BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

LÊ QUYẾT TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THƠNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC TƯƠI

Chun ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 92.52.01.03

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà nội, 2023


Luận án được hồn thành tại:
VIỆN CƠ ĐIỆN NƠNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Lê Sỹ Hùng
2. PGS. TS. Đỗ Hữu Quyết

Phản biện 1: PGS.TS. Lê Minh Lư
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Đình Tùng
Phản biện 3: PGS.TS. Lê Nguyên Đương

Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại

Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch
Vào hồi

giờ

phút, ngày

tháng

năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia và Thư viện Viện Cơ điện nông
nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch

Hà nội, 2023


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Cây lạc là cây lương thưc thực phẩm ngắn ngày, là một trong năm loại cây
chế biến dầu quan trọng trên thế giới. Tại nước ta cây lạc được trồng tại 61 trên
63 tỉnh và nhiều vùng chuyên canh đã hình thành trên cả nước với diện tích
khoảng 200-250 ngàn ha, sản lượng lạc gần 400 ngàn tấn/năm, trồng nhiều ở
Nghệ An, Bắc Giang, Đồng Nai, Tây Ninh vv.... mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Trong sản xuất cây lạc thì thu hoạch là khâu tốn nhiều lao động, chi phí lớn.
Với phương pháp thu hoạch lạc thủ công hiện nay, chi phí lao động từ 70 đến 75
cơng/ha (trong đó khâu bứt quả chiếm 60%). Hiện nay ở nước ta việc thu hoạch
lạc được thực hiện theo phương pháp nhiều giai đoạn, bao gồm đào nhổ, gom và
bứt quả tươi.
Những năm gần đây đã có nhiều mẫu máy máy bứt quả lạc đã được sản xuất

chấp nhận. Tuy nhiên các máy này được chế tạo theo dạng chép mẫu từ các máy
nhập từ nước ngoài hoặc theo kinh nghiệm mà không dựa trên các kết quả nghiên
cứu bài bản nào.
Do đó việc nghiên cứu một số thơng số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc
máy bứt quả lạc tươi phù hợp với phương pháp thu hoạch lạc ở Việt Nam, để làm
chủ cơng nghệ tạo ra các mẫu máy có mô đun khác nhau, giảm tổn thất phù hợp
với điều kiện chế tạo ở nước ta.
Với những phân tích như trên, việc thực hiện luận án: “Nghiên cứu một số
thông số chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận bứt quả lạc
tươi” là nội dung nghiên cứu có tính cấp thiết, phù hợp với u cầu của thực tiễn
sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Có được cơ sở khoa học quá trình bứt quả lạc tươi, xác định được một số
thơng số kỹ thuật chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc và chi phí năng lượng
của bộ phận đập, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy bứt quả lạc tươi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình xảy ra với khối cây-quả lạc
sau khi được đưa vào bộ phận bứt quả. Dưới tác động của bộ phận bứt, quả lạc
được bứt khỏi cây và được phân ly khỏi khối thân cây. Đây là một quá trình phức
tạp bao gồm những tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với khối cây- quả.


Có rất nhiều thơng số ảnh hưởng đến q trình này như: vận tốc quay của
trống, chiều dài trống, khe hở giữa răng trống và máng trống, khe giữa răng trống
và nắp trống; góc nâng gân dẫn hướng, kích thước và khoảng cách giữa các thanh
sàng, chiều cao và góc nghiêng của răng trống, v.v... Mục tiêu nghiên cứu của đề
tài là tìm hiểu mức độ và quy luật ảnh hưởng của các thơng số đó đến các chỉ tiêu
chất lượng và năng suất của bộ phận bứt quả như: độ sót, độ vỡ, chi phí cơng
suất… để chọn được bộ thông số phù hợp nhất

3.2. Phạm vi nghiên cứu:
Để có cơ sở tính tốn thiết kế bộ phận bứt của máy bứt quả lạc tươi, luận án
tập trung nghiên cứu sâu về q trình diễn ra trong buồng cơng tác, bao gồm quá
trình bứt quả lạc, quá trình di chuyển của khối thân quả và quá trình phân ly quả
nhằm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý làm việc và xác định thông số làm cơ sở
thiết kế ra các mẫu máy có mơ đun khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất
từng vùng tại Việt Nam. Với các giả thiết:
- Về động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập: là quá trính bứt quả
tại vùng nửa dưới của trống:
+ Coi khối lạc là chất điểm khi chuyển động trong buồng đập
+ Lực trọng trường rất nhỏ so với lực quán tính ly tâm tác dụng lên khối lạc
+ Cuống quả có chiều dài khơng đổi, nối bản lề với thân cây lạc và quả lạc
- Về quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng đập: là quá
trình chuyển động sau khi thoát ra khỏi vùng nửa dưới của trống (gồm 4 giai
đoạn): Luận án tập trung nghiên cứu giai đoạn 3 là giai đoạn vận chuyển cây lạc
theo chiều dọc trục. Giai đoạn này có ảnh hưởng rất quan trọng tới năng suất, độ
sót của máy.
- Giống lạc để nghiên cứu là giống lạc L20 được trồng phố biến tại Việt Nam
- Qua nghiên cứu các cơng trình trong và ngồi nước thực hiện cũng như qua
thử nghiệm sơ bộ, luận án thừa kế một số thơng số: đường kính trống, cấu tạo và
chiều dài răng đập, khe hở răng đập và sàng.
4. Nội dung nghiên cứu
ND1. Lựa chọn nguyên lý làm việc và kết cấu một số bộ phận bứt quả lạc
tươi.
ND2. Xây dựng mơ hình tốn q trình bứt quả lạc trong buồng đập


ND3. Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng của một số
thông số tới chất lượng làm việc, chi phí năng lượng riêng.
ND4. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và giải bài toán tối ưu bằng phương

pháp thương lượng có điều kiện, đề xuất các thơng số thiết kế chính máy thu bứt
quả lạc tươi.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng việc khảo sát mơ hình động lực học quá trình tương tác giữa quả lạc với
các thanh sàng của bộ phận bứt quả lạc tươi, thông qua lực căng T kéo đứt cuống
lạc đã xác định được vùng giá trị làm việc của các thông số: đường kính thanh
sàng  8 mm; số vịng quay của trống ≥ 500 vòng/phút và khoảng cách giữa các
thanh sàng  65 mm;
- Thơng qua khảo sát mơ hình động lực học q trình di chuyển khối cây lạc
trong khơng gian giữa trống và nắp trống của bộ phận bứt quả lạc tươi, bằng lý
thuyết đã xác định được: góc nghiêng của răng trồng   - 60; chiều cao răng
trống R  80 mm và khe hở nắp trống Rnap  100 mm;
- Thông qua cứu thực nghiệm đơn và đa yếu tố và giải bài toán tối ưu có điều
kiện, đã xác định các giá trị tối ưu của các thơng số chính: số vịng quay của trống
n, chiều dài trống L, lượng cung cấp q và chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h, đảm
bảo bộ phận bứt quả lạc tươi làm việc đạt chất lượng và hiệu quả cao;
- Kết quả nghiên cứu bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học về bộ phận bứt quả lạc
tươi nói riêng, máy thu hoạch lạc nói chung và cũng là tài liệu tham khảo hữu ích
trong lĩnh vực cơ khí nơng nghiệp.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đã góp phần hồn thiện một số thơng số về thiết kế và thông số về ứng dụng để
chế tạo máy bứt quả lạc tươi trong phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn.
Đã chế tạo bộ phận bứt quả lạc chiều dài trống đập L= 1,5 m; với vận tốc n=
600 vòng/phút; chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h= 218 mm được ứng dụng trong
sản xuất thực tế cho thấy độ sót dưới 1.02% và độ vỡ quả nhỏ hơn 10‰.
6. Những đóng góp mới của luận án
- Đề xuất nguyên lý và cấu tạo bộ phận bứt quả trên của máy bứt quả lạc tươi
- Xây dựng được mơ hình khảo sát động lực học của tâm đầu quả lạc và sự
thay đổi lực căng của cuống quả lạc trong quá trình va chạm với thanh sàng của

bộ phận bứt quả làm cơ sở cho việc xác định các thông số của bộ phận bứt quả lạc
- Xây dựng được mô hình và khảo sát hệ phương trình vi phân mơ tả chuyển


động của khối cây lạc khi trượt trên răng đập và khi “bay” trong khoảng không
giữa trống và nắp trống để đánh giá khả năng dịch chuyển của khối cây theo
phương dọc trục trong không gian làm việc của trống làm cơ sở lựa chọn các
thơng số hình học của bộ phận bứt quả và việc thiết kế máy bứt quả lạc tươi.
- Xây dựng được các phương trình hồi quy thực nghiệm đơn yếu tố, đa yếu tố
và giải bài tốn tối ưu để xác định các thơng số kết cấu và làm việc tối ưu của
máy tùy vào chiều dài trống khác nhau làm cơ sở cho việc thiết kế máy máy bứt
quả lạc tươi có các modun phù hợp.
- Tối ưu hóa một số thơng số để đối chứng với thực nghiệm
7. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu và 4 chương được trình bày trong 146 trang không
bao gồm tài liệu tham khảo và phụ lục.
- Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
- Chương 2. Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3. Cơ sở lý thuyết xác định một số thông số bộ phận bứt quả lạc
- Chương 4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Luận án sử dụng 72 tài liệu tham khảo, bao gồm: 22 tài liệu tiếng Việt; 31 tài
liệu tiếng Anh; 6 tài liệu tiếng Nga, Bungari và các tài liệu khác.
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Qua tổng hợp về tình hình sản xuất và cơ giới hóa thu hoạch lạc, phân tích
các cơng trình nghiên cứu và ứng dụng các máy thu hoạch lạc trong và ngồi
nước, chúng tơi nhận thấy:
Cây lạc được trồng khá phổ biến ở 62 trên 64 tỉnh của Việt Nam, gồm các bộ
phận chính lá, thân, rễ, quả và quả lạc liên kết với thân qua cuống. Hiện nay
phương pháp thu hoạch lạc nhiều giao đoạn là phù hợp với điều kiện canh tác ở

nước ta.
Nhiều loại máy bứt quả lạc tươi đã được ứng dụng ở Việt Nam, nhưng có rất
nhiều nguyên lý và công suất rất khác nhau đặc biệt là bộ phận bứt nên rất khó
lựa chọn và ứng dụng rộng rãi. Do vậy cần nghiên cứu các mẫu máy bứt quả lạc
tươi phù hợp cho thu hoạch nhiều giai đoạn có modun khác nhau và làm việc
trong điều kiện canh tác khác nhau.
Đã có nhiều nghiên cứu về bộ phận bứt và chủ yếu được ứng dụng cho cây
lúa. Các nghiên cứu đã đi sâu vào chuyển động của khối cây khi đi vào buồng đập
tới khả năng làm việc của máy. Tuy nhiên do đặc tính cơ lý của cây lạc và lúa


khác nhau rất nhiều và điều kiện bứt hạt, quả cũng khác nhau nên các nghiên cứu
này không thể trực tiếp ứng dụng được cho bộ phận bứt quả lạc.
Các kết quả nghiên cứu về máy thu hoạch lạc chủ yếu ở dạng kết quả khảo
nghiệm với các máy cụ thể. Qua các tài liệu trong và ngoài nước, chưa thấy có
các nghiên cứu sâu về q trình tương tác giữa các răng bứt với khối cây-quả
trong không gian đập cũng như nghiên cứu đồng bộ các thông số kết cấu và động
học tới quá trình bứt quả lạc. Điều này đặt ra yêu cầu cần phải có nghiên cứu sâu
hơn về bộ phận bứt quả lạc nhằm giảm độ sót và vỡ quả, tăng hiệu quả kinh tế
cho cơng đoạn này.
Một số kết quả nghiên cứu của tác giả trong và ngồi nước đã đưa ra một số
thơng số khi thiết kế máy: Trống đập cho lạc thường là trống dạng khung, khơng
có mặt trống, khơng có phần tiếp nhận đầu trống, các thanh trống thường song
song với trục; số chu kỳ khối cây phải chuyển động quanh trục trống theo kết cấu
gân trên nắp trống, khối cây chuyển động quanh trục trống khoảng 4 đến 7 vòng
trước khi được đưa ra khỏi trống; đường kính thanh trống và răng trống 12 mm ;
Chiều cao răng khoảng từ 60-80 mm. Khe hở giữa đỉnh răng và nắp trống khoảng
15 mm, Góc nâng của gân dẫn hướng thường được chọn trong khoảng 20-50o.
1.2. Đề xuất cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận bứt quả lạc tươi
Qua phân tích tổng quan về các bộ phận bứt quả lạc trong nước và trên thế

giới, nhóm nghiên cứu lựa chọn nguyên lý đập dọc trục cho bộ phận bứt quả lạc
tươi. Cấu tạo của bộ phận bứt quả lạc tươi được thể hiện trên hình 1.1.

Hình 1.1. Bộ phận bứt quả lạc tươi
1. Trục trống; 2. Thanh trống; 3. Răng trống; 4. Mặt bích;
5. Nắp trống; 6- Máng trống; 7. Giá cấp liệu; 8. Khung máy.
Cụm trống (phần quay) bao gồm trục trống 1 hai mặt bích 4 và bốn thanh
trống 2 có hàn các răng trống 3. Trống được bao phía dưới bởi máng trống 6 và
phía trên bởi nắp trống 5. Mặt trong nắp trống có hàn các gân dẫn hướng có tác


dụng điều chỉnh chuyển động của khối cây theo phương dọc trục. Kết cấu cụ thể
các cụm máy của bộ phận bứt quả sẽ được trình bày chi tiết trong chương 2.
+ Luận án chỉ tập trung nghiên cứu sâu động lực học quá trình bứt quả lạc,
quá trình dịch chuyển dọc trục của khối thân quả và phân ly quả trong bộ phận
bứt quả lạc nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số thơng số chính như: Đường
kính thanh sàng; Khoảng cách giữa thanh sàng; Vận tốc quay của trống bứt; Góc
nghiêng của răng đập; Chiều cao răng đập; Khe hở nắp trống (bước dịch chuyển
khối lạc). Các thông số trên là cơ sở để thiết kế và cấu tạo các bộ phận bứt quả lạc
tươi.
1.3. Định hướng nhiệm vụ nghiên cứu tiếp theo
Nhiệm vụ nghiên cứu tiếp theo của luận án là tiếp tục nghiên cứu các thông số
có ảnh hưởng đến q trình làm việc của bộ phận bứt quả lạc như đường kính
trống, khe hở trống máng vv, và các bộ phận khác trên máy thu hoạch lạc như
sàng lắc, quạt phân ly vv để công trình được hồn thiện hơn.
Chương 2
ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình xảy ra
với khối cây-quả lạc sau khi được đưa vào bộ phận bứt quả. Dưới tác động của bộ
phận bứt, quả lạc được bứt khỏi cây và được phân ly khỏi khối thân cây. Đây là

một quá trình phức tạp bao gồm những tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với
khối cây- quả.
2.2. Vật liệu nghiên cứu
2.2.1. Vật liệu thí nghiệm
- Cây lạc được trồng đại trà tại Việt Nam giống L20
- Khi thí nghiệm: Độ ẩm trung bình của thân cây lạc: 71.82% -72.93% ; độ
ẩm trung bình của quả lạc: 50,21% -52.35%.
- Các giá trị các lực phân tích tính tốn chúng tơi lựa chọn như sau: Lực gây
bứt quả lạc: 16,76 N; Lực gây vỡ quả lạc: 100 N.
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Dàn thí nghiệm bao gồm các bộ phận cơng tác chính: Bộ phận bứt quả lạc
(1), bộ phận cấp liệu (2), động cơ điện (3) và hệ thống đo lường (4), (hình 2.1).
Bộ phận bứt quả lạc được truyền động từ động cơ điện 3 pha có thể thay đổi
được tốc độ qua bộ truyền Puly, băng tải cấp liệu được truyền động bởi động cơ
điện thông qua bộ phận truyền động xích với tỷ số truyền 1:1. Cây lạc được dàn
đều với các lượng cung cấp đã được định trước trên băng chuyền qua cửa nạp liệu


vào bộ phận bứt quả. Khối cây lạc dịch chuyển dọc trục và quả lạc được bứt rơi
xuống các ngăn của khay thu quả từ ngăn 1 đến ngăn 4 đặt dưới máng sàng của
trống cho phép thu lại tất cả lượng quả đã được bứt và phân ly trong buồng đập.
Tồn bộ các phần sinh khối cây lạc cịn lại (thân, lá, quả sót...) sẽ ra tại cửa thốt
liệu và được thu lại vào ngăn số 5.

1- Bộ phận bứt quả lạc; 2- Băng tải cấp liệu; 3- Động cơ điện; 4- Hệ thống đo;
N1…N4- Các ngăn thu quả dưới sàng; N5- Cửa thốt liệu.
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí dàn thí nghiệm bộ phận bứt quả lạc
2.3. Các phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được dựa trên nguyên tắc chung của các

phương pháp lập và giải các bài toán trong cơ học như tĩnh học, động học, động
lực học trên cơ sở các định luật, nguyên lý, ... Từ đó lập được các phương trình
cân bằng của hệ và các phương trình vi phân chuyển động tương đối của cây lạc
trong hệ tọa độ Descartes, hệ tọa độ cực. Sử dụng các biến đổi toán học để đưa
các phương trình về dạng đơn giản và tìm lời giải, từ các điều kiện biên xác định
các hằng số tích phân.
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
a. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố để xác định khoảng nghiên cứu,
khoảng biến thiên, mức biến thiên thích hợp. Trong nghiên cứu thực nghiệm đơn
yếu tố cần cố định các yếu tố khác, chỉ thay đổi một yếu tố duy nhất để xác định
ảnh hưởng của riêng yếu tố này đến thông số ra. Khoảng biến thiên và mức cơ sở
được xác định qua kết quả nghiên cứu lý thuyết và qua thí nghiệm thăm dị trên
các mơ hình nghiên cứu, mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần.


Kết quả được tính tốn và sử lý theo chương trình máy tính Table curve.
Mức ý nghĩa của hệ số hồi quy được kiểm tra theo tiêu chuẩn Student và tính
tương thích của mơ hình tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher. Dựa vào phương
trình thực nghiệm và đồ thị cho phép đánh giá, phân tích mức độ ảnh hưởng của
từng yếu tố tới hàm chỉ tiêu để đưa vào thực nghiệm đa yếu tố.
b. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố
Căn cứ vào nhiệm vụ nghiên cứu đã đặt ra trong chương I của luận án, mục
tiêu nghiên cứu thực nghiệm là nhằm xác định ảnh hưởng của một số yếu tố vào
tới các thông số ra của bộ phận đập trong máy bứt quả như tỷ lệ sót, tỷ lệ vỡ, chi
phí năng lương. Thơng qua nghiên cứu thực nghiệm sẽ xác định chế độ tối ưu của
bộ phận bứt quả lạc. Mơ hình bài tốn tối ưu được thể hiện trên hình 2.2.

Hình 2.2. Mơ hình bài tốn của bộ phận bứt quả lạc
c. Các phần mềm sử dụng trong luận án

1. Đơn yếu tố sử dụng phần mềm tablecurve
2. Đa yếu tố sử dụng chương trình do Viện cơ điện nơng nghiệp và cơng
nghệ sau thu hoạch trên nền phần mềm Matlap
3. Tối ưu sử dụng phần mềm Matlap
Đây là một lớp bài toán tối ưu cổ điển “tối ưu hàm tuyến tính hoặc bậc 2 với
ràng buộc bậc 2” (Linear or Quadratic Objective with Quadratic Constraints)
được trình bày kỹ trong matlab.
2.3.3. Phương pháp xác định các yếu tố vào và thông số ra
2.3.3.1. Phương pháp xác định các yếu tố vào gồm: Vận tốc quay của trống n,
(v/phút); lượng cung cấp q, (kg/s); Chỉ số góc nâng gân dẫn hướng h (mm); chiều
dài trống L (mm).
2.3.3.2. Phương pháp xác định các thông số ra (các chỉ tiêu) gồm các phương
pháp: xác định độ sót , (%); xác định độ vỡ , (‰); xác định chi phí cơng suất
N (kW).
Chương 3:
KẾT QUẢ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ
CỦA BỘ PHẬN BỨT QUẢ LẠC


3.1. Động lực học quá trình bứt quả lạc trong buồng đập
3.1.1. Mơ hình kết cấu bộ phận bứt quả lạc
Bộ phận bứt quả lạc lắp trên dàn thí nghiệm có cấu tạo thể hiện trên hình 3.1,
bao gồm khung máy 1, máng trống 2, trục trống 3 và nắp trống 4. Trục trống 3
gồm có trục tâm và bốn thanh trống 5, trên thanh trống có hàn các răng trống 6
(hình 3.1).

Hình 3.1. Bộ phận bứt quả lạc lắp trên dàn thí
nghiệm

Hình 3.2. Sự phân vùng trong

khơng gian trống

1- Khung máy; 2- Máng trống; 3- Trục trống;
4- Nắp trống (cắt một phần).5- Thanh trống;
6- Răng trống; 7- Bánh đai.

1- Nắp trống; 2- Máng trống;
3- Cụm trống; C- Khối lạc
A- Vùng trống - nắp
B- Vùng trống - sàng

Có thể chia khơng gian trống thành 2 nửa (hình 3.2): nửa dưới là vùng giữa
trống và sàng (vùng trống- sàng) và nửa trên là vùng nằm giữa trống và nắp trống
(vùng trống- nắp).
Tại vùng trống-nắp, chuyển động của khối cây-quả là chuyển động trượt tựa
trên nắp trống sau khi bay khỏi thanh trống (hình 3.2)….
Tại vùng trống- sàng, khối cây-quả vừa chuyển động quay quanh trục trống
vừa có chuyển động theo phương dọc trục do tác dụng đẩy- kéo trực tiếp của các
thanh trống và các ngón đập. Trong vùng này, có 2 khả năng gây ra hiện tượng
bứt quả lạc:
- Quả lạc được bứt nhờ va đập trực tiếp với răng trống và thanh trống;
- Quả lạc được bứt khi văng ra và va đập vào các thanh sàng.
Khả năng thứ nhất: có xác suất xảy ra thấp do số thanh trống và răng trống
bố trí trên trống đập khá thưa, không gian giữa trống và máng trống, khi này giữa
các quả lạc và các răng trống có vận tốc gần như bằng nhau nên khơng có khả
năng bứt quả theo khả năng thứ nhất (va đập trực tiếp với thanh trống hoặc răng
trống) nữa.


Theo khả năng thứ hai: quả lạc có xu hướng dịch chuyển ra xa tâm trống

trong không gian giữa 2 thanh sàng do ảnh hưởng của lực quán tính ly tâm, khi
đầu quả lạc va chạm với thanh sàng, quả lạc sẽ bị giữ lại và nhờ đó giật đứt cuống
củ lạc. Trường hợp bất lợi nhất là khi quả lạc va chạm với thanh sàng trong trạng
thái ”bay” tự do mà khơng bị các thân cây đè chặn phía trên. Chúng tơi sẽ xem
xét q trình va chạm giữa quả lạc và thanh sàng trong trường hợp này (hình 3.3).

Hình 3.3. Quá trình bứt quả lạc do thanh sàng
a) Khi quả lạc bắt đầu rời khỏi thanh sàng trước; b) Quả lạc bay trong
không gian giữa hai thanh sàng; c) Khi quả lạc va chạm với thanh sàng sau.
1- Quả lạc; 2- Cuống quả; 3- Thanh sàng.
3.1.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân mơ tả q trình bứt
Xây dựng hệ tọa độ XOY cho khối lạc với các giả thiết:
- Cuống quả có chiều dài khơng đổi, nối bản lề với thân cây tại điểm A và
nối với quả tại điểm B
- Coi quả lạc là có kích thước không đổi và trọng tâm M của quả lạc nằm
cách điểm B một khoảng là lq
- Khối cây lạc quay quanh trục trống bằng với vận tốc quay của thanh trống
Ta sẽ xem xét quá trình quả lạc chuyển động giữa hai thanh sàng trên sơ đồ
thể hiện trên (hình 3.4).

Hình 3.4. Quá trình chuyển động của
quả lạc giữa 2 thanh sàng; 1- Cuống
quả. 2- Quả lạc;

Hình 3.5. Sơ đồ mô tả va chạm
của quả lạc vào thanh sàng


Phương trình chuyển động của quả lạc có dạng:
mq .xm = T . cos  c

mq .ym = T . sin  c

(3.2)

J q .q = −T . sin( q −  c ).lq

T – Lực căng của cuống quả lạc

c - Góc của cuống quả lạc so với phương nằm ngang;
q - Góc quay của quả lạc so với phương nằm ngang.
lq – Khoảng cách từ trọng tâm quả lạc tới cuống (điểm B).
Sau biến đổi ta được phương trình ta được :
l c .c + l q . cos( q −  c )q = Rt . 2 . sin(  c −  ) − l q . q2 . sin(  c −  q )
l q ..q . sin( q . −  c ) −
Jq
mq

.q +

T
2
= Rt . 2 . cos( −  c ) − l c .c − l q . q2 . cos( q −  c )
mq

(3.10)

T
. sin( q −  c ).l q = 0
mq


Từ phương trình (3.10) và theo lý thuyết tiếp xúc- va chạm H. Hertz về biến
dạng đàn hồi giữa một hình cầu và một hình trụ có tính đàn hồi, đồng nhất và
đẳng hướng [31] ta thu được hệ phương trình:
l c .c + l q . cos( q −  c )q =
l q ..q . sin( q . −  c ) −

Px + F fx
mq

. sin  c −

Py + F fy
mq

. cos  c + Rt . 2 . sin(  c −  ) − l q . q2 sin(  c −  q )

Py + F fy
T Px + F fx
2
=
. cos  c +
. sin  c + Rt . 2 . cos( −  c ) − l c .c − l q . q2 . cos( q −  c ) (3.24)
mq
mq
mq

J q .q = −T . sin( q −  c ).l q + d r .P + d t .F f

Phương trình (3.24) trên có thể giải bằng phương pháp Runge-Kutta trên cơ
sở phần mền Matlab và qua đó xác định được lực T làm cơ sở đánh giá khả năng

bứt quả.
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình bứt quả
Sử dụng phần mềm Matlab [55],[18], giải hệ phương trình (3.24), với các
thơng số ở mức cơ sở, ta thu được các kết quả thể hiện quỹ đạo chuyển động của
tâm đầu quả lạc (hình 3.6) và sự thay đổi lực căng cuống quả theo thời gian (hình
3.7).
Mức cơ sở của các thơng số chọn như sau:
Số vịng quay trục trống: nq =400 v/ph; Đường kính thanh sàng Ds= 2.rs=
8mm; Chiều dài cung giữa 2 thanh sàng: ls =60 mm
Modul đàn hồi của thép Et=2.1011; (Pa); Modul đàn hồi của quả lạc Ee =
1.106 (Pa).


Hệ số ma sát tĩnh ftq và động fdq của quả lạc với thép: ftq= 0,46; fdq= 0,35;

Hình 3.6. Quỹ đạo tâm đầu quả lạc

Hình 3.7. Lực căng T theo thời gian

Ảnh hưởng của các thơng số hình động học đến lực căng T max trên cuống
quả và lực va đập lớn nhất Pmax được thể hiện trên các hình 3.8, 3.9, 3.10.
Từ dây, để tiện thể hiện mối quan hệ giữa hàm số (ví dụ A), biến số (B) và
tham số (C) ta sử dụng cụm ký hiệu: Hàm số(biến số)Tham số dưới dạng A(B)C.
120

90

45
50


ls= 80

55

100

80

60
65

70

70

80

60
50
40

max

60

,N

80

P


Tmax, N

75

40

45
50
55
60
65
70
75
80

30
20

20

10

17

0
300

350


400

450

500
n , v/ph

550

600

650

0
300

700

350

400

450

q

500
nq, v/ph

550


600

650

700

Hình 3.8. Ảnh hưởng của vận tốc quay của trống nq tới lực căng lớn nhất Tmax và
lực va đập Pmaxvới các khoảng cách thanh sàng ls (mm) khác nhau
120

90

300
100

350
400

80

450
500
550

60

600
650
60


Pmax, N

T max, N

80

70

nq=700

700

40

50

300
350
400
450
500
550
600
650
700

nq = 700

40

30
20

20

17
0
45

10

50

55

60

65
d , mm
s

70

75

80

0
45


50

55

60

65

70

75

80

d , mm
s

Hình 3.9. Ảnh hưởng của khoảng cách thanh sàng ls tới lực căng lớn nhất Tmax và
lực va đập Pmax với các vận tốc quay của trống nq (vòng/phút) khác nhau.


40

35

T

max

,N


30

25

80

70

60

Pmax , N

350
400
450
500
550
600
650
data9
300
350
400
450
500
550
600
650
700


50
300
350
400
450
500
550
600
650
700

40

30

20
17

20

15
2.5

3

3.5

4


4.5
r , mm
s

5

5.5

6

10
2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

rs, mm

Hình 3.10. Ảnh hưởng của bán kính thanh sàng rs(mm) tới lực căng lớn nhất Tmax

và Pmax với các vận tốc quay của trống nq (vịng/phút) khác nhau.
Từ các kết quả trên các hình 3.8, 3.9, 3.10, đối chiếu với các giá trị lực cần
thiết để bứt quả lạc (17 N) và lực giới hạn để tránh bị đập vỡ quả lạc (100 N) , ta
có thể đưa ra các nhận xét sau:
- Trên hình 3.8a biểu diễn hàm Tmax(nq)ds khi khoảng cách thanh sàng ls không
đổi, lực căng lớn nhất Tmax luôn đồng biến theo vận tốc quay của trống nq. Khi ls 70
mm lực căng cuống quả luôn đạt trên 17 N với mọi trị số vận tốc quay của trống trong
miền khảo sát. Với khoảng cách các thanh sàng ls  65 mm, vận tốc quay của trống tối
thiếu phải từ 500 v/ph trở lên ta mới có được Tmax 17 N.
- Trên hình 3.9a biểu diễn hàm Tmax(ls)nq, với mọi vận tốc quay của trống lực
căng lớn nhất Tmax luôn đồng biến theo khoảng cách sàng ds. Tuy nhiên trong
miền ds nhỏ, sự tăng này không đáng kể. Chỉ khi ls 65 mm, sự tăng của Tmax theo
ls mới thực sự rõ rệt.
- Trên hình 3.10a biểu diễn hàm Tmax(rs)nq, có thể thấy vận tốc trống đập 
350 vịng, trong tồn miền xác định của bán kính thanh sàng [2,5,6] ta ln có
lực căng cuống quả lớn nhất Tmax  17 N. Tuy nhiên để đảm bảo độ bền và độ bền
mịn của các thanh sàng ta chọn bán kính thanh sàng rs  4mm hay đường kính
thanh sàng ds  8 mm.
- Từ các nhận xét trên, để đảm bảo khả năng bứt quả lạc khi va đập với các
thanh sàng ta nên chọn khoảng cách giữa các thanh sàng ls ≥ 65mm, vận tốc quay
của trống nq ≥ 500 vịng/phút và bán kính các thanh sàng rs  4 mm.
- Về hiện tượng làm dập vỡ quả lạc, qua các hình 3.8b, 3.9b và 3.10b ta thấy
lực va đập lớn nhất Pmax luôn nhỏ hơn lực phá vỡ quả lạc (khoảng 100 N). Như
vậy có thể thấy trong quá trình làm việc của trống, nguyên nhân gây phá vỡ quả
lạc không phải do va đập với thanh sàng gây ra mà chủ yếu do các nguyên nhân
khác.


3.2. Nghiên cứu quá trình dịch chuyển dọc trục của cụm cây lạc trong buồng
đập


Hình 3.11. Cấu tạo bộ phận bứt quả lạc
Quá trình dịch chuyển khối cây lạc theo phương dọc trục: Cụm cây lạc được
kéo bởi các răng đập sau khi thoát khỏi đáy sàng do lực quán tính ly tâm bắt đầu
q trình thốt ra khỏi răng đập. Chu kỳ chuyển động sau khi thoát ra khỏi vùng
trống-sàng chuyển sang vùng trống-nắp được chía thành 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1. Khối cây-quả trượt theo răng đập để thoát ra khỏi răng đập;
- Giai đoạn 2. Khối cây- quả bay tự do trong không gian giữa trống đập và
nắp máy;
- Giai đoạn 3. Khối cây- quả trượt trên nắp máy theo đường xoắn ốc, tịnh
tiến theo phương dọc trục máy.
- Giai đoạn 4. Khối cây- quả rời khỏi nắp trống, rơi xuống vùng trống- sàng.
Giai đoạn 1 và 2 có tác dụng chủ yếu là giũ, phân ly quả lạc, còn giai đoạn 3
là giai đoạn vận chuyển cây lạc theo chiều dọc trục. Giai đoạn này có ảnh hưởng
rất quan trọng tới năng suất, độ sót của máy. Giai đoạn 4 gây ra sự xáo trộn khối
cây- quả mạnh mẽ nên có tác dụng phân ly quả mạnh cũng như tạo điều kiện tốt
cho chu kỳ đập bứt quả tiếp theo trên phần trống- sàng với trật tự phân bố mới.
3.2.1. Quá trình chuyển động của cây lạc ở giai đoạn 1(hình 3.12)
Giả thiết:
1. Trong các giai đoạn chuyển động của thân cây lạc, thân cây được xem là
chất điểm.
2. X0OY0 là hệ toạ độ cố định gắn với khung máy
3. xOy là hệ toạ độ di động quay với vận tốc góc khơng đổi ω, theo chiều
ngược kim đồng hồ


Hình 3.12. Các lực tác dụng lên khối cây lạc
Phương trình hình chiếu trên các trục trong hệ toạ độ quay xOy khi cây dịch
chuyển với răng đập:
m.x = −m.g. sin  + m. 2 .x − N . f

m.y = −2m..x. + m. 2 .y − mg. cos  + N = 0

(3.34)
Trên cơ sở phương trình (3.34) luận án đã tiến hành mô phỏng chuyển động
của cây lạc ở giai đoạn 1 và mơ phịng q trình chuyển động của cây ở giai đoạn
2, giai đoạn 3
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình dịch chuyển của
khối cây lạc
Sử dụng phần mềm Matlab [48] khảo sát và xác định quỹ đạo khối cây, từ thời
điểm khối cây đi ra khỏi răng đến thời điểm khối cây chạm nắp trống với các thông số ở
mức cơ sở, ta thu được các kết quả có dạng như thể hiện trên hình 3.13.

Hình 3.13. Quỹ đạo khối lạc xét trong hệ quay xOy:
Quá trình trượt trên răng đập, (vùng R);
Quá trình bay trong khe hở nắp trống (vùng Rnap).
- Góc quay của khối cây trên nắp trống; - Góc nghiêng răng; 1- Góc ra khỏi
răng;2 – Góc tiếp xúc với nắp trống; ΔR: Chiều cao răng;ΔRnap – Khe hở nắp trống;


Trên cơ sở kinh nghiệm kết hợp với tham khảo từ các cơng trình nghiên cứu
khác, miền nghiên cứu và mức cơ sở của các thông số ảnh hưởng được chọn như
sau
Chiều cao răng ΔR: Miền nghiên cứu [30, 100], mức cơ sở 65 mm;
Góc nghiêng của răng : Miền nghiên cứu [-30, 30], mức cơ sở: 00;
Khe hở nắp trống Rnap: Miền nghiên cứu [30,100], mức cơ sở 60 mm;
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thơng só nào đó, các thơng số khác được
giữ khơng đổi ở mức cơ sở hoặc tham gia với tư cách là tham số.
Ảnh hưởng của các thơng số đến góc ra khỏi răng, góc tiếp xúc với nắp
trống được thể hiện trên các hình từ 3.15 đến 3.20.
200


200

-30
-20
-10
0
10
20
30

30
180

180

40
50

160

160

60
70

140

140


80
90

120

120

 1,deg

 1,deg

100
100

100

80

80

60

60

40

40

20


20

0
-30

-20

-10

0

10

20

0
30

30

 , deg

40

50

60

70


80

90

100

 R (mm)

Hình 3.15. Ảnh hưởng của góc nghiêng
Hình 3.16. Ảnh hưởng của chiều
răng  tới góc ra khỏi răng 1 với chiều cao răng R tới góc ra khỏi răng 1 với
cao răng R (mm) khác nhau (hàm
góc nghiêng răng  (độ) khác nhau
2()R).
(hàm 2(R).
200

180
30
40
50
60
70
80
90
100

 2,deg

140


120

150

 2,deg

160

-30
-20
-10
0
10
20
30

100
100

90

90

80

60
-30

-20


-10 -6

0

10

20

30

, deg

Hình 3.17. Ảnh hưởng của góc nghiêng
răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống 2
với chiều cao răng R (mm) khác nhau
(hàm 2()R).

50
30

40

50

60

70

80


90

100

R (mm)

Hình 3.18. Ảnh hưởng của chiều cao
răng R tới tới góc tiếp xúc với nắp
trống 2 với góc nghiêng răng  (độ)
khác nhau (hàm 2(R)).


120

120
30
40
50
60
70
80
90
100

100

 2,deg

90


110
100
90

 2,deg

110

80
70

70

60

-30
-20
-10
0
10
20
30

60

50
40
-30


80

50

-20 -18

-10

0

10

20

40
30

30

, deg

40

50

60

70

80


90

100

Rnap (mm)

Hình 3.19. Ảnh hưởng của góc nghiêng
răng  tới góc tiếp xúc với nắp trống
2 với khe hở nắp trống Rnap (mm)
khác nhau (hàm 2()Rnap).

Hình 3.20. Ảnh hưởng của khe hở nắp
trống Rnap (mm) tới góc tiếp xúc với
nắp trống 2 với góc nghiêng răng 
(độ) khác nhau (hàm 2(Rnap)).
Từ các đồ thị, ta có thể rút ra một số nhận xét sau:
- Hiệu số 2-1 (hình 3.13) thể hiện góc tương ứng với pha bay của khối cây
trong không gian giữa trống và nắp trống. Pha này đóng vai trị quan trọng trong
việc phân ly quả lạc khỏi khối thân cây.
- Đồ thị các hàm 2()R và 2()Rnap trên hình 3.18 và hình 3.20 là các đường
cong có hệ số góc lớn, trong khi các đồ thị các hàm 2(R) và 2(Rnap) trên
các hình 3.19, 3.21 gần như là các đường thẳng có hệ số góc nhỏ hơn. Điều đó
cho thấy ảnh hưởng của góc nghiêng  của răng đập đến các góc 1 và 2 lớn hơn
ảnh hưởng của chiều cao răng R và chiều cao nắp trống Rnap đến góc tiếp xúc
với nắp trống 2.
- Trong mọi trường hợp, phương vận tốc của khối cây tạo với phương tiếp
tuyến với nắp trống một góc đủ nhỏ, cho phép giả định khối cây sau khi tiếp xúc
với nắp trống sẽ trượt trên gân dẫn hướng của nắp trống mà không gặp phải một
trở ngại nào. Các vết sơn bị mòn trên nắp trống khi thử nghiệm máy có thể minh

chứng cho nhận xét này.
- Từ biểu thức = 180o-2 (hình 3.15) có thể thấy góc tiếp xúc của khối cây với
nắp trống 2 có ảnh hưởng lớn đến khả năng dịch chuyển khối cây theo phương
dọc trục. Để bước dịch chuyển của khối thân cây đủ lớn thì góc  phải đủ lớn,
hay góc 2 phải đủ nhỏ. Ta sẽ lựa chọn các thơng số hình học của bộ phận bứt quả
sao cho góc  90o, hay 2 90o. Khi này, bước dịch chuyển của khối cây lạc sau
mỗi vịng quay của nó quanh trục trống sẽ được xác định theo công thức:
l =


.h


Ở đây, h – Chỉ số góc nâng gân dẫn hướng, mm.
Trên bộ phận bứt quả đang xét, h= 252 mm,  90o = 1,57 rad, ta có l 126 mm.


Với trống đập có chiều dài làm việc 1500 mm, ước định khối cây sẽ thực hiện
được khoảng 4- 7 vòng trong buồng đập trước khi được đưa ra khỏi bộ phận bứt
quả. Kết quả này tương đồng với các kết quả nghiên cứu của các cơng trình của
TSKH. Bạch Quốc Khang [9] và của tác giả Hongguang Yang và cộng sự [37]. Với
kết cấu bộ phận bứt quả đang nghiên cứu, góc nâng của gân dẫn hướng đã chọn có
thể đảm bảo máy có năng suất, chất lượng làm việc chấp nhận được trong khi chi
phí năng lượng hợp lý. Điều này sẽ cần được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Từ các đồ thị trên hình 3.18 biểu diễn hàm 2()R và hình 3.19 biểu diễn hàm
2(R) ta có 2  90o khi  -6o với mọi R.
Từ các hình 3.19 biểu diễn hàm 2()Rnap và hình 3.20 biểu diễn hàm 2(Rnap)
ta có 2  90o khi   -120 với mọi Rnap. Tuy nhiên nếu chọn -60 ta sẽ có góc 2
 75o và khi chọn 00 ta sẽ có góc 2  700 với mọi Rnap (hình 3.19).
Kết hợp 4 trường hợp hình 3.17,3.18 và 3.19, 3.20, ta chọn:

  -6o, R  80 mm, Rnap  100 mm.
Với các giá trị trên, ta ln có được góc tiếp xúc của khối cây với nắp trống
không nhỏ dưới 90o, đảm bảo cho bước dịch chuyển của khối cây không dưới 126
mm. Nếu chọn   0o, ta sẽ có góc 2  70o (hình 3.19), khi này bước dịch
chuyển của khối cây trên nắp trống có thể đạt  147 mm.
Kết luận chương 3:
1. Đã xây dựng được hệ phương trình vi phân chuyển động của quả lạc trong
khoảng khơng giữa hai thanh sàng và hệ phương trình mô tả mối quan hệ giữa lực
căng trên cuống quả với các thơng số hình động học của bộ phận bứt quả lạc.
2. Đã khảo sát quá trình chuyển động của tâm đầu quả lạc và sự thay đổi lực
căng của cuống quả lạc trong quá trình va chạm với thanh sàng theo một số thơng
số hình động học của bộ phận bứt quả làm cơ sở cho việc xác định các thông số
này khi tiến hành các bước nghiên cứu thực nghiệm tiếp sau.
3. Từ các kết quả thu được, đã đưa ra vùng giá trị nên chọn của các thơng số
hình động học của bộ phận bứt quả khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm là:
đường kính thanh sàng  8 mm, khoảng cách giữa các thanh sàng  65 mm và
vận tốc quay của trống  500 vòng/phút.
4. Đã xây dựng được và khảo sát hệ phương trình vi phân chuyển động của
khối cây lạc khi trượt trên răng đập và khi “bay” trong khoảng không giữa trống
và nắp trống. cho phép đánh giá khả năng dịch chuyển của khối cây theo phương
dọc trục trong không gian làm việc của trống.
5. Từ các kết quả thu được, đã đưa ra vùng giá trị nên chọn của các thơng số
hình học của bộ phận bứt quả, làm cơ sở cho việc lựa chọn khi tiến hành nghiên
cứu thực nghiệm là: góc nghiêng của răng trống  -6o, độ cao răng trống R 
80 mm, khe hở nắp trống Rnap  100 mm, đảm bảo bước dịch chuyển của khối
cây trên nắp trống theo phương dọc trục.


Chương IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Lựa chọn các thông số ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ phận bứt

quả lạc
Các thông số cố định được đưa vào để nghiên cứu thực nghiệm.
TT
Tên thông số
Ký hiệu
Giá trị
Đơn vị
1 Đường kính trống
D
440
mm
2 Chiều cao răng trống
80
mm
R
3 Góc nghiêng của răng
0
Độ

4 Khoảng cách giữa 2 thanh sàng
ls
65
mm
- Vận tốc trống đập là thông số quan trọng và là động lực để bứt, vận chuyển
dọc trục, phân ly quả lạc. Đây là thông số sẽ được đưa vào để nghiên cứu thực
nghiệm.
- Chiều dài trống đập là thông số quyết định tới thời gian, số lần tác động của
răng tới khối lạc, nó ảnh hưởng rất lớn tới độ sót, độ vỡ khi đập do đó đề tài sẽ
đưa vào nghiên cứu thực nghiệm.
- Góc nâng gân dẫn hướng là thông số điều chỉnh chuyển động dọc trục

Các chỉ tiêu nghiên cứu bao gồm: Độ sót η, (%) ; Độ vỡ ψ, (‰); Chi phí cơng
suất N, (kW).
TT

Tên thơng số

Ký hiệu

Đơn
vị
v/ph
kg/s
mm
mm

Khoảng
biến thiên
300- 780
0,4- 0,8
150- 350
600 - 1800

Mức
cơ sở
540
0,6
250
1200

1

Vận tốc quay của trống
n
2
Lượng cung cấp
q
3
Chỉ số góc nâng gân
h
4
Chiều dài trống
L
4.2. Ảnh hưởng của tốc độ quay trống đập n tới độ sót (η) và độ vỡ (ψ)

Hình 4.1. Ảnh hưởng của vận tốc quay
trống đập tới độ sót (η)

Hình 4.2. Ảnh hưởng của vận tốc quay
trống đập tới độ vỡ (ψ)


Với yêu cầu độ sót dưới 7 %, độ vỡ trong khoảng 10‰, vùng nghiên cứu đa
yếu tố của vận tốc quay của trống sẽ được chọn trong khoảng 420 – 660 v/min.
4.3. Ảnh hưởng của lượng cung cấp tới độ sót (η) và độ vỡ (ψ)

Hình 4.3. Ảnh hưởng của lượng
cung cấp tới độ sót η

Hình 4.4. Ảnh hưởng của lượng
cung cấp tới tỷ lệ vỡ (ψ)


Khoảng biến thiên được lựa chọn cho bài tốn quy hoạch hóa thực nghiệm
đa yếu tố sẽ là q = 0,5 ÷ 0,7 kg/s
4.4. Ảnh hưởng của tốc độ quay trống đập và lượng cung cấp tới chi phí cơng
suất

Hình 4.5. Ảnh hưởng của tốc độ quay
trống đập tới chi phí cơng suất

Hình 4.6. Ảnh hưởng của lượng cung
cấp chi phí cơng suất

Ở vùng đã nêu chi phí cơng suất thay đổi khoảng 1 kW, nếu tính theo chi phí
nhiên liệu, hay điện thì sự ảnh hưởng này khơng q lớn (7 nghìn đồng/h), trong
khi đó ảnh hưởng của độ sót và độ vỡ quả ảnh hưởng cao hơn rất nhiều. Do đó dữ
liệu về công suất máy sẽ chỉ được sử dụng làm cơ sở cho việc chọn động cơ.


4.5. Ảnh hưởng của chỉ số góc nâng của gân dẫn hướng h(mm)

Hình 4.7. Ảnh hưởng của chỉ số góc Hình 4.8. Ảnh hưởng của chỉ số góc
nâng của gân dẫn hướng tới độ sót (η) nâng của gân dẫn hướng tới tới độ vỡ (ψ)
Qua kết quả thực nghiệm ở hình 4.7và hình 4.8, để đảm bảo chỉ tiêu chất
lượng về độ sót và độ vỡ khoảng biến thiên của h trong thực nghiệm đa yếu tố là
h=200 mm ÷ 300 mm, tương ứng với góc nghiêng của gân nắp trống tại đường
kính chân gân (496 mm) từ 14040 đến 21006. Trong vùng nghiên cứu đa yếu tố
chênh lệch của công suất tiêu thụ dưới 1 kW nên ảnh hưởng của chi phí cơng suất
tới giá thành của bứt quả không lớn.
4.6. Ảnh hưởng của chiều dài trống đập L (mm)

Hình 4.9. Ảnh hưởng của chiều dài

trống đập tới độ sót η

Hình 4.10. Ảnh hưởng của chiều
dài trống đập tới độ vỡ (ψ)

Độ vỡ quả khi chiều dài trống tăng sẽ tăng chậm dần và giữ ở mức không đổi.
Ở phần cuối của trống các quả lạc có liên kết bền hoặc khó bứt ở giai đoạn đầu sẽ
được bứt ra ở đây với lực đập lớn hơn hay được đập nhiều lần dẫn đến việc tăng
độ vỡ. Tuy nhiên ở cuối trống đập lượng quả vỡ cũng như được bứt giảm xuống
nhiều nên sẽ ảnh hưởng rất ít tới độ vỡ chung.


Kết hợp hai trường hợp hình 4.9 và hình 4.10 ta chọn khoảng biến thiên của
chiều dài trống khi nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố là L= 1200-1800 mm.
4.7. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố
Từ kế quả nghiên cứu đơn yếu tố ở trên ta có bảng sau:
Bảng 4.4. Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố vào
Yếu tố vào
Mức biến thiên

X1

X2

X3

X4

n, v/ph


q, kg/s

h, mm

L, mm

200
250
300
50

1200
1500
1800
300

Mức dưới -1
420
0,5
Mức cơ sở 0
540
0,6
Mức trên +1
660
0,7
Khoảng biến thiên εi
120
0,1
4.7.1. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm hàm độ sót


Phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa các thơng số
đầu vào độ sót như sau:
Y1 = 2.017 -1.670X1 + 0.652X12 + 0.353X 2 + 0.305X 2X1 + 0.657X 22 + 0.418X3 + 0.139X3X1

(4.1)

2
3

-0.308X3X 2 + 0.412X -1.342X 4 + 0.159X 4X1 + - 0.383X 4 X 2 + - 0.206X 4 X3 + 0.329X 4 X 4

4.7.2. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm hàm độ vỡ
Kết quả xử lý số liệu. Dạng mã của phương trình hồi quy thực nghiệm biểu
diễn mối quan hệ giữa các thông số đầu vào độ vỡ như sau:
Y2 = 4.851+7.541X 1+3.332 X 12 -0.432 X 2 -0.360 X 2 X 1+1.137 X 22+0.322 X 3+0.340 X 3 X 1
-0.328 X 3 X 2+1.140 X 32+1.195 X 4+1.020 X 4 X 1-0.307 X 4 X 2 -0.557 X 4 X 3-0.280 X 42

(4.2)

4.7.3. Kết quả xử lý số liệu hàm Chi phí cơng suất:
Kết quả xử lý số liệu. Dạng mã của phương trình hồi quy thực nghiệm biểu
diễn mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và hàm chi phí cơng suất như sau:
Y3 = 2.595 + 0.581X 1 + 0.125 X 12 + 0.436 X 2 + 0.089 X 2 X 1
-0.110 X 22 -0.436 X 3 -0.129 X 3 X 1 -0.166 X 3 X 2 + 0.123 X 32

(4.3)

4.8. Kết quả nghiên cứu tối ưu
Dựa trên modul phần mềm matlab đã được trình bày ở chương 2 về tối ưu có
các ràng buộc hàm bậc 2, luận án đã tiến hành đánh giá tối ưu ở các chiều dài

trống (X4) khác nhau. Chiều dài trống thay đổi x4= -1 ÷ +1 tương đương với
L=1200 ÷ 1800. Kết quả tối ưu được thể hiện phần phụ lục.
Để đảm bảo độ sót dưới 1% ta cần có chiều dài trống X4 ≥ 0 hay L ≥ 1,5 m.
Tại X4 = 0; các thông số còn lại là X1 = 0,5028 ; X2 =-0,4182 ; X3 = 0,6375 và chỉ tiêu độ sót η =1,0185.


4.9. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm
Luận án đã thiết kế chế tạo bộ phận bứt quả lạc chiều dài trống đập L = 1,5
m; với vận tốc n =600 vòng/phút; lượng cung cấp q= 0,56 kg/s; hệ số góc nghiêng
gân nắp trống h = 218 mm. Tiến thử nghiệm với 3 lần lặp với tổng lượng lạc là
Q=3 tấn. Kết quả khảo nghiệm cho thấy độ sót dưới 1.02% và độ vỡ quả nhỏ hơn
10‰. Như vậy kết quả tối ưu phù hợp với thực tế.
Kết luận chương 4
1. Trên cơ kết quả nghiệm cứu lý thuyết, kết hợp với các thông tin tham
khảo đã lựa chọn các thông số trong nghiên cứu thực nghiệm là: tốc độ quay của
trống bứt quả (n); lượng cung cấp (q); chỉ số độ nghiêng gân nắp trống(h) ; chiều
dài trống (L). Các chỉ tiêu được xác định là : Độ sót (η), độ vỡ (ψ) và chi phí cơng
suất (N).
2. Trên cơ sở nghiên cứ hồi quy đơn yếu tố, đã xác định được ảnh hưởng
của các thông số: tốc độ quay của trống bứt quả (n); lượng cung cấp (q); góc
nghiêng gân nắp trống thể hiện qua một nửa bước xoắn ốc của gân (h) ; chiều dài
trống (L) tới độ sót (η), tỷ lệ vỡ quả (ψ) và chi phí cơng suất (N).
3. Trên cơ sở nghiên cứu đơn yếu tố đã xác định được khoảng nghiên cứu đa
yếu tố của các thông số: n= 420-660 v/ph , khoảng biến thiên 120 v/ph; q = 0.50.7 kg/s khoảng biến thiên 0.1 kg/s; h = 200-300mm khoảng biến thiên 50 mm; L
= 1200-1800 mm khoảng biến thiên 300mm.
4. Sử dụng kế hoạch thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố bậc 2
Hartley đã thu được phương trình biểu diển quan hệ giữa các yếu tố đầu vào tới
độ sót, tỷ lệ vỡ quả và chi phí cơng suất theo các phương trình (4.1), (4.2) và
(4.3).
5. Trên cơ sở phương trình hồi quy (4.1), (4.2), (4.3), đánh giá dạng của bề

mặt hàm thực nghiệm thơng qua đồ thị và hệ số chính tắc. Điểm đặc biệt của các
hàm này nằm xa vùng quy hoạch nên các giá trị bé nhất và lớn nhất của các hàm
này nằm ở biên vùng quy hoạch. Điều này hồn tồn phù hợp với thí nghiệm đơn
yếu tố và bản chất của quá trình.
6. Đã xác định được các thông số kết cấu và làm việc tối ưu của máy tùy vào
chiều dài trống khác nhau làm cơ sở cho việc thiết kế máy sau này (phụ lục).
7. Trên cơ sở các giá trị tối ưu trên đã thiết kế bộ phận bứt quả với chiều dài
trống đập L = 1,5 m; một nửa bước xoắn ốc của gân nắp trống h = 218 mm ứng
với góc nghiêng của gân nắp trống 15063 . Kết quả khảo nghiệm cho thấy độ sót
dưới 1% và độ vỡ quả nhỏ hơn 10‰ với công suất động cơ điện dưới 4 kW.