Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo shibaura SD 3100​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --- VŨ VĂN CẢNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LẮP TRÊN MÁY KÉ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -

VŨ VĂN CẢNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ

ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LẮP

TRÊN MÁY KÉO SHIBAURA SD 3100A

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

Mã Số: 60 52 14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

ĐẶT VẤN ĐỀ

Như chúng ta đã biết rừng có rất nhiều tác dụng trong đời sống, sản xuất

và đặc biệt là vấn đề sinh tồn của con người, như sản xuất ra sản phẩm phục

vụ xã hội, cân bằng sinh thái, bảo vệ môi trường tự nhiên Nhưng hiện nayrừng của nước ta ngày càng bị tàn phá và thu hẹp do nhiều nguyên nhân khácnhau đó là do bị chiến tranh tàn phá, do khai thác quá mức lại không có kếhoạch trồng và bảo vệ rừng phù hợp, do hiện tượng du canh du cư phá rẫy làmnương của đồng bào dân tộc thiểu số, do lâm tặc hoành hành và đặc biệt là donguy cơ cháy rừng luôn đe doạ đến an toàn của rừng , làm ảnh hưởng rấtnhiều đến kinh tế- xã hội và môi trường Do vậy việc trồng rừng phủ xanh đấttrống đồi núi trọc hiện nay có một ý nghĩa quan trọng và cấp bách

Đứng trước tình hình nguồn tài nguyên rừng ngày càng bị cạn kiệt, Đảng

và Nhà nước ta hết sức quan tâm đến việc phát triển lâm nghiệp, trong đó cócông tác trồng rừng, phủ xanh đất trống đồi núi trọc Chúng ta đã có nhiềuchương trình dự án cho trồng rừng , nhằm khôi phục và phát triển nguồn tàinguyên rừng, đó là phát triển nghề rừng gắn với việc ổn định và phát triển đờisống của đồng bào miền núi, đồng thời có chủ trương đẩy mạnh trồng rừng,phủ xanh đất trống đồi núi trọc, theo chủ trương này, rừng và đất rừng đượcgiao cho các đơn vị tập thể và các hộ gia đình quản lý sử dụng lâu dài Tạonên những đơn vị sản xuất Nông - Lâm nghiệp với quy mô vừa và nhỏ Đề rachủ trương biện pháp bảo vệ rừng, khai thác chế biến gỗ hợp lý, tạo điều kiệncho miền núi phát huy thé mạnh về sản xuất lâm nghiệp Đặc biệt tại kỳ họplần thứ II Quốc hội khoá 10 đã thông qua nghị quyết " Dự án trồng 5 triệu harừng trong giai đoạn 1998 - 2010" Đây là một nhiệm vụ trọng tâm của chínhsách lâm nghiệp trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Sựthành công của dự án sẽ đem lại cân bằng sinh thái , cải thiện môi trường,đồng thời đáp ứng nhu cầu nhiên liệu cho các ngành kinh tế và đời sống củanhân dân

Để thực hiện được nhiệm vụ trên nghành lâm nghiệp phải “Xã hội hoánghề rừng” thực chất là thu hút sự tham gia của toàn xã hội , của mọi ngườidân vào sản xuất lâm nghiệp, áp dụng rộng rãi cơ giới hoá vào sản xuất lâmnghiệp, đầu tư áp dụng tiến bộ của khoa học kỹ thuật để nâng cao năng suất,giảm nhẹ sức lao động, sử dụng nhiều biện pháp và công nghệ đồng bộ từkhâu làm đất gieo ươm, trồng cây chăm sóc, bảo vệ đến khai thác, sơ chế, bảoquản và chế biến , trong đó khâu làm đất trồng rừng đóng vai trò vô cùngquan trọng, quyết định tới 25 % năng suất của cây trồng

Trong quá trình trồng rừng, làm đất là khâu nặng nhọc, vất vả, đòi hỏi chiphí nhiều năng lượng, mặt khác đối với những vùng đất đồi núi trọc bề mặtđất thường bị trai cứng cho nên công việc này càng rất khó khăn Để giảm bớtkhó khăn trong quá trình làm đất và đẩy mạnh việc trồng rừng thì việc cơ giớihoá khâu làm đất là hết sức quan trọng Một trong những biện pháp cơ giớilàm đất là khoan hố trồng cây, để giảm chi phí và cải thiện điều kiện làm việcthì việc nghiên cứu áp dụng cơ giới hoá trong khâu khoan hố là một bài toáncần thiết trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu nhưngvấn đè cần quan tâm nhất là cấu tạo bộ phận dao cắt sao cho khi khoan hốgiảm tiêu hao công suất và đảm bảo độ tơi xốp của đất thành hố nghĩa là giảmđược chi phí năng lượng,tiết kiệm nhiên liệu góp phần hạ giá thành trồngrừng, đồng thời làm cho cây mới trồng được phát triển bình thường, tỷ lệ câysống cao, tăng trưởng nhanh.Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo lưỡikhoan của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura hiện nay là mộtviệc hết sức cần thiết, Để nâng cao năng suất và hiệu quả sử dụng của máykhoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura SD 3100 đang được sử dụngphổ biến tại Việt Nam Đồng thời xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực

tiễn trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura SD 3000A "

Kết quả nghiên của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho việc tính toán, thiết

kế và cải tiến một số lưỡi khoan, nhằm mục đích giảm tiêu hao công suất tiếntới giảm chi phí năng lượng cho việc khoan hố trồng cây và đảm bảo câytrồng phát triển tốt nhất

* Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máykhoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura 3000A làm cơ sở cho việc hoànthiện thiết kế, cải tiến mẫu máy để nâng cao năng suất và hiệu quả sử dụngmáy khoan hố trồng cây

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm về mặt kết cấumẫu áy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura 3000A đồng thời phục

vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý khi sử dụng liên hợp máy

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong công cuộc CNH- HĐH đất nước, việc cơ giới hoá các khâu côngviệc trong quá trình sản suất là một yêu cầu cần thiết Mục đích của nó là cảithiện điều kiện lao động, tăng năng suất lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế.Cho đến nay việc cơ giới hoá khâu làm đất ở nước ta vẫn còn đang gặpnhiều khó khăn do các máy khoan hố hiện có làm việc không hiệu quả trongđiều kiện ở Việt Nam Một trong những nguyên nhân chính là lưỡi khoanchưa có cấu tạo hợp lý nên khả năng khoan kém, tiêu hao công suất lớn, máykhoan cồng kềnh nên khả năng làm việc trên đất dốc còn có rất nhiều hạn chếhoặc không thể làm việc.Hiện nay ở nước ta và nhiều nước trên thế giới có rấtnhiều phương pháp làm đất tương ứng với địa hình và loại đất khác nhau

Có hai phương pháp làm đất phổ biến đó là làm đất toàn diện và làm đất cục bộ

:

+ Làm đất toàn diện là tiến hành cày hay cuốc sâu khoảng từ 20 - 30 cmtrên toàn bộ diện tích chuẩn bị trồng rừng Phương pháp này có ưu điểm làloại bỏ được toàn bộ cỏ dại, bụi cây cải thiện được điều kiện lập địa của đấttrồng rừng, thuận lợi cho việc cơ giới hoá sản xuất Tuy nhiên nó còn có một

số nhược điểm sau: Tốn nhiều công sức, đầu tư lớn, dễ gây sói mòn đất Vìvậy phương pháp này chỉ phù hợp ở những vùng đất tương đối bằng phẳng và

có độ dốc nhỏ như vùng đất hoang hoá, đồng cỏ, ruộng bậc thang đã được thicông

+ Làm đất cục bộ: Là phương pháp làm đất mà người ta chỉ tác động lênmột phần đất canh cụ thể là tác tuỳ theo điều kiện địa hình mà có thể cày theobăng hoặc cày theo đám, phương pháp này có ưu điểm là ít gây sói mòn, tiết kiệm nhân công

Ở nước ta hiện nay, công tác trồng rừng thường được tiến hành một cách phân tán với quy mô nhỏ và chu yếu trên hai loại đất chính sau:

- Đất trồng đồi trọc, đất bạc mầu lẫn đá, tầng đất canh tác mỏng, độ dốc lớn.

- Đất rừng sau khai thác, độ dốc lớn, lẫn gốc cây có thảm thực vật che phủ

Từ việc nghiên cứu các loại hình công nghệ làm đất cho ta thấy, tuỳ thuộc

vào đỉều kiện địa hình, địa chất đất trồng, quy mô sản xuất cũng như khả năngđầu tư tài chính thì việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị khâu làm đất cũngkhác nhau

1.1 Tình hình nghiên cứu và áp dụng cơ giới hóa khâu làm đất trồng rừng 1.1.1 Trên thế giới

Ở trên thế giới việc nghiên cứu các thiết bị cơ giới hoá làm đất trồng rừng tiến hành theo 2 hướng sau:

+ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dùng để làm đất nông nghiệp:

- Cày không lật đất T.C.Malxev (Nga)

- Cày trên đất lẫn đá: Là loại cày cheo 4 lưỡi tự lựa Mỗi thân cày trang

bị cơ cấu tự lựa để khi gặp đá, gốc, rễ cây thì giúp lưỡi cày nâng lên hoặc trượt quanhư cày PKC-4-35, PNK-3-5, PKY-4-3

- Cày cân bằng: Làm việc trên đất dốc, khi cày chạy theo hình con thoi

- Máy cày tạo băng

+ Nghiên cứu chế tạo các bộ phận làm việc để tăng năng suất lao động(tăng tốc độ cày như cày có diệp bằng thép của viện nghiên cứu trồng rừng và cơgiới hoá Nga…)

Các loại máy kéo có công suất cao, hiện đại như Fiat, KOMATSU,

BOFORT, TZ 171, T- 130, Valmet… đã áp dụng cho khâu làm đất trồng rừng.

Ở một số nước phát triển như: Mỹ, Australia, Nga, Canađa, Brazil,… đãtrang bị các máy móc Thiết bị chuyên dùng cho khâu làm đất và xử lý thực bì nhưcác loại máy cày, các loại máy đào gốc rễ, máy băm thái, thu dọn,…

Đối với địa hình thoải ở Đức người ta dùng máy kéo có công suất 30

45kW kéo theo cày Waldfust, có thể cày đạt độ sâu 5 30cm

Ở Australia sử dụng máy cày chảo nhiều đĩa (6 8) đĩa vun đất thànhluống để trồng cây

Ở Nhật Bản, hệ thống máy kéo KOMATSU được chế tạo có công suất

từ nhỏ đến lớn (từ 30 đến hàng trăm kW) liên hợp với cày ngầm, như: D 65A,

Ở Brazil đã sử dụng cày ngầm có độ sâu cày trên 1m để làm đất trồng rừng làm cho tốc độ sinh trưởng của cây trồng tăng nhanh đáng kể…

Ở Ytalia người ta chế tạo máy cày răng khế 6 đĩa (mỗi bên 3 đĩa quay về haiphía tạo thành hình chữ V để tạo luống trồng cây), như: Rome TRC 6 – 36

liên hợp với máy kéo Hanomang, KTB cày sâu 30 40cm, bề rộng làm việc2,2m

Nhìn chung các quy trình công nghệ làm đất trồng rừng của các nước

đã được nghiên cứu, chế tạo với công suất lớn để áp dụng cho điều kiện sảnxuất lâm nghiệp tập trung quy mô lớn Do đó, chúng không phù hợp với điềukiện sản xuất lâm nghiệp quy mô nhỏ, phân tán, tầng đất canh tác mỏng Cácthiết bị công tác của các loại máy này có thể xem xét cải tiến để phù hợp vớiđiều kiện đất rừng Việt Nam

Giai đoạn 1971 – 1980, ngành lâm nghiệp đã nghiên cứu sử dụng máykéo DT-75 và T-100 để làm bậc thang trên đồi trọc có độ dốc từ 15-30 0 Sau

đó để đáp ứng nhu cầu làm đất trồng rừng ngày càng tăng, PGS.TS NguyễnThanh Quế đã nghiên cứu chế tạo cày ngầm CN-1 và CN-2 lắp sau máy kéo

DT-54 và DT-75 với độ cày sâu đạt 40 45 cm và đã đưa vào thử nghiệm ởmột số địa phương Nhưng do khả năng đầu tư còn hạn chế, cơ chế sản xuấtkinh doanh thay đổi, quy trình công nghệ chưa được nghiên cứu một cách đầy

đủ nên kết quả của đề tài chưa được sử dụng rộng rãi

Việc áp dụng thử nghiệm các máy khoan hố trồng cây cầm tay củanước ngoài vào điều kiện nước ta tỏ ra không phù hợp vì: Trọng lượng máy

và độ rung lớn, không phù hợp với thể lực người Việt Nam; Công suất nhỏ,không khoan được ở những loại đất cứng khá đặc trưng cho đất đồi núi ởnước ta; Khi tạo hố lưỡi khoan miết vào thành hố tạo nên một lớp đất chặtquanh thành hố ảnh hưởng xấu đến khả năng sinh trưởng của cây trồng Vìvậy việc tiến hành nghiên cứu cải tiến các máy khoan hố theo hướng khácphục những nhược điểm trên để có thể đưa vào sử dụng trong sản xuất

Trong những năm gần đây Cơ giới hoá làm đất trồng rừng đã phát triểnlên một bước cao hơn, một số máy móc hiện đại đã được nhập bổ sung vàthay thế cho các móc trước kia Các máy kéo có công suất lớn như T-130(Liên Xô cũ), KOMATSU, D53A, D53P, D65A, D85A (Nhật Bản) đã được

sử dụng vào làm đất trồng rừng tại vùng nguyên liệu giấy Vĩnh Phú, Trungtâm Khoa học – Sản xuất Lâm nghiệp Đông Bắc Bắc Bộ,…

Mặt khác, do điều kiện đầu tư trang thiết bị làm đất trồng rừng còn hạnchế, các quy trình công nghệ làm đất, đặc biệt là đất dốc, đất lẫn đá, gốc và rễcây chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ; đồng thời điều kiện sản xuất kinhdoanh lâm nghiệp đã có nhiều thay đổi so với trước đây, đất có độ dốc dưới

10

0

hầu như đã được sử dụng sản xuất nông nghiệp, đất rừng còn lại phần lớn

đã được giao cho dân phát triển sản xuất theo mô hình trang trại với diện tíchquy mô nhỏ, phân tán nên việc sử dụng các thiết bị công suất lớn đắt tiềnkhông còn phù hợp Vì vậy, đề tài cần nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ vàlựa chọn, cải tiến những thiết bị có công suất nhỏ, phù hợp với điều kiện đấtdốc, đất chặt và thường lẫn đá, gốc và rễ cây, đất chua phèn để làm đất trồngrừng nhằm đạt hiệu quả kinh tế - xã hội cao, đồng thời hạn chế được nhữngtác động xấu đến môi trường sinh thái

Máy khoan hố trồng cây ES – 35B của Đức sử dụng nguồn động lực làđộng cơ xăng 2 kỳ có công suất 2,5 mã lực Sơ đồ nguyên lý của máy (hình1.1)

Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý máy khoan hố trồng cây ES – 35B

1- Động cơ xăng 2 kỳ; 2- Côn ly tâm; 3- Bộ truyền bánh răng côn; 4- Khớp nối; 5- Hộp giảm tốc bánh răng trụ; 6- Mũi khoan;

7- Tay điều khiển.

Nguyên lý hoạt động của máy khoan hố trồng cây ES – 35B như sau:Mômen được truyền từ trục khuỷu của động cơ 1, qua côn ly tâm 2, qua

bộ truyền bánh răng côn 3 để thay đổi phương truyền momen, qua khớp nối 4,qua hộp giảm tốc 5, tại đầu ra của trục thứ cấp hộp giảm tốc 5 có vận tốc quaynhỏ còn mômen lớn đảm bảo đủ lớn để truyền cho mũi khoan số 6 quay tròn

và thực hiện cắt đất Hành trình tiến sâu vào đất là nhờ trọng lượng của máy

và kết hợp với lực tỳ của tay người khoan cầm vào tay 7 với những nơi đấtrắn chắc Năng suất của loại máy này có thể đạt được (800 – 1000) hố trongmột ngày Loại máy này có ưu điểm là tính cơ động cao, chi phí nhiên liệuthấp Tuy nhiên, còn có một số nhược điểm là khi khoan sẽ tạo ra mômenngược chiều quay tác động lên tay người điều khiển máy làm cho người điềukhiển máy phải làm việc rất nặng nhọc Máy có công suất nhỏ nên khi làmviệc trên vùng đất rắn chắc thì năng suất không cao, chất lượng hố thấp

Hiện nay ở các nước phát triển trên thế giới đã sản xuất ra các loại máykhoan hố trồng cây cầm tay 2 người điều khiển (hình 1.2), nhưng do máy sửdụng hộp giảm tốc bánh răng trụ cho nên kết cấu và trọng lượng máy lớn(36Kg) gây khó khăn khi vận hành Để giảm kích thước và khối lượng máykhoan hố, người ta đã sử dụng bộ truyền trục vít- bánh vít thay cho sử dụng

bộ truyền bánh răng trụ nên giảm được cả về kết cấu gọn nhẹ và chỉ cần có 1người điều khiển (hình 1.3), tuy nhiên hiệu suất thấp và tuổi thọ không cao dohiện tượng trượt và tự hãm của bộ truyền trục vít- bánh vít

Hình 1.2- Máy khoan hố cầm tay hai người điều khiển.

a- Máy khoan hố TAN- TEA- 500; b- Máy khoan hố GEN- 330H

Hình 1.3- Máy khoan hố cầm tay một người điều khiển.

Ngoài ra còn có rất nhiều loại máy khoan hố trồng cây lắp sau các loạimáy kéo bánh hơi Các loại máy khoan này đều được dẫn động từ trục thucông suất qua truyền động các đăng để làm quay mũi khoan (hình 1.4) hoặcđược dẫn động qua hệ thống truyền động thuỷ lực (hình 1.5)

Hình 1.4- Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo được dẫn động từ trục thu công suất qua trục các đăng và hộp giảm tốc.

Hình 1.5- Máy khoan hố trồng cây với dẫn động thủy lực 1.1.2 Ở Việt Nam

Ở nước ta hiện nay cũng nhập khá nhiều các loại máy khoan hố của cácnước trên thế giới, xong việc áp dụng và thử nghiệm vào điều kiện nước ta tỏ rakhông phù hợp do: Với máy cầm tay thì không phù hợp với thể lực người

Việt Nam, công suất nhỏ; Đối với máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéokhi tạo hố, thành hố bị miết làm ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng câytrồng Chính vì vậy trong những năm qua một số tác giả của trường Đại họcLâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy khoan hố trồng cây lắp saumáy kéo cỡ nhỏ 4 bánh và 2 bánh để thích ứng với điều kiện trồng rừng củanước ta như:

Năm 2002, kỹ sư Nguyễn Hồng Quang thực hiện đề tài: “Thiết kế máy

khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo BS-8” (hình 1.6).

Hình 1.6- Máy khoan hố trồng cây dùng nguồn động lực máy kéo BS-8

1- Mũi khoan; 2- Khớp nối; 3- Hộp giảm tốc; 4-Bánh đai bị động; 5- Trục lắp then hoa; 6- Trục rỗng; 7- Tay đòn; 8- Thanh; 9- Chốt; 10- Khớp nối; 11- Chốt trượt; 12- Rãnh dài hình chữ nhật; 13- Thanh; 14- Chốt; 15- Tấm; 16- Khung đỡ hộp giảm tốc; 17- Trục trung gian; 18- Puly đai trrung gian; 19-

Puly đai chủ động.

Máy có ưu điểm nhỏ gọn, khoan hố tốt nhưng có nhược điểm là rất khókhăn trong việc di chuyển máy trên địa hình đất Lâm nghiệp của nước ta, hơnnữa khả năng cơ động của LHM máy không cao

Năm 2005, kỹ sư Lưu Thùy Linh thực hiện đề tài: “ Thiết kế máy khoan

hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura” Sơ đồ nguyên lý máy khoan hố

trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura với dẫn truyền lực các đăng như hình1.7:

Hình 1.7- Máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo

Shibaura

1- Lưỡi khoan; 2- Hộp giảm tốc; 3- Khối nặng; 4- Trục các đăng; Tay đòn; 6- Mặt bích; 7- Thanh nối với hệ thống thủy lực; 8- Thanh nâng; 9- Thanh treo dưới; 10- Khung hộp giảm tốc.

5-Máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Shibaura đãkhắc phục được nhược điểm của máy khoan hố lắp trên máy kéo BS8 là dễdàng di chuyển trên địa hình đất Lâm nghiệp nhưng cũng có nhược điểm là:Khi khoan, mũi khoan gặp phải vật cản như gốc cây hay đá sẽ gây quá tải độtngột làm phá hỏng máy khoan Để khắc phục nhược điểm này người ta đãthay thế hệ thống dẫn động cơ khí bằng dẫn động thủy lực cho mũi khoan

Năm 2006, kỹ sư Nguyễn Thị Thắm thực hiện đề tài: “ Thiết kế máy

khoan hố trồng cây với dẫn động thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura” (hình

1.8)

Hình 1.8- Máy khoan hố trồng cây với dẫn động thủy lực lắp

trên máy kéo Shibaura

1- Mũi khoan; 2- Khớp nối; 3- Môtơ thủy lực; 4- Tay đòn; 5- Tay đòn nâng hạ; 6- Thanh; 7- Thanh treo dưới; 8- Khung môtơ thủy lực; 9- Bơm thủy

lực; 10- Giá chữ L; 11- Khớp; 12- Trục thu công suất; 13- Thùng dầu; Hộp van phân phối; 15- Đế hộp van phân phối; 16- Van an toàn; 17- Đường

Hình 1.9- Khảo nghiệm máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura

SD3000A với dẫn động thủy lực.

Máy có ưu điểm là dễ điều khiển, hố được tạo ra có phương thẳngđứng Tuy nhiên máy vẫn chưa tận dụng được hết công suất của máy kéo, hệthống thủy lực làm việc liên tục và không có hệ thống làm mát dẫn đến dầuthủy lực nóng làm giảm hiệu suất khoan hố hoặc không khoan được hố, khôngphù hợp khi khoan hố ở những nơi đất dốc

1.1.3 Kết luận chương 1

Trên thế giới, máy khoan hố trồng cây được sử dụng rất phổ biến vớinhiều chủng loại khác nhau để cơ giới hóa khâu làm đất trồng rừng, loại cầmtay (một người điều khiển và loại hai người điều khiển) và loại lắp trên máykéo (dẫn động bằng cơ khí và loại dẫn động bằng thủy lực)

Ở nước ta, trong những năm gần đây được sự quan tâm của nhà nước

đã có một số công trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo và thử nghiệm máy khoan hốtrồng cây lắp trên các máy kéo cỡ nhỏ để làm đât trồng rừng, cụ thể: Máy khoan

hố trồng cây (dẫn động cơ khí và loại dẫn động thủy lực lắp trên máy kéo BS8 –

Đề tài do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì); Máy khoan hố trồng cây dẫn độngthủy lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 3000A – Đề tài

- Bộ phận làm việc chủ yếu của máy khoan hố là lưỡi khoan, kết cấu vàkích thước hình học của nó quyết định đến chất lượng và năng suất làm việccủa máy khoan Việc nghiên cứu thiết kế nó của các công trình thiết kế từtrước tới nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để lựa chọn là chủ yếu Vì vậy cầnthiết phải có những nghiên cứu cơ bản để xác định thông số cấu tạo tối ưucũng như lực ấn cần thiết khi nó làm việc sao cho chi phí năng lượng chokhoan hố là tối thiểu và năng suất đạt cực đại.

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

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về cấu tạo và chế độ làmviệc của máy khoan hố lắp trên máy kéo Shibaura 3000A đến mô men cản trêntrục lưỡi khoan và năng suất khi làm việc Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việcthiết kế cải tiến lưỡi khoan và chọn chế độ sử dụng liên hợp máy hợp lý

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Trong những năm gần đây, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo bốn bánh

cỡ vừa và nhỏ từ Nhật Bản để phục vụ sản xuất nông nghiệp như Shibaura,Kubota… Các loại máy kéo này là kiểu máy kéo lớn thu nhỏ, có nhiều tính năng

tốt như công suất trung bình, tiết kiệm nhiên liệu , giá cả vừa phải và đặc biệt

là máy có hai cầu chủ động nên có khả năng bám tốt…

Trên cơ sở tận dụng nguồn động lực sẵn có và phát huy tính năng tác dụngcủa loại máy kéo đó để phục vụ sản xuất lâm nghiệp, đẩy mạnh công tác cơ giớihoá khâu làm đất trồng rừng Năm 2006, PGS-TS Nông Văn Vìn -Trường Đạihọc Nông nghiệp I - Hà Nội, thực hiện đề tài cấp nhà nước KC 07 - 26 đã thiết

kế chế tạo máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura-3000A với dẫnđộng thuỷ lực Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công LHMgồm máy kéo Shibaura 3000A (4x4) với thiết bị khoan hố phục vụ trồng

rừng được lắp trên hệ thống treo của máy kéo Khi khoan hố, mô men quayđược truyền từ động cơ thủy lực qua hộp giảm tốc bánh răng côn đến làmquay trục mũi khoan, lực ấn lưỡi khoan vào đất được thực hiện nhờ xi lanhthủy lực của hệ thống nâng hạ lắp sau máy kéo

Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu như đã nêu ở trên thì đối tượngnghiên cứu vấn đề này rất rộng Riêng các loại lưỡi khoan dùng để khoan hốhiện naycó tới trên 10 dạng khác nhau như: Dạng lưỡi khoan xoắn rộng, xoắnhẹp, dạng cánh nâng, dạng lưỡi thìa, dạng khung, dạng lò so mũi xoắn, dạngkhoan nông cánh rộng Trong mỗi dạng lại có nhiều loại khác nhau ( khoan lỗrộng, khoan lỗ trung bình, khoan lỗ hẹp ) loại đất để nghiên cứu cũng có rấtnhiều Chọn đối tượng nghiên cứu chính là chọn dạng lưỡi khoan và chọn đất

để tiến hành làm thực nghiệm

2.2.1 Giới thiệu máy kéo Shibaura-3000A

Máy kéo Shibaura-3000A là loại máy kéo 4 bánh do Nhật Bản sảnxuất được nhập vào nước ta để phục vụ sản xuất nông nghiệp Máy có kếtcấu đơn giản, ổn định, dễ sử dụng, thích hợp với mọi loại đất: Ruộng khô,ruộng nước, vườn cây ăn quả, trang trại lâm nghiệp Máy có thể sử dụng vớinhiều mục đích khác nhau, có thể lắp: Cày chảo, máy phay, rơmooc Ngoài ra

có thể làm động lực tĩnh cho các loại máy tuốt lúa, máy bơm nước, máy phátđiện và nhiều máy khác Không chỉ phù hợp với hoạt động nông nghiệpthuần tuý, máy còn có thể dùng cho các họat động sản xuất lâm nghiệp vì nóđáp ứng được yêu cầu làm việc trên nhiều vùng địa hình thoải Việt Nam

Máy kéo Shibaura-3000A có 4 bánh chủ động gồm hai phần chính làđộng cơ và hệ thống truyền lực Động cơ của máy là động cơ Điêzel, côngsuất 30 mã lực Hệ thống truyền lực gồm côn ma sát, hộp số, truyền lực trungương, hộp vi sai

Máy kéo có khả năng làm việc tốt, tiêu thụ năng lượng thấp, kíchthước nhỏ gọn, phù hợp với diện tích canh tác nhỏ và điều kiện đường xá ởnông thôn.

Hình 2.1 Hình dáng bên ngoài của máy kéo Shibaura-3000A

Một số thông số và đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura-3000A cho

ở (bảng 2.1) và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực (bảng 2.2)

Bảng 2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura-3000A

- Khoảng sáng cầu sau (h2) 393 mm

- Trên cầu trước (G1) 650 kg (z1=6.380N)

- Công suất động cơ: 30 mã lực

- Trục thu công suất: Bố trí đằng sau máy, chúng có 4 tốc độ tuỳ theo

tỷ số truyền và tốc độ quay của động cơ

- Cơ cấu treo: Bố trí phía đằng sau máy

- Hệ thống thuỷ lực:Dùng cho cơ cấu nâng hạ lắp phía sau máy kéo

2.2.2 Giới thiệu liên hợp máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo

+ Lưu lượng riêng bơm: 50 cm3/vòng

- Động cơ thuỷ lực (mô tơ thuỷ lực): + Mã hiệu OMP-50, do Italia chế tạo + Công suất: 10KW

+ Số vòng: 500v p

+ Lưu lượng riêng: 50cm3/vòng

+ Áp suất lớn nhất: 140 KG/cm2 - Xi lanh thuỷ lực

- Van phân phối có thể điều khiển được chiều quay của trục bơm nhằm giúp cho thoát tải dễ dàng khi lưỡi khoan bị mắc vào rễ cây (cần quay ngựơc lại).

Chiều cao lưỡi khoan H = 0,6m.

+ Góc cắt trước của lưỡi cắt 0 = 400

+ Góc cắt sau của lưỡi cắt 0 = 150

+ Góc cắt trượt của cạnh sắc = 300 – 400

+ Mũi khoan ở tâm: Có dạng một “ngòi bút”, với hai nhánh xẻ sang hai bên Đường kính mũi tâm D = 80mm

+ Góc cắt sau của mũi tâm từ 5 – 100

+ Khoảng cách H2 giữa đầu mũi khoan ở tâm đến cạnh sắc theo chiều trục khoan là H2 = 80mm

+ Việc nối trục mũi khoan ở tâm với trục khoan được thực hiện nhờ mối ghép then và chốt hãm

Hình 2.2: Lưỡi khoan có lưỡi cắt đáy hố và mũi tâm

Sơ đồ nguyên lý truyền động cho lưỡi khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura SD 3000A:

3 - Bơm thuỷ lực; 4 - Van an toàn; 5 - Van phân phối; 6 - Động cơ thuỷ lực;7

- Hộp giảm tốc; 8 - Trục khoan; 9 - Thùng dầu.

Truyền động cho trục máy khoan là nhờ động cơ thuỷ lực Bơm thuỷlực (3) được nhận chuyển động từ trục thu công suất của máy kéo qua khớpnối Bơm thuỷ lực hút dầu từ thùng chứa, dầu thuỷ lực được đưa đến động cơthuỷ lực (6) và các xi lanh thuỷ lực nhờ các đường ống và được điều khiểnnhờ van phân phối loại ngăn kéo (5) lắp trên ca bin của máy kéo

Chuyển động quay của trục máy khoan được thực hiện nhờ động cơ thuỷ lực

và một hộp giảm tốc 1 cấp Động cơ thuỷ lực và hộp giảm tốc cùng với máykhoan được lắp trên một giá trượt Chuyển động nâng lên hạ xuống của giátrượt để tạo lực khoan hố cũng như đưa lưỡi khoan lên khỏi lòng hố đượcthực hiện nhờ một xi lanh thuỷ lực Toàn bộ cụm giá trượt và xi lanh thuỷ lựcnâng hạ máy khoan được lắp trên cơ cấu treo của máy kéo Cơ cấu treo vốn

có của máy kéo chỉ được sử dụng để nâng hạ toàn cụm máy khoan hố từ tưthế khoan sang tư thế vận chuyển và ngược lại Toàn bộ sơ đồ cụm của hệthống truyền động cho máy đào hố được thể hiện ở hình 2.4 Nhờ sử dụng hệthống truyền động thuỷ lực, kết cấu của máy sẽ đơn giản hơn nhiều so vớikhi sử dụng hệ thống truyền động cơ khí như trên các liên hợp máy trướcđây Toàn bộ hệ thống thuỷ lực được bố trí đằng sau máy

Nguyên lý hoạt động của máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéoShibaura-3000A:

Dầu có áp suất do bơm cung cấp qua hộp van phân phối tới mô tơthuỷ lực được chuyển thành mô men quay trên trục của mô tơ thủy lực nhờ

mô tơ thuỷ lực làm cho mũi khoan chuyển động quay tròn cắt đất

Hành trình đi lên của máy khoan nhờ bộ phận treo sau, nó được nâng

hạ nhờ hệ thống thuỷ lực của máy kéo Để nâng lưỡi khoan lên ta gạt cầnđiều khiển của hệ thống thuỷ lực từ vị trí trung gian về vị trí nâng làm cho hệthống treo sau máy kéo cùng với máy khoan hố từ từ được nâng lên

Hành trình đi xuống của máy khoan nhờ trọng lượng bản thân củakhung máy, của mô tơ thuỷ lực và lực ấn của xi lanh thủy lực Sau khi khoanđạt chiều sâu quy định, gạt cần điều khiển của hệ thống thuỷ lực về vị trínâng làm cho hệ thống treo sau cùng lưỡi khoan đi lên khỏi mặt đất

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số thuộc cấu tạo lưỡikhoan và chế độ làm việc đến chi phí năng lượng của liên hợp hợp máy khilàm việc ở một loại đất cụ thể

2.4 Nội dung nghiên cứu

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Với đối tượng nghiên cứu đã chọn, để đạt được mục tiêu đề ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:

- Nghiên cứu lựa chọn loại lưỡi khoan phù hợp

- Nghiên cứu động học và động lực học lưỡi khoan khi làm việc

- Tính toán lựa chọn, thiết kế kết cấu hình học lưỡi khoan

- Tính toán chi phí năng lượng khi khoan hố

- Tính toán mô men cản trên trục lưỡi khoan

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số thuộc cấu tạo lưỡi khoan vàchế độ làm việc đến chi phí năng lượng (mô men cản trên trục lưỡi khoan) vànăng suất lao động khi khoan hố

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Lý thuyết cơ học chất điểm (chuuyển động của hạt đất khi khoan )

- Sử dụng lý thuyết đồng dạng – Mô hình và thứ nguyên để xây dựng mô hìnhthiết kế chế tạo lưỡi khoan thí nghiệm

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mô men cản trên trục lưỡi khoan và năng suất đối với máy khoan hố, đó là:

Tốc độ trục lưỡi khoan;

Loại lưỡi khoan (mũi định tâm, lưỡi cắt, cánh nâng đất…)

Các thông số cấu tạo lưỡi khoan (góc trước, góc sau, góc sắc …)

Lực ấn lưỡi khoan vào đất

Độ chặt của đất

Ta không thể nghiên cứu mức độ ảnh hưởng đồng thời của tất cả cácyếu tố được mà cần phải lựa chọn những yếu tố chính và loại bỏ những yếu tốkhông cần thiết

Để lựa chọn những yếu tố chính có thể sử dụng phương pháp thu thậpthông tin qua các tài liệu tham khảo, tìm hiểu ý kiến của các chuyên gia cókinh nghiệm về vấn đề nghiên cứu hoặc tiến hành thực nghiệm thăm dò…Chúng tôi đã lựa chọn được một số yếu tố chính và ký hiệu các yếu tố nhưsau:

n - tốc độ trục lưỡi khoan (v/p);

Các thông số cấu tạo lưỡi khoan:

s - lượng ăn dao, (mm)

- góc trước (độ),

- góc sau, (độ)

F - lực ấn lưỡi khoan vào đất (N)

Những thông số cần xác định:

Mô men cản trên trục lưỡi khoan, (Nm)

Năng suất khoan hố (hố/ ca)

Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến mô men cản vànăng suất khi khoan hố chúng tôi áp dụng phương pháp sau:

a/, Phương pháp mô hình - đồng dạng:

Để tiến hành các thí nghiệm xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu

tố đến mô men cản trên trục của lưỡi khoan, chúng tôi xây dựng mô hình thựcnghiệm dựa trên phương pháp lý thuyết mô hình - đồng dạng Mô hình đượcxây dựng trên cơ sở của lý thuyết mô hình - đồng dạng và thứ nguyên

Mô hình hoá được xây dựng trên cơ sở đồng dạng vật lý, nghĩa là giữa

mô hình máy khoan tay và máy khoan lắp sau máy kéo shibaura có cùng hiệntượng vật lý

Đồng dạng vật lý bao gồm: Đồng dạng hình học, đồng dạng tĩnh học và đồng dạng động học,

+ Đồng dạng tĩnh học

Dùng cho các ngoại lực, khi ngoại lực đó đặt lên mô hình và vật thực

là như nhau đối với trục toạ độ

Điều kiện của đồng dạng tĩnh học là:

L0

L M

Nếu mô hình có xét đến sự biến dạng do kết quả của ngoại lực thì biến dạng tương đối giữa mô hình và vật thựcphải bằng nhau , nghĩa là:

0 =M

Theo Hooke thì 1= R0

E M

F M

F M

R M

E M

F M

b/ Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố

Thực nghiệm đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng riêng của từngyếu tố đến thông số đầu ra, qua đó thăm dò được mức biến thiên , khoảng biếnthiên thích hợp cho từng yếu tố riêng biệt làm cơ sở cho phương pháp nghiêncứu thực nghiệm đa yếu tố

Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố nhằm xác định mức độ ảnh hưởngcủa các yếu tố hình học của lưỡi khoan và chế độ làm việc đến mô men xoắntrên trục của mũi khoan,năng suất, để làm cơ sở cho việc lựa chọn, cải tiến và

sử dụng chúng một cách hợp lý phục vụ khâu làm đất trồng cây

Nguyên tắc chung của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

là cố định các yếu tố khác, thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu

tố biến thiên đó tới thông số mục tiêu, qua đó thăm dò được khoảng nghiên

cứu cho phép của mỗi yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trịcủa thông số mục tiêu.

Quá trình thực nghiệm đơn yếu tố tiến hành theo các bước sau:

- Thực hiện đo lường các đại lượng, cụ thể là đo mô men cản, tốc độ trêntrục lưỡi khoan và năng suất khi khoan hố tương ứng với từng yếu tố ảnh hưởngthay đổi, với số lần lặp lại thí nghiệm n = 3 lần để đảm bảo xắc suất tin cậy là 90 -

95 %

- Sau khi thí nghiệm xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tớinăng suất và mô men cản trên trục mũi khoan và phân tích phương sai để xác định độtin cậy và tính thuần nhất của các phương sai trong quá trình thí nghiệm

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất như

sau:

- Tính tổng bình phương sai lệch giữa các tổng thể của mô men cản MC

và năng suất khoan hố Ng với tổng giá trị của Mci và Ngi ở mỗi lần đo, với số lầnlặp lại i = 1 - 3 ; j = 1- 5 và phương sai tổng thể được xác định như sau:

Tra bảng Fisher ( với = 0,05 ; f1= k - 1 ; f2 = N - k ) tìm được Fb sau đó

so sánh trị số F với giá trị Fb, nếu F < Fb thì S 2 là đáng kể và ảnh hưởng của yếu

yt

tố x là tin cậy.

- Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

Tính từng phương sai thí nghiệm ngẫu nhiên đối với thí nghiệm ở mỗi mức

biến thiên của yếu tố, kí hiệu S 2

Với giá trị theo bảng tiêu chuẩn Cohren Gb ( với = 0,05 ; f1= n - 1 ; f2 = k

) nếu G Gb thì các phương sai là đồng nhấtvà có số liệu thí nghiệm là đáng tincậy

Khi thực hiện phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố phải tuân theo cácquy tắc bố trí thí nghiệm và phải đảm bảo yếu tố ngẫu nhiên Việc xác địnhthứ tự thí nghiệm chúng tôi dùng cách rút thăm

+ Phương pháp xử lý số liệu

Việc sử lý số liệu được tiến hành theo các bước:

- Thực hiện đo lường các đại lượng lặp lại thí nghiệm n lần, để đảm bảo xác suất tin cậy lớn hơn hoặc bằng 95 %

- Sau khi thí nghiệm, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu

tố tới các thông số nghiên cứu Đánh giá tính thuần nhất của các 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

- Việc sử lý số liệu đo đạc được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học

c./ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố cho phép nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đầu ra.

Trong lĩnh vực cơ khí lâm nghiệp như thiết kế, chế tạo, sử dụng hay thửnghiệm , phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm đa yếu tố đóng vai trò hếtsức quan trọng Nhờ có phương pháp này mà ta giảm bớt được khối lượng thínghiệm, xác định được mức độ ảnh hưởng đầy đủ các yếu tố, tìm ra được môhình toán học phù hợp, đồng thời cũng cho những lời giải tối ưu của quá trình.

Quy hoạch thực nghiệm là phương pháp tổ chức và tiến hành thí nghiệmsao cho có thể nhận được lượng thông tin lớn nhất, đầy đủ nhất và chi phí ítnhất về vật liệu, thời gian, công sức

Quy hoạch thực nghiệm được xây dựng theo nguyên tắc” hộp đen” nghĩa

là đối tượng nghiên cứu là phần đóng kín “hộp đen“ trong đó diễn ra quá trình

mà nhà nghiên cứu chưa biết trước đượ

X1

Trong đó :

X1 Các yếu tố có thể kiểm tra và điều khiển được

Z Các yếu tố có thể kiểm tra được nhưng không điều khiển được

E: Các yếu tố không kiểm tra, điều khiển được (các yếu tố nhiễu) y1,

y2 yn Các thông số đầu ra

Do đó xây dựng mô hình toán học diễn tả tương quan giữa các tham sốđầu vào (yếu tố vào) với các tham số đầu ra (tham số ra) là nội dung chính củaquy hoạch thực nghiệm

Để thực hiện được nội dung trên, thường phải tiến hành một loạt các bài toán kế tiếp nhau mà ta gọi là các bước (hay các giai đoạn) sau:

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

2 Xây dựng nội dung thí nghiệm (giai đoạn tiền thực nghiệm)

3 Chọn phương án thích hợp cho thực nghiệm

4 Tổ chức thực nghiệm

5 Xử lý số liệu thực nghiệm

6 Phân tích và giải thích kết quả nhận được

+ Xây dựng nội dung thực nghiệm

Nội dung của bước này là xây dựng quy mô của bài toán mà cụ thể là đithí nghiệm cái gì? để làm gì ? trên cơ sở đó chọn các tham số vào và tham số

ra thích hợp, bước này rất quan trọng vì rằng số lượng các tham số vào vàtham số ra rất lớn (có khi lên tới hành chục, hàng trăm)

Nếu đưa tất cả các biến này vào nghiên cứu thì số lượng thí nghiệm sẽquá nhiều, vì thế phải tiến hành chọn những cái cơ bản nhất, quan trọng nhất,

để đạt được mục đích này người ta thường xếp hạng các biến số theo mức độquan trọng và chỉ quan tâm đến những tham số điều khiển được và có ảnhhưởng rõ nét Việc đánh giá ảnh hưởng nhiều hay ít của một tham số vàothường phải tiến hành bằng một loạt thí nghiệm ban đầu

Sau khi chọn được các tham số vào và ra, tiếp tục chọn vùng biến thiên(vùng xác định) của các biến đầu vào, thoả mãn điều kiện sau:

Ximin < Xi < Ximax ; (i = 1, 2, 3 ….n)Giá trị cố định của yếu tố trong một thí nghiệm gọi là mức của yếu tố

ấy Trong số các mức khác nhau của yếu tố quan trọng nhất là mức cơ sở (mứckhông) gọi là xi0

Sau cùng là chọn khoảng biến thiên Ii của biến thứ i, khoảng biến thiên

Ii được chọn sao cho mức trên và mức dưới đối xứng qua mức 0 và phải lớnhơn đáng kể so với sai số khi đo đạc các yếu tố đó

+ Chọn kế hoạch thực nghiệm

Nhiệm vụ chính của bước này là lập kế hoạch thực nghiệm sao cho cóthể nhận được biểu thức toán học biểu diễn quan hệ giữa các tham số ra với Yvới các tham số vào Xi (i = 1,2,3 …n) tức là Y = f(x1, x2, x3 …., xn) gọi làhàm tương quan hay hàm hồi quy ở dạng đa thức bậc nhất hay bậc hai nếu lấyhàm này ở bậc cao hơn thì sẽ kéo theo chi phí lớn để xác định nó Nếu hàmhồi quy là tuyến tính đối với mọi yếu tố vào thì nó có thể tìm bằng cách thựcnghiệm các yếu tố đầy đủ, viết tắt là (TYĐ)

Nếu hàm hồi quy là đa thức bậc hai thì sẽ chọn trong các phương pháp

kế hoạch bậc cao như kế hoạch kết cấu hài hoà từ tâm, kế hoạch trực giao, kếhoạch đối xứng bậc hai …

Theo Alder, nội dung của giai đoạn này bao gồm giải quyết tất cả cáccâu hỏi liên quan đến việc lậo nên bài toán, nhưng mục đích chủ yếu của nó làchọn các tham số vào và tham số ra thích hợp

Sau khi chọn được các tham số vào, tiếp tục chọn vùng biến thiên củacác yếu tố và vùng kế hoạch hoá của các thí nghiệm

Vùng thứ nhất được xác định từ tất cả các giá trị có thể của các yếu tố

x1 với i = 1, 2, 3 … m và vùng thứ hai được xác định bằng điều kiện để tổchức thực nghiệm Vùng kế hoạch hoá thực nghiệm biểu diễn một phần vùngbiến thiên của các yếu tố hoặc là vùng sai số

Tuy nhiên bài toán vùng kế hoạch hoá được đặt ra bằng các hạn chế:

Ximin < Xi < Ximax, i = 1, 2, 3 … m giá trị cố định của yếu tố thứ i trongmỗi thí nghiệm nào đó là mức của yếu tố đó Trong đó các mức khác nhau củayếu tố xi quan trọng nhất là mức cơ sở xio được tính toán theo công thức:

Khi khoảng biến thiên Ii phải lớn hơn đáng kể so với sai số x1 khi đo

đạc các yếu tố x1 Khi chọn Ii lớn có nguy cơ một số thí nghiệm không có

thông số chứa trong đó

Vậy Ii được chọn một cách thoả hiệp sau khi phân tích cẩn thận như ở

trên

Nhiệm vụ tiếp theo của bước này là chọn kế hoạch thí nghiệm thích

hợp, tức là chọn điều kiện để tổ chức thí nghiệm Khi ta không có thông tin sơ

bộ về dạng của mô hình toán học, ta nên dùng nguyên tắc kế hoạch hoá tuần

tự nghĩa là: Tổ chức một số không lớn thí nghiệm để nhận được dạng mô hình

toán học đơn giản nhất và nếu mô hình này tương thích thì thực nghiệm coi

như đã kết thúc thắng lợi

Nếu mô hình không dùng được chúng ta phải bổ sung thêm các thí

nghiệm mới và kế hoạch tương ứng cho đến khi nhận được mô hình toán học

Kế hoạch hoá bậc nhất có hai loại:

Thực nghiệm các yếu tố đầy đủ (Kí hiệu TYĐ) có số thí nghiệm N = 2m

Thực nghiệm các yếu tố rút gọn (Kí hiệu TYR) có số thí nghiệm N =

2m-p.

Trong đó: m – số yếu tố, P – Bậc rút gọn

Để xác định các hệ số bi (i = 1,2 …m) của loại mô hình này cần thiết

mỗi yếu tố biến thiên ít nhất trong hai mức: Mức trên được ký hiệu là +1, mức

dưới được ký hiệu là -1, Nếu kế hoạch bậc nhất không tương thích hành nhờ

kế hoạch hoá bậc hai Mô hình toán học bậc hai có hai dạng:

Hiện nay trong lý thuyết kế hoạch hoá thực nghiệm, các tác giả đã đưa

ra nhiều phương pháp khác nhau để xác định mô hình toán học (phương trìnhhồi quy) như là: kế hoạch tựa D – tối ưu kiểu Bm kế hoạch hoá Harly, kếhoạch hoá trực giao Bosk – Uyson, kế hoạch hoá bất biến quay Bosk –Hanter, kế hoạch hoá Perotrinski

Tuỳ theo yêu cầu, điều kiện cho phép khi thí nghiệm xây dựng mô hìnhtoán học mà ta có thể áp dụng một trong các phương pháp trên

+ Nội dung của phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm

+ Quy hoạch thực nghiệm bậc 1.

Để nhận được hàm hồi quy tuyến tính dạng

+ Quy hoạch thực nghiệm bậc 2

Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 được ứng dụng trong trường hợp nếuthấy việc kiểm tra sự tương thích của dạng tuyến tính không phù hợp, hoặc đãbiết rằng đối tượng nghiên cứu chủ yếu có đặc điểm phi tuyến tính Mô hìnhtoán học của quy hoạch thực nghiệm bậc 2 có dạng