(Luận văn thạc sĩ) xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --- VŨ AN BÌNH XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH HAI TRỐNG ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

VŨ AN BÌNH

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

VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

VŨ AN BÌNH

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH HAI 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 LÊ TẤN QUỲNH

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 Lê Tấn Quỳnh, TS Nguyễn Văn Bỉ, 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

Vũ An Bình

ii

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình vẽ vi

Danh mục bảng v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới 3

1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước 6

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 9

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 9

2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 9

2.2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 9

2.2.2 Giới hạn nghiên cứu 10

2.3 Nội dung nghiên cứu 10

2.4 Phương pháp nghiên cứu 10

2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 10

2.4.2 Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm 12

2.4.3 Thiết bị đo, phương pháp đo và những thông số cần đo 13

2.5 Tiến hành công tác chuẩn bị 20

2.6 Tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố 20

2.6.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai 21

2.6.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố 22

2.6.3 Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích và dự báo cần thiết 23

2.6.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy 23

2.6.5 Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số đầu ra 24

iii

2.7 Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố 24

2.7.1 Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm 25

2.7.2 Tiến hành thí nghiệm 27

2.7.3 Xác định mô hình toán học 29

2.7.4 Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai 30

2.7.5 Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui 30

2.7.6 Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy 32

2.7.7 Tính lại các hệ số hồi qui 32

2.7.8 Kiểm tra khả năng làm việc của phương trình hồi qui 33

2.7.9 Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 34

2.7.10 Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố đầu vào của hàm số mục tiêu 34

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 35

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời hai trống 35

3.1.1 Cấu tạo 35

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của tời hai trống 36

3.1.3 Các thông số kỹ thuật chính của tời hai trống 37

3.2 Sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời hai trống 40

3.3 Năng suất của tời khi vận xuất 41

3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất 42

3.5 Chi phí năng lượng riêng 42

3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng 47

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

4.1.2 Ảnh hưởng của tải trọng chuyến (Q) đến chi phí năng lượng riêng Nr 50

4.1.3 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến năng suất Ng 53

iv

4.1.4 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến chi phí năng lượng riêng Nr

55

4.1.5 Kết luận 58

4.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 58

4.2.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng 59

4.2.2 Thành lập ma trận thí nghiệm 59

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 60

4.2.4 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra 60

4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực 63

4.2.6 Xác định thông số làm việc tối ưu của tời 2 trống 63

4.2.7 Khảo nghiệm máy với các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng 63

4.3 Kết quả xác định hệ số cản giữa bó gỗ và mặt đất khi kéo lết bằng tời 65 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO

4.7 Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm chi phí

4.8 Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm năng suất Ng 61 4.9 Kết quả tính toán lực cản ma sát giữa gỗ và mặt đất 66

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ

2.2 Sơ đồ ghép nối đầu đo vào bó gỗ và cáp tời kéo 14 2.3 Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo 15

2.5 Đo tính thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm 17 2.6 Sử dụng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian đo 18

2.8 Chuẩn bị thiết bị trước khi tiến hành thí nghiệm 20

3.2 Mẫu tời hai trống do đề tài cấp Bộ chế tạo 37 3.3 Sơ đồ công nghệ vận xuất gỗ bằng tời hai trống 40 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của tải trọng Q đến năng suất Ng 50

4.2 Đồ thị ảnh hưởng của tải trọng Q đến chi phí năng lượng

riêng Nr

53 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng 55

4.4 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng

riêng Ng

58

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam sau hai mươi năm năm thực hiện đường lối đổi mới đến nay

đã có sự thay đổi một cách toàn diện về mọi mặt Cùng với sự phát triển về kinh tế, xã hội nói chung, ngành Lâm nghiệp nói riêng cũng có sự thay đổi đáng kết trong quá trình phát triển chung của xã hội Theo những đánh giá trong thời gian gần đây, ngành công nghiệp chế biến gỗ đã không ngừng phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng trên 30% đã tạo thành một mạng lưới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp với tổng công suất chế biến gỗ khoảng 3 triệu m3/năm Giá trị kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ thống kê cho thấy năm 2009 đạt 2,6 tỷ USD, tăng gấp 12 lần so với năm 2000 (219 triệu USD) Tuy nhiên, cùng với sự tăng trưởng và thuận lợi của ngành, chúng ta cũng gặp rất nhiều những khó khăn trong việc cung ứng cũng như sử dụng nguồn tài nguyên này

Hiện nay, gỗ rừng trồng là nguyên liệu chủ yếu cho các ngành chế biến

để làm hàng xuất khẩu của nước ta, theo các đánh giá Việt Nam phải nhập khẩu 80% nguyên liệu gỗ, kim ngạch nhập khẩu hàng năm tương đương khoảng 40-45% kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ Cụ thể, năm 2005: 667 triệu USD; đến năm 2009 là 1,13 tỷ USD

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,

2

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 những 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, thực hiện khóa luận tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật ngành kỹ thuật máy và Cơ giới hóa nông lâm nghiệp, 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 hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng”

Mục tiêu của đề tài: Nhằm làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các

giải pháp kỹ thuật và công nghệ để nâng cao hiệu quả sử dụng các loại tời này trong vận xuất gỗ rừng trồng ở nước ta

3

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới

Tời là thiết bị 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 nhiều 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 kỷ 20 của thế kỷ trước Làm thế nào 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 [12]

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 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

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

Song song việc sử dụng ngàm kẹp gỗ thì nghiên cứu điều khiển từ xa bằng vô tuyến được nghiên cứu sử dụng Các hãng sản xuất “Jonson ind LTD (Canada) đã sử dụng hệ thống điều khiển khâu buộc gỗ bằng sóng vô tuyến trên diện tích khu khai thác, nhờ hệ thống MK11 năng suất đã tăng 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 nên 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 nghiên cứu sử dụng

Một số hãng sản xuất nổi tiếng 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, thiết bị này đã được xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới

5

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 16HP đến 31HP, lực kéo 3700 kg tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s

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 và năng lượng (ЦНИИМЗ),

viện nghiên cứu công nghiệp rừng Xibiri (СИБНИИЛП), Viện nghiên cứu công nghiệp rừng IRờcut (ИРКУТСКНИИЛП) tiến hành trong nhiều năm qua

Để vận xuất gỗ ở điều kiện địa hình bằng phẳng với cự li vận xuất dưới 500m và địa hình dốc dưới 2000m Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5 Theo [11] Kết quả nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ưu việt nổi bật như ít phá hoại cây con, phá hoại đất, còn có những ưu việt như giảm công sửa chữa 2 – 3 lần, chi phí nhiên liệu giảm 50 – 60%, giá thành ca máy giảm 1,5 lần so với sử dụng máy kéo để vận xuất ở điều kiện thể tích trung bình của

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 có 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 thay đổi vận tốc 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 KAVKAZ của Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng Nga

6

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 ЦНИИМЗ 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 li kéo từ 80 – 1000m

1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước

Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Từ những năm

60 đến 90 của thế kỷ trước, đối tượng khai thác chính là rừng tự nhiên, các nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau:

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

- Thiết kế cải tiến các thiết bị nhập nội cho phù hợp với điều kiện khai thác rừng ở Việt Nam

Có thể kể đến một số nghiên cứu điển hình như sau:

- Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên do Viện Công nghiệp rừng thực hiện; “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” của Nguyễn Trọng Hùng thực hiện năm 1982; “Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” của Nguyễn Văn Lợi thực hiện năm 1982; “Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35” của Nguyễn Kính Thảo năm 1984”; “Thiết kế đường cáp Visen vận xuất gỗ” của Lê Duy Hiền;

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

7

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

- 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 thực hiện luận án Tiến sỹ với đề tài “Nghiên cứu

áp dụng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ rừng trồng”

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

8

Giai đoạn 2006 – 2010, thực hiện đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Bộ

“Nghiên cứu công nghệ, cải tiến, thiết kế, chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trường xung quanh” đã thiết kế, chế tạo được mẫu tời hai trống công xuất 10 kW Ưu điểm: của mẫu tời này là có công suất lớn hơn, cự ly kéo xa hơn, đã mở rộng thêm được 5 cấp tốc độ nhờ trang bị thêm hộp số và trang bị thêm một trống tời tạo điều kiện mỏt rộng khả năng làm việc của tời với nhiều kiểu sơ đồ công nghệ khác nhau

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 2 trống làm loại tời phổ biến nhất và được dùng đa năng

Ở nước ta, việc nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều, nghiên cứu chưa thành hệ thống Cho đến nay mới chỉ có các nghiên cứu khoa học về thiết kế, chế tạo tời và khảo nghiệm các yếu tố ảnh hưởng khi vận xuất

gỗ rừng tự nhiên mà chưa có một nghiên cứu cụ nào thể đối với rừng trồng

Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng tời vào vận xuất gỗ rừng trồng là rất cần thiết nhằm tăng năng suất lao động, cải tiến điều kiện làm việc của công nhân đồng

thời làm giảm thiểu tác động xấu đến môi trường Đề tài “Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng” mà luận văn lựa chọn nhằm góp phần làm cơ sở khoa học cho

việc thiết kế chế tạo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý cho tời tự hành hai trống trong điều kiện khai thác gỗ rừng trồng ở Việt Nam

9

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

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất có hiệu quả gỗ rừng trồng Qua đó có thể xác định được chế độ sử dụng một cách hợp lý để vận xuất gỗ rừng trồng trong các điều kiện địa hình khai thác khác nhau với năng suất cao nhất và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất

2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mẫu tời hai trống tự hành (Đề tài

nghiên cứu cấp bộ của TS Nguyễn Văn Quân: “Nghiên cứu công nghệ và cải tiến, thiết kế chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trường xung quanh” đã thiết kế, chế tạo tời hai trống tự hành với mục đích nghiên

cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng nhằm xác định được các thông số hợp lý khi sử dụng tời hai trống khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa được sản phẩm chế tạo vào thực tiễn sản xuất) Đặc tính và các thông số kỹ thuật của tời sẽ được trình bày ở nội dung Chương 3

Địa bàn nghiên cứu được chọn là khu rừng thực nghiệm, khu vực núi Luốt thuộc trường Đại học Lâm nghiệp Vị trí tiến hành thí nghiệm có đặc điểm địa hình đặc trưng đối với các loại rừng trồng, dạng mái dông một chiều, mặt đất có trạng thái khô, thực bì cấp độ thấp, độ dốc trung bình từ 100

Gỗ thí nghiệm có đường kính dưới 25 cm, chiều dài được cắt trong khoảng 2,2 m đến 3,0 m

10

2.2.2 Giới hạn nghiên cứu

Do điều kiện và thời gian thực hiện đề tài có hạn cho nên luận văn chỉ tập trung nghiên cứu 2 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng là Tải trọng chuyến (Q), Tốc độ kéo (V) Đối với các yếu tố còn lại do nghiên cứu ở 1 khu vực khai thác nên được giới hạn trong 1 khoảng nhất định coi như không thay đổi lớn

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định được mức độ hưởng ảnh, 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 hai trống;

- Xác định giá trị hợp lý của các tham số điều khiển: tốc độ cáp kéo (V), tải trọng chuyến (Q) ứng với các cấp độ dốc khác nhau;

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Lựa chọn 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 Theo [4] 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,

11

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

Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phương pháp lý thuyết để xác định sự ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến 2 chỉ tiêu quan tâm

là năng suất và chi phí năng lượng riêng thì phải nghiên cứu toàn diện mức độ ảnh hưởng và cơ chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối lượng nghiên cứu sẽ rất lớn Chính vì vậy, để giảm bớt khối lượng công việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm

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

12

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 hoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thực nghiệm

Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của qui hoạch thực nghiệm là toán thống kế với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui

2.4.2 Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm

13

- Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm xác định chi phí năng lượng riêng Nr

- Xác định hệ số cản ma sát giữa gỗ và mặt đất

2.4.2.3 Tham số điều khiển

Tham số điều khiển trong đề tài này được lựa chọn tiến hành khảo nghiệm là tải trọng chuyến (Q) và vận tốc kéo (V)

2.4.3 Thiết bị đo, phương pháp đo và những thông số cần đo

Để xác định được chi phí năng lượng riêng và năng suất gom gỗ, ta cần xác định lực kéo của tời tại đầu bó gỗ, trọng lượng của bó gỗ, vẫn tốc kéo của cáp, chiều dài quãng đường vận xuất, thời gian nhả cáp, buộc gỗ, kéo gỗ, tháo gỗ…

2.4.3.1 Phương pháp đo lực kéo của cáp tời tại đầu bó gỗ

Để đo lực kéo của dây cáp tại đầu bó gỗ khi vận xuất gỗ ta dùng đầu đo lực tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm đo lường của Khoa Cơ điện & Công trình, trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam (Hình 2.1)

Hình 2.1 Đầu đo lực (HBM) tiêu chuẩn

14

Mã hiệu của đầu đo lực:

Kraftaufnehmer – Force Transducer (HBM)

Typ Z4; 50kN = 2mV/V ≠ G84938; Made in Germany

Để đo lực kéo của tời tại đầu bó gỗ kéo theo phương pháp kéo lết, ta buộc đầu bó gỗ lại rồi móc vào một đầu của đầu đo lực, đầu còn lại móc vào móc cáp của tời (Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ ghép nối đầu đo vào bó gỗ và cáp tời kéo

Dây tín hiệu từ đầu đo lực được kết nối với thiết bị xử lý số liệu Plus, thiết bị này được kết nối với máy tính sách tay có cài đặt phần mềm xử

DMC-lý số liệu (Hình 2.3)

15

Hình 2.3 Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo

16

Nguyên lý làm việc của đầu đo lực tiêu chuẩn, các lá điện trở được mắc theo sơ đồ cầu đủ điện trở (Hình 2.4) Cầu đo được nối ra bằng dây dẫn Hiệu chuẩn cầu đo bằng cách tạo ra biến dạng đã biết

Hình 2.4 Sơ đồ cầu đủ điện trở

R 1 , R 3 , R 2 ,R 4 – là các tenzo điện trở; U o - điện áp nuôi; U R - điện áp đầu ra Nguyên lý cụ thể như sau: Mạch cầu đo được xem như một mạch so

sánh điện trở, thực chất là so sánh hai mức điện thế; tại thời điểm cân bằng thì điện thế ra bằng 0 (Ur = 0) và định thức R1.R3 = R2.R4 không phụ thuộc vào điện áp nguồn khi xuất hiện bất kỳ biến dạng nào đó sẽ dấn đến sự biến đổi điện trở, lúc này cầu đo bị mất cân bằng nên xuất hiện một điện áp khác 0 trên đường chéo của cầu, từ đó điện áp trên đường chéo của cầu Tenzo, điện áp được lấy ra từ đầu đo truyền tín hiện đến thiết bị thu thập và khuếch đại tín hiệu DMC-Plus kết nối với máy tính xách tay và được điều khiển bằng phần mềm DMC-Plus

17

2.4.3.2 Phương pháp xác định trọng lượng gỗ thí nghiệm

Trọng lượng các khúc gỗ thí nghiệm được xác định bằng cách cân, đo với các dụng cụ đo và phương pháp đo thông thường đã biết Theo kế hoạch thực nghiệm, trọng lượng gỗ thí nghiệm yêu cầu là 0,2 T; 0,4T; 0,6T; 0,8T; 1,0T Với khối lượng riêng của gỗ thí nghiệm xác định được 1 Tấn/m3, thể tích các bó gỗ tương ứng là 0,2 m3; 0,4 m3; 0,6 m3; 0,8 m3; 1,0 m3

Hình 2.5 Đo tính thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm

+ tt: Thời gian dây cáp chạy có tải; (s) + tot: Thời gian dây cáp chạy không tải; (s) Theo [2], để xác định được vận 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 được đo bằng thước đo dài; các chi phí thời gian được

đo bằng đồng hồ bấm giây theo phương pháp thông thường (Đo thời gian sử dụng đồng hồ bấm giây với độ chính xác 0,2 s)

Hình 2.6 Sử dụng đồng hồ bấm

giây để xác định thời gian đo

Xét sơ đồ kéo gỗ bằng tời trên mặt đường nằm ngang, lực tác dụng lên cây gỗ xác định như sau: (Hình 2.7)

Hình 2.7 Sơ đồ kéo gỗ theo phương pháp kéo lết

Trong đó: + F: Lực kéo của cáp tời đo tại đầu bó gỗ;

+ β: Góc hợp bởi giữa đường dây cáp và mặt đất;

+ Q: Trọng lượng của cây gỗ;

Từ điều kiện cân bằng lực ta có: Fms = Fcosβ hay f(Q-Fsinβ) = Fsosβ

20

2.5 Tiến hành công tác chuẩn bị

Trước khi thực hiện các thí nghiệm phải tiến hành công tác chuẩn bị gồm các công việc như: chuẩn bị hiện trường thực nghiệm, kiểm tra tình trạng

kỹ thuật của tời, tra dầu mỡ, chuẩn bị gỗ, hiệu chỉnh các công cụ đo

Hình 2.8 Chuẩn bị thiết bị trước khi tiến hành thí nghiệm

2.6 Tiến hành 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 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

2.6.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

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





 N

u u

tt

S

s G

1 2

1

1

u mu

i ui u

Y Y

y m

y

1

1

u = 1, 2, 3,…N (2.5) Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai 2

22

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:

) (

23

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 2

Phương sai do nhiễu tạo nên 2

Phương sai tuyển chọn 2

S được tính theo công thức:

*

K : Hệ số hồi quy có nghĩa

24

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 NếuF tt>F b chứng tỏ sự vượt trội một cách có hệ thống của thống kê tập hợp được ước lượng bởi 2

S 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

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 hành thực nghiệm 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

- 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 móc 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

5 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 các tài liệu [1], [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 phí 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

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

N = k

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 tố X i quan trọng nhất là mức cơ sở

0

i i i imix

X : 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 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

27

2.7.2 Tiến hành thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm phải thực hiện theo hai bước

- Thực hiện các thí nghiệm thăm dò ở mức cơ sở với số thí nghiệm n =

50 – 140 Kiểm tra quy luật phân bố chuẩn của đại lượng đầu ra Xác định số lần lặp lại của những thí nghiệm [4]

Tiến hành thí nghiệm theo ma trận đã lập Theo [4] kết quả các số đo trong khi thí nghiệm mặc dù có chính xác đến mấy cũng luôn tồn tại sự sai lệch Sự sai lệch này tồn tại ở ba dạng:

+ Sai số thô: là sai số đo được trong một thí nghiệm nào đó khác xa với những thông số đo được ở các thí nghiệm trước Nguyên nhân sai số thô là do thiết bị thí nghiệm vị hỏng, điều kiện thí nghiệm khác thường Sai số thô dễ phát hiện, khắc phục bằng cách làm lại ngay thí nghiệm đó

+ Sai số hệ thống: là sai số do độ nhạy và chính xác của dụng cụ đo, khắc phục sai số này bằng cách hiệu chỉnh lại dụng cụ đo

+ Sai số ngẫu nhiên: là những sai lệch không lớn, nó được tạo ra bởi nhiều yếu tố khác nhau, khó phát hiện để xử lý, do vậy luôn luôn tồn tại sai số phép đo một cách ngẫu nhiên

Mục đích của thí nghiệm thăm dò là xác định sai số tiêu chuẩn thực nghiệm mà phương sai của các giá trị đo phản ánh độ chính xác của các dụng

cụ đo

Theo lý thuyết quan trắc thì trong khi đo nếu không có sai số hệ thống,

mà chỉ có sai số ngẫu nhiên, thì sai số này tuân theo quy luật chuẩn [4]

Để kiểm tra số liệu đo được có tuân theo quy luật chuẩn hay không, có thể sử dụng nhiều cách khác nhau, nhưng trong đó phương pháp sử dụng chỉ tiêu Rerson 2 là chặt chẽ và phổ biến nhất [2]

Để thực hiện việc kiểm tra ta tiến hành các bước như sau:

- Tiến hành 50 thí nghiệm thăm dò ở mức 0

28

- Chia các số đo được của đại lượng Yi ra 1 nhóm sao cho mỗi nhóm có

số lượng đo có từ 5 trở lên Cụ thể chọn:

l = 1 + 3,2 lg l: Số nhóm cần chia

m Y n

Y

1

1

(2.19) Sai số tiêu chuẩn thực nghiệm:

) Y - (Y m 1

1

(2.20) Tính sách xuất lý thuyết của các đại lượng ngẫu nhiên rơi vào từng nhóm:

Trong đó: (y y )S (y tr y )S

i 2 d

Với hàm chuẩn Laplace sau khi đã thay đổi giá trị Z1, Z2 ta tra được các giá trị Pi sau đó tính:

n p

p

i i

2 i

2

n) (m

Dựa vào bảng ta tìm được  2 tra bảng [4, tr 179]

 s

m Trong đó:

+ : Chỉ tiêu Student tra bảng;

+ s: Phương sai của thí nghiệm;

+ : sai số tuyệt đối;

m: số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm;

Sau khi thực hiện các thí nghiệm theo ma trân với số lần lặp lại của từng thí nghiệm m = 3, 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 và Công nghệ sau thu hoạch trên máy vi tính để kiểm tra

j i

j i ij k

i i

b b

u ij N

j

Y k b

2 2

1 1

b

1

.

N

j j j

ij j

2 5

(2.28) Trong đó:

k1, k2, k6 – được tính theo các công thức biểu sau:

) 1 (

) 1 (

2 2 4 22

4 22

1   





n n

N

n k

1 ( 22 4 1

22 2

x

1

2 2



 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

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

Giá tri ̣ của các hê ̣ số hồi qui đươ ̣c tính theo các biểu thức từ (2.25) đến (2.28) được kiểm tra theo tiêu chuẩn student

k bt

i

S b

31 Trong đó:

i

b : Giá tri ̣ tuyê ̣t đối của bi tính theo công thức từ (2.25) đến (2.28);

Sbi: Tri ̣ số phương sai ứng với bi;

tα: Giá tri ̣ tiêu chuẩn student tra bảng ‘t’ ứng với các bâ ̣c tự do;

k2 = N(k - 1) và γ=1-α (α là mức ý nghĩa cho phép);

Nếu trị số ti thoả mãn điều kiê ̣n (2.33) thì hê ̣ số bi tương ứ ng sẽ không

có ý nghĩa rõ rê ̣t trong hàm tương quan có thể bỏ qua được

Trong biểu thứ c (2.34) tri ̣ số phương sai Sbi được tính như sau:

2 1 2

0 c

2 3 2

c

2 4 2

c

2 7 2

c

Các hê ̣ số k1, k2, k3 , k7 – có thể tra bảng tính sẵn [3]

Từ công thức (2.25) đến (2.28) ta thấy các hê ̣ số b0, bii, bik và bil liên quan vớ i nhau, nên nếu hê ̣ số bi ̣ loa ̣i bỏ là b0 thì cần tính la ̣i hê ̣ số bii hoặc nếu loại bỏ bik thì cũng phải tính la ̣i hê ̣ số bil và b0 theo công thứ c sau:

+ Khi loại bỏ b0, thì tính la ̣i các bii:

0 1

2

*

b k

k b

b ii  ii  , i=1, 2, 3, ,n (2.39)

Các hê ̣ số bij (i # j) không phải tính la ̣i

+ Khi loại bỏ bii tính la ̣i b0 và btt còn la ̣i (i #t)

Các hê ̣ số mới *

* 0

tt

b

b k

k b b

b k

k b b

(2.40)

+ Khi loại bỏ bi hoặc bij: Các hê ̣ số khác không cần tính la ̣i