nguyên nhân sai số thô: do thiế t
bi ̣ thí nghiê ̣m bi ̣ hỏng, điề u kiê ̣n thí nghiêm
̣ khác thường. Sai số thô dễ phát
hiê ̣n, khắ c phu ̣c bằ ng cách làm la ̣i ngay thí nghiêm
̣ đó.

14

Sai sụ hờ thụ ng gõy ra do ụ nhõ y va ụ chinh xac cua du ng cu , kh c
phu c sai sụ hờ thụ ng b ng cach hiờ u chinh du ng cu o.
Sai sụ ngõu nhiờn: la nhng sai lờ ch khụng ln, no c ta o ra bi nhiờ u yờ u
tụ khac nhau, kho phat hiờ n ờ x ly do võ y luụn tụ n ta i sai sụ phep o mụ t cach
ngõu nhiờn.
Mu c i ch cu a thi nghiờ m thm dũ la xa c i nh
sai sụ tiờu chuõ n th c
nghiờ m ma phng sai cu a ca c tri sụ o phan anh ụ chinh xa c cu a ca c
du ng cu o.
Theo ly thuyờ t quan tr c thi trong khi o nờ u khụng co sai sụ hờ thng,
ma chi co sai sụ ngõu nhiờn, thi sai sụ nay tuõn theo quy luõ t chuõ n [1]
ờ kiờ m tra sụ liờ u o c co tuõn theo quy luõ t chuõ n hay khụng, co
thờ s du ng nhiờ u cach khac nhau, nhng trong o phng phap s du ng chi
tiờu Person 2 la ch t che va phụ biờ n nhõ t [9]
Với 50 thí nghiệm cơ bản thì số lần lặp của mỗi thí nghiệm là:
m

2s2
2

Tra bang chi tiờu Student = 0,05

= 2,01

Thay sụ vao cụng thc ta c m = 2,87 3 nờn lõ y tron sụ lõ n l p la i la 3.
Sau khi thi nghiờ m thm do ta xac inh
c cac ham chi phi nhiờn liu
Q, nng suõ t o N tuõn theo gia thuyờ t vờ luõ t phõn bụ chuõ n Person va sụ ln

l p la i cua mụi thi nghiờ m 3 lõ n.
ờ xac inh
mụ hinh toan va thc hiờn cac phep tinh kiờ m tra chung tụi
tiờ n hanh thi nghiờ m theo ma trõ n Harley a lõ p (bang 3.2). Kờ t qua thi nghiờ m
c ghi li .
Sau khi thc hiờ n cac thi nghiờ m theo ma trõ n vi sụ lõ n l p la i cua tng thi
nghiờ m m, chung tụi s du ng mụ t sụ phõ n mờ m nh Excel, chng trinh s ly
sụ liờ u a yờ u tụ OPT lu hanh ta i Viờ n c iờn Nụng nghiờ p va Cụng ngh sau
thu hoa ch ờ x ly sụ liờ u.


15

Ta có phương triǹ h tương quan của hàm chi phí nhiên liệu là:
Y1 = 0,233 – 0,004 x1 + 0,001 x21 + 0,018 x2 – 0,005 x2 x1 – 0,012 x22 +
0,012x3 – 0,006 x3 x1 – 0,015 x3 x2 – 0,02 x23

(3.36)

Ta có phương triǹ h tương quan của hàm năng suấ t máy đào:
Y2 = 10,118 + 0,1 x1 - 0,154 x21 + 0,087 x2 + 0,033 x2 x1 – 0,019 x22 + 0,015 x3 –
0,014 x3 x1 + 0,029 x3 x2 + 0,11 x23

(3.37)

Quá trình biến đổi Ta có hàm chi phí nhiên liệu theo phương triǹ h (3.36);
Y1 = - 1,379 + 0,00067 a + 0,0004 a2 + 0,00626 b – 0,0059 ba – 0,0000072 b2 +
0,0619 c – 0,0006 ac – 0,00045 bc – 0,0005 c2

(3.45)

Hàm năng suấ t đào theo phương trình (3.37).
Y2 = 13,093 + 0,358a - 0,00616 a2 + 0,084654b + 0,0000396 ba – 0,00000684 b2 0,741 c + 0,0014 ac – 0,000087 bc + 0,00027 c2

(3.46)

3.3. Xác đinh
̣ giá tri tố
̣ i ưu của các thông số tố i ưu của hàm mu ̣c tiêu
Mu ̣c đích giải bài toán tố i ưu là xác đinh
̣ chế đô ̣ làm viê ̣c tố i ưu cho máy.
Sau khi đã có hai hàm mu ̣c tiêu y1 chi phí nhiên liệu và y2 năng suấ t đào ở da ̣ng
phương trình hồ i quy (3.31). Hai hàm mu ̣c tiêu này có các thứ nguyên khác
nhau (ml/m3 và m3/ph) có tính chấ t cực tri ̣ khác nhau y1 càng nhỏ càng tố t, y2
càng lớn càng tố t. Mă ̣c dù, chúng có sự chi phố i chung của các yế u tố ảnh
hưởng x1, x2, x3 chúng ràng buô ̣c lẫn nhau theo mô ̣t quy luâ ̣t nào đó nhưng
không cho phép hàm no ̣ thay thế cho hàm kia khi tìm cực tri ̣ mà là phải lâ ̣p
đươ ̣c hàm tố i ưu tổ ng quát là hàm không số đo đă ̣c trưng cho y1, y2. Chúng tôi
sử du ̣ng phương pháp tìm lời giải tố i ưu tổ ng quát khi có mă ̣t nhiề u hàm mu ̣c
tiêu [10] theo các bước sau:
Xác đinh
̣ cực tri ̣ của từng hàm mu ̣c tiêu.
Tính giá tri ̣cực tri ̣của các hàm mu ̣c tiêu ta đươ ̣c Y1min, Y2max.
Lâ ̣p giá tri ̣cực tri ̣của các hàm ngươ ̣c
Tính giá tri ̣cực tri ̣của các hàm ngươ ̣c

Y 2 = A - Y2

Y 2 ta đươ ̣c Y2m in

(3.47)


16

Lâ ̣p các hàm tỷ lê ̣ tố i ưu

1 
2 

y1
(3.48)

y1min
y2,

(3.49)

y2, m in

Lâ ̣p hàm tố i ưu tổ ng quát

  1  2

(3.50)

Xác đinh
̣ giá tri tố
̣ i ưu của hàm  ta tìm được các giá tri x̣ 1, x2, x3  min
Thay các giá tri ̣ x1, x2, x3, vào 1, 2. .Nế u 1  2  m in thì lời giải trên là

đúng;
Thay x1, x2, x3 vào Y1 và Y2 rồ i so sánh với kế t quả thu đươ ̣c của thí
nghiê ̣m ta được các giá tri ̣tố i ưu của chúng. Nế u

1  2  m in thì cầ n kiể m tra la ̣i

các phép tính.
Từ các kế t quả đa ̣t đươ c̣ ta áp du ̣ng các bước của phương pháp tìm tối
ưu để xác đinh
̣ các thông số tố i ưu củ a hàm mu ̣c tiêu:
Bướ c 1: Tìm giá tri ̣ cưc̣ tri ̣ củ a hàm chi phí nhiên liệu Y1 theo phương trình
(3.36)
Bước 2: Tìm giá tri ̣cực tri ̣của hàm đố i của hàm năng suấ t đào Y`2 :
Bước 3: Lâ ̣p các hàm tỷ lê ̣ cực tri ̣tố i ưu
Bước 4: Xác đinh
̣ các giá tri ̣thực của các thông số ảnh hưởng
Thay các giá tri ̣X1, X2, X3, vào phương trình (3.36); (3.37) hoă ̣c X1, X2, X3 vào
phương trình da ̣ng thực (3.45); (3.46) ta đươ ̣c:
Y1min = 55,3ml/ m3 ;
Y2max = 1,84 m3/phút.
3.4. Thí nghiêm
̣ kiể m chứng các thông số tố i ưu từ mô hin
̀ h lý thuyế t
Trên cơ sở số liê ̣u đã tính toán đươ ̣c ở mu ̣c (3.2.) ta có các giá trị tố i ưu:


17

Góc nghiêng của bánh xới X1 = 82 0 ;
Tố c đô ̣ quay của tru ̣c bánh xới X2 = 211 (vòng/phút);

Chiều cao rãnh X3 = 307mm
Sau khi chuẩ n bi ̣ máy kéo MTZ-50, LHM đào rãnh kiểu phay chúng tôi
tiế n hành kiể m tra tố c đô ̣ quay của bánh xới đường kính D1 =700 (mm) và
đường kính nhỏ d2= 580 (mm) đươ ̣c tố c đô ̣ quay 200 vòng/phút, cho máy làm
viê ̣c để lấ y số liê ̣u:
Ta lấ y số thí nghiêm
̣ cầ n thiế t nct = 13 thí nghiêm
̣
Vâ ̣y số thí nghiê ̣m đã thực hiê ̣n n =15 > nct . Với số liê ̣u thu thâ ̣p đủ đảm bảo
với đô ̣ tin câ ̣y 95%.
+ So sánh kế t quả đã tính toán đươ ̣c (3.53), (3.57).
- Kế t quả tính toán: Y1min = 55,3ml/m;
Y2max = 1,84 m3/ph.
- Kế t quả thí nghiêm:
̣ Y1min = 55,75ml/m3;
Y2max =1,768 m3/ph
Nhâ ̣n xét: Sự sai lê ̣ch không đáng kể , giá tri ̣ tố i ưu tính toán và thực nghiêm
̣ có
thể chấ p nhâ ̣n đươ ̣c.
Kế t luâ ̣n chương 3
Mô tả đươ ̣c toàn bô ̣ quá trình xác đinh
̣ các thông số tố i ưu của LHM đào
rãnh là cơ sở lý thuyế t đế n thực nghiêm.
̣
Trình bày công viê ̣c thí nghiê ̣m từ khâu chuẩ n bi ̣ hiê ̣n trường, chuẩ n bi ̣
thiế t bi đo
̣ đế n khâu xác đinh
̣ các thông số cầ n đo.
Kế t quả của thực nghiê ̣m đơn yế u tố là xây dựng đươ ̣c đồ thi ̣ mố i quan
hê ̣ của từng yế u tố đế n hàm chi phí nhiên liệu và năng suấ t đào theo quy luật

hàm bâ ̣c 2. Từ đó làm cơ sở cho thực nghiê ̣m đa yế u tố .
Kế t quả của thực nghiê ̣m đa yế u tố thu đươ ̣c là xây dựng đươ ̣c phương
trình hồ i quy biể u diễn phu ̣ thuô ̣c giữa chi phí nhiên liệu, năng suấ t đào và các
yế u tố góc nghiêng bánh phay, tố c đô ̣ quay của tru ̣c bánh phay, chiều sâu của


18

rãnh đào. Phương trình hàm chi phí nhiên liệu (3.36), phương trình hàm năng
suấ t đào (3.37) và đưa hai hàm mu ̣c tiêu về da ̣ng thực (3.45); (3.46);
Xác đinh
̣ được các thông số tố i ưu của LHM đào rãnh là;
Góc nghiêng của bánh xới  =820 ;
Tố c đô ̣ quay của tru ̣c bánh xới n = 211 vòng/phút;
Chiều sâu rãnh h=307mm.
Với giá tri ̣ tố i ưu tính toán mức chi phí nhiên liệu Y1min = 55,3ml/ m3),
năng suấ t đào Y2max =1,84 m3/phút.
Kiể m chứng đươ ̣c các thông số tố i ưu của mô hình lý thuyế t với thực
nghiê ̣m với sai lê ̣ch không đáng kể mô hình chấ p nhâ ̣n đươ ̣c.
Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
Mục đích nghiên cứu thí nghiệm là :
- Thực nghiệm đơn yếu tố để xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố
đến chi phí nhiên liệu và năng suất đào của LHM.
- Thực nghiệm đa yếu tố để có số liệu cho việc xây dựng mô hình hồi qui.
- Thí nghiệm đo mô men xoắn và vận tốc quay của trục thu công

suất nhắm kiểm chứng tiêu hao công suất của máy kéo cho việc đào rãnh
trồng

mía ở đồng bằng sông Cửu Long và lựa chọn các loại máy kéo khác có
công suất phù hợp dang được sử dụng rộng rãi ở ĐBSCL.
4.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
Đối tượng để thí nghiệm là máy kéo MTZ-50 liên hợp với máy đào rãnh
trồng mía. Đất thịt ở đồng bằng sông Cửu Long.
4.3. Trang thiết bị thực nghiệm
Để đo mô men xoắn trên phần đuôi trục thu công suất máy kéo MTZ-50.
Chúng tôi dung đầu đo mô men T4A của cộng hòa liên bang Đức( hình 4-1).


19

Thiết bị thu thập khuếch đại nhiều kênh Spider-8( hình 4-2)) .

Hình 4-1: Đầu đo mô men T4A

Hình 4-2: Thiết bị thu thập khuếch đại Spider8

Cốc thủy tinh có vạch du xích để đong dầu cho mỗi thí nghiệm, đồng hồ đo thời
gian và thước mét đo chiều dài ( hình 4-3)
Thiết bị đo tốc độ quay lutron DT2234A làm việc theo nguyên tắc đếm xung
(hình 4-4)

Hình 4-3: Thiết bị đo nhiên liệu,

Hình 4-4: thiết bị đo tốc độ của bánh phay

thời gian, chiều dài Tiến hành công tác chuẩn bị trước khi làm các thí
nghiệm gồm các công việc: kiểm tra tình trạng kỹ thuật máy kéo MTZ-50, máy
đào rãnh trồng mía ĐRXS-1, tra dầu, mỡ các ổ bi, dùng cờ lê xiết chặt các bu lông

mâm bánh máy kéo MTZ-50, các dao phay lớn và dao phay nhỏ, dầu điezel và
dầu bôi trơn.
Kiểm tra, hiệu chỉnh dụng cụ đo, thiết bị đo tốc độ quay phải đưa về đúng thang
và mức phân giải của từng thông số cần xác định rồi tiến hành đo, các thiết bị đo được
đặt vào vị trí bằng phẳng.
Chuẩn bị hiện trường thí nghiệm: Chọn địa điểm thí nghiệm là khu ruộng đất
thịt ở đồng bằng sông Cửu Long.


20
Đưa máy tới hiện trường thí nghiệm

4.4. Tiến hành thực nghiệm
4.4.1. Thí nghiệm đơn yếu tố và kết quả thu được
Sau khi đã chuẩ n bi ̣ đầ y đủ các điề u kiêṇ làm thí nghiê ̣m , cho máy nổ điều
chỉnh ga cho vòng quay bánh phay đạt n=200 vòng/phút, chiều sâu h=300mm và
 =700đồng thời xem mức dầu ban đầu ở vạch nào đánh dấu lại. Cho máy chạy trên

đoạn đường 50m sau đó dừng lại đong dầu đổ tới vạch ban đầu ta biết được lượng
dầu tiêu thụ. Người bấm thời gian cũng xác định được khoảng thời gian máy đi hết
đoạn đường trên. Ta cũng lảm tương tự trong ba lần và ghi lại kết quả. Cũng làm các
thí nghiệm như trên với  =700,750, 800,850,900.
Ta thu được kết quả ( bảng 4.1).
BẢNG 4.1
αo
70

75

80

85

90

số lần
lặp
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2

thời gian
(s)
170
168
165
163
164
169

142
142
143
145
144
146
148
143

Quãng
đường(m)
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50

Năng suất
(N=m3/h)
1,4
1,1

0,9
1,6
1,3
1,3
1,8
1,4
1,6
2
1,6
1,8
1,9
2,3

3

149

50

1,8

Ntb
(m/s)
1,2

1,4

1,6

1,8

2

Q(ml)
280
278
290
253
249
255
245
244
245
250
252
248
256
254
248

Cũng tiến hành thí nghiệm như trên khi : h= 300mm,  =80 . Ta thay đổi số
0

vòng quay bánh phay n từ 150; 175; 200; 225 đến 250 vòng/phút.


21
BẢNG 4.2

STT n(v/ph)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

150

175

200

225

250

thời
số lần
gian
lặp

(s)
1
170
2
168
3
165
1
164
2
163
3
160
1
155
2
155
3
154
1
146
2
145
3
147
1
144
2
142
3

140

Quãng Năng suất Ntb
Q(ml/m3) Q(ml/m3) Qtb(ml/m3)
đường(m) (N=m3/h) (m3/ph)
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50

1,3
1,4
1,5
1,5
1,7
1,6
1,7
1,8
1,9

1,9
2,1
2
2,2
2,5
2,5

1,4

1,6

1,8

2

2,4

248
248
250
248
252
254
246
245
246
256
252
260
255

258
257

27
24
24
29
31
30
40
41
39
52
50
48
64
62
67

25

30

40

50

65

Cũng tiến hành thí nghiệm như trên khi : n=200 vòng/phút,  =800. Ta thay đổi chiều

sâu h từ 250; 275; 300; 325và 350mm. Kết quả thu được (bảng 4.3)
BẢNG 4.3
h
số lần
STT (mm) lặp
1
1
2
250
2
3
3
4
1
5
275
2
6
3
7
1
8
300
2
9
3
10
1
11
325

2
12
3
13
1
14
350
2
15
3

thời gian
(ph)
150
168
180
192
210
222
198
192
204
204
228
234
240
252
288

Quãng

Năng suất Ntb
Q(ml/m3)
đường(m)
m3/ph (m3/ph) Q(ml)
50
1,6
250
28
50
1,8
1,6
255
32
50
1,5
258
30
50
1,7
260
37
50
1,8
1,8
262
42
50
1,9
257
41

50
2,2
328
51
50
1,8
2
333
49
50
2
330
52
50
2,1
340
57
50
2,3
2,3
346
63
50
2,5
355
60
50
2,7
388
68

50
2,6
2,6
390
73
50
2,5
400
69

Qtb
30

40

50

60

70


22
4.4.2. Làm thí nghiệm đa yếu tố và kết quả thu được
Ta dựa vào bảng 3.2 ma trận hartly tiến hành làm thí nghiệm tương tự như thực
nghiệm đơn yếu tố với 17 thí nghiệm ta thu được kết quả (bảng 4.4)
4.4.3. Các kết quả thu được sau thí nghiệm đo mô men xoắn
Để đo mô men xoắn trên phần đuôi trục thu công suất máy kéo MTZ-50.
Chúng tôi dùng đầu đo mô men T4A của cộng hòa liên bang Đức( hình 4-1). Đầu đo
mô men T4A được bố trí trên trục các đăng với bộ gá tự chế tạo. Vỏ đầu đo mô men

được liên kết mềm với khung treo của máy kéo bằng dây cao su. Đầu dây của cảm
biến đo mô men được nối với thiết bị thu thập khuếch đại nhiều kênh Spider-8( hình
4-2), thiết bị này được nối ghép với máy tính xách tay Acer qua cổng LPT được điều
khiển bằng phần mềm Catman. Đưa máy tới khu vực thí nghiệm và lắp thiết bị đo.
Sau đó tiến hành thí nghiệm gồm 04 người: 01 người điều khiển máy kéo MTZ-50,
01 người điề khiển máy tính và thiết bị thu nhâp khuếch đại tín hiệu Spider 8, 01 người lập
biểu, ghi chép số liệu đo và 01 người làm công việc phụ trợ cho quá trình đo.
Kết quả đo được lưu vào các tập dữ liệu dạng ASCII trong phần mềm cat man.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm catman. Kết quả đo mô
men xoắn được hiển thị trên đồ thị (hình4-3)
MÔ MEN XOẮN
50
45

Mô men, daNm

40
35
30
25
20
15
10
5
0
Thời gian,s

Hình 4-3: đồ thị kết quả đo mô men xoắn
Việc tính toán giá trị mô men theo phương pháp trung bì

23

Bảng 4.4: Ghi kết quả thực nghiệm đa yếu tố
ST
T

x1

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15
17

60
80
60

80
60
80
60
80
80
60
70
70
70
70
70
70
70

x2
150
150
250
250
150
150
250
250
200
200
250
150
200
200

200
200
200

x3
250
250
250
250
350
350
350
350
300
300
300
300
350
250
300
300
300

QUÃNG
ĐƯỜNG
(m)
50
50
50
50

50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50

THỜI
GIAN(s)
150
165
170
180
192
200
204
210
215
220
224
226
230
234

238
240
242

TIÊU HAO NHIÊN LIỆU
Q (ml)
1
2
3
250
253
252
255
252
254
258
254
255
260
256
253
264
260
258
270
266
265
275
271
270

280
275
277
300
296
299
320
317
318
330
333
332
340
341
342
346
342
341
355
356
355
380
382
380
390
388
389
400
402
400

NĂNG SUẤT
1
1,20
1,33
1,37
1,44
1,80
2,30
2,50
2,20
2,40
2,60
2,15
2,05
1,92
1,88
1,75
1,75
1,77

2
1,27
1,31
1,36
1,52
1,78
2,33
2,45
2,23

2,37
2,56
2,12
2,01
2,12
1,90
1,87
1,83
1,81

3
1,24
1,35
133
1,49
1,78
2,34
2,46
2,24
2,35
2,53
2,11
2,02
2,16
1,88
1,84
1,79
1,83

24

KẾT LUẬN KHUYẾN NGHI ̣
Kế t luâ ̣n:
1. Bằ ng nghiên cứu thực nghiê ̣m đơn yế u tố đã xác đinh
̣ được ảnh hưởng
góc nghiêng bánh phay , tố c đô ̣ quay của tru ̣c bánh phay n, chiều sâu rãnh h đến
2 chỉ tiêu quan tro ̣ng là chi phí nhiên liệu và năng suấ t đào của LHM đào rãnh
trồng mía theo nguyên lý phay đào. Mô hình xác đinh
̣ quan hê ̣ giữa các yế u tố là
mô hình theo quy luâ ̣t hàm bâ ̣c 2 từ đó làm cơ sở cho viê ̣c nghiên cứu thực nghiê ̣m
đa yế u tố ;
2. Bằ ng nghiên cứu quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m đa yế u tố xác đinh
̣ được
phương trình hồ i quy biể u diễn sự phu ̣ thuô ̣c giữa các yế u tố góc nghiêng bánh
phay , tố c đô ̣ quay của tru ̣c bánh phay n, chiều sâu rãnh h và chi phí nhiên liệu
Q, năng suấ t đào N, phương trình da ̣ng thực hàm chi phí nhiên liệu (3.45),
phương trình da ̣ng thực hàm năng suấ t đào (3.46);
3. Xác đinh
̣ được giá tri ̣ tố i ưu của các yế u tố góc nghiêng bánh phay  =
82 0 , tố c đô ̣ quay của tru ̣c bánh phay n = 211 vòng/phút, chiều sâu rãnh
h=307mm và các giá tri ̣ tương ứng của các chỉ tiêu chi phí nhiên liệu Y1min
=55,3ml/ m3, năng suấ t máy đào Y2max = 1,84 m3/ph;
4. Sau khi đã xác đinh
̣ các thông số tố i ưu của LHM đào rãnh trồng mía
chúng tôi hoàn thiê ̣n mẫu máy theo các thông số tố i ưu đã xác đinh
̣ ở trên và
thử nghiê ̣m trong sản xuấ t. Kế t quả thử nghiê ̣m khẳ ng đinh
̣ sự đúng đắ n của các
mô hình hồ i quy thực nghiê ̣m.

Khuyế n nghi:̣
1. Để đa ̣t đươ ̣c chi phí nhiên liệu thấ p nhấ t và năng suấ t đào cao nhất, cầ n
hoàn thiê ̣n mẫu LHM đào rãnh theo nguyên lý phay. Nghiên cứu và Chuyể n
giao Công nghê ̣ chế tạo LHM đào rãnh trồng mía theo nguyên lý phay theo như
các thông số tố i ưu đã xác đinh:
̣ Góc nghiêng bánh phay  = 82 0 , tố c đô ̣ quay
của bánh phay n = 211 vòng/phút và khi LHM làm viêc̣ thì chiều cao của rãnh
h =307mm là đa ̣t hiê ̣u quả đào đạt năng suất cao.
2. Cầ n nghiên cứu thêm sự ảnh hưởng của những nhân tố đô ̣ ẩ m của đất,
thành phần của đất cần đào, đế n các chỉ tiêu chi phí nhiên liệu và năng suấ t đào
của LHM đào rãnh trồng mía theo nguyên lý phay đào.