Nghiên Cứu Xác Định Một Số Thông Số Tối Ưu Cho Máy Ép Viên Phân Bón Hữu Cơ Vi Sinh Kiểu Khuôn Vòng Cố Định Cánh Quay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRẦN QUANG PHONG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ

TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BÓN

HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN VÒNG

CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỒNG NAI, 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRẦN QUANG PHONG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ

TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BÓN

HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN VÒNG

CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60 52 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM

ĐỒNG NAI, 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu , kết

quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Tác giả luận văn

Trần Quang Phong

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành cảm ơn đến:

- Thầy TS. Nguyễn Như Nam, Giảng viên bộ môn Máy Sau thu hoạch - Chế

biến, khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí

Minh là Giáo viên hướng dẫn đề tài .Thầy đã tận tình chỉ bảo giúp đở tạo mọi

điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm đề tài. Qua thời gian làm

việc cùng thầy, tôi đã có những kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận

định đánh giá một vấn đề ...Đó là nền tảng cho tôi tiếp bước vững chắc trong

công tác giảng dạy của mình sau này.

- Thầy PGS.TS Nuyễn Phan Thiết : Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học

Trường Đại Học Lâm Nghiệp

- Thầy PGS.TS Dương Văn Tài trưởng khoa sau Đại Học, Chủ nhiệm khoa

cơ điện và công trình,Chủ nhiệm bộ môn máy chuyên dùng Trường Đại Học

Lâm Nghiệp.

- Ban Giám Hiệu , Phòng Đào tạo sau Đại Học Trường Đại Học Lâm Nghiệp

và toàn thể giảng viên giãng dạy và hướng dẫn các môn học ở chương trình

đào tạo sau Đai Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn

- Các Anh học viên lớp cao học khóa K20 năm 2012 – 2014 đã hổ trợ, giúp

đở, động viên chia sẻ kinh nghiệm trong học tập và làm việc.

- Xin cảm ơn quí Thầy, Cô phản biện đề tài cho những lời nhận xét quí báu.

Qua những phản hồi đó tôi có thể để hoàn thiện hơn quá trình nghiên cứu.

Tác giả

Trần Quang Phong

iii

MỤC LỤC

ĐỀ MỤC Trang

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

i

ii

iii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu 5

1.1.1. Tổng luận về công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi

sinh dạng viên

5

1.1.2. Tổng luận các công trình về máy ép viên kiểu khuôn vòng 9

1.2. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 13

1.2.1. Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh 13

1.2.2. Lý thuyết ép viên 17

1.2.3. Cấu tạo và lý thuyết tính toán máy ép viên kiểu khuôn

vòng cố định – cánh quay

25

1.3. Ý kiến thảo luận 32

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

33

2.1. Mục tiêu nghiên cứu 33

2.1.1. Mục tiêu tổng quát 33

2.1.2. Mục tiêu cụ thể 33

2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 33

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 34

2.3. Nội dung nghiên cứu 34

2.4. Cách tiếp cận 34

2.5. Phương pháp nghiên cứu 34

2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 34

2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 35

2.6. Phương pháp tối ưu hóa 45

2.6.1. Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu 45

2.6.2. Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu 46

2.6.3. Giải các bài toán tối ưu hóa 47

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48

3.1. Nghiên cứu máy ép viên kiểu khuôn vòng – cánh quay

MEVKVCQ – 350 bằng phương pháp quy hoạch thực

nghiệm

48

3.1.1. Mô hình thực nghiệm 48

iv

3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I 50

3.1.3. Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc II 55

3.1.4. Ý kiến thảo luận 67

3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép viên kiểu khuôn vòng –

cánh quay MEVKVCQ – 350

67

3.2.1. Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu 67

3.2.2. Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đơn mục tiêu 67

3.2.3. Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đa mục tiêu theo

phương pháp trọng số

70

3.2.4. Kết quả thực nghiệm kiểm định tại miền tối ưu 73

Chương 4 KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ 77

4.1. Kết luận 77

4.2. Kiến nghị 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 83

Phụ lục 1 Thực nghiệm theo quy hoạch bậc I 83

P.1.1 Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch bậc I 83

P.1.2 Kết quả xử lý số liệu cho hàm độ bền viên phân 84

P.1.2.1 Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi không

có số hạng chéo

84

P.1.2.2 Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi có số

hạng chéo (mã hóa)

85

P.1.3 Kết quả xử lý số liệu hàm mức tiêu thụ điện năng riêng (

mã hóa)

86

P.1.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

riêng khi không có số hạng chéo (mã hóa)

86

P.1.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

riêng khi có số hạng chéo (mã hóa)

87

Phụ lục 2 Thực nghiệm theo quy hoạch bậc II 89

P.2.1 Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch bậc II 89

P.2.2 Kết quả xử lý số liệu cho hàm độ bền viên( mã hóa) 90

P.2.2.1 Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần I(mã

hóa)

90

P.2.2.2 Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần II (mã

hóa)

91

P.2.2.3 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm độ bền viên ở dạng

mã hóa

92

P.2.2.4 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm độ bền viên ở dạng

thực

92

P.2.3 Kết quả xử lý số liệu cho hàm mức tiêu thụ điện năng

riêng (mã hóa)

93

P.2.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

riêng lần I (mã hóa)

93

v

P.2.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

riêng lần II (mã hóa)

94

P.2.3.3 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện

năng riêng ở dạng mã hóa

94

P.2.3.4 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện

năng riêng ở dạng thực

95

Phụ lục 3 Vẽ đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng 96

P.3.1 Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm độ bền

viên

96

P.3.2 Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm mức tiêu

thụ điện năng riêng

100

Phụ lục 4 Kết quả tính toán tối ưu hóa 103

P.4.1 Kết quả tính toán tối ưu hóa đơn mục tiêu 103

P.4.1.1 Kết quả tính toán tối ưu hóa hàm y1 (hay B) 103

P.4.1.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar) 103

P.4.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa đa mục tiêu 104

Phụ lục 5 Một số hình ảnh thực hiện đề tài 109

vi

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Ký hiệu Ý nghĩa Thứ nguyên

A Điện năng tiêu thụ kWh

Ar Mức tiêu thụ điện năng riêng kWh/t

Ar

Mức chi phí điện năng riêng để ép trung bình của mẫu kWh/t

B Độ bền viên phân bón %

B

Độ bền viên phân ép trung bình của mẫu %

f Hệ số ma sát của vật với thành khuôn -

Fms Lực ma sát N

G Mô đun đàn hồi Pa

h Khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn ép mm

Η Độ nhớt động lực pa.S

k Số yếu tố đầu vào -

k1 Hệ số cản trở và gián đoạn của vật liệu khi qua các lỗ -

k2 Hệ số -

M Khối lượng vật liệu ép tấn, kg

n Số vòng quay vg/ph

n Dung lượng mẫu -

ntn Số thí nghiệm -

n0 Số thí nghiệm lặp ở tâm -

N Công suất điện sử dụng kw

p Chỉ số rút gọn -

q LƯợNG cung cấp kg/ph

Q Năng suất máy tấn/h, kg/ph

S1 Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ bền viên phân bón

được ép của mẫu thí nghiệm

%

S2 Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm mức chi phí điện năng

riêng để ép của mẫu thí nghiệm

kWh/t

s Chiều dày khuôn ép mm

x1 Số vòng quay của trục máy (cánh quay) n ở dạng mã

hóa

-

x2 Khe hở giữa đầu cánh và bề mặt khuôn h ở dạng mã

hóa

-

x3 Bán kính cong cánh gạt Rc ở dạng mã hóa -

x4 Năng suất hay lượng cung cấp q ở dạng mã hóa -

x5 Bề dày khuôn s ở dạng mã hóa -

y1 Hàm hồi quy độ bền viên phân ép ở dạng mã hóa %

y2 Hàm hồi quy mức tiêu thụ điện năng riêng để ép kWh/t

 Hệ số Poisson -

R Bán kính cánh gạt m, mm

Ω Vận tốc góc 1/s

 Mức độ nén ép -

vii

P

đ Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

N

T Thời gian biến dạng

s

Z

2 Số lỗ khuôn cái V Vận tốc m/s pc Áp suất dư cạnh bên N/m

2

 Mức điểm sao

-



1;



2 Các trọng số hay thông số điều khiển

-

T Thời gian ép h, ph

tp/2 Chuẩn số theo tiêu chuẩn student

-

p Mức nghĩa

-

τ

0 ứng suất ban đầu Pa

viii

Danh mục các bảng

Số bảng Tên bảng Trang

Bảng 2.1. Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc I

(chưa ngẫu nhiên hóa).

41

Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc II (chưa

ngẫu nhiên hóa)Box – Hun ter .

43

Bảng 3.1. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I. 50

Bảng 3.2. Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc I. 51

Bảng 3.3. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II. 56

Bảng 3.4. Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc II. 57

Bảng 3.5. Kết quả nhận dạng các đồ thị của hàm y1 (bề mặt đáp ứng). 63

Bảng 3.6. Kết quả nhận dạng các đồ thị của hàm y2 (bề mặt đáp ứng.) 66

Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm tại chế độ làm việc tối ưu. 74

ix

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Số hình Tên hình Trang

Hình 1.1. Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản

xuất phân hữu cơ vi sinh

6

Hình 1.2. Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh 6

Hình 1.3. Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng 7

Hình 1.4. Sơ đồ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ than bùn 8

Hình 1.5. Mô hình máy ép viên kiểu cối vòng con lăn 9

Hình 1.6. Kết cấu của buồng tạo viên 10

Hình 1.7. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn của hãng Bliss (Mĩ) 11

Hình 1.8. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn của hãng Myang

(Trung Quốc)

11

Hình 1.9. Sơ đồ tác dụng của phân hữu cơ vi sinh tới cây trồng (theo

Baumann E. 1969)

14

Hình 1.10. Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh 16

Hình 1.11. Các nguyên lý ép viên 19

Hình 1.12. Độ bền lý thuyết và đặc tính liên kết phụ thuộc vào kích

thước các phần tử

21

Hình 1.13. Sự hình thành hạt theo phương pháp nén ép 25

Hình 1.14. Sơ đồ cấu tạo của máy ép viên khuôn vòng cố định – cánh

quay

26

Hình 1.15. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – cánh quay phẳng của khoa

Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm Thành phố

Hồ Chí Minh

28

Hình 1.16. Sơ đồ tạo hình trong rãnh hở của cánh gạt 29

Hình 1.17. Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khuôn 29

Hình 2.1. Thước mét (dạng thước cuộn) 36

Hình 2.2. Thước kẹp 36

Hình 2.3. Đồng hồ đo số vòng quay DT – 2238 37

Hình 2.4. Đồng hồ bấm giây 37

Hình 2.5. Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60 kg 38

Hình 2.6. Cân điện tử 38

Hình 2.7. Đồng hồ đo cường độ dòng điện KYORITSU – 2017 38

Hình 2.8. Công tơ điện 3 pha AMSYS OMWH – 345T – 1 38

Hình 3.1. Mô hình bài toán ‘Hộp đen’ 49

Hình 3.2. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm

độ bền viên y1 dạng mã hóa.

60

Hình 3.3. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm

độ bền viên B dạng thực.

60

Hình 3.4. Đồ thị quan hệ B – n – h ở dạng không gian 3 chiều. 62

Hình 3.5. Đồ thị quan hệ B – n – h ở dạng phẳng. 62

x

Hình 3.6. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến mức

tiêu thụ điện năng riêng để ép Ar dạng thực.

64

Hình 3.7. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm

mức tiêu thụ điện năng riêng để ép y2 dạng mã hóa.

64

Hình 3.8. Đồ thị quan hệ Ar – n – h ở dạng không gian 3 chiều. 66

Hình 3.9. Đồ thị quan hệ Ar – n – h ở dạng phẳng. 66

Hình P.1 Máy ép viên. 109

Hình P.2 Kiểm tra máy ép viên trước khi vận hành. 109

Hình P.3 Vận hành máy ép viên. 109

Hình P.4 Thu sản phẩm. 110

Hình P.5 Viên phân được làm khô. 110