Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và tiêu thụ năng lượng của máy trộn thức ăn chăn nuôi kiểu nằm ngang

cánh tay trộn liền kề được lắp đặt sao chép theo bước vít. Vị trí tương đối giữa các cánh tay trộn trên hai trục trộn được thể hiện như trên hình vẽ. Hình 4.3.Cấu tạo của cánh trộn Trên mỗi cặp cánh tay trộn có một đôi bàn trộn, bàn tay trộn có góc nghiêng  so với phương trục trộn. Hai bàn tay trộn trên cặp cánh tay được bố trí sao cho khi quay trục trộn đi 1800 thì cánh tay trộn và bàn tay trộn phía đối diện sẽ có vị trí tương đối với trục trộn giống như cánh tay trộn và bàn tay trộn ở vị trí trước. Điều đó có nghĩa là khi ta nhìn theo phương song song với cánh tay trộn thì hai bàn tay M12 M8 04 cái M8 04 cái Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 trộn vuông góc với nhau. Tùy theo chủ ý của người thiết kế các bàn tay trộn được sắp xếp một góc phù hợp với chiều đẩy vật liệu và chiều quay của trục. Riêng cặp bàn tay trộn tại vị trí cuối cùng của dòng vật liệu chuyển động sẽ có cách bố trí ngược lại. c. Bộ phận dẫn động Để thích hợp cho việc thay đổi tốc độ trong quá trình thí nghiệm và đơn giản cho việc chế tạo, chọn bộ phận dẫn động là động cơ liền hộp số kết hợp xích d. Bộ phận xả liệu Cơ cấu cơ khí điều khiển bằng tay Hình 4.4 Bộ phận xả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 4.2.2.2. Tổng thể máy trộn thí nghiệm Hình 4.5. Tổng thể mô hình máy trộn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Bảng 4.1.Các kích thƣớc cơ bản của máy trộn sử dụng trong thực nghiệm Tên kích thƣớc Thông số kích thƣớc Khoảng cách giữa hai trục a = 270 mm Bán kính đáy thùng R = 190 mm Chiều rộng thùng B = 656 mm Chiều dài thùng L = 900 mm Chiều cao từ tâm lên h1 = 290 mm Số lượng tay trộn 16 (có thể thay đổi được tùy thuộc vào S) Bước cánh tay trộn S = 380 mm Khối lượng máy M = 350 kg Động cơ liền Hộp giảm tốc + Công suất 3,2 kw + Số vòng quay trục ra 40,50,60 vòng/phút Chuyển động xích (bước xích) t = 25,4 mm Đĩa xích lắp trên trục để thay đổi vận tốc quay của trục trộn: Số răng:Z = 12,15,18,21,24. Ứng với tốc độ quay của trục: n =40,50,60,70,80 (vòng/phút). 4.2.3. Thiết bị và kỹ thuật đo thông số đầu ra 4.2.3.1.Đo công suất tiêu thụ N Cách 1: Theo lý thuyết, công suất được xác định qua biểu thức sau: 30 . . n P    , w (4.1) Trong đó: P- Công suất động cơ,w -Mô men xoắn, Nm n- Tốc độ quay của trục dẫn động, v/ph Để đo công suất động cơ, có thể đo qua mô men xoắn M trên trục trộn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Cách 2: Công suất dẫn động trục trộn được tính theo công thức: N = W/t (W/s) (4.2) t: Thời gian trộn,s W: Năng lượng hao phí cho quá trình trộn,W Cách 1. Đo mô men quay trục trộn a. Thiết kế chế tạo mạch đo - Hệ thống này sử dụng nguyên lý mạch cầu Wheatstone để đo mômen xoắn; - Mạch cầu Wheatstone bao gồm 4 điện trở biến dạng (tenzo hoặc strain gage) được mắc như hình 4.6, 4.7: Hình 4.6. Sơ đồ mạch cầu Hình 4.7. Sơ đồ bố trí tenzo Tại thời điểm không chịu lực xoắn, 4 điện trở có giá trị bằng nhau. Do đó, Vo =0. Khi 1 trong các điện trở bị biến dạng, giá trị của nó thay đổi. Khi đó giá trị Vo khác 0. Ta vận dụng đặc điểm này của mạch cầu Wheatstone để tiến hành đo momen xoắn. Trên trục chịu xoắn, ta tiến hành dán 4 tenzo như hình 4.6. Khi thanh chịu xoắn, R1 và R3 sẽ bị kéo, R2 và R4 chịu nén. Do đó, giá trị điện trở R1, R3 tăng lên còn R2 và R4 thì giảm xuống. Khi đó sẽ sinh ra 1 giá trị điện áp Vo tỉ lệ thuận với momen xoắn. Điện áp Vo được qua cổ góp chuyển tới máy đo SDA 830C- Tokyo Sokki- Nhật Bản sản xuất và được nối tới máy tính qua phần mềm chuyên dụng. Dynamic Strainmeters SDA-810C/830C SDA-8-ch là thiết bị có mang các loại sóng có thể đo được 8 kênh trên một thiết vị nhỏ gọn, Strainmeters là ý tưởng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 cho cách đo trực tuyến trên trang web. Màn hình LCD kỹ thuật số 240x64 pixel hiển thị điện áp đầu ra cũng như dạng sóng đầu vào và lưu trữ dạng sóng ở tất cả các kênh. Tín hiệu tương tự đầu ra được thiết lập sử dụng 4 số bất kỳ tương đương với chủng vào đầu ra chứ không phải là khái niệm đánh giá phạm vi sử dụng với strainmeters thông thường. Hơn nữa chức năng lưu trữ cho phép dạng sóng đầu vào được số hóa và lưu trữ trong bộ nhớ. SDA-810C có tần số 2,5 kHz thường được sử dụng để đo dài hạn trong khi SDA-830C là một loại phản ứng nhanh ở tần số kHz- 10. Đơn giản chỉ cần kết nối máy in đặc biệt để in ra các dữ liệu cần thiết đã được cài đặt hoặc màn hình dạng sóng và biểu đồ của dữ liệu được lưu trữ. Tính năng: - Nhỏ và nhẹ phù hợp cho thiết bị đo di động hoặc trang web đo. - Màn hình hiện thị sóng, giá trị đo dạng số, biểu đồ dạng thanh, lưu trữ dữ liệu dạng sóng, vv - Có thể lấy mẫu sóng âm của 50mili giây - 60giây. - Tự động phục hồi chức năng ở giá trị cao điểm của dạng sóng lưu trữ - Có thể thiết lập được cầu kiểm soát - Có thể kết nối và điều khiển bằng máy tính * Hiệu chỉnh chuẩn bộ đo mômen xoắn. Sử dụng cơ cấu đòn để hiệu chỉnh và xây dựng đặc tính của trục. Gắp trục xoắn trên bệ thử và cố định một đầu trục xoắn lại. Còn 1 đầu ta dùng cánh tay đòn và treo quả nặng và lấy số liệu, sau đó tiếp tục tăng số quả nặng và lấy được giá trị tương ứng khi đó ta thiết lập hệ số và xây dựng được mối quan hệ giữa giá trị điện áp và giá trị mômen xoắn. Hình 4.8 Thiết bị Dynamic Strainmeters SDA-810C/830C Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 b. Lựa chọn phƣơng pháp truyền tín hiệu đo Vấn đề khó khăn khi đo mô men xoắn trên các trục truyền đang chuyển động quay là việc đưa tín hiệu đo từ phần quay đến mạch đo bên ngoài. Để giải quyết vấn đề này có thể lựa chọn các phương pháp truyền tín hiệu sau đây: - Sử dụng vành trượt để đưa điện áp ra ngoài (hình 2.9). R1 R4 - Điện trở mạch cầu; k -Vành trượt; RT - Điện trở bù nhiệt; RB - Điện trở điều chỉnh độ nhạy; RN - Điện trở điều chỉnh. Để độ đo biến dạng, bốn điện trở lực căng R1  R4 được dán lên trục cần đo, các điện trở được mắc thành mạch cầu. Điện áp cung cấp cho mạch cầu U0 và điện áp Ur được dẫn qua các vành trượt k đưa ra ngoài. Cách 2. Đo trực tiếp năng lƣợng hao phí Mức tiêu thụ điện năng riêng Wr được xác định bằng phương pháp đo điện thông dụng: Hình 4.10. Dán tenzo trên trục trộn Hình 4.11. Kết nối thiết bị đo Hình 4.9. Sử dụng vành trƣợt để đƣa điện áp ra ngoài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 - Dùng công tơ điện tử để đo điện năng W trong mỗi lần thí nghiệm; - Công tơ điện tử được kết nối với máy tính và cho ta các thông số chính của động cơ bao gồm: + Thời gian trộn; + Hệ số Cosφ; + Công suất điện kháng Ptt.; Công suất trở kháng Qtt. + Hiệu điện thế hiệu dụng; Dòng điện hiệu dụng; Điện năng tiêu thụ. Hình 4.12. Đo tiêu thụ năng lƣợng riêng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Hình 4.13. Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính 4.2.3.2. Đo chất lƣợng bột sau trộn Bƣớc 1: - Lấy mẫu bột thức ăn sau nghiền; - Lấy mẫu bột sau mỗi thí nghiệm, dán nhãn tương ứng. Bƣớc 2 Gửi mẫu bột tới trung tâm phân tích tại Trung tâm nghiên cứu và kiểm tra chất lượng nông sản thực phẩm (địa chỉ: 4 Ngô Quyền – Hoàn Kiếm – Hà Nội). Cách đánh giá : Độ đồng đều của hỗn hợp sau trộn được đánh giá theo chỉ số CV (YK = 100% - CV) CV<5% : Kết quả tốt 5%<CV<10%: Kết quả chấp nhận đƣợc CV>10%: Kết quả kém, không chấp nhận Về nghiên cứu quá trình trộn thức ăn chăn nuôi, hầu hết các tác giả trên thế giới đều thống nhất đánh giá: hệ số biến thiên độ đồng đều CV đảm bảo chất lượng trộn như sau: - Thức ăn chăn nuôi hỗn hợp   10%; - Thức ăn đậm đặc   5%; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 - 4.3. Phƣơng pháp xử lý kết quả sau thí nghiệm Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xử lý kết quả sau trộn. + Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch 3 mức Boks – Benken. Kế hoạch Boks – Benken được xây dựng theo một số ý đồ của phân tích phương sai, chúng gồm phần cơ bản và một số điểm thí nghiệm trung tâm. Phần cơ bản là bộ chọn, xác định từ các cột của thực nghiệm toàn phần 2n; + Xác định phương trình toán để mô tả ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các thông số đầu ra; +Kiểm tra độ tin cậy của phương trình toán; + Giải bài toán tối ưu để xác định bộ thông số cho máy trộn mô hình. 4.3.1. Tổ chức thực nghiệm Theo chương 2, các thông số thực nghiệm được xác định như sau: Input Output x1 = S,mm; x2 = ,độ; x3 = n, v/ph; x4 = q, kg. YN: Chi phí năng lượng riêng (ws/kg) YK: Độ trộn đều (%) Quá trình trộn x1 = 4= S; x2= 6= ; x3 = n; x4 = q yN: Độ trộn đều yK: Mức tiêu thụ điện năng riêng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Bảng 4.2.Ma trận thí nghiệm u Mã hóa Số thực x1(S) x2() x3(n) x4(q) x1 (mm) x2 (độ) x3 (v/ph) x4 (kg) 1 -1 -1 0 0 304 60 50 40 2 +1 -1 0 0 456 60 50 40 3 -1 +1 0 0 304 80 50 40 4 +1 +1 0 0 456 80 50 40 5 -1 0 -1 0 304 70 40 40 6 +1 0 -1 0 456 70 40 40 7 -1 0 +1 0 304 70 60 40 8 +1 0 +1 0 456 70 60 40 9 0 -1 -1 0 380 60 40 40 10 0 +1 -1 0 380 80 40 40 11 0 -1 +1 0 380 60 60 40 12 0 +1 +1 0 380 80 60 40 13 -1 0 0 -1 304 70 50 30 14 +1 0 0 -1 456 70 50 30 15 -1 0 0 +1 304 70 50 50 16 +1 0 0 +1 456 70 50 50 17 0 -1 0 -1 380 60 50 30 18 0 +1 0 -1 380 80 50 30 19 0 -1 0 +1 380 60 50 50 20 0 +1 0 +1 380 80 50 50 21 0 0 -1 -1 380 70 40 30 22 0 0 +1 -1 380 70 60 30 23 0 0 -1 +1 380 70 40 50 24 0 0 +1 +1 380 70 60 50 25 0 0 0 0 380 70 50 40 26 0 0 0 0 380 70 50 40 27 0 0 0 0 380 70 50 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Xác định mức và khoảng biến thiên các thông số đầu vào như sau: * Xác định giá trị biến thiên của khối lƣợng tải. Theo [33] Khối lượng tải của máy mô hình được xác định theo công thức: Q = F.L..β (4.3) Trong đó: - F diện tích khối hỗn hợp trong buồng trộn: F =              '2 2sin 90 . 5,0   R (m 2 ) (4.4) =              90sin 90 45. 5,019,0 2   = 0,10307 (m 2 ) Với R = 0,19 m là bán kính thùng trộn, φ’ =45o là góc giữa đường nối hai trục trộn và đường nối giữa trục trộn với giao điểm của hai đường tròn đáy thùng. - L chiều dài thùng L = 0,9 m; -  khối lượng riêng của nguyên liệu,  = 0,75 T/m3; - β hệ số đầy thùng, khi thùng chứa vật liệu nhiều nhất ứng với β = 1; Thay vào ta được: Q = 69,57 kg Trong thực tế, không bao giờ trộn với hệ số chứa lớn nhất, để thuận tiện cho thí nghiệm, chọn khối lượng tải thí nghiệm ở các mức: + 30 kg tương ứng với hệ số đầy thùng β = 0,43, ứng với mã -1; + 40 kg tương ứng với hệ số đầy thùng β = 0,57, ứng với mã 0; + 50 kg tương ứng với hệ số đầy thùng β = 0,72, ứng với mã 1 Mức biến thiên k = 3 Khoảng biến thiên là 10 kg * Theo [43] số vòng quay trung bình của máy trộn cánh được tính theo công thức D n 2010  (4.5) D- đường kính vòng đầu mút cánh trộn, m. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 Chọn n ở mức trung gian: 6,52 38,0 2020  D n (vg/ph) Từ đây, chọn mức thí nghiệm: - n= 40 vg/ph ứng với mã -1; - n= 50 vg/ph ứng với mã 0; - n= 60 vg/ph ứng với mã +1 Mức biến thiên k = 3 Khoảng biến thiên là 10 v/ph * Chọn S: - S= D = 380 mm ứng với mã 0; - S= 0,8 D = 304 mm ứng với mã -1; - S= 1,2 D = 456 mm ứng với mã +1 Mức biến thiên k = 3 Khoảng biến thiên là 76mm * Góc giữa trục trộn và bàn tay trộn   = 600 ứng với mã -1;  = 700 ứng với mã 0;  = 800 ứng với mã +1 * Thời gian trộn Thời gian trộn có ích: t = 1,5 ph cho các lần thực nghiệm 4.3.2. Kết quả thí nghiệm (Thông tin về kết quả xem phụ lục 2) 4.3.2.1 Ảnh hƣởng của x1, x2, x3, x4 đến chi phí năng lƣợng riêng YN Dựa trên các công thức xác định mô hình toán bậc 2, lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sử dụng phần mềm Minitab [6], sau khi nhập thông số “vào” ta nhận được bảng kết quả sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 *Kết quả hồi quy bề mặt (Response Surface Regression) hàm YN từ x1; x2; x3; x4 Bảng 4.3. Hệ số hồi quy cho hàm YN (Estimated Regression Coefficients) Term Coef SE Coef T P Constant 3659,30 5,026 728,034 0,000 x1 -96,11 2,513 -38,243 0,000 x2 20,77 2,513 8,265 0,000 x3 182,99 2,513 72,812 0,000 x4 97,29 2,513 38,711 0,000 x 2 1 28,51 3,770 7,562 0,000 x 2 2 50,50 3,770 13,396 0,000 x 2 3 40,85 3,770 10,837 0,000 x 2 4 -51,16 3,770 -13,572 0,000 x1x2 -18,28 4,353 -4,200 0,000 x1x3 22,01 4,353 5,056 0,000 x1x4 -11,74 4,353 -2,697 0,009 x3x4 72,48 4,353 16,652 0,000 S = 15,0788 PRESS = 21773,2 R-Sq = 99,28% R-Sq(pred) = 98,99% R-Sq(adj) = 99,15% Trong bảng trên, các giá trị P (giá trị xác suất), ngoài giá trị tại x1.x4, các giá trị còn lại đều bằng 0 (nhỏ hơn rất nhiêu so với mức =0,05) nên các biến độc lập cũng như tương tác giữa các biến rất mạnh. Các hệ số quyết định R-Sq và R-Sq(adj) đều lớn hơn 90%, chứng tỏ mô hình tìm được khá tốt với dữ liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 Bảng 4.4. Bảng phân tích phƣơng sai cho YN (Analysis of Variance for YN) Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Regression 12 2133461 2133461 177788 781,93 0,000 Linear 4 1894224 1894224 473556 2082,75 0,000 Square 4 164713 164713 41178 181,11 0,000 Interaction 4 74524 74524 18631 81,94 0,000 Residual Error 68 15461 15461 227 Lack-of-Fit 12 2734 2734 228 1,00 0,459 Pure Error 56 12727 12727 227 Total 80 2148922 Trước hết nhận thấy ở mục kiểm định mức độ phù hợp của mô hình hồi quy, giá trị p lớn hơn nhiều so với mức ý nghĩa . Điều này có nghĩa dạng mô hình rất khớp với dữ liệu; Xem xét các thành phần riêng rẽ của mô hình hồi quy: Regression, Linear , Square Square, Interaction (Hồi quy, giá trị bậc nhất, giá trị bậc hai, tác động qua lại giữa các yêu tố), các giá trị này đều rất nhỏ, nghĩa là sự có mặt của các thành phần này đều rất ý nghĩa trong mô hình. Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến YN YN = 3659,30 - 96,11x1+20,77x2+ 182,99x3+ 97,29 x4+28,51x 2 1 +50,50 x 2 2 + 40,85 x 2 3-51,16x 2 4-18,28x1x2+22,01x1x3-11,74x1x4+72,48x3x4 (4.6) (Thông tin về thí nghiệm, xem phụ lục 2) 4.3.2.2. Ảnh hƣởng của x1, x2, x3, x4 đến chất lƣợng trộn YK Dựa trên các công thức xác định mô hình toán bậc 2, lập trình bài toán quy hoạch thực nghiệm trên máy tính; sử dụng phần mềm Minitab [6], sau khi nhập thông số “vào” ta nhận được bảng kết quả sau Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 *Kết quả hồi quy bề mặt (Response Surface Regression) hàm YK từ x1; x2; x3; x4 Bảng 4.5. Hệ số hồi quy cho hàm YK (Estimated Regression Coefficients) Term Coef SE Coef T P Constant 93,178 0,6082 153,198 0,000 x1 -3,042 0,3041 -10,00 0,000 x2 -1,414 0,3041 -4,649 0,000 x3 2,833 0,3041 9,317 0,000 x4 1,522 0,3041 5,006 0,000 x 2 1 -3,337 0,4562 -7,316 0,000 x 2 2 -4,129 0,456 -9,052 0,000 x 2 3 -2,850 0,4562 -6,248 0,000 x 2 4 -3,367 0,4562 -7,380 0,000 x1x3 3,000 0,5267 5,696 0,000 x2x4 -1,242 0,5267 -2,357 0,021 S = 1,82465 PRESS = 297,919 S = 1,82465 PRESS = 297,919 R-Sq = 94,78% R-Sq(pred) = 90,55% R-Sq(adj) = 92,61% Trong bảng trên, các giá trị P (giá trị xác suất), trừ giá trị tại x2x4, các giá trị cò lại đều bằng 0 (nhỏ hơn rất nhiêu so với mức =0,05) nên các biến độc lập cũng như tương tác giữa các biến rất mạnh. Các hệ số quyết định R-Sq và R-Sq(adj) đều lớn hơn 90%, chứng tỏ mô hình tìm được khá tốt với dữ liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 Bảng 4.6. Bảng phân tích phƣơng sai cho YK (Analysis of Variance for YK) Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Regression 10 1298,51 1298,51 129,851 39,00 0,000 Linear 4 777,45 777,45 194,362 58,38 0,000 Square 4 394,57 394,57 98,642 29,63 0,000 Interaction 2 126,50 126,50 63,250 19,00 0,000 Residual Error 70 233,05 233,05 3,329 Lack-of-Fit 14 65,11 65,11 4,650 1,55 0,423 Pure Error 56 167,95 167,95 2,999 Total 80 1531,57 Trước hết nhận thấy ở mục kiểm định mức độ phù hợp của mô hình hồi quy, giá trị p lớn hơn nhiều so với mức ý nghĩa . Điều này có nghĩa dạng mô hình rất khớp với dữ liệu; Xem xét các thành phần riêng rẽ của mô hình hồi quy: Regression, Linear , Square Square, Interaction (Hồi quy, giá trị bậc nhất, giá trị bậc hai, tác động qua lại giữa các yêu tố), các giá trị này đều rất nhỏ, nghĩa là sự có mặt của các thành phần này đều rất ý nghĩa trong mô hình. Phƣơng trình toán mô tả ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến YK YK = 93,178 - 3,042x1 -1,414x2 +2,833 x3+1,522x4 -3,337 x 2 1 -4,129x 2 2 -2,850x 2 3 - 3,367x 2 4+3,000 x1x3 -1,242 x2x4 (4.7) (Thông tin về thí nghiệm, xem phụ lục 2) 4.3.2.3.Giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng YN và hàm chất lƣợng trộn YK *Bƣớc 1 - Tìm giá trị nhỏ nhất cho hàm YN - Tìm giá trị lớn nhất cho hàm YK Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 * Bƣớc 2. Tìm giá trị của các biến sao cho YN đạt giá trị gần nhất với YNmin và YKmax; (ưu tiên cho YK lớn nhất có thể dù phải chấp nhận YN lớn hơn) Hình 4.14. Kỳ vọng điểm tối ƣu Hình vẽ trên cho thấy, trọng số đặt cho các hàm đều rất quan trọng và cố gắng đạt mức độ cao nhất (đều bằng1). Kết quả cho phần thương lượng như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 Hình 4.15. Đồ thị ảnh miêu tả quan hệ “vào” – “ra” Mức độ kỳ vọng cho các kết quả trên rất lớn d = 1 (100%) Xác định được đồ thị tối ưu tại các điểm sau: Bảng 4.7. Kết quả tối ƣu trên máy trộn mô hình Dạng Thực YK (%) YN ws/kg x1(S) (mm) x2() độ x3(n) v/ph x4(q) kg 94 3698.563 351,596 68,0808 50,101 40,1010 Từ đó ta chọn được máy trộn mô hình với các thông số hợp lý sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 Bảng 4.8. Thông số lựa chọn tối ƣu cho máy trộn mô hình Thông số máy Số liệu Khối lượng máy, kg 350 Bán kính đáy buồng trộn, mm 190 Chiều rộng thùng, mm 656 Chiều dài trục trộn,mm 900 Khoảng cách giữa hai trục 270 Số lượng cánh, chiếc 20 Khoảng cách cánh tay trộn S, mm 352 Công suất tiêu thụ, kW 1,1 Tốc độ quay trục, v/ph 50 Dung lượng một mẻ trộn, kg/mẻ trộn 40 Năng suất máy, Tấn/h 1 Chi phí năng lượng riêng, kWh/T.sp 1,1 4.4. Ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng và phân tích thứ nguyên để xác định dãy máy trộn Từ các chuẩn số xác định dãy máy trộn tại chương 3 (phương trình 3.29), ta có: D S FDn g Dn Q r    3 22 31 ; 1 . ; .. Và chuẩn số Euc tính cho công suất của máy trộn (Phương trình3.26) m p Dn C Dn N            .. .. 2 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 Từ chuẩn số Dn g .2 2 Ta có chỉ số đồng dạng: 1 . 21  cc c c Dn g L (4.8) Hay: 1 . . 0 2 2 0 0 21  MM M cc c c D D n n g g Dn g L Trong đó: ký kiệu “0” là máy thực, “M” là máy mô hình Do chỉ số gc = 1, nên 1. 0 2 2 0  MM D D n n hay 2 0 0        n n D D M M (4.9) Từ chuẩn số 31 .. Dn Q   Ta có chỉ số đồng dạng 1 .. 32  ccc c c Dn Q L  (4.10) Hay 1 .. .. 3 000 0 32         MMM M ccc c c D D n n Q Q Dn Q L   Do chỉ số c = 1, nên 3 000 .        MMM D D n n Q Q (4.11) Từ (4.9) và (4.11) Ta có 5 0 6 0 0 3 000 ..                    n n n n n n D D n n Q Q MM MMMM (4.12) Từ chuẩn số D S 3 Ta có chỉ số đồng dạng 1 0 0 3  M M c c c D D S S D S L (4.13) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 Hay 2 0 00        n n D D S S M MM (4.14) Từ chuẩn số D LC3 thuộc chương 2 (2.1.2) ; Chỉ số đồng dạng: 1 0 0 4  M M C c D D L L L (4.15) Hay MCM C D D L L 00  (4.16) Dựa trên cách xác định trên, đề xuất dãy máy thực như sau: Bảng 4.9. Tính toán các thông số trên máy thực TT Các chỉ tiêu Máy trộn M0 (Thí nghiệm) .MT - 1 MT -2 MT-3 MT-4 1 Công suất cần thiết, kW 1,1 2.9 2.83 3.83 5.2 2 Năng suất trộn Q, Tấn/h 1 2 3 4 5 3 Chi phí năng lượng riêng, kwh/t.s.p 1.1 1.45 0.94 0.95 1.04 4 Số vòng quay n, min -1 50 44 40 38 37 5 Đường kính cánh trộn D, mm 380 502 607 663 723 6 Bước trục vít S, mm 352 465 663 614 670 7 Chiều dài trục trộn,mm 900 1177 1437 1568 1711 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 Nhận xét - Máy trộn MT-1 đã đươc sử dụng trong thực tế, kết quả khảo nghiệm cho thấy đảm bảo được độ trộn đều 95% và chi phí năng lượng thấp, khi lắp đặt máy này đem lại hiệu quả kinh tế cho cơ sở sử dụng, đây là cơ sở khoa học để tính các loại máy trộn trong khoảng năng suất từ 25 tấn/h giúp cho các cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ tham khảo, đầu tư thiết bị trộn, đảm bảo tiết kiệm năng lượng và độ đồng đều của sản phẩm. 4.5.Ứng dụng phƣơng pháp mô hình, đồng dạng và phân tích thứ nguyên để xác định lực cản trên cánh máy trộn thức ăn chăn nuôi trục ngang Làm thí nghiệm với bộ thông số tối ưu trên máy trộn mô hình, xác định được lực cản trên máy mô hình như sau: Bảng 4.10. Lực cản trên cánh máy trộn mô hình với bộ thông số tối ƣu TN Yk NL NL/tg x1 x2 x3 x4 CStb YN Rc Mxt ω tn28-1 91.3 38.8 0.154 368 70 50 40 1554.9 3498.4 130.8 297.1 5.2 tn28-2 90.1 38.6 0.206 368 70 50 40 1543.6 3473.1 129.8 294.9 5.2 tn28-3 87.7 38.6 0.164 368 70 50 40 1546.4 3479.4 130.1 295.5 5.2 (Cách tính Rc xem phụ lục 2) Theo nội dung đã trình bày tại chương 3 (Phương pháp lực cản trên cánh máy trộn thức ăn chăn nuôi trục ngang); Kết quả thực nghiệm trên máy mô hình thu đƣợc giá trị lực cản trên 1 cánh - RM= 130,3 N; - ρM = 780 kg/m 3 là khối lượng riêng của vật liệu trộn; - FM= 0,08x0,07xsin70 o = 43,3 x 10 -4 m 2, diện tích hình chiếu theo mặt phẳng đứng của cánh tiện [1]; - vM= LCM x ωM = 0,155 x 5,2 = 0,806 m/s. Từ đó tìm được hệ số CM là hệ số thực nghiệm chỉ rõ tác dụng của cơ cấu trộn dùng để trộn bột thức ăn chăn nuôi. 4,59 806,0.780.10.3,43 3,130 .. 242   MMM M M vF R C  (4.17) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 Vậy ta được công thức xác định lực tác động lên cánh của máy mô hình làm việc ở chế độ hợp lý: RM = 59,4.M.FM.v 2 M (4.18) Xác định lực cản trên máy thực  Xét chuẩn số 1 bhp R .. 1  hay có thể viết R = k0.b (4.19) Nếu xét tổng số bề rộng của các cánh trên trục thì bề rộng của toàn máy trộn là: ko.B Khi biết lực cản trên máy mô hình, sẽ tìm lực cản trên máy thực MM M Bk Bk RR . . . 0 00 0  (4.20) Hoặc 2 0000 ....        MMMM Mo v v F F C C RR   (4.21) Trong đó, kí hiệu “0” là vật thực, “M” là mô hình 4.6. Ứng dụng mẫu máy trộn trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi qui mô vừa và nhỏ Hình 4.16. Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi cỡ vừa và nhỏ Mẫu máy trộn thiết kế chế tạo (trên cơ sở các thông số máy trộn thí nghiệm và dãy máy trộn đã tính toán) được lắp đặt tại cơ sở sản xuất ở Hải Dương. Nguyên liệu Định lượng Nghiền nhỏ Trộn đều Đóng gói Chất bổ xung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 91 Dây chuyền sản xuất tại cơ sở theo qui trình công nghệ sau: Trên cơ sở qui trình tổng quát, tùy thuộc yêu cầu về mức độ cơ giới hóa khả năng đầu tư của hộ nông dân Bảng 4.11. Các loại máy sử dụng trong dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi TT Tên thiết bị Năng suất (T/h) Công suất lắp đặt (Kw) Ghi chú 1 Máy nghiền búa 45 37 Lắp đặt dư 5% công suất dự trữ 2 Quạt ly tâm 5,5 3 Vít tải bột nghiền 4 5 2,2 4 Gầu tải bột nghiền 5 6 3 Tôn dày 2  4 mm 5 Máy trộn ngang 2 5,5 Xả đáy bằng khí nén 6 Máy đánh tơi 3  4 7,5 7 Vít tải và các bộ phận phụ trợ khác 5  6 3 Tổng tiêu thụ năng lƣợng riêng trong dây chuyền - Nghiền : 7 kWh/tấn - Trộn: 1,1 1,5 kWh/tấn - Các bộ phận phụ khác: 5,5 kWh/tấn Sản phẩm dây chuyền: Thức ăn chăn nuôi hỗn hợp 4.6.1. Tính toán đầu tƣ, lãi phát sinh trong lắp đặt dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi * Vốn đầu tƣ: Bảng 4.12. Các hạng mục đầu tƣ TT Tên thiết bị Vốn đầu tƣ (VNĐ) Tỉ lệ (%) 1 Thiết bị, công nghệ, đào tạo 205.000.000 85,42 2 Thiết bị lẻ 15.000.000 6,25 3 Xây dựng cơ sở hạ tầng 17.000.000 7,08 4 Vốn dự phòng 3.000.000 1,25 Tổng cộng 240.000.000 100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 92 *Lãi phát sinh Dự tính thời gian xây dựng, lắp đặt thiết bị từ 3 đến 6 tháng Bảng 4.13. Lãi phát sinh trong thời gian đầu xây dựng cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi TT Tên thiết bị Vốn đầu tƣ (10 6 VNĐ) Lãi suất vay (%/năm) Thời gian vay (tháng) Lãi phát sinh (10 6 VNĐ) 1 Thiết bị, công nghệ, đào tạo 205 10 6 10,25 2 Thiết bị lẻ 15 10 3 0,125 3 Xây dựng cơ sở hạ tầng 17 10 6 0,825 4 Vốn dự phòng 3 0 0 0 Tổng cộng 240 11,225 4.6.2. Năng lực sản xuất của dây chuyền - Thời gian chế biến: 320 ngày/năm - Ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 tiếng, Hệ số sử dụng thời gian: 0,85. - Công suất 4 Tấn/giờ Tổng sản lƣợng/năm Sản lƣợng thức ăn cho lợn Sản lƣợng thức ăn cho gà 17.500 tấn 12.000 tấn 5.500 tấn  Nhu cầu vốn lƣu động Lãi vay vốn Ngân hàng nhà nước được tính với lãi suất ưu đãi theo quyết định số 65/QĐ.TTg ngày 2-12-2011 của Thủ tướng chính phủ về hỗ trợ cho người sản xuất chế biến thức ăn chăn nuôi trong hai năm đầu bằng “0” 4.6.3. Hoạch toán kinh tế (theo đơn giá năm 2011) * Giá bán bình quân thức ăn chăn nuôi : 11.000.000 đ/tấn SP * Chi phí: Tổng chi phí 8.375.000đ/tấn SP * Lợi nhuận: 2.625.000đ/tấn SP Chi phí sản xuất được tính theo bảng 4.14 dưới đây: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 93 Bảng 4.14. Bảng chi phí sản xuất Khoản mục Chi phí (VNĐ/Tấn SP) 1.Chi phí sản xuất Nguyên liệu 8.200.000 Điện sản xuất 40.000 Bao Bì 10.000 Các phụ phí khác 5.000 2. Chi phí khấu hao tài sản cố định 50.000 3.Chi phí quản lý 20.000 4.Chi phí lương 50.000 5.Tổng chi phí 8.375.000 Như vậy, đầu tư dây chuyền sản xuất trong đó có sử dụng thiết bị máy trộn ứng dụng từ nghiên cứu của luận án mang lại hiệu quả kinh tế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 94 Kết luận chƣơng 4 1. Thiết kế được máy trộn trục ngang kiểu cánh gạt phù hợp với mục đích thực nghiệm của luận án, sao cho có thể thay đổi được: góc nghiêng  giữa bàn tay trộn và trục trộn, tốc độ quay n của trục trộn; vị trí đặt cánh trộn (lắp đặt các bàn tay trộn sao cho chép lại các bước của “vít tải” nhằm đảm bảo nguyên lý trộn và các quá trình trộn), biên dạng cánh, khoảng cách giữa các cánh trên cùng trục trộn S; 2. Lựa chọn được thiết bị đo công suất tiêu thụ, độ trộn đều của bột sau trộn, phương pháp quy hoạch thực nghiệm để thu và xử lý kết quả chính xác trong thực nghiệm; 3. Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố, xử lý kết quả tìm ra phương trình toán mô tả ảnh hưởng của các yếu tố x1, x2, x3, x4 đến YK và YN (Phương trình 4.6, 4.7), từ đó giải bài toán thương lượng tối ưu tìm được bộ thông số công nghệ và chế tạo trên máy mô hình như bảng 4.8; 4. Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, ứng dụng lý thuyết mô hình - đồng dạng và phân tích thứ nguyên, xác định được dãy máy trộn được ký hiệu ở bảng 4.9; 5. Từ kết quả tối ưu, xác định được lực cản tác động trên cánh máy trộn mô hình CM = 59,4; (4.17); Nhờ ứng dụng phương pháp mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên (phương trình 4.19  4.21), xác định được lực cản trên cánh máy trộn thực ứng với từng quy mô sản xuất trong thực tế; Việc xác định lực cản trên máy thực qua tính toán như trên cho phép xác định, đánh giá công suất tiêu thụ lắp đặt trên các máy đã tiếp kiệm được năng lượng hay chưa mà không cần qua thực nghiệm trên máy thực; 6. Máy trộn MT-1 được Công ty cổ phần thức ăn chăn nuôi và vật tư nông sản, Thị trấn Lai Cách, Huyện Cẩm Giàng, Hải Dương đặt mua, kết luận ở 4.6.3.2 cho thấy lợi nhuận của cơ sở khi sử dụng máy trộn thức ăn nuôi MT-1 và đảm bảo được độ đồng đều sau trộn đạt 95 %. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 95 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 1. Kết luận chung 1.1.Từ việc phân tích tình hình phát triển của ngành chăn trên thế giới và tại Việt Nam, có thể thấy rằng tốc độ phát triển của các dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi, (đặc biệt là các dây chuyền chế biến công suất cỡ vừa và nhỏ- mô hình phù hợp với chăn nuôi tại Việt Nam trong giai đoạn hiện nay) chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay; điều đó ảnh hưởng nghiêm trọng tới hiệu quả kinh tế của ngành nông nghiệp Việt Nam. 1.2. Máy trộn trục ngang, đặc biệt là máy trộn hai trục, cánh gạt được đánh sử dụng nhiều trong các cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi nhờ cho chất lượng bột cao sau trộn, trộn được nhiều loại thức ăn, dễ chế tạo, dễ lắp đặt, tháo lắp và làm sạch thuận tiện, có khả năng bố trí vào liên hợp máy chế biến liên tục; tuy nhiên việc thiết kế, chế tạo, sử dụng máy cần được tiếp tục nghiên cứu khảo nghiệm để xác định các thông số hợp lý để làm cơ sở cải tiến hoàn thiện hơn, nhằm đạt được những chỉ tiêu về năng suất, chất lượng và giảm mức tiêu thụ điện năng ; 1.3. Ứng dụng phương pháp mô hình, đồng dạng và phân tích thứ nguyên làm cơ sở để xác định các chuẩn số làm thông số “vào” trong thực nghiệm, trên cơ sở đó chế tạo được máy trộn mô hình đáp ứng mục tiêu thực nghiệm; 1.4. Tiến hành quy hoạch thực nghiệm, xử lý kết quả tìm ra phương trình toán mô tả ảnh hưởng của các yếu tố x1, x2, x3, x4 đến YK và YN (Phương trình 4.6, 4.7) nhờ phần mềm Minitab, từ đó giải bài toán tối ưu đa mục tiêu tìm được bộ thông số công nghệ và chế tạo trên máy mô hình như bảng 4.8; 1.5. Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, ứng dụng lý thuyết mô hình, đồng dạng và phân tích thứ nguyên, xác định được dãy máy trộn được ký hiệu ở bảng 4.9 là các loại máy trộn MT- 1; MT - 4; 1.6. Từ kết quả tối ưu, xác định được lực cản tác động trên cánh máy trộn mô hình CM = 59,4; (4.17); Nhờ ứng dụng phương pháp mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên (phương trình 4.19  4.21), xác định được lực cản trên cánh máy trộn thực ứng với từng quy mô sản xuất trong thực tế; Việc xác định lực cản trên máy thực qua tính toán như trên cho phép xác định, đánh giá công suất tiêu thụ lắp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 96 đặt trên các máy đã tiếp kiệm được năng lượng hay chưa mà không cần qua thực nghiệm trên máy thực; 1.7. Máy trộn MT-1 được Công ty cổ phần thức ăn chăn nuôi và Vật tư nông sản, Thị trấn Lai Cách, Huyện Cẩm Giàng, Hải Dương đặt mua, kết luận ở 4.6.3.2. cho thấy lợi nhuận của cơ sở khi sử dụng máy trộn thức ăn nuôi MT-1 và đảm bảo được độ đồng đều sau trộn đạt 95 %. 2. Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp 2.1. Tiếp tục nghiên cứu quy luật chuyển động của nguyên liệu trên cánh trộn nhằm xây dựng một quy luật thật phù hợp đảm bảo mô tả chính xác mối quan hệ trong quá trình trộn; 2.2. Tiếp tục nghiên cứu biên dạng cánh trộn nhằm giảm lực cản và tăng khả năng trộn đều; 2.3. Nghiên cứu mẫu máy trộn cho các quy mô sản xuất lớn sao cho tiết kiệm năng lượng tiêu thu đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng bột TACN sau trộn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt 1. Hà Thị An (1986), Các quá trình và thiết bị thủy cơ, Giáo trình giảng dạy cho ngành “Máy và thiết bị hóa chất”, Hà Nội. 2. Nguyễn Bin (2004), Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, NXB Khoa học kỹ thuật, 2004. 3. Hoàng Bá Chư, Phạm Lương Tuệ, Trương Ngọc Tuấn (2005). Bơm, quạt, máy nén công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội. 4. Cokolob I. A (1975), Cơ sở thiết kế máy và máy móc tự động sản xuất thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 5. Phan Nguyên Di (2002), Cơ học môi trường liên tục - Các phương trình cơ bản và ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật. 6. Nguyễn văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011), Quy hoạch thực nghiệm trong kỹ thuật, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 7. Dự án 030/06 VIE, 2010. 8. Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2009), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 9. Nguyễn Thanh Hào (2007), Nghiên cứu dòng phun rối xoáy hai pha không đồng nhất trong buồng đốt công nghiệp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật trường Đại học Bách khoa - Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 10. Phạm Thượng Hàn và các cộng sự (2006), Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý, tập 2, NXB Giáo dục Hà Nội. 11. An Hiệp – Trần Vĩnh Hưng (2006), Thiết kế chi tiết máy trên máy tính, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội. 12. Franz Holzweibig và Hans Dresig (2001), Giáo trình động lực học máy, Vũ Liêm Chính và Phan Nguyễn Di dịch từ tiếng Đức, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 13. Nguyễn Thị Hồng (2002), Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản của hiết bị phủ hóa chất bảo quản và nhuộm màu hạt giống Ngô theo công nghệ xử lý ẩm, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 98 14. Trần Mạnh Hùng (2007), Đo lường không điện trong nghiên cứu thử nghiệm máy. Giáo trình giảng dạy cao học, Hà Nội. 15. Trần Mạnh Hùng, Phạm Văn Lang, Hà Quốc Ninh (1998), Đo lường và thử nghiệm về cơ điện nông nghiệp trong thời kỳ mới, NXB Nông nghiệp Hà Nội. 16. Trần Thị Nhị Hường, Đặng Thế Huy (1992), Một số phương pháp toán trong cơ học nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 17. Tào Khang (2003), Công nghệ chế biến thức ăn chăn nuôi, NXB Thượng Hải. 18. Landau L.D và Lifsitx E.M(2001), Thủy động lực học, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 19. Phạm Văn Lang (1996), Đồng dạng, mô hình và phép phân tích thứ nguyên và ứng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 20. Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 21. Phạm Văn Lang, Nguyễn Huy Mỹ (1992), Phương pháp điều khiển học kỹ thuật và ứng dụng trong nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 22. Vũ Như Lân (2006), Điều khiển sử dụng logic mờ mạng nơron và đại số gia tử, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 23. Mai Văn Lề (1984), Nghiên cứu tuyển chọn phương pháp xác định chất phụ gia để đánh giá độ trộn thức ăn gia súc, khoa hóa thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 24. Mennhicốp C.V (1978), Cơ giới hóa và tự động hóa trong chuồng trại chăn nuôi gia súc, NXB Bông lúa, Leninguad . 25. Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam (2004), Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học và thực phẩm (tập 2) – Cơ học vật liệu rời, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 26. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006), Lý thuyết điều khiển mờ, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 27. Nguyễn Như Nam, Lê Anh Đức (2008), Nghiên cứu thiết kế máy trộn vít đứng, Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. 28. Nguyễn Như Nam (1996), Nâng cao mức độ trộn hỗn hợp các nguyên liệu làm thức ăn gia súc, Luận án tiến sĩ kỹ thuật trường Đại học Nông lâm TP. Hồ Chí Minh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 99 29. Nguyễn Thanh Nam (2008), Dòng phun rối tự do và phương pháp tính, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 30. Nguyễn Thanh Nam (2008), Cơ học lưu chất tính toán, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. 31. Đậu Thế Nhu (1996), Chương trình xử lý thực nghiệm ứng dụng trong cơ giới hóa nông nghiệp, Báo cáo khoa học của Viện Cơ điện nông nghiệp và chế biến nông sản, Hà Nội. 32. Nguyễn Năng Nhượng (2001), Kết quả chuyển giao dây chuyền chế biến thức ăn gia súc qui mô 2 t/h; 3 t/h và 5 t/h. Tuyển tập kết quả khoa học công nghệ cơ điện nông nghiệp 1996 2000, Hà Nội. 33. Trần Quan Quý, Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Bính (2001, Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội. 34. Ngô Diện Tập (2001), Đo lường và điều khiển bằng máy tính, NXB Khoa học kỹ thuật. 35. Nguyễn Hoàn Thiện (2006), Nghiên cứu quá trình trộn hỗn hợp bê tông nhựa nóng trong buồng trộn cưỡng bức chu kỳ hai trục, Luận văn Thạc sĩ Đại học GTVT chuyên ngành máy xây dựng và xếp dỡ, Hà Nội. 36. Nguyễn Trọng Thuần (2000), Điều khiển logic và ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 37. Nguyễn Thị Minh Thuận (1988), Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng và năng lượng của máy trộn bột thức ăn gia súc khô kiểu vít đứng, Luận án Phó tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội. 38. Nguyễn Như Thung, Lê Nguyên Đương, Phan Lê, Nguyễn Văn Khỏe (1987), Máy và thiết bị thức ăn chăn nuôi, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội. 39. 10TCN - Tiêu chuẩn ngành (10TCN 860:2006), Thức ăn chăn nuôi – Độ dao động phân tích cho phép đối với các chỉ tiêu chất lượng, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn. 40. Phan Thanh Tịnh (1995), Các phương pháp đánh giá hiệu quả kết quả nghiên cứu cơ điện nông nghiệp và chế biến nông sản 1991 – 1995, NXB Nông nghiệp, Hà nội. 41. Tổng Cục Thống kê, Tổng điều tra nông thôn (2007), Nông nghiệp và thủy sản, NXB Thống kê, Hà Nội Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 100 42. Nguyễn Khắc Trai (2007), Kỹ thuật chuẩn đoán ô tô, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội. 43. Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình và thiết bị khuấy trộn trong công nghệ, NXB Xây dựng, Hà Nội. 44. Nguyễn Minh Tuyền (1987), Các máy khuấy trộn trong công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 45. Nguyễn Văn Tuấn (2005), Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống trao đổi khí đến các chỉ tiêu kỹ thuật động cơ diesel tàu thủy đang khai thác ở Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Hàng hải. 46.Vennhicop V.A (1976), Lý thuyết mô hình đồng dạng, NXB Trường Đại học Mockba. 47. Hồ Lê Viên (2002), Các máy gia công vật liệu rắn và chất dẻo (tập 2), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 48. Viện Cơ điện nông nghiệp (1995), Cơ điện khí hóa nông nghiệp với vấn đề công nghiệp hóa – hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 49. Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng (2002), Ứng dụng sensor vận tốc Vi-Datron để nghiên cứu tính chất chuyển động của ôtô máy kéo, NXB Nông nghiệp. 50. Trần Minh Vượng, Nguyễn Thị Minh Thuận (1999), Máy phục vụ chăn nuôi, NXB Giáo dục, Hà Nội. 51. Witrenburg J.(2000), Động lực học hệ vật rắn, NXB Xây dựng, Hà Nội. Nguyễn Đông Anh dịch từ tiếng Anh. 52. Xedov L.I (1984), Các phương pháp đồng dạng và thứ nguyên trong cơ học, Bùi Hữu Dân dịch, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. Tài liệu nƣớc ngoài 53. Douglas J. F (1992), Solving Problem in Fluid Mechamics, Longman. 54. United nations development programme food and agriculture rganization of the united nations (1980), Fish Feed Technology, Rome. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 101 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu. ......................................................................................... 2 2.1. Mục tiêu chung ............................................................................................. 2 2.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................. 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 2 3.2.Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................ 3 4.1. Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 3 4.2. Ý nghĩa thực tiễn........................................................................................... 3 5. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 3 CHƢƠNG 1 ............................................................................................................... 4 TỔNG QUAN ............................................................................................................ 4 1.1. Thực trạng ngành chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam .......................... 4 1.1.1. Tình hình chăn nuôi trên thế giới .............................................................. 4 1.1.2. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam ............................................................... 4 1.1.3. Tình hình chế biến thức ăn chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam .............. 4 1.1.3.1 Tình hình chế biến thức ăn chăn nuôi trên thế giới .................................... 4 1.1.3.2 Chế biến thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam .................................................... 6 1.2. Công nghệ và thiết bị trộn của dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi 8 1.2.1. Dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi ................................................... 8 1.2.2. Thiết bị trộn trong dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi ...................... 9 1.2.2.1. Thiết bị trộn trên thế giới ............................................................................ 9 1.2.2.2. Thiết bị trộn tại Việt Nam......................................................................... 11 1.2.3. Các dạng máy trộn trục ngang, làm việc gián đoạn................................. 14 1.2.3.1. Máy trộn ngang một trục giải xoắn vít .................................................... 14 1.2.3.2. Máy trộn ngang một trục kiểu cánh gạt ................................................... 15 1.2.3.3. Máy trộn ngang hai trục kiểu cánh gạt .................................................... 17 1.3. Một số nghiên cứu về máy trộn ngang ........................................................ 18 1.3.1. Sự chuyển động của vật liệu rời trong máy trộn. .................................... 18 1.3.2. Chế độ động học khi khuấy - trộn ........................................................... 20 1.3.3. Công suất trộn .......................................................................................... 20 iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 102 1.3.4. Thời gian trộn .......................................................................................... 21 1.3.5. Độ trộn đều .............................................................................................. 22 1.3.6. Vị trí đặt cánh trộn và biên dạng cánh .................................................... 23 1.3.7. Chuyển động của hạt trên bề mặt cánh .................................................... 24 1.3.8. Tính chất vật lý chủ yếu của vật liệu. ...................................................... 25 Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................... 27 CHƢƠNG 2 ............................................................................................................. 28 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 28 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................... 28 2.1.1. Nguyên liệu trong máy trộn thức ăn chăn nuôi ....................................... 28 2.1.1.1. Khối lượng riêng ....................................................................................... 28 2.1.1.2. Hệ số ma sát .............................................................................................. 29 2.1.1.3. Mật độ ........................................................................................................ 30 2.1.1.4. Độ rỗng ...................................................................................................... 30 2.1.1.5. Độ hạt của nguyên liệu ............................................................................. 31 2.1.2. Một số thông số cấu tạo và công nghệ của máy trộn thức ăn chăn nuôi . 31 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 33 2.2.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ..................................................... 33 2.2.1.1. Bộ thông số thí nghiệm ............................................................................. 34 2.2.1.2. Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm ....... 35 2.2.1.3. Xác định mô hình toán ............................................................................367 2.2.1.4. Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố hàm mục tiêu ............................... 40 2.2.1.5. Giải bài toán thương lượng các giá trị tối ưu giữa hai hàm mục tiêu ... 41 2.2.2. Phương pháp xác định độ trộn đều của hỗn hợp sau khi trộn ................. 41 2.2.3. Phương pháp xác định công suất trộn ...................................................... 44 Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................... 47 CHƢƠNG 3 ............................................................................................................. 48 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................................. 48 3.1. Ảnh hƣởng của trộn đến quá trình chuyển khối của dòng hai pha ......... 48 3.2. Ứng dụng phƣơng trình Navie-stocks trong công nghệ trộn thức ăn ......... 53 3.3. Xác định mô hình vật lý máy trộn thức ăn chăn nuôi .............................. 55 3.4. Phƣơng pháp xác định lực cản trên cánh máy trộn thức ăn chăn nuôi .......... 58 Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................... 62 CHƢƠNG 4 ............................................................................................................. 63 iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 103 THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ............................................................... 63 4.1. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................. 63 4.1.1.Mục đích ................................................................................................... 63 4.1.2. Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm ........................... 63 4.2. Thiết bị thực nghiệm .................................................................................... 64 4.2.1. Máy trộn cánh gạt trục ngang .................................................................. 64 4.2.1.1. Sự chuyển động của các hạt vật liệu trong máy trộn trục ngang ........... 64 4.2.1.2. Nguyên lý cấu tạo của máy trộn ngang hai trục ...................................... 65 4.2.2.Tính toán thiết kế máy trộn ngang hai trục thí nghiệm ............................ 65 4.2.2.1. Cấu tạo máy trộn ....................................................................................... 66 4.2.2.2. Tổng thể máy trộn thí nghiệm .................................................................. 69 4.2.3. Thiết bị và kỹ thuật đo thông số đầu ra ................................................... 70 4.2.3.1.Đo công suất tiêu thụ N ............................................................................. 70 4.2.3.2. Đo chất lượng bột sau trộn ....................................................................... 75 4.3. Phƣơng pháp xử lý kết quả sau thí nghiệm ............................................... 76 4.3.1. Tổ chức thực nghiệm ............................................................................... 76 4.3.2. Kết quả thí nghiệm ................................................................................... 78 4.3.2.1. Ảnh hưởng của x1, x2, x3, x4 đến chi phí năng lượng riêng YN .............. 79 4.3.2.2. Ảnh hưởng của x1, x2, x3, x4 đến chất lượng trộn YK ............................. 81 4.3.2.3.Giải bài toán thương lượng giữa hàm chi phí năng lượng riêng YN và hàm chất lượng trộn YK.......................................................................................... 83 4.4. Ứng dụng lý thuyết mô hình, đồng dạng và phân tích thứ nguyên để xác định dãy máy trộn ............................................................................................... 86 4.5.Ứng dụng phƣơng pháp mô hình, đồng dạng và phân tích thứ nguyên để xác định lực cản trên cánh máy trộn thức ăn chăn nuôi trục ngang .............. 89 4.6. Ứng dụng mẫu máy trộn trong dây chuyền sản xuất thức ăn ................ 90 4.6.1. Tính toán đầu tư, lãi phát sinh trong lắp đặt dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi ............................................................................................................ 91 4.6.2. Năng lực sản xuất của dây chuyền .......................................................... 92 4.6.3. Hoạch toán kinh tế (theo đơn giá năm 2011) .......................................... 92 Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................... 93 KẾT LUẬN CHUNG .............................................................................................. 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 97 v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên