LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi​

Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới Một trong những khâu quan trọng quyết định chất lượng của công trình đó là nguyên công đầm nén đất nền móng.. Máy lu bánh thép

TRẦN MINH LONG

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ

ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ MIỀN NÚI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TRẦN MINH LONG

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ

ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ MIỀN NÚI

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp

MS: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TẤN QUỲNH

HÀ NỘI, 2011

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi

đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân

Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:

Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, ThS Phạm Văn Lý đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị

Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài

Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kết quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ dẫn nguồn gốc

Hà Nội, tháng 6 năm 2011

Tác giả

Trần Minh Long

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 2

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới 2

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nước 13

Chương 2 18

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 18

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 18

2.3 Phương pháp nghiên cứu 18

2.4 Nội dung nghiên cứu 19

2.4.1 Thí nghiệm thăm dò 20

2.4.2 Thực nghiệm đơn yếu tố 22

2.4.3 Thực nghiệm đa yếu tố 26

Chương 3 34

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 34

3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đầm rung 34

3.2 Năng suất của máy đầm rung khi làm việc 36

3.3 Chi phí năng lượng của máy đầm rung khi làm việc 37

Chương 4 42

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 42

4.1 Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển 42

4.2 Tiến hành thí nghiệm 42

4.2.1 Xác định thành phần hạt của đất làm thí nghiệm 42

4.2.2 Xác định độ ẩm của đất sử dụng làm thí nghiệm 44

4.2.3 Xác định độ chặt của đất 45

4.2.4 Tiến hành thí nghiệm 47

4.3 Kết quả thí nghiệm thăm dò 47

4.4 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 50

4.4.1 Chi phí năng lượng riêng 51

4.4.2 Năng suất 56

4.5 Kết quả thí nghiệm đa yếu tố 61

4.5.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào 61

4.5.2 Thành lập ma trận thí nghiệm 61

4.5.3 Xác định các thông số hợp lý 62

4.5.4 Vận hành máy với các thông số tối ưu: 66

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 67

Kết luận 67

Khuyến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 73

1.7 Máy lu bánh thép YZ18 của hãng Jinling 7

4.1 Thành phần hạt của đất theo tam giác Phêrê 45 4.2 Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9 47 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí

4.4 Đồ thị ảnh hưởng của độ ẩm đất tới chi phí năng lượng

DANH MỤC BẢNG

2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành

với hai yếu tố ảnh hưởng

4.5 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm đối với giá

trị chi phí năng lượng riêng

48

4.6 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 48 4.7 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 49 4.8 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 50

4.10 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng

lượng riêng khi chiều dày lớp đất đầm

52

4.12 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng

lượng riêng khi độ ẩm đất thay đổi

55

4.14 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi năng suất

khi chiều dày lớp đất đầm

57

4.16 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất

khi độ ẩm đất thay đổi

60

4.18 Kế hoạch thực nghiệm theo ma trận toàn phần 61 4.19 Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lượng

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sau hơn hai mươi lăm năm đổi mới, kinh tế nước ta đã có những bước phát triển to lớn Đất nước ta đã thoát ra khỏi tình trạng kém phát triển, đời sống nhân dân trên địa bàn nông thôn miền núi nói riêng và nhân dân cả nước nói chung đã được cải thiện rõ rệt, ngày càng phát triển Nhu cầu xây dựng các công trình hạ tầng ngày càng cấp thiết Nhiều công trình xây dựng nhà cửa đường xá đang được triển khai làm cho bộ mặt nông thôn miền núi thay đổi từng ngày

Trong công trình đường giao thông thì nền đường là bộ phận quan trọng, quyết định độ bền vững, làm việc ổn định trong suốt thời gian sử dụng

Sự biến dạng của nền đường là nguyên nhân chủ yếu gây biến dạng nứt áo đường làm cho mặt đường không giữ được trạng thái ổnđịnh vàbằng phẳng ban đầu

Một trong những nguyên nhân gây biến dạng của nền đường là do quá trình đầm nén không đúng kỹ thuật không đảm bảo độ chặt cần thiết

Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất người ta sử dụng các thiết bị đầm nén khác nhau Do ngành cơ khí xây dựng ở nước ta chưa được quan tâm

và phát triển nên hàng năm nước ta phải chi 3-4 tỷ USD để nhập khẩu các loại máy xây dựng trong đó có các loại máy đầm khác nhau

Do các loại máy và thiết bị nhập khẩu được sản xuất ở nước ngoài phù hợp với điều kiện làm việc ở các nước sở tại, cho nên việc nghiên cứu nhằm xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho các thiết bị nhập khẩu khi làm việc

ở điều kiện tự nhiên ở Việt Nam nhằm tăng năng suất lao động giảm chi phí

là rất cần thiết Chính vì vậy, được sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp:

“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến

năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi”.

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới

Một trong những khâu quan trọng quyết định chất lượng của công trình

đó là nguyên công đầm nén đất nền móng Mặc dù tỷ trọng củakhối lượng của công việc đầm nén đất không lớn lắm so với tổng chi phí xây dựng công trình nhưng chất lượng của công trình lại phụ thuộc nhiều vào chất lượng đầm lèn

Chính vì vây, để cơ giới hoá khâu công việc này nhằm tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng công việc ở các nước công nghiệp phát triển đã

sử dụng nhiều loại máy đầm nén khác nhau

Ở Nga, để đầm lèn đất nền đường, có qui mô lớn, đất ít dính thường dùng các loại xe lu bánh thép tác dụng tĩnh như DU11, DU211B, D399A,

…có công suất từ 40-50HP và các loại máy đầm chân cừu DU26, DU38, DU32, RF06, RF09,… với công suất của đầu kéo là 75-108HP Ở những công trình xây dựng có mặt bằng chật hẹp, người ta sử dụng máy đầm bàn rung như BU1500 công suất 5HP, OY80, OY90, DY90 có công suất là 6HP Hiện nay, một số loại máy lu rung cũng đang được sử dụng rộng rãi để đầm lèn các công trình đường, công trình nhà ở, với các loại đất rời, ít dính như DU-54, DU-95, DU-47, DU-48, DU-49, DU-50, DU-72, DU-52, DU-55, DU-58, DU-

62, 63, 64, 65, 98, 99, 100, 101, 73,

DU-74, DU-84, DU-85, DU-96, DU-97 (hình 1.1)

Trong 10-15 năm gần đây xu hướng chủ yếu làsử dụng các loại máy đầm nén có năng suất cao và có khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi công khác nhau Năng suất của máy đầm nén được nâng cao nhờ tăng vận tốc và tăng khối lượng bộ phận công tác Theo hướng này, chi nhánh của Viện

nghiên cứu giao thông Leningrat (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có khối lượng 36,6 tấn cho phép đầm nén cac loại nền đất dính với chiều dày lớp đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lượng 28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều dày 50cm và năng suất 1200-1400m3/ca

Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi được thực hiệnbằng cách lắp các bánh xe đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều này cho phép tăng chiều dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thường, tăng năng suất ca tới 20-30%

Hình 1.1 Máy đầm rung của Nga DU-64

Ở Mỹ, xu hướng sử dụng các máy đầm rung chiếm ưu thế trong các công trình xây dựng vì thế sản phẩm của hãng Caterpillar được sử dụng rộng rãi trong sản xuất với các loại đầm như máy đầm bánh hơi PS 150B, PS200B, PS300B (hình 1.2) có công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung như CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.3) có công suất 70-153HP

Hình 1.2 Máy đầm bánh hơi PS-300B

Hình 1.3 Máy đầm rung CS-323c

Ở Nhật, sản phẩm của một số hãng nổi tiếng như Komatsu, Nippon, Sakai, Nissan kizai, Misubishi… được sử dụng rộng rãi ở trong nước và xuất

khẩu ra nhiều nước trên thế giới Các loại máy lu bánh thép VM7706, VM7708, SW800, SH1508, WN140, K7606, KD200, R2,… có áp lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP được sử dụng để đầm lèn mặt đường đá dăm mặt, đường bê tông nhựa

Các loại máy đầm rung như JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, W,… có lực rung lớn nhất từ 10-25kN công suất từ 5-14,5HP và BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.4) có lực rung lớn nhất đạt tới 20-63kN, công suất từ 5-69,4HP được sử dụng rộng rãi để đầm nén các công trình nền đường là đất rời rạc, ít dính

JV32-Hình 1.4 Máy đầm rung BW75S-2

Các loại máy đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360, các loại máy đầm rung như SV6, SV 10, TV40, SV100……(hình 1.5) có lực rung lớn nhất 12-31KN, công suất từ 50-103HP…

Hình 1.5 Máy đầm bánh thép Sakai SV100

Ở Trung Quốc, các loại xe lu rung của hãng Ligong CLG614, CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp CLG626R (hình 1.6), xe lu chân cừu CLG614 có công suất 120-175HP, lực rung 135-360kN Các loại lu bánh thép tác dụng tĩnh của hãng Jinling như YZ12, YZ18, YZ21…(hình 1.7) được sử dụng rộng rãi

Hình 1.6 Máy đầm của hãng Liugong

Hình 1.7 Máy lu bánh thép YZ18 của hãng Jinling

Thực tiễn sử dụng máy đầm lèn đất ở các nước công nghiệp tiên tiến cho thấy rằng [21]: Máy đầm tĩnh trong một thời gian dài là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành tính trên 1m3 đất được đầm thấp hơn so với loại đầm khác, 80-85% khối lượng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm tĩnh thực hiện và 20-25% khối lượng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực hiện

Tuy nhiên các máy đầm tĩnh (lu bánh thép) chỉ phù hợp khi đầm lèn mặt đường đá dăm, đường nhựa, cán mặt bằng các công trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá… nhưng khi đầm với chiều dày lớp đất đầm lớn thì độ chặt của lớp đất phía dưới không đạt được mức cần thiết

Để khắc phục nhược điểm này, nhiều hãng lắp thêm bánh phụ rung động vào giữa máy Sáng kiến này góp phần làm máy nhẹ bớt mà vẫn đảm bảo chất lượng đầm

Lu bánh hơi được sử dụng để đầm mọi loại đất có thể là đất khô cứng, đất có độ ẩm tương đối lớn, đất dính, đất đá dăm… Lu bánh hơi làm việc hiệu quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100-150m

So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ưu điểm sau:

- Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đường kính và chịu tải như nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều hơn lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 MPa

- Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp nên có thể đầm các loại đất khác nhau

- Chiều sâu đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc, diện tích tiếp xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ Do đó, chiều sâu đầm của lu bánh hơi lớn hơn nhiều chiều sâu đầm của lu bánh cứng có thể đạt tới 35-45cm

- Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao

Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để kéo thiết bị đầm có các vấu đầm hình chân cừu Lu chân cừu thường áp dụng

ở những nơi mặt bằng thi công rộng, ở các công trình thuỷ lợi như đê, đập…

đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp tương đối cao Lu chân cừu có những ưu điểm chính như:

- Chiều sâu ảnh hưởng đầm lớn do áp suất đầm tương đối lớn;

- Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và năng suất đầm tương đối cao;

- Nền đắp gồm nhiều lớp đầm riêng biệt chồng lên nhau nhưng vẫn đảm bảo tốt thể thống nhất, liên kết giữa các lớp đất đầm tốt

Tuy nhiên lu chân cừu còn bộc lộ một số nhược điểm chính:

- Vận chuyển khó khăn;

- Đối với đất dính, dẻo cầncó độ ẩm qui định chặt chẽ;

- Ở lớp đất được đầm cùng một lượt thì phía dưới chắc, phía trên mặt lỏng

Ở một số nước còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công trình xây dựng Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất

Máy đầm xung kích có hai kiểu chính là máy đầm xung kích kiểu búa và máy đầm xung kích kiểu quả lăn

Máy đầm rơi được dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá hay ướt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m Tuy nhiên máy đầm này có nhược điểm cấu tạo phức tạp, giá thành đầm nén, gấpkhoảng 2 lần giá thành đầm bằng các loại máy đầm tĩnh [21] Do đó nó được dùng ở những công trình có yêu cầu đặc biệt như nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp lớn hoặc các công trình quân sự

Máy đầm rung dùng để đầm đất rời có kích thước hạt khác nhau, lực liên kết không lớn lắm nhưng phải có độ ẩm cao như đất cát, đá lẫn cát, sỏi,

Máy đầm bàn rung tự hành có khối lượng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ưu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh hưởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh được độ ẩm, đầm được nhiều loại đất Nhưng có nhược điểm là khối lượng lớn nặng nề, đòi hỏi công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất lớn

Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), có ưu điểm là hiệu quả đầm cao, do trọng lượng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít

Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau được sử dụng trong các công trình xây dựng ở các nước công nghiệp phát triển nhưng việcnghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, đổi mới công nghệ đầm luôn luôn được quan tâm nghiên cứu

Hướng nghiên cứu hoàn thiện công nghệ đầm nén được thể hiện ở các công trình [18],[21],[23],[36]

Các kết quả nghiên cứu của các Tiến sĩ Balasov V.P và Petrovich P.P (Nga) cho thấy rằng thông số kỹ thuật của máy đầm rung khi đầm lèn nền đất cát với chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành vớithời gian đầm 7s thìđộ chặt đạt được bằng 0,95.γct (γct - Độ chặt tiêu chuẩn)

Nếu giảm vận tốc di chuyển của máy 2,5-1,5 (m/phút) thì độ chặt tăng lên 0,98-0,99.γct Nếu giảm độ lớn của lực kích động xuống 1,5 lần thì giảm

độ chặt của nền khoảng 1%

Khi đầm lèn đất nền là đất cát hoặc hỗn hợp cát và xi măng với hàm lượng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với chiều dày nhỏ hơn 0,12m có thể thực hiện bằng một lượng đầm Độ chặt đất nền đạt được không thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện được ở điều kiện áp suất tĩnh không nhỏ hơn 1,0.104Pa, thời gian đầm 25-40s Tỷ lệ giữa lực kích động và trọng lượng máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6 Tần số rung hợp lý là40-60Hz

Các kết quả nghiên cứu của các tác giả I.N.Glukhovxev và V.G.Xvetkov cho thấy rằng dưới tác dụng của rung động với tần số f=23Hz, biên độ A=2,5mm và gia tốc a=5,3.g (g- Gia tốc trọng trương) cho phép làm chặt nền xi măng ở độ ẩm tối ưu đến độ chặt 1,75g/cm3 (0,98.δmax) sau 90s;

việctăng thời gian rung không ảnh hưởng đến độ chặt

Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lượt đầm 6, 8,

18, 24, cho thấy rằng tăng số lượt đầm làm tăng độ chặt của nền, sau 24 lượt

độ chặt đạt 0,99.δmax

Theo tác giả U.M.Vaxiliev,thì yêu cầu về độ chặt của nền đường trong những năm gần đây có xu hướng ngày càng nâng cao vì đòi hỏi chất lượng đường ngày càng cao Nền đường được đầm nén đến hệ số Ky=1,05-1,10 và modun tính toán của đất nền nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu chuẩn hiện tại

Tương ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đường có thể giảm đi 30-40% mà chi phí để làm áo đường chiếm khoảng 50-70% giá thành của con đường, còn chi phí cho việc đầm nén nền đường chỉ chiếm 1,5-2,5% giá thành đường từ đây cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ chặt của nền đường về mặt kinh tế là có lợi

Để thực hiện được yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm hạng nặng có khối lượng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa

Kết quả nghiên cứu của các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev cho thấy rằng khi xác định sự ảnh hưởng của phương pháp đầm nén đến độ chặt bền của nền đất ở trong phòng thí nghiệm,với các mẫu thí nghiệm từ đất có thành phần á sét gồm các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới hạn dẻo

Wp=13,23%, độ ẩm tối ưu Wop=12,88%, khối lượng thể tích lớn nhất γ=1,94g/cm3 Mẫu thí nghiệm được đầm chặt bằng 2 phương pháp đầm tĩnh

và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dưới tác dụng lực động ứng suất ở trong nền đất cao hơn khi đầm bằng lực tĩnh dẫn đến liên kết giữa các hạt đất bền vững hơn

Ngoài những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm để làm chặt đất nền công trình còn nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo đường

Hướng nghiên cứu để hoàn thiện các thông số kỹ thuật của máy và kỹ thuật đầm nén được thể hiện ở các công trình [13],[35],[25]

Theo các tác giả Jens Borg và Anders Engström, khi nghiên cứu động lực học của máy đầm cóc LT70 của hãng Svedala Thuỵ Điển đã xây dựng được mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập được phương trình chuyển động hệ ba bậc tự do Nhờ phần mềm Matlab đã giải được phương trình chuyển động đã xây dựng, xác định được giá trị của các phần tử trong phương trình như độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc, gia tốc làm cơ sơ xác định được các thông số hợp lý của máy đầm rung Loại đầm này làm việc hiệu quả nhất với tần số rung nằm trong giới hạn từ 10-15Hz vàcho biên độ dao động lớn nhất A=73mm

Theo giáo sư I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một loại vật liệu bất kì nào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất được sinh ra dưới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gần với ứng suất giới hạn bền của vật liệu Trong quá trình đầm lèn, khi dung trọng (độ chặt) tăng lên đạt được hệ số độ chặt 0,85-0,96, thì modul biến dạng của vật liệu tăng 5 lần, còn giới hạn bền tăng lên 3 lần Đối với bê tông asphan khi giảm nhiệt độ từ 1100C xuống 600C, modun biến dạng tăng lên 8,5 lần và giới hạn bền tăng 2,5 lần Khuyến cáo sử dụng máy đầm rung để đầm lèn áo đường bê tông atphan như sau: Giai đoạn đầu cho máy chạy với chế độ tắt rung, giai đoạn trung gian cho máy chạy ở chế độ bộ rung hoạt động, giai đoạn cuối hoàn thiện phải dùng máy lu trơn

Những khuyến cáo này có ý nghĩa thực tiến rất lớn trong thi công công trình giao thông ở Nga

Theo các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho rằng đầm lèn áo đường bê tông át phan nóng là khâu công việc phức tạp nhất trong công tác thi công đường Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở chỗ chất lượng đầm lèn bê tông át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kinh nghiệm và trình độ của công nhân, loại bê tông át phan, thiết bị sử dụng, tình trạng kỹ thuật của nền đường… ngoài ra còn có yêu cầu kỹ thuật đối với áo

đường là không nhữngvừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt

độ nhẵn, phẳng của mặt đường

Chất lượng của quá trình đầm lèn áo đường bê tông át phan chỉ đạt được yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đường thích hợp cho từng loại đầm: Máy đầm loại nhẹ bắt đầu làm việc hiệu quả ở 125-1100C, máy đầm loại trung làm việc hiệu quả ở nhiệt độ 85-1050C, máy đầm loại lớn làm việc ở nhiệt độ 70-850C

Kết quả khảo sát cho thấycác loại máy đầm được chế tạo ở các nhà máy thuộc Bộ giao thông Nga thì máy đầm 3 trục lăn là chủ yếu, trong khi đó ở nước khác chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn Máy đầm 2 trục lăn nhưng có nhược điểm là vết lăn của trục lăn trước và trục lăn sau không trùng nhau làm cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần Ngoài ra, do đường kính trục lăn trước nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp ứng được yêu cầu của đầm nén áo đường (độ chặt, bằng phẳng…)

Tác giả khuyến cáo rằng đường kính của trục lăn là một thông số kỹ thuật quan trọng của máy đầm, cần phải quan tâm trong quá trình tính toán, thiết kế máy đầm

Trong các công trình [25] [27] nghiên cứu sự ảnh hưởng của bộ phận công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lượng đầm lèn áo đường cho thấy rằng nếu chọn các kích thước của trục lăn hợp lý khi đầm lèn áo đường bê tông asphan sẽcho phép giảm chiều cao lượn sóng của mặt đường phía trước trục lăn và tạo ra được độ phẳng mặt đường cao nhất

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nước

Hiện nay, theo số liệu của Tổng cục thống kê, cả nước ta có khoảng 37.447 máy thi công và xếp dỡ với tỷ lệ như sau: Máy làm đất chiếm 19,8%, máy nghiền sàng đá chiếm 4,2%; Máy xây dựng nói chung chiếm 23,49%;

Máy vận chuyển cao chiếm 5,7%; các loại máy khác chiếm 18%

Máy xúc là một loại chủ đạo trong công tác làm đất Theo thống kê ở nhiều công trình xây dựng khối lượng đào do máy xúc đảm nhiệm chiếm tới 50% tổng khối lượng đào đắp Máy xúc ở nước ta chủ yếu được nhập từ các nước Nhật Bản với các hãng Komatsu, Kawasaki, Mitsubishi; Hàn Quốc

Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm là vật liệu xây dựng ở từng vùng và qui mô sản xuất ở các công trình khác nhau cho nên có nhiều loại máy đầm khác nhau được sử dụng, nhưng phổ biến là các loại máy đầm rung do tính ưu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8]

Một số loại đầm rung sử dụng rộng rãi được nhập từ Caterpillar, Komatsu (Nhật) Các loại đầm trống chân cừu có các mác máy CS-323C, CS431C, CS-433C, JV06H, JV08H, JV16-1, JV25-3,… Ưu việt của các loại máy này là có tính đa năng vừa có thể thực hiện công việc san lấp, vừa đầm lèn, tốc độ hoạt động cao, có trang bị truyền động biến mô, tất cả các bánh đều là chủ động, khung có khớp quay, khoảng cách tâm bánh trước và bánh sau lớn hơn nên ổn định

Loại đầm rung trống đơn có mã hiệu 323C, CS431C, 433C, 573D,… có ưu điểm nổi bật là có van phân chia lưu lượng hoặc hệ thống bơm kép để tạo lực kéo chủ động cho cả trống trước và bánh sau nên có thể làm việc được trong những điều kiện đất nền khác nhau, cơ cấu hành tinh tạo lực kéo bám cao và hạn chế trượt của các bánh sau; Có thanh làm sạch kiểu hàm

CS-có thể điều chỉnh được để làm sạch vấu đầm cả khi tiến và lùi

Loại đầm rung 2 trống có các mác máy JV06H, JV08H, JV16-1, 3,…Chúng có ưu điểm nổi bật: tự động ngừng rung trước khi dừng máy để có được mặt đầm phẳng; độ hở bên nhỏ cho phép các máy đầm hoạt động sát lề đường, tường đứng và các chướng ngại vật khác, có kết cấu bảo vệ khi bị lật

JV25-Loại đầm bánh hơi:

- Các bánh đều dao động được nên cho phép các bánh trước và sau nhận được tải trọng đều nhau bất kể độ phẳng của đất nền như thế nao

- Mô tơ dẫn động và phanh đặt trên khung chính cách xa bùn đất;

- Khoang tải trọng thuận tiện cho việc chất tải và được bố trí đảm bảo tỉ

lệ bánh hơi/trọng lượng cân bằng

- Các thiết bị tuỳ chọn vừa di chuyển vừa bơm;

Hình 1.8 Máy đầm LG300 của hãng Dynapac

- Ở các công trình xây dựng nhỏ, mặt bằng thi công không lớn như công trình xây dựng nhà công nghiệp, nhà dân dụng, đầu cầu, cống… thường

sử dụng các loại đầm rung mini như LG160, LG300 của hãng Dynapac (hình 1.8) các loại máy đầm bàn này có kích thước nhỏ, có lượng khí thải và tiếng

ồn thấp, có độ rung ở tay cầm nhỏ, đảm bảo cho người điều khiển thoải mái

Máy làm việc thuận tiện ở những nơi mặt bằng chật hẹp với các loại đất nền khác nhau

Các loại máy đầm cóc, đầm rung của các hãng Sakai, Tacom… (hình 1.9, 1.10) được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhà dân dụng,

nhà công nghiệp và chúng có ưu điểm đơn giản, dễ sử dụng có thể đầm nén các loại đất khác nhau và có tính cơ động cao

Hình 1.9 Máy đầm của hãng Sakai

Đặng Văn Thanh: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô

đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương Sơn – Hoà Bình năm 2007

Trong tài liệu vềcơ sở lý thuyết kỹ thuật rung trong xây dựng các tác giả Nguyễn Đình Chiểu, Nguyễn Trọng, Nguyễn Anh Tuấn đã trình bày một

số vấn đề cơ bản của lý thuyết dao động cơ học liên quan trực tiếp đến áp dụng kỹ thuật rung nói chung và một vài bài toán cơ bản cũng như các kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước vào những năm gần đây, trong

đó đặc biệt chú ý đến các mô hình bài toán ứng dụng kỹ thuật rung trong xây dựng

Kết luận: Các loại máy xây dựng nói chung và máy đầm nén đất nói riêng

đã được sử dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp cũng như ở nước ta Tuỳ theo điều kiện sử dụng như loại đất, đá qui mô công trình xây dựng mà mỗi nơi có các loại máy đặc thù được chọn để đầm nén nền công trình Ở các nước phát triển các loại máy công suất lớn được sử dụng rộng rãi còn ở nước ta các máy đầm rung và các loại máy mini được chọn và sử dụng rộng rãi

Nghiên cứu về công nghệ đầm nén và máy đầm được tiến hành bài bản

và thành hệ thống ở các nước công nghiệp phát triển, tập trung vào các lĩnh vực chủ yếu sau: hoàn thiện công nghệ, kỹ thuật đầm nén; Cải thiện các thông

số kỹ thuật của máy để tăng năng suất hoạt động, tăng chất lượng đầm nén

Ở nước ta, nghiên cứu về công nghệ cũng như máy đầm nén đất còn rất khiêm tốn, vì vậy việc nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi” là rất cần thiết

Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định được chiều dày đầm nén và độ ẩm hợp lý của đất để đầm nén bằng đầm cóc đạt hiệu quả cao nhất

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy đầm loại TV60N của hãng Tacom (Nhật Bản) có khối lượng 69kg, chiều cao nhảy 40-60 mm, độ ẩm đất 550-575 (vòng/phút), công suất cực đại của động cơ 3HP Đây là loại đầm được nhập về trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Tam Điệp – Ninh Bình phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu

- Đề tài sử dụng loại đất dùng để đắp nền đường tại khu vực Lương Sơn – Hoà Bình

- Do hạn chế về qui mô đề tài và thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu độ ẩm và chiều dày lớp đất đầm và ảnh hưởng của chúng tới chi phí năng lượng riêng và năng suất của máy đầm trong quá trình đầm nén đất nền đường

2.3 Phương pháp nghiên cứu

- Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu như sau:

+ Phương pháp thực nghiệm khoa học: phương pháp này được sử dụng trong phân tích mẫu đất thí nghiệm để xác định một số tính chất cơ bản của đất như độ ẩm, thành phần hạt

+ Phương pháp kế thừa tư liệu: Sử dụng các kết quả nghiên cứu các nghiên cứu trên thế giới và trong nước để có cái nhìn tổng quan về vấn đề nghiên cứu và định hướng cho nghiên cứu cho đề tài ở phần cơ sơ lý luận

+ Phương pháp nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm: đây là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui

Theo nghĩa rộng, qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo

ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu) Trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng

Ưu điểm của qui hoạch thực nghiệm là:

- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết

- Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện, vật chất

- Hàm lượng thông tin nhiều hơn, rõ ràng hơn nhờ đánh giá được vai trò của sự tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu

- Nhận được mô hình toán học thực nghiệm, đánh giá được sai số thí nghiệm, cho phép ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm với mức tin cậy xác định

- Xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của quá trình nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các hàm toán học, hay cho cách giải gần đúng,

tìm tối ưu cục bộ như trong các thực nghiệm thụ động

2.4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan, các công trình nghiên cứu để hoàn thành phần tổng quan của đề tài Xây dựng được hệ

thống công thức tính năng suất và chi phí năng lượng khi sử dụng đầm để làm chặt nền công trình làm cơ sở lý luận của đề tài, từ đó xác định các nhân tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu trên

- Nghiên cứu thực nghiệm: Trên cơ sở các nhân tố ảnh hưởng đã được xác định ở phần nghiên cứu lý thuyết, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm với các bước công việc sau:

2.4.1 Thí nghiệm thăm dò

Tiến hành thí nghiệm thăm dò để xác định qui luật phân bố của đại lượng cần nghiên cứu Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái quát hoá thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm Xây dựng các phân bố thực nghiệm để khái quát hoá thành các phân bố lý thuyết là một trong những nhiệm vụ quan trọng

Để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựa vào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu, trước hết ta cần sắp xếp các trị số quan sát được của đại lượng theo một trật tự nhất định, rồi thống kê các phần tử nằm trong những khoảng xác định Để lập được phân bố thực nghiệm phải tiến hành chia tổ ghép nhóm các trị số thu thập được theo công thức kinh nghiệm của Brooks và Carruther [6]:

Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm:

Sai số trung bình mẫu:

     

1 i n

2

n

1 x

x x n

1

2

) (

1 n

n

i i

2 1

) x (x

 

Nếu Sk=0, thì phân bố là đối xứng;

Sk>0 thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình;

Sk<0thì đỉnh đường cong lệch phải so với số trung bình

Độ nhọn phân bố:

n.S

) x (x 4

n

1

4 i







Nếu: Ex=0 thì đường cong thực nghiệm tiệm cận chuẩn;

Ex>0 thì đỉnh đường cong nhọn so với phân bố chuẩn

Ex<0 thì đỉnh đường cong bẹt hơn so vơi phân bố chuẩn Xác định luật phân bố:

χn2=l 

2 l i f

) f (f

(2.10) l- Số tổ hợp sau khi đã gộp những tổ hợp có tần số lý luận fi

Nếu χn2 > χα2(k) thì luật phân bố của đại lượng nghiên cứu là phân bố chuẩn χα2(k) được xác định bằng cách tra bảng phụ lục 5[13], với k=n-1 là bậc

tự do và mức ý nghĩa α=0,05

Xác định số lần lặp cho các thí nghiệm: Việc xác định số lần lặp cho các thí nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng, nó phải đủ lớn để đảm bảo mức độ chính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khối lượng thực nghiệm Số lần lặp cho mỗi thí nghiệm được tính theo kết quả của thí nghiệm thăm dò và theo công thức:

m=

Y Δ%

.S τ 2

2 2.

Trong đó: m- Số lần lặp;

τ- Tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa φ=0,05;

∆%- Sai số tương đối, ≤5%;

Ȳ- Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

2.4.2 Thực nghiệm đơn yếu tố

Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng đã phân tích ở chương 2 để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá, 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:

1 Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức không nhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép đo giá trị thông số đó Số thí nghiệm lập lại n=3

2 Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới năng suất và chi phí năng lượng riêng Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất, [14] như sau:

a Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren





1 u

2 u

2 max tt

) Y (Y 1 m

y m

1

y u=1, 2, 3,…N (2.13) Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai 2

m: Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại m = mu

Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sắn theo mức ý nghĩa , hoặc

tự do và ký hiệu G btra bảng [7]

Nếu Gtt<Gb thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm

b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher Thực chất là so sánh phương sai thành phần do thay đổi thông số nào gây nên và phương sai do nhiễu gây ra Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết tra

bảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và các thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh hưởng ngẫu nhiên

Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số:

F= 22

1 n

Y ( 1 N

S - Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra





1 n

2 u 2

1 u u

y N

Nếu giá trị tính toán F<Fb thì ảnh hưởng của thông số vào là không đáng kể trong khuôn khổ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên Nguyên nhân gây nên trường hợp này là đưa vào thí nghiệm những thông số không có ảnh hưởng đáng kể hoặc bước biến đổi của thông số quá bé, dẫn đến hiệu ứng ảnh hưởng của thông số nhỏ so với nhiễu

Nếu F>F b thì ảnh hưởng của các thông số vào là đáng kể

c Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích

và dự báo cần thiết

Nhờ sự trợ giúp của máy tính với số liệu thu thập được, ta có thể lập được phương trình tương quan giữa thông số đầu ra là 2 chỉ tiêu quan tâm và thông số đầu vào là những yếu tố ảnh hưởng ở dạng mô hình hồi quy

d Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy

Phép kiểm tra này thực chất là so sánh phương sai tuyển chọn 2

S tạo nên do sự chênh lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô hình và giá trị thực nghiệm của nó với phương sai 2

e

S do nhiễu tạo nên theo tiêu chuẩn Fisher

Nếu tỷ số hai phương sai này S 2/ 2

e

S càng nhỏ tính thích ứng của mô hình càng mạnh Ngược lại nếu nó càng lớn thì tính thích ứng càng yếu Khi vượt khỏi ngưỡng của giá trị thống kê Fb thì mô hành bị coi là không tương thích

Phương sai do nhiễu tạo nên 2

2 u 2

N

1

Phương sai tuyển chọn 2

S được tính theo công thức:

2

S =

2 N

1 u

K N

tt

F = 2

e

2 S

S

(2.20) Bậc tự do:

γ1=N- K*.γ2= N(mu-1) (2.21)

So sánh Ftt với giá trị lý thuyết tra bảng theo bậc tự do γ1, γ2 nếuF tt<F b

mô hình là tương thích NếuFtt>Fb chứng tỏ sự vượt trội một cách có hệ thống của thống kê tập hợp được ước lượng bởi S2 so với tham số tương ứng được ước lượng bởi 2

e

S Sự khác biệt không còn trong phạm vi sai số ngẫu nhiên nữa, vì thế ngoài sai số theo nhiễu, nguyên nhân khiến sai số thống kê đó vượt trội số hệ thống sai lệch bổ sung do sự sai lệch không tương thích của mô hình so với đối tượng nghiên cứu

Trong trường hợp này để có mô hình tương thích có thể chọn các giải pháp sau:

+ Phức tạp hóa mô hình bằng cách nâng bậc cao hơn

+ Lập lại thực nghiệm với khoảng và mức biến thiên của thông số vào nhỏ hơn

e Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số đầu ra

Dựa vào mô hình thực nghiệm thu được ta có thể xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các thông số đầu vào X đến các thông số đầu ra là chi phí năng lượng riêng và năng suất của máy đầm

2.4.3 Thực nghiệm đa yếu tố

Để sử dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố cần có các điều kiện [7]

+ Kết quả thông số ra phải tập trung cao, nghĩa là khi lặp lại nhiều lần cùng một thí nghiệm thì giá trị thu được không sai lệch quá lớn

+ Các yếu tố ảnh hưởng phải điều khiển được và chúng phải độc lập với nhau

+ Mối liên hệ giữa các thông số tối ưu và các yếu tố ảnh hưởng được thể hiện bởi các phương trình và đáp ứng các điều kiện:

- Phải là hàm khả vi

- Chỉ có một cực trị trong khoảng các yếu tố biến thiên

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố được thực hiện theo các bước sau:

- Chuẩn bị dụng cụ đo, máy móc thiết bị thí nghiệm

- Chọn phương án thích hợp cho thí nghiệm

- Tổ chức thí nghiệm

- Gia công số liệu thí nghiệm

Phân tích và giải thích kết quả nhận được bằng thuật ngữ của các lĩnh vực khoa học tương ứng

a Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm

Căn cứ vào kết quả thực nghiệm đơn yếu tố Nếu kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho ta quy luật tương quan phi tuyến thì có thể bỏ qua việc tiến hành thực nghiệm bậc 1 và thực nghiệm theo phương án quy hoạch bậc 2

Trong số các kế hoạch thực nghiệm thì kế hoạch trung tâm hợp thành là

kế hoạch xuất hiện sớm nhất, nhưng hiện nay vẫn được ứng dụng rộng dãi trong nghiên cứu

Trong các mức khác nhau của yếu tốX iquan trọng nhất là mức cơ sở

Xio được xác định theo công thức

Sau cùng là khoảng biến thiên của các yếu tố X

min 0

0

i i i imix

Xi- Giá trị thực của yếu tố thứ i

Ở dạng mã mức dưới của mỗi yếu tố có giá trị (-1) mức cơ sở có giá trị

0, còn mức trên cơ sở có giá trị (+1)

Để làm cơ sở cho khâu tổ chức thí nghiệm và xử lý số liệu sau này ta lập bảng đối chiếu giữa các giá trị thực và dạng mã cho từng yếu tố (bảng 2.1)

và xây dựng ma trận thí nghiệm (bảng 2.2) theo nguyên tắc các thí nghiệm hoàn toàn độc lập

Bảng 2.1 Mã hoá các yếu tố ảnh hưởng

Các yếu tố Mức

Khoảng biến thiên 0

Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành với hai yếu

b Tiến hành thí nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm theo ma trận đã lập Sau khi thực hiện các thí nghiệm theo ma trận với số lần lặp lại của từng thí nghiệm m, chúng tôi sử dụng chương trình xử lý số liệu đa yếu tố OPT của Mỹ đã được chép bản quyền và lưu hành tại Viện cơ điện nông nghiệp Việt Nam để kiểm tra



k l



K l i if



K l ij



N l u ju



N l u

Trong chương trình máy tính các hệ số: a, b, c, d, e, p đã được tính sẵn nhờ xác định bo, bi, bii, bij và mô hình toán học được xác định

d Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren, nếu

tt

G <G bthì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm Phương sai ở các thí nghiệm được coi là đồng nhất Điều này cho phép coi cường độ nhiễu

là ổn định khi thay đổi các thông số ytrong thí nghiệm

e Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui

Các hệ số hồi qui bo, bi, bii, bij của phương trình sẽ được kiểm tra mức ý nghĩa theo tiêu chuẩn Student, trước khi tính phương sai của các hệ số hồi qui [7]:

2 0

1 u

j

1 1

2

u ) Y -

g Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy

Sau khi đã loại bỏ một số hệ số bi không có nghĩa khỏi mô hình (2.26)

ta được phương trình hồi qui thực nghiệm Chúng ta cần phải được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Nếu F tt<F b thì mô hình tương thích, nếu F tt>F b thì mô hình không tương thích Trong trường hợp này để có mô hình tương thích có thể chọn các giả pháp sau:

+ Lập lại thực nghiệm bậc hai với mức biến thiên của các thông số đầu vào nhỏ hơn

h Tính lại các hệ số hồi qui

Nếu trong mô hình có một số hệ số vô nghĩa, chúng bị loại bỏ khỏi mô hình Các hệ số còn lại liên quan phụ thuộc với chúng cần tính lại Đối với kế hoạch Hartley:

Khi loại bỏ bậc tự do b0 thì hệ số b iimới ký hiệu *

Chỉ tính các hệ số b ij còn lại và b0

* 0



N u u

Sau khi loại bỏ các hệ số vô nghĩa và tính lại các hệ số khác không cần tính mức ý nghĩa của các hệ số mới theo đúng qui trình Nếu mô hình trở lên không tương thích, bắt buộc sử dụng mô hình ban đầu

i Kiểm tra khả năng làm việc của phương trình hồi qui

Mô hình hồi qui được xác định nhằm mục đích dự báo giá trị hàm Y tại các tọa độ được quan tâm, giải bài toán tối ưu Ý nghĩa của phép kiểm tra cho phép khẳng định mô hình có thực sự phản ánh, ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm chỉ tiêu hay không Nếu mô hình có khả năng làm việc thì giá trị dự báo

Y ở tọa độ nào đó là chính xác, có sai số nhỏ hơn ít nhất 2 lần so với việc gan cho tọa độ đó là giá trị trung bìnhȲ tính theo toàn bộ số thí nghiệm

1

u ud

y

1

(2.49) Nếu mô hình được coi là có khả năng làm việc (là hữu ích) trong sử dụng để dự báo thì hệ số đơn định 2

e u

e

S i m N Y Y m

s m N S K N m

1

2 2

2 2

*

) ( ) (

) 1 ( )

(

(2.50)

k Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực

Để mô tả sự ảnh hưởng của các thông số nghiên cứu đến các chỉ tiêu quan tâm cần đưa phương trình hồi quy về dạng thực với các biến là các thông số tự nhiên có thứ nguyên

Thay công thức (2.25) vào phương trình hồi quy dạng mã ta được

j

j i ij n

i i

a

1 1 1

(2.51)

l Xác định giá trị hợp lý của các yếu tố đầu vào của hàm số mục tiêu

Mục đích là đi xác định các giá trị của các thông số ảnh hưởng sao cho chi phí năng lượng là nhỏ nhất và năng suất là lớn nhất

Sau khi đã có hàm mục tiêu Y(x) về chi phí năng lượng riêng dưới dạng phương trình hồi qui ta tiến hành tính cực trị của hàm Trước tiên ta tìm điểm dừng của hàm số Y:

i ni n

nn n

n

n

1 i

i 2i 2

22 2

2

n

1 i

i 1i 1

11 1

1

0 x b x

2.b b x y

2.b b x y

0 x b x

2.b b x y

(i≠n) và (i≠2) (2.52)

Trong đó: bij=bji Giải hệ phương trình (2.52) ta tìm được điểm dừng của hàm số x*=(x1;x2;…;xn)

Sau đó ta tiến hành kiểm tra điểm cực trị tại điểm dừng x* Tính đạo hàm riêng cấp hai và lập ma trận Hess:

2 2

1 2

2

2 2

2

1 2

2

1 2

2 1

2 2

n

x

Y x

x

Y x

x Y

x x

Y x

Y x

x Y

x x

Y x

x

Y x

Y

n n

n

n

Tính định thức Dn(x): Nếu Dn(x)>0, Y đạt giá trị cực tiểu tại x*; Nếu

Dn(x)<0, Y đạt giá trị cực đại tại x*