Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành một trống để vận xuất gỗ rừng trồng

Hiện nay, diện tích rừng trồng đang ngày một mở rộng, thay thế cho những diện tích rừng tự nhiên đã mất đi, việc sử dụng các thiết bị, phương tiện kỹ thuật vào trong quá trình vận xuất g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

NGUYỄN PHÚC DUY

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH MỘT TRỐNG ĐỂ

VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

NGUYỄN PHÚC DUY

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH MỘT TRỐNG ĐỂ

VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG

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

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN VĂN BỈ

Hà Nội - 2011

i

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm việc khẩn trương, nghiêm túc, đề tài của tôi đã hoàn thành Nhân dịp này cho phép tôi được trân trọng bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

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

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 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài

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

Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới 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 dẫ nguồn gỗ rõ ràng./

Hà Nội, tháng 9 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Phu ́ c Duy

ii

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Hình thức và thiết bi ̣ vâ ̣n xuất gỗ 5

1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới 6

1.3 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước 9

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 13

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 13

2.2 Đối tượng và phạm vi, giới hạn nghiên cứu 13

2.3 Nội dung nghiên cứu 13

2.4 Phương pháp nghiên cứu 14

2.4.1 Lựa cho ̣n phương pháp nghiên cứu 14

2.4.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiê ̣m 16

2.5 Tiến hành công tác chuẩn bi ̣ 23

2.6 Tiến hành thực nghiê ̣m đơn yếu tố 23

2.6.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai 23

2.6.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố 24

2.6.3 Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích và dự báo cần thiết 25

2.6.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy 25

2.6.5 Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số đầu ra 27

iii

2.7 Tiến hành thực nghiê ̣m đa yếu tố 27

2.7.1 Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm 27

2.7.2 Tiến hành thí nghiệm 29

2.7.3 Xác định mô hình toán học 31

2.7.4 Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai 32

2.7.5 Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui 33

2.7.6 Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy 34

2.7.7 Tính lại các hệ số hồi qui 34

2.7.8 Kiểm tra khả năng làm việc của phương trình hồi qui 35

2.7.9 Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 36

2.7.10 Xác đi ̣nh giá tri ̣ tố i ưu của các yếu tố đầu vào của hàm mu ̣c tiêu36 Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 37

3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của tời tự hành mô ̣t trống 37

3.2 Sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời mô ̣t trống 41

3.3 Năng suất của tời khi vận xuất 42

3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất 43

3.5 Chi phí năng lượng riêng 43

3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng 46

3.7 Nhận xét 47

Chương 4 KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 48

4.1 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 48

4.1.1 Ảnh hưởng của tải trọng chuyến (Q) đến năng suất Ng 48

4.1.3 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải đến năng suất Ng 52

4.1.5 Kết luận 57

4.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 57

4.2.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng 57

iv

4.2.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận kế hoạch trung tâm hợp thành

với số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm m = 3 58

4.2.4 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra 59

4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực 61

4.2.6 Xác định thông số làm việc tối ưu của tời 1 trống 61

4.2.7 Khảo nghiệm máy với các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng 62

4.2 Kết quả xác định hệ số cản giữa cây gỗ và mặt đất khi kéo lết bằng tời 63

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 65

1 Kết luận 65

2 Khuyến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

4.7 Tổng hợp các giá tri ̣ xử lý được các hàm chi phí năng lượng

riêng Nr

59 4.8 Bảng tổng hơ ̣p các giá tri ̣ xử lý được các hàm năng suất Ng 60 4.9 Kết quả tính toán lực cản ma sát giữa gỗ và mă ̣t đất 64

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ

2.2 Ghép nối đầu đo vào bó gỗ và cáp tời kéo 18 2.3 Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo 18

2.5 Xác đi ̣nh thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm 20 2.6 Xác đi ̣nh tro ̣ng lươ ̣ng của gỗ 20

2.8 Sơ đồ kéo gỗ theo phương pháp kéo lết 22 3.1 Sơ đồ nguyên lý tời tự hành mô ̣t trống 37 3.2 Mẫu tờ i mô ̣t trống do đề tài cấp bô ̣ chế ta ̣o 38

3.4 Vận xuất gỗ bằng tời 1 trống 50 4.1 Đồ thi ̣ ảnh hưởng của tải tro ̣ng Q đến năng suất Ng 52

4.2 Đồ thi ̣ ảnh hưởng của ta ̣i tro ̣ng Q đến chi phí năng

lươ ̣ng riêng Nr

54 4.3 Đồ thi ̣ ảnh hưởng của vâ ̣n tốc V đến năng suất Ng 59

4.4 Đồ thi ̣ ảnh hưởng của vâ ̣n tốc V đến chi phí năng

lươ ̣ng riêng Nr

62

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rừng là nguồn tài nguyên quý giá của đất nước ta, rừng không những là

cơ sở phát triển kinh tế - xã hội mà còn giữ chức năng sinh thái cực kỳ quan trọng, rừng tham gia vào quá trình điều hoà khí hậu, đảm bảo chu chuyển oxy

và các nguyên tố cơ bản khác trên hành tinh, duy trì tính ổn định và độ màu

mỡ của đất, hạn chế lũ lụt, hạn hán, ngăn chặn xói mòn đất, làm giảm nhẹ sức tàn phá khốc liệt của các thiên tai, bảo tồn nguồn nước và làm giảm mức ô nhiễm không khí Vấn đề quản lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng hiện nay được coi là một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong sự nghiệp phát triển kinh tế-xã hội Việt Nam

Từ đa ̣i hô ̣i Đảng VI năm 1986 đến nay Viê ̣t nam thực hiê ̣n đường lối đổi

mớ i kinh tế đã có sự thay đổi sâu sắc và toàn diện về mặt kinh tế và xã hội Cùng với sự tăng trưởng kinh tế nói chung, ngành lâm nghiệp cũng có những thay đổi cơ bản Tài nguyên rừng phong phú và đa dạng của Việt Nam sau một thời gian suy giảm đang được phục hồi

Theo thống kê của các địa phương trong cả nước, đến năm 2008, toàn quốc có trên 12,9 triệu ha (hécta) rừng, bao gồm: 10,3 triệu (ha) rừng tự nhiên

và trên 2,6 triệu (ha) rừng trồng; độ che phủ đạt 38,27%

Từ năm 1991 đến nay (sau khi Luật bảo vệ và phát triển rừng được ban hành), hoạt động bảo vệ rừng và thực thi pháp luật lâm nghiệp có chuyển biến tích cực, diện tích rừng ngày càng được phục hồi, Việt Nam trở thành quốc gia duy nhất trong khu vực có diện tích rừng ngày càng tăng Diện tích rừng tăng lên do khoanh nuôi, xúc tiến tái sinh tự nhiên và trồng mới những năm qua luôn cao hơn diện tích rừng bị giảm do những nguyên nhân hợp pháp và bất hợp pháp

Thống kê về diện tích rừng trên đây cho thấy, độ che phủ rừng toàn quốc

5 năm qua (2002 – 2007) tăng bình quân gần 0,5% mỗi năm, kết quả này là cố

Rừng trồng tăng nhanh cả về diện tích và trữ lượng trong năm năm qua, góp phần nâng cao độ che phủ rừng trong cả nước Đã có nhiều khu rừng các loài cây bản địa, phát triển vùng nguyên liệu công nghiệp chế biến gỗ (chủ yếu là dăm, giấy) Năng xuất, sản lượng gỗ và lâm sản hàng hóa tăng nhanh, đến năm 2008 ước đạt gần 4 triệu mét khối gỗ khai thác từ rừng trồng Tuy nhiên, trữ lượng rừng trồng còn thấp so với các nước khác, cấu trúc thiếu ổn định, giá trị về đa dạng sinh học, khả năng cung cấp gỗ, tác dụng phòng hộ và bảo vệ môi trường chưa cao

Trong những năm gần đây, công nghiệp chế biến lâm sản không ngừng phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng 30% đã tạo thành một mạng lưới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp, trong đó doanh nghiệp nhà nước chiếm 26,7%, liên doanh và vốn nước ngoài 3,3%, doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 70% với tổng công suất chế biến khoảng 3 triệu m3/năm Giá trị xuất khẩu nhờ vào đó không ngừng tăng nhanh, năm 1996 đạt 60,5 triệu USD, năm 1998 đạt 108,1 triệu USD, năm

2000 đạt 219,3 triệu USD, năm 2002 đạt 435 triệu USD, năm 2004 đạt 1,12 tỷ

từ nước ngoài Năm 2003 đã nhập trên 250 triệu USD gỗ và phụ liệu gỗ, năm

2004 nhập 700 triệu USD tương đương 2,5 triệu m3, và tính đến năm 2010 nhập khẩu 1,1 tỷ USD gỗ và sản phẩm gỗ, được nhập từ 23 thị trường trên toàn thế giới

Những năm tới và trong tương lai lâu dài, các nước có tài nguyên rừng giàu có trên thế giới đều có chính sách chung là đảm bảo sự cân bằng giữa bảo vệ môi trường và phát triển thương mại Vì vậy việc nhập khẩu gỗ nguyên liệu để phát triển và tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu của Việt nam trong những năm tới sẽ gặp không ít khó khăn

Trong khi đó theo tính toán của “Dự thảo chiến lược phát triển Lâm nghiệp quốc gia 2006 – 2010” tổng nhu cầu nguyên liệu gỗ cần 22 triệu m3; trong đó cần 12 triệu m3 gỗ lớn Đến 2010 nguồn gỗ trong nước mới đáp ứng

8 triệu m3 Như vậy, từ 2010 đến 2015 mỗi năm phải nhập khoảng 4 triệu m3,

từ năm 2015 - 2020 mỗi năm nhập khoảng 3 triệu m3 gỗ Chính vì vậy, để phát triển bền vững ngành chế biến lâm sản đạt chỉ tiêu xuất khẩu 2,1 tỷ USD vào năm 2010 và 3,2 tỷ USD vào năm 2020 cần thiết phải tăng năng lực sản xuất của ngành để duy trì trung bình 70 - 80% khả năng tự cung cấp nguyên liệu gỗ từ rừng trồng và rừng tự nhiên được quản lý bền vững

Hiện nay, diện tích rừng trồng đang ngày một mở rộng, thay thế cho những diện tích rừng tự nhiên đã mất đi, việc sử dụng các thiết bị, phương tiện kỹ thuật vào trong quá trình vận xuất gỗ từ thủ công đến cơ giới đã và đang được áp dụng một cách triệt để, trong đó sử dụng tời vận xuất gỗ là một trong những biện pháp mang lại nhiều hiệu quả kinh tế Tuy nhiên chưa có

4

một đánh giá một cách cụ thể nào đối với việc sử dụng tời trong vận xuất gỗ rừng trồng để đạt năng suất cao, giá thành hạ thông qua việc xác định một số thông số hợp lý

Chính vì vậy, được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài:

“Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành một

trống để vận xuất gỗ rừng trồng ”

5

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Hi ̀nh thức và thiết bi ̣ vâ ̣n xuất gỗ

Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chă ̣t ha ̣ về kho gỗ I hoặc bãi gỗ tâ ̣p trung, từ đó cây gỗ được vâ ̣n chuyển tới kho gỗ II hoă ̣c đến nơi tiêu thu ̣ Vâ ̣n xuất gỗ là công viê ̣c nă ̣ng nho ̣c, nguy hiểm và có ảnh hưởng

lớ n đến môi trường rừng Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vâ ̣n xuất giữ vai trò hết sức quan tro ̣ng, nó ảnh hưởng đến năng suất, giá thành, chi phí trong khai thác Để giảm giá thành, tăng năng suất lao đô ̣ng thì việc cho ̣n mô ̣t hình thức vâ ̣n xuất hợp lý là hết sức quan tro ̣ng

Trong công nghê ̣ vâ ̣n xuất gỗ thường sử du ̣ng các loa ̣i hình như: vâ ̣n xuất gỗ bằng sú c vâ ̣t, vâ ̣n xuất gỗ bằng máng lao, vâ ̣n xuất gỗ bằng máy kéo,

vận xuất gỗ bằng đường cáp,… Trong các hình thức vâ ̣n xuất trên thì hình thứ c vâ ̣n xuất gỗ bằng tời cáp lắp trên máy kéo thường đươ ̣c áp du ̣ng để tâ ̣p kết gỗ ở những khu vực mà máy móc và thiết bi ̣ khác không thể thu gom đươ ̣c Chính vì đă ̣c điểm và tầm quan tro ̣ng như vâ ̣y nên có rất nhiều công trình nghiên cứu về công nghê ̣ cũng như máy móc thiết bi ̣ trong khâu sản xuất

này

* Theo phương pháp vâ ̣n xuất gỗ, người ta chia ra:

- Phương pháp kéo lết, kéo nửa lết (skidding): ở phương pháp kéo lết, toàn bô ̣ gỗ đươ ̣c kéo lết trên mă ̣t đất; kéo nửa lết thì mô ̣t đầu cây gỗ được kéo lết trên mặt đất, còn 1 đầu thì được nhấc khỏi mă ̣t đất nhờ hê ̣ thống treo đỡ

củ a phương tiê ̣n

- Phương pháp chở gỗ (Forwarding): Là phương pháp mà toàn bô ̣ tải đươ ̣c đă ̣t trên các xe chở gỗ có bánh và được đưa về nơi tâ ̣p trung bằng sức người, sức súc vâ ̣t hoă ̣c bằng máy kéo

6

* Căn cứ vào hiê ̣n tra ̣ng cây gỗ:

- Vận xuất gỗ khúc: (Short wood): Gỗ vâ ̣n xuất được cắt thành khúc theo tiêu chuẩn gỗ thương phẩm rồ i đươ ̣c chuyển ra bãi gỗ

- Vận xuất gỗ dài (tree length): Cây gỗ sau khi ha ̣ được cắt cành, ngo ̣n rồ i cả thân cây đươ ̣c đưa về bãi gỗ, viê ̣c cắt khúc sẽ được thực hiê ̣n trên bãi gỗ

- Vận xuất gỗ nguyên cây (Full tree): Sau khi ha ̣, cây gỗ còn nguyên cả cành

tán và được chuyển ra bãi gỗ, ta ̣i đây chúng được cắt cành và cắt khúc

Trên thế giới hiê ̣n nay nhiều nước có nền công nghiê ̣p khai thác phát triển, ngườ i ta đã chế ta ̣o và sản xuất tời tự hành đưa vào vâ ̣n xuất gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng đã mang la ̣i hiê ̣u quả và năng suất cao với những ưu điểm riêng mà những thiết bi ̣ vâ ̣t xuất khác không có được

Tờ i có ưu điểm là cấu ta ̣o đơn giản, pha ̣m vi sử du ̣ng rô ̣ng rãi, làm đươ ̣c nhiều việc nên thích hợp cho khai thác gỗ Tời kéo được gỗ từ xa, qua những

đi ̣a hình phức ta ̣p, không phải làm đường, bề mă ̣t rừng ít bi ̣ phá hoại như máy

kéo Tời có khả năng kéo gỗ ngắn, dài, kéo mô ̣t cây hay cả bó gỗ

Tờ i không phù hơ ̣p ở nơi có sản lươ ̣ng thấp, gỗ phân tán

Tuỳ theo đô ̣ dố c đi ̣a hình mà người ta có những sơ đồ công nghê ̣ sản suất khác nhau

1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới

Tờ i là thiết bi ̣ vận xuất gỗ được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước Trong khai thác lâm sản tời được sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ

xa hoặc là bộ phận chính của đường cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy kéo chuyên dùng vận xuất gỗ

Ở những nước có nền công nghiệp rừng tiên tiến như Mỹ, Canada, Áo, Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,… Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng và hoàn thiện tời được quan tâm ngay từ thập niên 20 của thế kỷ trước Làm thế nào

7

để tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề nghiên cứu được quan tâm hàng đầu

Ở các nước như Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời được sử dụng rộng rãi

ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo Ở các nước này cũng giống như các nước Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ bằng tời được gọi chung là hệ thống đường cáp khai thác gỗ (Cable logging Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu hoàn thiện đường cáp vận xuất Các hướng nghiên cứu chính với các mục tiêu được tiến hành

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tời tự hành lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích thay cho việc sử dụng tời cố định Các hãng sản xuất tời cáp hàng đầu của Mỹ như Skedfet Berger, Timberland, Veirhozer đã cho ra đời các loại các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công suất 320 mã lực, dây cáp được nối thành vòng kín, cột tời cao 15m lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích Các loại tời cáp tự hành của hãng Ckedjet như GT5C, GT5D, GT4 được sử dụng hiệu quả khi vận xuất ở

cự ly 200-300m, diện tích của mỗi lô khai thác 15-16ha, một ca làm việc kéo được 350 cây gỗ Việc lắp đặt tời tự hành làm giảm công di chuyển, sử dụng tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất

Nghiên cứu thay thế việc buộc gỗ bằng cơ cấu ngàm kẹp thay cho buộc

gỗ bằng dây cáp

Kết quả nghiên cứu của Viện FERIC (Mỹ) cho thấy rằng khi sử dụng tời cáp tự hành Medill 044 và American 7250 trang bị cơ cấu ngàm kẹp gỗ trong khu khai thác gỗ của Công ty Maxmilan Broedel cho năng suất 210m3/h ở cự

ly vận xuất 113m, thể tích trung bình của khúc gỗ 0,3 -0,5 m3, thời gian cho một chuyến kéo 0,95- 1,34 phút Việc sử dụng ngàm kẹp gỗ đã cho năng suất tăng 2 lần và góp phần cải thiện điều kiện làm việc của công nhân vận xuất

8

Song song việc sử dụng ngàm kẹp gỗ thì nghiên cứu điều khiển từ xa bằng vô tuyến được nghiên cứu và áp du ̣ng Các hãng sản xuất “Jonson ind LTD (Canada) sử du ̣ng hệ thống điều khiển khâu buộc gỗ bằng sóng vô tuyến trên diện tích khu khai thác nhờ hệ thống MK11 đã tăng năng suất lên 2 lần (58 khúc gỗ/giờ so với tính toán 30-38 khúc gỗ/giờ)

Ở các nước Châu Âu như Na Uy, Thuỵ Sỹ, Áo, Pháp, Thụy Điển, do điều kiện tự nhiên và điều kiện rừng khác hẳn với Mỹ và Canada hệ thống tời cáp chỉ sử dụng ở những nơi mà máy kéo không sử dụng được Phương thức khai thác chủ yếu được áp dụng ở những nước này là chặt chọn hoặc chặt tỉa thưa, sản lượng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thước nhỏ cho nên tời tự hành có công suất nhỏ được sử dụng và nghiên cứu

Một số hãng sản xuất tên tuổi như Igland A/C (NaUy) đã sản xuất các loại tời một trống Primett 4000LH có lực kéo 45kN và tời 2 trống 8002F có lực kéo 80kN có thể lắp trên các loại máy kéo nông nghiệp, sản phẩm đã được xuất khẩu sang trên 25 nước trên thế giới

Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15, MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh công suất từ 16 mã lực đến 31 mã

lực, lực kéo 3700 kg tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s [13]

Các kiểu tời tự hành của hãng Sespon, Koska (Thụy Điển), Kracer (Áo), Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 3000 kg, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 2,5 m/s là những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nước Châu Âu

Ở nước Nga, tời vận xuất gỗ được áp dụng từ thế kỷ 19 được các kỹ sư Nga N.Sưtrenco (1878) IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời được các trung tâm nghiên cứu lớn như: Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng (XNiiMe), viện nghiên cứu lâm nghiệp Xibiri (XibNiiLP), Viện nghiên cứu lâm nghiệp IRờcut (Irơcutsk NiiLΠ) tiến hành trong nhiều năm qua

gỗ khai thác 0,2m3 sản lượng 150m2/ha cự li vận xuất 500 – 550m

Các loại tời cố định LL12A, LL-8 được nghiên cứu hoàn thiện thay thế các mẫu tời trên lực kéo tăng (20 – 30)%, tốc độ cuốn cáp tăng (25 – 40)%, việc trang bị thêm hộp số cho phép đổi chiều quay của trống tời và giảm tốc tốc độ tăng lên đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời

Từ thập kỷ 80, việc nghiên cứu chế tạo các loại tời di động thay thế cho các loại tời cố định được nghiên cứu rộng rãi Các mẫu tời tự hành loại nhỏ do chi nhánh KiaVKazơ của Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lượng Nga nghiên cứu, chế tạo có dung tích chứa cáp của trống tời 1000m, lực kéo 2100kg, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 4,3m/s tời này lắp trên máy kéo T40A Các mẫu tời tự hành LC.2, LL-20 do chi nhánh Irơcut của Viện XniiMe nghiên cứu chế tạo lắp trên máy kéo TDT-55, TT4, viện nghiên cứu áp dụng hệ thống điều khiển từ xa cho tời di động được quan tâm nghiên cứu Mẫu tời LL-14 được chế tạo khảo nghiệm ở Viện lâm nghiệp GoRiAtre – KlutreVXki cho thấy việc sử dụng điều khiển từ xa giảm giá thành vận xuất 15%

Ở Trung Quốc các loại tời 2 trống, 3 trống được sử dụng phổ biến để vận xuất gỗ ở vùng núi như JS – 0,4, JS208, JS2.3, JS3 – 6, JZ.2-1,5, JZ2 - 3 có lực kéo từ 4-30KN, tốc độ cuốn cáp 0,2 – 6m/s, cự ly kéo từ 80 – 1000m

1.3 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước

Ở Viê ̣t nam hiê ̣n có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ là Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Các nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau:

10

- Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất

- Cải tiến các thiết bi ̣ ngoa ̣i nhâ ̣p sao cho phù hợp với điều kiê ̣n khai thác ở Viê ̣t nam

- Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên – Viê ̣n công nghiê ̣p rừng thực hiê ̣n

“Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” – Nguyễn Tro ̣ng Hùng thực hiê ̣n năm 1982;

“Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” – Nguyễn Văn Lơ ̣i thực hiê ̣n năm

1982

“Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35” do tác giả Nguyễn Kính Thảo;

“Thiết kế đường cáp Visen vận xuất gỗ” do tác giả Lê Duy Hiền;

Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đường cáp vận xuất gỗ 1A…

Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, đã có các nghiên cứu tập trung vào công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng Có thể liệt kê ra đây một vài công trình tiêu biểu:

- Trịnh Hữu Lập: “Hoàn chỉnh quy trình công nghệ vận xuất gỗ, vận chuyển gỗ rừng trồng”; “Thiết kế lắp đặt đường cáp kéo căng thả chùng vận xuất gỗ”

- Đề tài cấp Nhà nước KN-03-04 “Thử nghiệm hoàn thiện và áp dụng công nghệ khai thác, chế biến và bảo quản gỗ nhỏ” do TS Nguyễn Kính Thảo làm chủ nhiệm đã tạo ra được 1 mẫu máy có thiết bị tời cáp dẫn động cơ khí,

cơ cấu nâng gỗ dẫn động thuỷ lực, thiết bị có thể gom gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên

rơ mooc và vận chuyển ở cự li ngắn Đã khảo nghiệm cưa xăng Partner P-70

và tời 2 trống chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn

11

- Nguyễn Nhật Chiêu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác gỗ nguyên liệu giấy và gỗ nhỏ rừng trồng”

- Nguyễn Văn Quân “Nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh hơi để vận xuất

gỗ rừng trồng”

- Đề tài nhánh số 06 KC 07 – 26 – 06 “Lựa cho ̣n công nghê ̣ và hê ̣ thống thiết bi ̣ cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng ở đô ̣ dốc trên 200” do T.S Nguyễn Văn Bỉ làm chủ nhiê ̣m đã thiết kế tời tự hành gom gỗ 1 trống - Công suất của tời: 4,5kw;- Cự ly vận xuất 80m;- Lực kéo lớn nhất: 5000N;- Vận tốc cáp kéo: 0,8- 1,5m/s (tuỳ thuộc vào chế độ ga)

Năm 2005, thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ” thuộc chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001 – 2005 KC07 đã thiết kế chế tạo được mẫu tời thuyền tự hành 1 trống để vận xuất gỗ rừng trồng, công suất 4,2 kW, cự ly gom 50m, lực kéo tối đa 5696N; năng suất 15 – 20 m3/ca

Ưu điểm lớn nhất của tời là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo, phù hợp với gỗ rừng trồng Nhược điểm: Cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ, côn ly tâm có độ bền kém

Tóm lại: Tời là thiết bị vận xuất thông dụng được áp dụng ở nhiều nước

trên thế giới và đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và có hệ thống Tùy theo điều kiện địa hình, điều kiện rừng, quy mô sản xuất mà ở đó mỗi nước có những kiểu tời thông dụng khác nhau nhưng nhìn chung xu thế chuyển từ tời

cố định sang tời di động nhằm giảm nhẹ công di chuyển, lắp đặt được nhiều nước quan tâm nghiên cứu Trong số các loại tời đơn giản thì tời 1 trống là loại tời go ̣n nhe ̣, phổ biến nhất và được dùng đa năng với ưu điểm go ̣n nhe ̣, cơ

đô ̣ng, phù hợp với nhiều trường hợp khác nhau về đi ̣a hình Ở nước ta, việc

12

nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều, nghiên cứu chưa thành hệ thống Cho đến nay chưa có một mẫu tời nào được sản xuất hàng loạt, được thực tế sản xuất chấp nhận Vì vậy, nghiên cứu để ứng dụng tời vào sản xuất

là rất cần thiết nhằm tăng năng suất lao động, cải tiến điều kiện làm việc của

công nhân đồ ng thời giảm thiểu tác đô ̣ng xấu đến môi trường Đề tài “Xác

đi ̣nh một số thông số công nghê ̣ hợp lý khi sử dụng tời tự hành một trống để

vâ ̣n xuất gỗ rừng trồng” đề tài lựa cho ̣n với mu ̣c đích thực hiê ̣n vấn đề nêu

trên

13

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Xác định một số thông số công nghệ hợp lý củ a tời tự hành mô ̣t trống

để sử du ̣ng mô ̣t cách hiê ̣u quả nhất khi vâ ̣n xuất gỗ rừng trồng trong các điều kiện đi ̣a hình khai thác khác nhau

2.2 Đối tượng và phạm vi, giới hạn nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

+ Tời một trống tự hành (Đề tài nhánh KC 07 - 26 - 06 chế tạo với mục đích nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng xuất và chi phí năng lượng riêng nhằm xác định được các thông số hợp lý khi sử dụng tời mô ̣t trống khi vận xuất gỗ rừng để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa được sản phẩm chế tạo vào thực tiễn sản xuất)

+ Gỗ rừng trồng với công nghệ Khai thác trắng;

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn cho nên nghiên cứu chỉ tập trung vào 2 yếu tố quan trọng:

+ Tải trọng chuyến;

+ Tốc độ kéo;

Do thực hiê ̣n ta ̣i 1 hiê ̣n trường khai thác cố đi ̣nh nên các yếu tố khác coi như ảnh hưởng không đáng kể

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định được mức độ ảnh hưở ng, quy luật ảnh hưởng của vận tốc cáp kéo gỗ và tải trọng chuyến đến năng suất và chi phí năng lượng riêng của tời

một trống;

- Xác định giá trị hợp lý của các tham số điều khiển: tốc độ cáp kéo (V), tải trọng chuyến (Q)

14

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả Nghiên cứu khoa học được chia ra:

Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm

Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên Nghiên cứu ứng dụng là pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản Thông qua chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất

Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới Nó là cơ sở để tiếp nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra Thông qua chúng, các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên cứu ứng dụng

Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào

đó thông qua việc đưa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp nhất khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia

rõ các hiện tượng và các quá trình có cùng bản chất vật lý

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới, kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng cách quan sát đối tượng của nhà nghiên cứu Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tượng và quá trình với bản chất khác nhau thì thích hợp hơn là dùng phương pháp thực nghiệm với lý thuyết tương ứng

Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp cổ điển Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác để chọn hướng nghiên cứu Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại Phương pháp cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu đánh giá

và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực nghiệm một cách riêng rẽ sẽ theo từng yếu tố Mặc dù có trong tay một tập hợp các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu

tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng không thể tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng

Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi nghiên cứu không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình lúc tìm các điều kiện tối ưu theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”

Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà trong đó tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo 1 kế

và phân tích hồi qui

2.4.2 Nô ̣i dung nghiên cứu thực nghiê ̣m

2.4.2.1 Mu ̣c tiêu, nhiê ̣m vụ thực nghiê ̣m

- Mục tiêu của thực nghiê ̣m là xác đi ̣nh 2 chỉ tiêu năng suất (Ng) và chi phí năng lươ ̣ng riêng (Nr) khi vận xuất gỗ rừng trồng bằng tời tự hành 1 trống

- Nhiệm vu ̣ thực nghiê ̣m:

+ Xác đi ̣nh những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng;

+ Xây dựng phương trình hồi qui thực nghiê ̣m xác đi ̣nh năng suất (Ng); + Xây dựng phương trình hồi qui thực nghiê ̣m xác đi ̣nh chi phí năng lươ ̣ng riêng (Nr);

+ Xác đi ̣nh hê ̣ số cản ma sát giữa gỗ và mă ̣t đất;

2.4.2.2 Chọn tham số điều khiển

Tham số điều khiển để tiến hành thí nghiê ̣m là tải tro ̣ng chuyến (Q) và

vận tố c dây cáp (V)

2.4.2.3 Như ̃ng thông số cần đo, thiết bi ̣ và phương pháp đo

Để xác đi ̣nh chi phí năng lượng riêng và năng suất gom gỗ, ta cần xác

đi ̣nh lực kéo của tời ta ̣i đầu bó gỗ, tro ̣ng lượng bó gỗ, vâ ̣n tốc kéo của cáp, chiều dài quãng đường vâ ̣n xuất, thời gian nhả cáp, buô ̣c gỗ, kéo gỗ, dỡ gỗ

*Phương pháp đo lực kéo của cáp tời ta ̣i đầu bó gỗ

Để đo lực kéo của dây cáp ta ̣i đầu bó gỗ khi vâ ̣n xuất gỗ ta dùng đầu đo

lực tiêu chuẩn của phòng thí nghiê ̣m đo lường khoa Cơ điê ̣n & Công trình

17

Mã hiê ̣u đầu đo lực

KRAFTAUFNEHMER – FORCE TRANSDUCER (HBM)

Typ Z4

50kN = 2mV/V # G84938

Made in Germany

Hi ̀nh 2.1: Đầu đo lực (HBM) tiêu chuẩn

Để đo lực kéo của tời ta ̣i đầu bó gỗ kéo theo phương pháp kéo lết, ta buộc đầu bó gỗ la ̣i rồi móc vào mô ̣t đầu của đầu đo lực, đầu còn la ̣i móc vào

mó c cáp của tời Dây tín hiê ̣u từ đầu đo lực được kết nối với thiết bi ̣ xử lý số liệu DMC – Plus, thiết bi ̣ này được kết nối với máy tính xách tay có cài đă ̣t phần mềm xử lý số liê ̣u

18

Hi ̀nh 2.2: Ghép nối đầu đo vào bó gỗ và tời kéo

Hi ̀nh 2.3: Kết nối dây tín hiê ̣u và hiê ̣u chỉnh các thiết bi ̣ đo

Nguyên lý làm viê ̣c của đầu đo lực tiêu chuẩn, các lá điê ̣n trở được mắc theo sơ đồ cầu đủ điê ̣n trở

19

Hi ̀nh 2.4: Sơ đồ công nghê ̣ cầu đủ điê ̣n trở

R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 – la ̀ các tenzo điê ̣n trở; U 0 – điê ̣n áp nuôi;

U R – điê ̣n áp đầu ra

Nguyên lý làm viê ̣c của đầu đo lực tiêu chuẩn theo nguyên lý sơ đồ

mạch cầu điê ̣n trở Ma ̣ch cầu được xem như là mô ̣t ma ̣ch so sánh điê ̣n trở, thực chất là so sánh 2 mức điê ̣n thế ra bằng 0 (UR=0) và đi ̣nh thức

R1.R3=R2.R4 không phụ thuô ̣c vào điê ̣n áp nguồn Khi xuất hiê ̣n bất kỳ biến

dạng sẽ dẫn đến sự biến đổi điê ̣n trở và lúc này cầu đo bi ̣ mất cân bằng xuất hiện mô ̣t điê ̣n áp khác 0 trên đường chéo của cầu từ đó điê ̣n áp trên đường chéo của cầu Tenzo, điê ̣n áp này đươ ̣c lấy ra từ đầu đo truyền tín hiê ̣u đến thiết bi ̣ thu thâ ̣p và khuếch đa ̣i tín hiê ̣u DMC Plus kết nối với máy tính xách tay và đươ ̣c điều khiển bằng phần mềm DMC Plus

* Phương pháp xác đi ̣nh tro ̣ng lượng gỗ trong thí nghiê ̣m

Trọng lươ ̣ng các khúc gỗ thí nghiê ̣m được xách đi ̣nh bằng cách cân, đo

vớ i các thiết bi ̣ đo và phương pháp thông thường

20

Hi ̀nh 2.5: Xác đi ̣nh thể tích gỗ trước khi khảo nghiê ̣m

Hi ̀nh 2.6: Xác đi ̣nh trọng lượng của gỗ

21

* Phương pháp xác đi ̣nh vận tốc dây cáp

- Vận tốc trung bình của dây cáp theo chiều có tải và không tải được xác

đi ̣nh bằng công thức:

t

L V

0

Trong đó

+ Vt – Vận tố c trung bình dây cáp theo chiều có tải, (m/s);

+ Vot – Vận tốc trung bình dây cáp theo chiều không tải, (m/s);

+ L – Cự ly gom gỗ, (m);

+ tt – Thờ i gian dây cáp cha ̣y có tải, (s);

+ tot – Thờ i gian dây cáp cha ̣y không tải, (s);

Theo [3], để xác đi ̣nh vâ ̣n tốc trung bình của dây cáp theo chiều có tải và không tải cần phải đo cự ly gom gỗ (L) và các yếu tố thời gian

Cự ly gom gỗ đươ ̣c đo bằng thước đo dài; các chi phí thời gian được đo bằng đồ ng hồ bấm giây theo phương pháp thông thường đã biết

- Đo thờ i gian: Đồng hồ bấm giây Casio HS-70W với đô ̣ chính xác 1/100s

Hi ̀nh 2.7: Đồng hồ bấm giây

22

* Phương pháp xác đi ̣nh hê ̣ số cản giữa cây gỗ và mă ̣t đường vâ ̣n xuất, trong trường hợp kéo gỗ theo phương pháp kéo lết hay nửa lết, hê ̣ số ma sát (fms) chủ yếu là cho ̣n theo các sách của châu á hay trung quốc mà chưa đề tài

nào nghiên cứu khảo nghiê ̣m để đưa ra hê ̣ số ma sát của gỗ và mă ̣t đường vâ ̣n xuất Chính vì vâ ̣y trên cơ sở xác đi ̣nh lực kéo của cáp tời theo phương pháp

kéo lết tác giả đi xác đi ̣nh hê ̣ số cản giữa gỗ và mă ̣t đất

Xét sơ đồ kéo gỗ bằng tời trên mă ̣t đường nằm ngang, lực tác du ̣ng lên cây gỗ như hình sau:

Hi ̀nh 2.8 – Sơ đồ kéo gỗ theo phương pháp kéo lết

Trong đó:

F – Lực kéo của cáp tời đo ta ̣i đầu bó gỗ;

β – Góc hợp bởi giữa phương dây cáp và mă ̣t đất;

Q – Trọng lươ ̣ng của gỗ;

Từ điều kiê ̣n cân bằng lực ta có:



cos

F

F ms hay fQFsin Fcos 

(f – hệ số ma sát giữa gỗ và mă ̣t đất)

Suy ra



 sin

cos

F Q

F f



Do cự ly gom gỗ lớn, chiều cao đă ̣t tời nhỏ do vâ ̣y ta có thể coi   0,

0 sin

f 

23

Vì vâ ̣y để đo đươ ̣c hê ̣ số cản f ta đo sức căng dây cáp tời (F) và tro ̣ng lươ ̣ng bó gỗ (Q)

2.5 Tiến ha ̀nh công tác chuẩn bi ̣

Trước khi tiến hành thí nghiê ̣m phải tiến hành các công tác chuẩn bi ̣ gồm

các công viê ̣c như:

+ Chuẩn bị hiê ̣n trường thực nghiê ̣m;

+ Kiểm tra tình tra ̣ng kỹ thuâ ̣t của tời, tra dầu mỡ;

+ Chuẩn bị gỗ;

+ Hiệu chỉnh các thiết bi ̣ đo;

2.6 Tiến ha ̀nh thực nghiê ̣m 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 trên 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 [4]

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 [4] như sau:

2.6.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

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

) (

1

1

u mu

i ui u

y m

y

1

1

u=1, 2, 3,…N (2.6) 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 [4]

Nếu G tt< G b thì giả thiết không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm

2.6.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher (F) 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:

) (

Y

1 0

1

(2.10) Bậc tự do của 2

y

S là 1=N-1; của 2

e

S là 2=N(m-1) Giá trị thống kê của chuẩn F được tính sẵn theo mức ý nghĩa =0,005, bậc tự do 1, 2 ở phụ lục 3 tài liệu [5]

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

2.6.3 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

2.6.4 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 S2 do nhiễu tạo nên theo tiêu chuẩn Fisher

S là giá trị trung bình của các bình phương

độ lệch nhiễu của các điểm thí nghiệm 2

Phương sai tuyển chọn 2

S được tính theo công thức:

2 1

* 2

) (

*

K - Hệ số hồi quy có nghĩa

Y- Giá trị của đối số Y=F(X1 X2 Xn) tính theo mô hình hồi quy thay

các bộ giá trị các thông số vào (X1 X2 Xn) ứng với mỗ điểm thí nghiệm U

giá trị tính toán của chuẩn Fisher

So sánh F tt với giá trị lý thuyết tra bảng theo bậc tự do 1,2 nêuF tt< F b

mô hình là tương thích Nếu F tt>F b 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

27

2.6.5 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 tời

2.7 Tiến ha ̀nh thực nghiê ̣m đa yếu tố

Để sử dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố cần có các điều kiện [4] + Kết quả thông số ra phải tập trung cao, nghĩa là khi lập 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:[4]

1 Chuẩn bị dụng cụ đo, máy và thiết bị thí nghiệm

2 Chọn phương án thích hợp cho thí nghiệm

3 Tổ chức thí nghiệm

4 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

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

Qua tham khảo ý kiến của các chuyên gia và tài liệu [2],[4];

Hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng và nằng suất của tời có nhiều khả năng là hàm phi tuyến

Để có kết luận chính xác, ta còn phải căn cứ vào kết quả thực nghiệm đơn yếu tố Nếu kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho ta quy luật tương quan

28

bậc 2 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

Theo [4] phương án này có tổng số các thí nghiệm cần thực hiện:

N - Các thí nghiệm ở trung tâm N0  1

Vậy tổng số thí nghiệm cần thực hiện là 9

Biến thiên của 2 yếu tố trong vùng thí nghiệm gồm các mức cơ sở, mức trên và mức dưới, các giá trị này được chọn dựa vào phân tích kết quả đơn yếu tố

Trong các mức khác nhau của yếu tốX iquan trọng nhất là mức cơ sở X i0

được xác định theo công thức

2

max min

0

i i

i

X X

Sau cùng là khoảng biến thiên của các yếu tố X

min 0

0

i i i imix

29

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 4.1) và xây dựng ma trận thí nghiệm theo nguyên tắc các thí nghiêm hoàn toàn độc lập

Sau khi thành lập ma trận thực nghiệm chúng tôi tiến hành tổ chức thí nghiệm

2.7.2 Tiến hành thí nghiệm

Các thí nghiê ̣m phải được tiến hành theo hai bước:

- Thực hiê ̣n các thí nghiê ̣m thăm dò ở mức cơ sở với số thí nghiệm

140

50 



n Kiểm tra qui luật phân bố tiêu chuẩn của đa ̣i lượng đầu ra Xác

đi ̣nh số lần lă ̣p la ̣i của những thí nghiê ̣m [4]

Tiến hành thí nghiê ̣m theo các ma trâ ̣n đã lâ ̣p Theo [4] kết quả các số đo trong khi làm thí nghiê ̣m mă ̣c dù có chính xác đến mấy cũng luôn tồn ta ̣i sự sai lệch Sự sai lê ̣ch này tồn ta ̣i ở 3 da ̣ng

+ Sai số thô: là sai số đo đươ ̣c trong mô ̣t thí nghiê ̣m nào đó khác xa với những số liê ̣u đo đươ ̣c trong các thí nghiê ̣m trước Nguyên nhân sai số thô: do thiết bi ̣ thí nghiê ̣m bi ̣ tru ̣c tră ̣c, điều kiê ̣n thí nghiê ̣m khác thường Sai số thô dễ phát hiê ̣n, khắc phu ̣c bằng cách thực hiê ̣n la ̣i ngay thí nghiê ̣m đó

+ Sai số hệ thố ng do đô ̣ nha ̣y và chính xác của du ̣ng cu ̣ đo, khắc phu ̣c sai số này bằng cách hiê ̣u chỉnh la ̣i du ̣ng cu ̣ đo

+ Sai số ngẫu nhiên: là những sai lê ̣ch không lớn, nó đươ ̣c ta ̣o ra bởi nhiều yếu tố khác nhau, khó phát hiê ̣n để xử lý do vâ ̣y luôn luôn tồ n ta ̣i sự sai số cho phép đo mô ̣t cách ngẫu nhiên

Mục đích của thí nghiê ̣m thăm dò là xác đi ̣nh sai số tiêu chuẩn thực nghiệm mà phương sai của các giá tri ̣ đo phản ánh đô ̣ chính xác của các dụng

cụ đo

30

Theo lý thuyết quan trắc thì trong khi đo nếu không có sai sô hê ̣ thống,

mà chỉ có sai số ngẫu nhiên, thì sai số này tuân theo qui luâ ̣t chuẩn [4]

Để kiểm tra số liê ̣u đo đươ ̣c có tuân theo qui luâ ̣t chuẩn hay không, có thể sử du ̣ng nhiều cách khác nhau, nhưng trong đó phương pháp sử du ̣ng chỉ tiêu Person χ2 là chă ̣t chẽ và phổ biến nhất [2]

Để thực hiê ̣n viê ̣c kiểm tra ta tiến hành các bước sau:

- Tiến hành 50 thí nghiê ̣m thăm dò ở mức 0

- Chia các số đo đươ ̣c của các đa ̣i lươ ̣ng Yi ra l nhó m sao cho mỗi nhóm

có số lươ ̣ng số đo có từ 5 trở lên Cu ̣ thể cho ̣n:

l = 1 + 3,2lg

l – Số nhó m cần chia

- Số thí nghiê ̣m thăm dò n = 50

- Giá tri ̣ giữa của nhóm:

n p m

i

e

i

i i

2 1

2





Dựa vào bảng ta tìm được:  2 tra bảng [4]

Nếu X b2   2, thì các thông số ngẫu nhiên đầu ra tuân theo qui luâ ̣t phân bố chuẩn

Tính số lần lă ̣p la ̣i của thí nghiê ̣m

2

2 2



 s

Trong đó

τ – chỉ tiêu student tra bảng

s – phương sai củ a thí nghiê ̣m

Δ – sai số tuyê ̣t đối

m – số lần lặp la ̣i của mỗi thí nghiê ̣m

Sau khi thực hiê ̣n các thí nghiê ̣m theo ma trâ ̣n với số lần lă ̣p la ̣i của từng thí nghiê ̣m m = 3, chúng tôi sử du ̣ng chương trình xử lý số liê ̣u đa yếu tố OPT

củ a Mỹ đã đươ ̣c chép bản quyền và được sử du ̣ng ta ̣i Viê ̣n Cơ điê ̣n Nông nghiệp và công nghê ̣ sau thu hoa ̣ch trên máy vi tính để kiểm tra

j i

j i ij k

i i

i x b x x b x b

u ij N

j

Y k

b

1 1

2 2

1 1

kl k X X Y

b

1

.

j

N

j j j

ij j

) 1 (

2 2 4 22

4 22

1   





n n

N

n k

22 2

2

6 N k k



 N

u u

iu x x

1

2 2 22



 N

u iu

x

1

4 4

(Vớ i i, j bất kỳ)

2.7.4 Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren được tiến hành theo mục (2.6.1), nếu G tt< 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 trong thí nghiệm