ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
…………………………………………..

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
…………………………………………..

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ

CHÍNH ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY TRỘN

CHÍNH ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY TRỘN

THỨC ĂN GIA SÚC KIỂU VÍT ĐỨNG

THỨC ĂN GIA SÚC KIỂU VÍT ĐỨNG

ĐỖ THỊ TÁM

THÁI NGUYÊN-2008

Học viên :

Đỗ Thị Tám
Người HD khoa học: GS.TSKH Phạm Văn Lang

THÁI NGUYÊN 2008


Tác giả chân thành cám ơn Ban chủ nhiệm HTX Dịch vụ - Chăn nuôi xã

LỜI NÓI ĐẦU

Quý Lộc – Huyện Yên Định – Thanh Hóa, đơn vị Anh hùng thời kỳ đổi mới.
Theo thống kê của Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch,

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Trường Đại học kỹ thuật công

hiện nay thức ăn chăn nuôi công nghiệp mới đạt 3,5 3,8 triệu tấn/năm, tức là chiếm

nghiệp, Khoa Sau đại học của Trường đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong thời

khoảng 30% tổng số thức ăn sử dụng trong chăn nuôi, trong khi đó chỉ tiêu bình

gian hoàn thành luận văn.

quân trên thế giới là 48%, các nước công nghiệp phát triển đạt 80 90%
Việc nghiên cứu, cơ giới hóa khâu chế biến thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam
(nói chung) và sản xuất thức ăn chăn nuôi ở vùng xa, vùng sâu phù hợp với điều
kiện kinh tế xã hội đang là vấn đề cấp bách.

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, nên luận văn không tránh khỏi sai
sót, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các chuyên

gia và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn

Qua phân tích tình hình phát triển thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam, những khó

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2008

khăn tồn tại trong sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay, tình hình nghiên cứu và

Học viên

chuyển giao máy, thiết bị phục vụ chế biến thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam thời gian
qua, thông qua khảo sát các loại mô hình đầu tư, tác giả thấy cần phải nghiên cứu
sản xuất máy chế biến thức ăn gia súc tại Việt Nam (chủ yếu là máy trộn và nghiền)

Đỗ Thị Tám

trong mô hình cơ sở chế biến phân tán, bán công nghiệp quy mô 1 – 2 tấn/h.
Vì thế, sau thời gian học tập tại Khoa Sau đại học – Trường đại học Kỹ thuật
Công nghiệp, tác giả đã lựa chọn, thực hiện luận văn tốt nghiệp thạc sỹ chuyên
ngành Công nghệ chế tạo máy với đề tài:
“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ĐẾN CHI PHÍ
NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY TRỘN THỨC ẮN GIA SÚC KIỂU VÍT ĐỨNG”

Nội dung luận văn tập trung nghiên cứu về máy trộn thức ăn gia súc trong
mô hình sản xuất nói trên, nhằm đề xuất thiết kế dãy máy trộn hợp lý
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của GS.TSKH
Phạm Văn Lang, người đã tạo mọi điều kiện từ nghiên cứu mô hình, tổ chức thực
nghiệm và hướng dẫn chi tiết trong quá trình hoàn thành luận văn. Đồng thời, tác
giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các nhà khoa học của Viện cơ điện nông nghiệp &

Công nghệ sau thu hoạch: Tiến sỹ Đậu Thế Nhu, Tiến sỹ Nguyễn Năng Nhượng,
Tiến sỹ Nguyễn Sĩ Hiệt đã tận tình giúp đỡ, đặc biệt trong quá trình xem xét điều
tra, xử lý số liệu qua thực nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Kết luận chương I

Mục lục
Trang
Lời nói đầu

Chương II
Nghiên cứu quy luật chyển động của khối hỗn hợp bột trong máy trộn

21

vít đứng; Nghiên cứu lý thuyết đồng dạng – mô hình - thứ nguyên

Mục lục

2.1. Phương trình chuyển động của khối bột trong thùng trộn


Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài

1

2. Mục đích của đề tài

1

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2

4. Phương pháp nghiên cứu

2

5. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

3

Chương I
Tổng quan về tình hình nghiên cứu - ứng dụng các liên hợp máy chế biến

4

thức ăn gia súc (trong đó có máy trộn) ở trong nước và trên thế giới
1.1. Khái quát tình hình sử dụng liên hợp máy chế biến thức ăn gia súc.

4


1.1.1.Khái quát tình hình phát triển thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam

4

1.1.2. Khó khăn tồn tại trong sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay

7

1.1.3.Tình hình nghiên cứu và chuyển giao máy, thiết bị phục vụ chế biến
thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam

8

1.1.3.1.Quy trình chế biến thức ăn chăn nuôi

8

1.1.3.2 Quy mô phân tán

9

1.1.3.3.Quy mô tập trung

10

a, Quy mô 2 -5 tấn/h

10


b, Quy mô 10 – 30 tấn/giờ và lớn hơn

10

c, Mô hình đầu tư

11

Nhận xét

11

1.2. Tình hình nghiên cứu khoa học về máy trộn thức ăn gia súc

12

1.2.1.Tình hình và kết quả nghiên cứu máy trộn trên thế giới

12

1.2.2.Tình hình và kết quả nghiên cứu máy trộn ở Việt Nam

18

1.2.3 Những tồn tại trong nghiên cứu máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng

19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


19



21

a, Phương trình chuyển động của khối bột ở phần nón cụt

22

b) Phương trình chuyển động của khối bột ở phần thùng hình trụ

26

c) Chuyển động của khối bột trong ống bao

27

d) Điều kiện đảm bảo chuyển động liên tục của khối bột trong và ngoài ống bao.

30

Nhận xét

31

2.2. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm

32


2.2.1.Ứng dụng

phương pháp quy hoạch thực nghiệm áp dụng trong

nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
2.2.2. Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm áp dụng trong
nghiên cứu đa yếu tố

33

36

2.2.2.1.Xác định các thông số chính ảnh hưởng đến máy trộn

36

2.2.2.2.Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

37

2.2.2.3. Xử lý kết quả - Xác định mô hình toán phương án bậc 1

40

2.2.2.4.Xác định mô hình toán bậc 2

43

2.2.2.5. Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố hàm mục tiêu


46

2.2.2.6. Giải bài toán thương lượng các giá trị tối ưu giữa hai hàm mục
tiêu chất lượng trộn YK và chi phí năng lượng riêng YN
2.2.2.7. Phương pháp xác định độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng

46
47

a) Phương pháp xác định độ trộn đều

47

b) Phương pháp xác định chi phí năng lượng riêng

48

2.3. Cơ sở của lý thuyết đồng dạng - mô hình- thứ nguyên

49

2.3.1.Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và mô hình trong phương pháp nghiên
cứu về cơ điện nông nghiệp
2.3.2. Mô hình, bản chất và các dạng mô hình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

49
50





2.3.3.Chuẩn số đồng dạng

52

3.3.2 Ảnh hưởng của vận tốc x1 và tải trọng x2 đến chất lượng trộn yK

2.3.4. Lý thuyết thứ nguyên

53

3.3.3.Giải bài toán thương lượng giữa hàm chi phí năng lượng riêng YN và

2.3.5.Nguyên lý của lý thuyết đồng dạng - Định lý đồng dạng

54

hàm chất lượng trộn YK

2.3.5.1.Định lý đồng dạng thứ nhất

54

Kết luận chương III

2.3.5.2. Định lý đồng dạng thứ hai - định lý

55


Chương IV

2.3.5.3.Định lý đồng dạng thứ ba

76
79
80

55

Ứng dụng lý thuyết đồng dạng, mô hình, tính toán lực cản chuyển động 81

2.3.6. Phương pháp xác định chuẩn số đồng dạng

56

trong môi trường nhớt, dễ rơi và xác định dãy máy trộn

Kết luận chương II

58

4.1. Những nguyên tắc chung của quá trình ứng dụng lý thuyết đồng dạng 81

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng trộn 59

4.2. Tính toán chi phí năng lượng trên đơn vị thể tích vật liệu của máy trộn (kiểu 85

trong nghiên cứu máy trộn


Chương III

vít đứng) và đề xuất dãy máy trộn phù hợp qui mô sản xuất ở vùng nông thôn

và chi phí năng lượng riêng của máy trộn TK – 1A
3.1.Giới thiệu tóm tắt đặc điểm kỹ thuật máy trộn TK – 1A

59

Nhận xét

88

3.1.1. Các thông số cơ bản của máy trộn

59

Kết luận chương IV

88

3.1.2. Cấu tạo máy trộn TK – 1A

60

Kết luận chung

89


Nhận xét về mức độ hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài luận văn

90

Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp

91

3.1.3.Tính toán thiết kế bộ truyền đai tốc độ 200v/ ph và 400v/ph cho
máy trộn TK – 1A
3.2.Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố

61
63

3.2.1. Xác định ảnh hưởng của tốc độ vít trộn x1 tới chất lượng trộn yK và
chi phí năng lượng riêng yN

63

a) Xác định ảnh hưởng của tốc độ vít trộn x1 tới chất lượng trộn yK

63

b) Xác định ảnh hưởng của tốc độ vít trộn x1 tới chi phí năng lượng riêng yN

65

Kết luận


66

3.2.2. Xác định ảnh hưởng của tải trọng q x 2 tới chất lượng trộn yK và
chi phí năng lượng riêng yN

68

b) Xác định ảnh hưởng của tải trọng q x2 tới chất lượng trộn yN

70

Kết luận

71

Tài liệu tham khảo

73

3.3.1 Ảnh hưởng của vận tốc x1 và tải trọng x2 đến chi phí năng lượng riêng YN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Phụ lục (Một số hình ảnh thực nghiệm)

67

a) Xác định ảnh hưởng của tải trọng q x2 tới chất lượng trộn yK

3.3 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố


Hợp đồng kinh tế

73



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




BẢNG KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ
KÝ

LỜI CAM ĐOAN

trình nào khác.
Tác giả luận văn

Đỗ Thị Tám

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



ĐO

Hệ số chứa ống bao


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công

ĐƠN VỊ

Ý NGHĨA

HIỆU

(hoăc ) Khối lượng riêng của hỗn hợp bột thức ăn chăn nuôi

kg/m3

µ

Hệ số nhớt động học

g/m.s

d

Đường kính cánh trộn

m

fcs

Diện tích của cửa sổ (hình vuông) trong máy trộn

m2


g

Gia tốc trọng trường

m.s-2

l

Chiều dài ống

m

N

Công suất cần thiết cho bộ phận trộn

kW

n

Số vòng quay của trục máy trộn

min-1

p

Chi phí áp suất trong ống

N/m2


q

Lưu lượng khối bột qua đáy của bộ phận trộn

m3/h; kg/h

Q

Năng suất của liên hợp máy

t/h; kg/s

R

Bán kính phần hình trụ (hoặc bán kính lớn của phần hình nón)

m

s

Bước trục vít

m

v

Tốc độ đầu cánh bộ phận trộn

m.s-1


x1

Vận tốc vít trộn

v/ph

x2

Khối lượng hỗn hợp bột trong một mẻ trộn

kg/mẻ

YK

Độ trộn đều

%

YN

Mức chi phí điện năng riêng

kWh/t

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





-1-

-2-

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

ĐẶT VẤN ĐỀ

a. Ý nghĩa khoa học

1. Tính cấp thiết của đề tài.

Hiện nay, các loại máy trộn đƣợc chế tạo và sử dụng rất nhiều trong các dây

Công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn là một chủ trƣơng lớn

chuyền chế biến thức ăn gia súc quy mô vừa và nhỏ. Tuy nhiên, việc nghiên cứu các

của Đảng và nhà nƣớc nhằm thúc đẩy kinh tế phát triển, tạo công ăn việc làm, tăng

loại máy này chƣa mang tính toàn diện, chủ yếu dựa vào phƣơng pháp phân tích cấu

thu nhập cho ngƣời dân, đƣa nông thôn nƣớc ta tiến lên văn minh, hiện đại. Đại hội

trúc, thông qua thực nghiệm. Việc xác định các thông số của quá trình trộn và các

Đảng toàn quốc lần thứ X (4-2006) đã xác định: “…Sau những năm đổi mới, nông

quy luật trộn gặp nhiều khó khăn, chủ yếu là do nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến tính


nghiệp nông thôn nƣớc ta đã thu đƣợc nhiều thành tựu đáng kể, tuy nhiên còn nhiều

chất động lực học của máy trộn: nguyên lý trộn, cơ lý tính của các thành phần thức

vấn đề về sản xuất, đời sống của nhân dân đang nổi lên gay gắt. Vì vậy nông nghiệp

ăn, các chỉ số công nghệ…Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số

phải tạo ra đƣợc chuyển biến mạnh mẽ: vừa tiếp tục tăng trƣởng về số lƣợng, về

cấu tạo và sử dụng (thời gian trộn, khối lƣợng một mẻ trộn, chi phí công suất, tốc độ

nhịp độ, về tỷ suất hàng hoá đồng thời nâng cao chất lƣợng sản phẩm, tăng khả

của vít trộn), để sản phẩm đạt đƣợc hàm lƣợng khoa học, đề tài luận văn đã kết hợp

năng cạnh tranh, đảm bảo sản xuất có hiệu quả…”

nghiên cứu phƣơng pháp truyền thống và nghiên cứu hiện đại nhƣ điều tra, tập hợp

Cơ giới hoá - điện khí hoá nông nghiệp là một nhiệm vụ hết sức quan trọng

thông tin, tham gia thiết kế cải tiến để trên cơ sở đó hoàn thiện công nghệ chế tạo.

trong toàn bộ sự nghiệp CNH-HĐH: từng bƣớc thực hiện cơ khí hoá các khâu sản

Đề tài đã áp dụng một số phƣơng pháp toán học trong nghiên cứu chế tạo máy cơ

xuất, chế biến sau thu hoạch.


khí nhƣ: phƣơng pháp đồng dạng và phân tích thứ nguyên, phƣơng pháp quy hoạch

Đối với ngành nông nghiệp, Nghị quyết 09/2000/NC-CQ của Chính phủ nêu
rõ: “ Ứng dụng rộng rãi thành tựu khoa học công nghệ mới và sản xuất nông

thực nghiệm, sử dụng chƣơng trình tính toán trên máy tính nhằm tăng độ tin cậy và
kết quả thu nhận đƣợc.

nghiệp…phải đƣa trình độ KHCN của nhiều ngành trong nông nghiệp đuổi kịp các

b. Ý nghĩa thực tiễn

nƣớc trong khu vực và nâng mức đóng góp của khoa học công nghệ vào giá trị gia

- Đúc kết, lựa chọn xác định các thông số hợp lý của các loại máy trộn đang sử

tăng của nông nghiệp từ 30% hiện nay lên trên 50% trong thập kỷ tới”. Để sớm đƣa

dụng tại Thái Nguyên và Thanh Hoá.

chăn nuôi trở thành một ngành chính, một trong những nhân tố quan trọng là phát

- Đề xuất dãy máy trộn công suất 1 2 t/h cho quy mô hộ gia đình theo nhu cầu hiện nay.

triển công nghiệp chế biến thức ăn gia súc với các qui mô nhỏ, vừa và lớn với trang

Dãy máy trộn đề xuất, thiết kế chế tạo (cùng Trung tâm Cơ điện nông nghiệp và ngành

thiết bị đồng bộ nhằm nâng cao chất lƣợng, giảm giá thành sản phẩm, trong đó có


nghề nông thôn thực hiện) đã đƣợc cơ sở sản xuất ký hợp đồng lắp đặt. Điều này cho

khâu nghiền, trộn thức ăn là quan trọng.

thấy mẫu máy trộn MT - 1, MT - 2 đang có thị trƣờng tiêu thụ với điều kiện chất lƣợng

Xuất phát từ đặc điểm tình hình nêu trên, việc nghiên cứu hoàn thiện một

chế tạo và giá thành vừa phải. Từ thực tiễn của đề tài, cho thấy chúng ta hoàn toàn làm

số cơ cấu của máy trộn thức ăn chăn nuôi đang là vấn đề cấp bách và có ý nghĩa

chủ đƣợc công nghệ chế tạo và có thể ứng dụng rộng trong sản xuất.

thực tiễn.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

2. Mục đích của đề tài

- Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng và phép phân tích

Nghiên cứu, xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng và chi phí năng lƣợng

thứ nguyên

riêng của máy trộn, trên cơ sở đó tìm dãy máy trộn phù hợp quy mô sản xuất hộ gia đình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-3-

-4-

5. Đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

Chƣơng I

- Một số thông số chính của máy trộn bột khô, kiểu vít đứng TK-1A: Thời gian trộn,
khối lƣợng một mẻ trộn, chi phí công suất, tốc độ của vít trộn...
- Nghiên cứu chuyển động của khối hỗn hợp trong máy trộn.

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG CÁC LIÊN
HỢP MÁY CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC (TRONG ĐÓ CÓ MÁY TRỘN)
Ở TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

- Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết đồng dạng và phân tích thứ nguyên, đề xuất dãy
máy trộn phù hợp với điều kiện thực tế.
- Địa điểm nghiên cứu thực nghiệm : tại HTX Dịch vụ - Chăn nuôi xã Quý lộc,

1.1. Khái quát tình hình sử dụng liên hợp máy chế biến thức ăn gia súc.
1.1.1.Khái quát tình hình phát triển thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam.
Giai đoạn 1986 – 1990 do ảnh hƣởng của nền sản xuất kế hoạch tập trung, sản


Huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa.

xuất thức ăn chăn nuôi chủ yếu tập trung ở các xí nghiệp quốc doanh với thiết bị kỹ
thuật của Đông Âu và Cuba nhƣ hệ thống thiết bị của Hungari công suất 2 tấn/h;
Bungari, Cuba công suất 5 tấn/h; Nam Tƣ 10 tấn/h, phục vụ cho các xí nghiệp chăn
nuôi quốc doanh. Giai đoạn này trên 80% đầu gia súc chăn nuôi quy mô nhỏ, quảng
canh hộ gia đình theo phƣơng pháp truyền thống, tận dụng phụ phế phẩm trong nông
nghiệp, chăn nuôi thâm canh hầu nhƣ chƣa phát triển; chăn nuôi hợp tác xã tổ chức
các trại chăn nuôi nhỏ 20 30 con lợn, chủ yếu là lợn lai kinh tế, chăn nuôi công
nghiệp và bán công nghiệp của các đơn vị quốc doanh có quy mô 500

1000 lợn,

gia cầm 5000 10000 con đƣợc nhập giống từ Cuba và một số nƣớc khác nhƣng
không nhiều. Chăn nuôi kém phát triển, do đó sản lƣợng thức ăn sản xuất thấp; chất
lƣợng chƣa cao, thiết bị công nghệ lạc hậu.
Từ năm 1990 - 1996 kinh tế phát triển nhanh, tốc độ tăng trƣởng GDP hằng
năm bình quân 6 7 %, sản lƣợng nông nghiệp đạt đƣợc nhiều thành tựu đáng kể,
tốc độ tăng trƣởng hàng năm bình quân đạt 4,5%. Chăn nuôi hàng hóa phát triển,
nhu cầu thức ăn chăn nuôi lớn, do đó nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nƣớc đã
đầu tƣ sản xuất thức ăn chăn nuôi với nhiều loại thiết bị, công nghệ hiện đại, tiên
tiến có công suất từ 30.000

200.000 tấn/năm. Giai đoạn này phát triển nhanh các

dây chuyền có công suất từ 5000

10000 tấn/năm do trong nƣớc chế tạo, chủ yếu


là thuộc sở hữu tƣ nhân, hoặc các trang trại chăn nuôi sản xuất tự cung cấp. Các
công ty 100% vốn đầu tƣ nƣớc ngoài có dây chuyền đồng bộ thiết bị hiện đại, công
nghệ tiên tiến, công suất 100000

200000 tấn / năm nhƣ Proconco; CP Group…

Các hãng này có ƣu thế về công nghệ và thiết bị nên chất lƣợng sản phẩm ổn định,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-5-

-6-

đặc biệt có kinh nghiệm trong chính sách tiếp thị, quảng cáo linh hoạt, nhạy bén.

Bảng 1.1. Mức độ trang bị máy chế biến thức ăn công nghiệp

Các đơn vị sản xuất thức ăn trong nƣớc bị khủng hoảng, sản lƣợng thấp, thị phần
sản phẩm chiếm khoảng 20% do thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, chất lƣợng sản

Đơn vị: chiếc /100 hộ
TT


Tên địa phƣơng

Các loại máy
Máy chế biến
thức ăn chăn nuôi
0,30
0.18
0,83
0,26
0,39
0,08
0,21
0,13
0,15

Máy sấy

phẩm chƣa cao.
Giai đoạn 1997 – 2007 cùng với sự phát triển mạnh trong nông nghiệp,
chăn nuôi hàng hóa phát triển nhanh, nhiều trang trại chăn nuôi đã hình thành,
nhu cầu thức ăn lớn, đồng thời là lĩnh vực thu lợi nhuận cao. Do đó nhiều đơn vị
trong và ngoài nƣớc đã đầu tƣ và sản xuất thức ăn chăn nuôi. Cargill, AFC (Mỹ);
Biomin (Áo); Hàn Quốc; Đài Loan; Trung Quốc; Conffeed (Indonexia)…Các
công ty Group (Thái Lan), Proconco (Pháp) thì mở rộng công suất; các cơ sở hợp
tác sản xuất trong nƣớc đã đầu tƣ các dây chuyền đồng bộ hiện đại, thiết bị của
Van – Aarsen (Hà Lan) nhƣ Bình Định, Đồng Nai, Tiền Giang… Nhiều đơn vị
đã xây dựng thƣơng hiệu có uy tín bằng chất lƣợng, giá cả và đa dạng hóa sản
phẩm nhƣ: thức ăn gia súc VINA, Thanh Bình, Long Châu (Đồng Nai),
DABACO (Bắc Ninh)…


1
2
3
4
5
6
7
8
9

Toàn quốc
Đồng bằng sông Hồng
Các tỉnh Đông Bắc
Các tỉnh Tây Bắc
Các tỉnh Bắc Trung Bộ
Duyên hải N. Trung Bộ
Tây nguyên
Đông Nam Bộ
Đồng bằng S. Cửu Long

0,64
0,10
3,51
0,14
0,05
0,06
0,27
0,06
0,22


Máy chế biến
lƣơng thực
1,96
1,13
6,64
5,24
1,96
0,54
1,12
0,32
0,17

Nguồn: Tổng cục thống kê 2007
Cũng từ kết quả điều tra tổng kết của Tổng cục thống kê và của đề tài “Qui
hoạch cơ giới hóa sản xuất nông lâm nghiệp ở tỉnh Thái Nguyên của Trung tâm cơ
điện nông nghiệp và ngành nghề nông thôn” cho thấy số lƣợng máy chế biến nông
sản và thức ăn gia súc ở Thái Nguyên là tƣơng đối cao.

Theo kết quả tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và thủy sản năm 2006,
công bố năm 2007 của Tổng cục thống kê, cho thấy yêu cầu thức ăn chăn nuôi ngày
càng trở nên cấp bách do đó cần đầu tƣ trang bị, sử dụng nhiều máy chế biến thức
ăn chăn nuôi (nghiền, trộn…). Tính đến nay, toàn quốc đã trang bị 38.264 máy chế
biến thức ăn chăn nuôi (trong đó có khoảng 30% là máy trộn với công suất từ
1,5 2 t/h). Tính bình quân trên 100 hộ là 0,3 chiếc, tập trung nhiều ở các tỉnh Đông
Bắc nhƣ Lạng Sơn, Bắc Giang, Cao Bằng…Đây là những loại máy có công suất

Cơ sở chế
biến nông sản
Máy

chế
biến thức ăn
chăn nuôi,
chiếc

Thái
Nguyên

Phú Thọ

Cao
bằng

Tuyên
Quang

Yên Bái

Bắc Kạn

5383

4951

153

3522

2788


673

2033

763

3031

1214

500

469

nhỏ. Riêng các loại dây chuyền chế biến thức ăn gia súc ở Đông Nam Bộ, Đồng

Riêng Thanh Hóa có 4490 chiếc máy chế biến thức ăn gia súc, tính bình

bằng sông Cửu long tuy số lƣợng bình quân nhỏ nhƣng công suất các loại máy là rất

quân 0,61 chiếc/100 hộ. Đây là một trong những tỉnh miền Trung mặc dù có nguyên

cao từ 8

liệu thức ăn chăn nuôi rất dồi dào nhƣng lại là nơi thiếu nhiều máy chế biến thức ăn

30 t/h

Bảng sau nêu kết quả đầu tƣ trang bị của từng vùng trong nƣớc


gia súc. Về cơ sở chế biến: toàn tỉnh có 10.754 cơ sở chế biến qui mô xã, bình quân
1,47 cơ sở chế biến /100 hộ, trong đó ở những vùng xa, vùng sâu yêu cầu chế biến
thức ăn chăn nuôi cấp bách nhƣng mức độ đầu tƣ, trang bị máy còn rất thấp nhƣ:
Thạch Thành, Vĩnh Lộc, vv…

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-7-

-8-

Theo thống kê của Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch,
hiện nay thức ăn chăn nuôi công nghiệp mới đạt 3,5 – 3,8 triệu tấn/năm, tức là

Bảng 1.2. Chi phí cho sản xuất thức ăn chăn nuôi (cho 1 kg) ở một số vùng
Nguyên liệu

Lao động

chiếm khoảng 30% tổng số thức ăn sử dụng trong chăn nuôi, trong khi đó chỉ tiêu
bình quân trên thế giới là 48%, các nƣớc công nghiệp phát triển đạt 80 – 90%.

80,3


1.1.2. Khó khăn tồn tại trong sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay

80,6

7,4

hàng năm phải nhập khẩu 800 – 900 nghìn tấn khô dầu, đậu tƣơng; phải nhập
khẩu các nguyên liệu nhƣ Vitamin, vi lƣợng, men tiêu hóa, kháng sinh…);
- Sự phối hợp nghiên cứu liên ngành (nông nghiệp, công nghiệp, hóa dƣợc…) để
tìm và tạo ra nguyên liệu mới chƣa đƣợc quan tâm;
- Do ảnh hƣởng của tƣ duy cơ cấu nông nghiệp truyền thống, chăn nuôi tận dụng,
một số vùng, một số ngƣời chậm đổi mới nhận thức, coi nhẹ chăn nuôi trong cơ
cấu nông nghiệp hàng hóa, không coi thức ăn chăn nuôi là then chốt. Đây là khe
hở trong đầu tƣ nghiên cứu, ứng dụng tiến bộ kỹ thuật và tổ chức sản xuất;
- Giá thức ăn chăn nuôi còn cao khoảng 15 – 20 % so với khu vực và thế giới nên
giá thành sản phẩm chăn nuôi chƣa cao.Vì thiếu nguyên liệu, máy móc thiết bị
nhập khẩu giá thành cao, khấu hao lớn, cƣớc phí vận chuyển cao so với giá trị
hàng hóa;
- Chất lƣợng thức ăn chăn nuôi, nhất là ở các cơ sở vừa và nhỏ còn thấp và không
ổn định. Nguyên nhân do công nghệ và thiết bị lạc hậu, thiếu vốn nên không chủ
động đƣợc nguyên liệu;
- Chi phí cho nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi khá cao (chiếm khoảng 75 –

Chi phí quản lý

2,5

9,8


Loại hình doanh nghiệp nhà nƣớc
7,1

2,6

9,7

Doanh nghiệp tƣ nhân

- Thiếu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi (thiếu nguyên liệu giàu năng lƣợng nhƣ
ngô, thiếu nguyên liệu giàu Protein nhƣ bột cá chất lƣợng cao, khô dầu các loại

Năng lƣợng nhiên liệu

Loại hình vốn đầu tƣ 100% của nƣớc ngoài

75,3

19,9

2,7

2,1

Nguồn: TS. Nguyễn Năng Nhượng (2004)-“Một số thành tựu khoa học công nghệ
về cơ giới hoá chế biến thức ăn chăn nuôi sau 20 năm đổi mới”
Thức ăn chăn nuôi chiếm 65-75% giá thành sản phẩm chăn nuôi, là nguyên nhân
chính làm cho giá sản phẩm chăn nuôi ở Việt Nam cao hơn các nƣớc trong khu vực
15 – 20%. Để nâng cao và ổn định chất lượng, giảm giá thành cần luôn quan tâm
đầu tư tạo đủ nguồn nguyên liệu, cải tiến công nghệ, thiết bị và áp dụng các thành

tựu khoa học công nghệ mới nhất vào lĩnh vực chế biến thức ăn chăn nuôi.
1.1.3. Tình hình nghiên cứu và chuyển giao máy, thiết bị phục vụ chế biến thức
ăn chăn nuôi ở Việt Nam.
1.1.3.1.Quy trình chế biến thức ăn chăn nuôi
Tuỳ thuộc vào giống, quá trình sinh trƣởng và phát triển của vật nuôi, nhu cầu
dinh dƣỡng rất khác nhau. Do yêu cầu khắt khe về dinh dƣỡng và nguyên liệu đƣa
vào chế biến rất đa dạng nên trong quy trình chế biến, dù rất hiện đại, thức ăn chăn
nuôi vẫn phải chế biến theo mẻ. Theo cách chung nhất, thức ăn chăn nuôi đƣợc chế
biến theo quy trình sau:

80%; mặt khác cơ sở chế biến thức ăn nhỏ (doanh nghiệp, tƣ nhân) còn dùng
nhiều lao động phổ thông cho nên chi phí chiếm gần 20%.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-9-

-10-

Máy nghiền thƣờng có công suất 300-1000kg/h do Việt Nam hoặc Trung Quốc

Nguyên liệu


chế tạo. Tuy nhiên, các loại máy nghiền thƣờng lấy sản phẩm ra bằng quạt hút, nên
tăng đáng kể chi phí điện năng, máy hay bị tắc và bụi. Để khắc phục những tồn tại

Định lƣợng

trên, trong những năm 1990 Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch
Nghiền nhỏ

đã nghiên cứu, chế tạo ra mẫu máy nghiền không sàng (sàng ngoài) và phần nào đã
đáp ứng đƣợc yêu cầu của sản xuất.

Trộn đều

Ép tạo viên

Chất bổ
sung

Có thể nói, các máy móc, thiết bị quy mô phân tán trong nƣớc hoàn toàn chế tạo
đƣợc. Tuy nhiên do một thời gian dài ít đƣợc quan tâm nên chƣa có các cải tiến phù
hợp với sản xuất hiện nay.

Đóng bao

H 1.1.Quy trình chế biến thức ăn chăn nuôi

Trong mỗi công đoạn chế biến có nhiều phƣơng án và giải pháp kỹ thuật khác
nhau. Nhƣng nhìn chung dây chuyền thiết bị càng tiên tiến thì năng suất, chất lƣợng

1.1.3.3.Quy mô tập trung

Sản xuất thức ăn chăn nuôi ở quy mô tập trung thƣờng năng suất từ 2; 3; 5; 10;
15; 20; 30 tấn/h và lớn hơn.

sản phẩm càng cao và ổn định. Trên cơ sở quy trình tổng quát, tuỳ thuộc vào mức

a, Quy mô 2 -5 tấn/h

độ cơ giới hoá và khả năng tài chính của mình mà các doanh nghiệp quyết định

Các cơ sở vốn ít, nhất là các cơ sở mới thành lập thƣờng chọn quy mô 2; 3 hoặc

chọn quy trình công nghệ và máy móc, thiết bị phù hợp.

5 tấn/h để đầu tƣ. Sản phẩm chủ yếu là thức ăn tổng hợp và đậm đặc và dạng bột.

1.1.3.2 Quy mô phân tán

Có một số cơ sở đầu tƣ sản xuất thức ăn viên nhƣng chƣa nhiều.

Quy mô chế biến thức ăn chăn nuôi thƣờng có năng suất 300 – 1000 kg/h sản
xuất các loại thức ăn tổng hợp dạng bột phục vụ chính cho cơ sở chăn nuôi hoặc
làm dịch vụ tại các thôn xã.
Mô hình này đã, đang và sẽ tiếp tục phát triển trong tƣơng lai, vì nó tận dụng
đƣợc nguồn nguyên liệu sẵn có (cám, ngô, khoai, sắn…) ở địa phƣơng và thích hợp
cho chăn nuôi phân tán, quy mô nhỏ ở nông thôn, miền núi, vùng sâu, vùng xa.
Nguồn cung cấp vi lƣợng, đạm, chất bổ sung là thức ăn đậm đặc do các cơ sở quy
mô sản xuất tập trung.
Thiết bị trong các mô hình này chủ yếu là máy trộn và máy nghiền. Máy trộn
thƣờng dùng máy trộn đứng công suất 100 - 300kg/mẻ do trong nƣớc chế tạo. Rất ít
cơ sở dùng máy trộn ngang, mặc dù máy trộn ngang cho chất lƣợng đồng đều cao

hơn, nhƣng tiêu tốn nhiều điện năng hơn và giá thành cũng cao hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Ở dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi dạng bột, ngoài một số thiết bị phụ trợ
(gầu tải, vít tải, quạt hút…) thiết bị chủ yếu là máy nghiền và máy trộn đứng, nhƣng
đƣợc bố trí hợp lý nên phát huy hiệu quả tƣơng đối cao. Đi tiên phong trong quy mô
này là Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch. Từ năm 2000 đến
nay trên 50 dây chuyền đã đƣợc chuyển giao vào sản xuất.
b, Quy mô 10 – 30 tấn/giờ và lớn hơn
Với quy mô 10 – 30 tấn/giờ, hiện tại ở Việt Nam cũng song song tồn tại hai
quy trình công nghệ và theo đó là hệ thống máy móc thiết bị. Tuy nhiên, ở quy mô
này hầu hết các máy và thiết bị đƣợc nhập khẩu đồng bộ từ nƣớc ngoài, công nghiệp
trong nƣớc chƣa chế tạo đƣợc hoàn chỉnh. Thời gian gần đây, giá thành nhập đồng
bộ dây chuyền cao, nhiều cơ sở chỉ nhập những thiết bị chính, còn các thiết bị phụ
trợ nhƣ gầu tải, vít tải, thùng chứa…chế tạo trong nƣớc để giảm chi phí đầu tƣ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-11-

-12-

biến phân tán, bán công nghiệp quy mô 1 – 2 tấn/h. Nội dung luận văn này sẽ tập


c, Mô hình đầu tƣ
+ Đối với chăn nuôi truyền thống hộ gia đình, đây là hình thức chăn nuôi tận dụng

trung nghiên cứu về máy trộn thức ăn gia súc trong mô hình sản xuất này, nhằm đề

các phụ phế phẩm trong nông nghiệp nhƣ xay xát kiêm nghiền ngô, khoai sắn ở nông

xuất thiết kế dãy máy trộn hợp lý.

thôn, vùng sâu, vùng xa phục vụ nội tiêu tại chỗ là chủ yếu. Ở đây sử dụng máy

1.2. Tình hình nghiên cứu khoa học về máy trộn thức ăn gia súc

nghiền loại nhỏ công suất 200 – 300 kg/h và hầu nhƣ chƣa có máy trộn. Để nâng cao
chất lƣợng thức ăn cần trang bị các máy trộn đứng công suất từ 100 – 300 kg/mẻ.

Trong sản xuất công nông nghiệp nói chung, máy trộn là máy công tác đƣợc
dùng rộng rãi trong nhiều ngành:

+ Ở các cơ sở chế biến phân tán, bán công nghiệp quy mô 1 – 2 tấn/h sản xuất chủ

-

Chế biến thức ăn gia súc;

yếu thức ăn tổng hợp dạng bột phục vụ cho nhu cầu chăn nuôi của cơ sở mình hoặc

-

Chế biến thực phẩm;


dịch vụ nghiền trộn tại địa phƣơng. Thiết bị chủ yếu là máy nghiền, máy trộn đứng,

-

Công nghiệp hoá dƣợc;

vít tải, gầu tải, điều khiển thủ công và do trong nƣớc chế tạo. Dự báo trong thời gian

-

Vật liệu xây dựng…

tới mô hình này sẽ phát triển mạnh vì quy mô chăn nuôi tập trung phát triển và vốn
đầu tƣ cho dây chuyền thấp.

Với nhiệm vụ:
-

Tạo ra hỗn hợp đồng đều gồm các thành phần có tính chất rắn, lỏng nhƣ nhau

+ Quy mô từ 2 – 5 tấn/h với sản phẩm là thức ăn tổng hợp và đậm đặc dạng bột,

hoặc khác nhau do trộn đều hoặc hoà tan. Đối với ngành chế biến thức ăn gia

thiết bị chủ yếu là máy nghiền, máy trộn đứng và các thiết bị phụ trợ do trong nƣớc

súc phục vụ chăn nuôi trong nông nghiệp thì vấn đề này có vai trò quan trọng

chế tạo. Mô hình này phát triển mạnh trong thời gian qua. Tuy nhiên để phù hợp với


đối với chất lƣợng hỗn hợp thức ăn : các thành phần thức ăn ở dạng bột xay

xu thế phát triển, mô hình này sẽ dần đƣợc thay thế bằng các dây chuyền đồng bộ

nghiền với độ nhỏ quy định, cần phải trộn đều với nhau thành hỗn hợp. Nhƣ vậy

quy mô 4 – 5 tấn/h với sản phẩm dạng bột và viên kết hợp với điều khiển tự động

khi ta cho gia súc ăn, chủ yếu thức ăn ở dạng khô sống, phổ biến trong kỹ thuật

hoàn toàn hoặc tự động từng công đoạn. Ngoại trừ máy ép viên, tất cả các dây

chăn nuôi hiện nay, thì khối lƣợng mỗi khẩu phần ăn của vật nuôi luôn luôn

chuyền đều do trong nƣớc chế tạo, kể cả trung tâm điều khiển.

đƣợc đảm bảo đủ tỷ lệ các thành phần theo thực đơn cho từng loại vật nuôi do

+ Đối với các cơ sở chế biến công nghiệp công suất từ 10 tấn trở lên, đây là quy mô

ngành chăn nuôi quy định;

đang phát triển mạnh. Các công ty có tên tuổi của nƣớc ngoài đầu tƣ quy mô công

-

suất 20 – 40 tấn/giờ. Đây là các dây chuyền đồng bộ, thiết bị hiện đại, công nghệ
tiên tiến với mức độ tự động hóa cao. Hiện các dây chuyền này đƣợc nhập đồng bộ
hoặc các máy chính của nƣớc ngoài.


Tăng cƣờng các phản ứng hoá học hay sinh học khi chế biến thực phẩm hoặc
thức ăn gia súc: trộn thức ăn với men để ủ, trộn các chế phẩm hoá dƣợc;

-

Tăng cƣờng các quá trình trao đổi nhiệt khi đun nóng hay làm lạnh: nhƣ khuấy
sữa trong khi đun để chóng cô đặc.

Nhận xét

1.2.1.Tình hình và kết quả nghiên cứu máy trộn trên thế giới

Qua phân tích về tình hình phát triển thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam, những
khó khăn tồn tại trong sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay, và tình hình nghiên cứu
và chuyển giao máy, thiết bị phục vụ chế biến thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam thời
gian qua, đặc biệt là qua phân tích mô hình đầu tƣ, tác giả thấy cần phải nghiên cứu
sản xuất máy chế biến thức ăn gia súc tại Việt Nam, nhất là trong mô hình cơ sở chế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại máy trộn, riêng về máy trộn thức ăn
gia súc có thể phân loại:
+ Phân loại theo cấu tạo :
- Máy trộn có bộ phận quay, thùng máy đứng yên;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





-13-

-14-

Phổ biến của nhóm này gồm các loại kiểu bộ phận trộn: vít, cánh gạt, hành tinh,

So sánh ƣu nhƣợc điểm một số loại máy trộn thức ăn gia súc phổ biến trên thế giới:

cánh xoắn, vít đứng, ly tâm, nghiền trộn (kiểu va đập). Ƣu điểm là chất lƣợng trộn

- Máy trộn cánh gạt: Trộn đƣợc nhiều loại thức ăn, tháo lắp và làm sạch thuận tiện, có

cao, dễ nạp và xả, dễ sử dụng, làm việc gián đoạn hoặc liên tục và có thể trộn ẩm.

khả năng bố trí vào liên hợp máy chế biến liên tục, mức tiêu thụ điện năng tƣơng đối cao;

Nhƣợc điểm là khó khó làm sạch, mức tiêu thụ điện năng riêng cao, giá thành chế

- Máy trộn vít đứng phổ biến cho các loại thức ăn bột khô, mức tiêu thụ điện năng

tạo máy cao…

riêng nhỏ, diện tích bố trí máy gọn, giá thành chế tạo và giá thành sản phẩm tƣơng

Máy trộn có thùng quay;

-


đối thấp nhƣng chất lƣợng trộn không cao lắm;

Nhóm này gồm các kiểu: trống (lập thể, chữ V…) kiểu nón đơn, nón kép…

- Máy trộn hành tinh có cấu tạo phức tạp, năng suất thấp;

Nhóm này có ƣu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, công suất máy

- Máy trộn giải xoắn (ngƣợc dòng) phổ biến ở Mỹ, Pháp có chất lƣợng trộn tốt, trộn

thấp…Nhƣợc điểm là tốc độ trộn đều thấp (n=50v/ph), chỉ làm việc gián đoạn, thể

đƣợc nhiều loại thức ăn, nhƣng cấu tạo phức tạp, tiêu thụ điện năng riêng cao;
Về phƣơng diện cấu tạo, đa số các tác giả tập trung nghiên cứu loại máy trộn

tích hữu ích thấp ( =50%), không trộn đƣợc vật liệu nhão, dính
+ Theo cách bố trí đặt máy: loại tĩnh tại và loại lƣu động;

cánh gạt, nằm ngang, làm việc gián đoạn hoặc liên tục, nhất là kiểu hai trục cánh

+ Theo thời gian hoạt động: liên tục và gián đoạn;

trộn trong số các máy trộn thức ăn gia súc. Do máy trộn này có tính chất vạn năng,

+ Theo vị trí bộ phận trộn: ngang, nghiêng, đứng;

trộn đƣợc nhiều loại thức ăn gia súc có cơ lý tính khác nhau, đặc biệt là áp dụng tốt

+ Theo tính chất cơ lý của thức ăn: khô, nhão, loãng;


với thức ăn ẩm, nhão;
Đối với thức ăn khô là loại phổ biến chủ yếu, chế biến rộng rãi ở các cơ sở,

+ Theo chế độ vận tốc: chậm, nhanh.

các xí nghiệp chế biến...Các kiểu máy trộn cánh gạt, nằm ngang, gián đoạn cũng
MÁY TRỘN THỨC ĂN GIA SÚC

đáp ứng đƣợc yêu cầu trên nhƣng còn nhiều nhƣợc điểm hơn so với máy trộn kiểu
vít đứng. Ví dụ cùng một lƣợng tải và thời gian trộn thì máy trộn kiểu cánh gạt cho

LƯU ĐỘNG

TĨNH TẠI

chất lƣợng trộn thƣờng thấp hơn, mức tiêu thụ điện năng riêng cao hơn;
LIÊN TỤC

Về phƣơng diện lý thuyết tính toán, mặc dù khâu trộn vật liệu đã đƣợc phát

GIÁN ĐOẠN

triển rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất, nhƣng việc nghiên cứu vẫn chƣa toàn
NGHIÊNG

ĐỨNG

NGANG


diện, chủ yếu mang tính chất thực nghiệm. Việc xác định các thông số của quá trình
trộn và các quy luật trộn gặp khó khăn, chủ yếu là do nhiều yếu tố biến đổi ảnh

THÙNG NÓN

CÁNH QUẠT

HÀNH TINH

LY TÂM

KHÍ ĐỘNG

GIẢI XOẮN
PHỐI HỢP

TRỐNG, LẬP
PHƯƠNG, CHỮ V

CÁNH GẠT

VÍT

hƣởng đến động lực học của máy trộn: cơ lý tính của các thành phần thức ăn,
nguyên lý trộn và các chỉ số công nghệ khác...
Kết quả của những công trình nghiên cứu về lý thuyết máy trộn của một
số tác giả đƣợc công bố nhƣ sau:
- Trong máy trộn khi làm việc diễn ra hai quá trình: trộn đều (quá trình thuận) và
THỨC ĂN NHÃO


THỨC ĂN BỘT KHÔ

THỨC ĂN LỎNG

quá trình phân lớp (quá trình ngƣợc). Hai quá trình đó diễn biến theo thời gian trộn
đến lúc hỗn hợp bột đạt tới trạng thái “cân bằng động lực”, thì tỷ lệ thành phần mà

H1.2. Phân loại máy trộn thức ăn gia súc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-15-

-16-

ta xét trong mẫu đo thực tế không thay đổi nữa dù có tiếp tục trộn thêm. Sau trạng

Trong đó:

thái “cân bằng động học” nếu tiếp tục thời gian trộn thì độ trộn đều lại có thể bị

- là mật độ (khối lƣợng riêng);

giảm đi.


v - vận tốc hỗn hợp trong máy;

Pacкaтoвa E.A [ 3 ] đã đề xuất phƣơng trình động học của quá trình trộn dƣới dạng:

Dp - Hệ số dẫn khối;

VC = f1(t) + f2(t)

- Hệ số cấp khối lƣợng;

Trong đó:

- Bề mặt chuyển pha riêng;

- VC : Độ trộn không đều của hỗn hợp

G - Lƣợng biến đổi do nguồn khối lƣợng;

- f1(t) :Hàm đặc trƣng cho quá trình trộn thuận

Đối với mô hình máy trộn thức ăn gia súc, một số tác giả đã nêu lên mô hình

- f2(t): Hàm đặc trƣng cho quá trình trộn ngƣợc

toán nhƣ sau:

- Hiện tƣợng cân bằng động xảy ra khi f1(t) = f2(t)

- Mô hình toán của Pacкaтoвa E.A biểu thị chất lƣợng trộn trên cơ sở nghiên cứu


Một số tác giả khác cũng đã có những nhận xét tƣơng tự nhƣ vậy, đã coi quá

máy trộn kiểu cánh gạt, nằm ngang:

trình trộn là sự thay đổi mật độ Ci của thành phần hỗn hợp, đã thành lập mối quan
hệ giữa tốc độ quá trình trộn với sự thay đổi mật độ Ci trong một đơn vị thời gian

Vc

A( t )

B

l
f( 1,
l

D lg( t )

tính theo công thức:

V

dCi
dt

df1 t
dt


1

,

g
l

2

, , t)

Trong đó: A, B, D là hàm của các đại lƣợng không thức nguyên

df2 t
dt

l1,l- kích thƣớc của các thành phần;
1

Một phƣơng hƣớng nghiên cứu máy trộn nữa là để nắm vững đƣợc bản chất

g

thiết bị trộn và để điều khiển thiết bị hoạt động theo hƣớng tối ƣu, một số tác giả đã

- hệ số chứa của thùng máy trộn;

trƣng cho các quá trình xảy ra trong máy trộn (quá trình chuyển khối lƣợng, quá
Những máy trộn dùng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp hoá dƣợc đã
đƣợc nhiều tác giả nƣớc ngoài nghiên cứu theo hƣớng trên, nhất là đối với các quá

trình trộn lỏng, trộn các dung dịch nhũ tƣơng, huyền phù,...

- gia tốc trọng trƣờng;
- vận tốc góc;

nghiên cứu thành lập đƣợc các mô hình toán học hoặc vật lý mô tả quan hệ đặc
trình chuyển năng lƣợng nhiệt, quá trình chuyển động lƣợng thuỷ động)

, - mật độ các thành phần;

t

- thời gian trộn.

- Stelmakh [10] đề xuất mô hình tính toán xác suất biểu thị quá trình trộn, cũng trên cơ sở
nghiên cứu máy trộn kiểu cánh quạt nằm ngang, gián đoạn. Gọi mật độ trung bình

của

thành phần phụ gia (đƣợc trộn vào hỗn hợp để theo dõi xác định chất lƣợng trộn) bằng:

Đối với thiết bị trộn khô thì mô hình toán học biểu thị quá trình chuyển khối lƣợng

(t , )

(

đã đƣợc Damkoehler [10] mô tả bằng phƣơng trình bảo toàn động lƣợng với dạng

)


0

1/

e

t0 /

e1/ v (t

t0 )

e

( t t0 )

(1 e

( t t0 )

)

Trong đó:
div( v) div( D grad )

G

0


t - thời gian trộn;
- bán kính véc tơ từ tâm vị trí ban đầu của phần tử chất phụ gia;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-17-

0

-18-

- mật độ ban đầu của chất phụ gia ở thời điểm to;

1.2.2.Tình hình và kết quả nghiên cứu máy trộn ở Việt Nam
Trong nƣớc ta đã nhập và sử dụng một số loại máy trộn thức ăn gia súc từ

- mật độ trung bình của chất đó ở thời điểm t;

những năm 1960 ở các nông trƣờng chăn nuôi và một số cơ sở chế biến thức ăn gia

, - các hệ số.

Ngoài ra một số tác giả đã nghiên cứu đề xuất các phƣơng pháp tính toán và


súc. Một số cơ quan nghiên cứu cơ giới hóa nông nghiệp, các nhà máy cơ khí phục

xác định chất lƣợng hỗn hợp để đánh giá độ trộn đều của các máy trộn (Kaфapoв

vụ nông nghiệp cũng đã thiết kế chế tạo máy trộn thức ăn gia súc từ những năm

B.B [1] và những tác giả khác).

1970, quan tâm đến máy trộn kiểu vít đứng. Viện thiết kế máy nông nghiệp, Bộ cơ

Trong thời gian gần đây, đã có các nghiên cứu về máy trộn dựa vào phƣơng

khí luyện kim đã chế tạo máy trộn bột vít đứng TK-0,5 năm 1974 (không ống bao,

pháp phân tích cấu trúc, thông qua thực nghiệm, nhất là việc ứng dụng quy hoạch

sau đó cải tiến có ống bao vít). Năm 1976 Trƣờng Đại học nông nghiệp 1 đã thiết kế

thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng phép phân tích thứ nguyên để đề xuất các mô

chế tạo máy trộn bột vít đứng TB-1,0 với loại ống bao cải tiến có các cửa sổ, từ đó

hình toán học, mô hình vật lý.

đã thiết kế chế tạo tiếp các mẫu máy TK-1A, TB - 1B. Viện công cụ cơ giới hóa

Tuy nhiên tác giả đƣợc biết những nghiên cứu theo phƣơng pháp này trên thế
giới đối với loại máy trộn bột kiểu vít đứng chƣa đƣợc thực hiện cụ thể và rất ít loại


Nông nghiệp, Bộ nông nghiệp thiết kế chế tạo máy trộn bột kiểu vít đứng TK-1A
năm 1978 theo nguyên lý ống bao có các cửa sổ nhƣ mẫu máy TB-1,0.
Kết quả thiết kế chế tạo, khảo nghiệm quốc gia và sử dụng kiểu máy trộn vít

tài liệu nghiên cứu đã công bố về loại máy trộn đó.
Trong công nghiệp chế biến thức ăn gia súc, đại bộ phận là trộn hỗn hợp dạng

đứng ở nƣớc ta đã chứng tỏ kiểu máy trộn này có cấu tạo tƣơng đối đơn giản dễ sử

bột khô với khối lƣợng lớn. Khi trộn vật liệu bột này, các hạt bột chịu tác động của

dụng, đáp ứng tƣơng đối tốt chất lƣợng trộn, phù hợp với mô hình sản xuất phân tán

những lực có xu hƣớng khác nhau ngẫu nhiên và chuyển động của các hạt bột chính

quy mô 1-2 tấn/h hiện nay. Máy trộn kiểu vít đứng chủ yếu dùng để trộn bột khô,

là hệ quả của tổng hợp các lực đó.

không đòi hỏi tính chất vạn năng cho cả thức ăn ẩm, nhão hay lỏng.

Theo Lecey P.H.C (Anh), trong máy trộn bột thƣờng có 5 quá trình cơ bản xảy ra:

Bảng 1.3. Xác định chỉ tiêu chất lượng các máy trộn tham gia khảo nghiệm

1- Tạo các lớp trƣợt với nhau theo mặt phẳng - quá trình trộn cắt;
2- Chuyển dịch từng nhóm hạt bột từ vị trí này tới vị trí khác- quá trình trộn đối lƣu;
3- Thay đổi vị trí của từng hạt bột riêng rẽ - quá trình trộn khuếch tán;
4- Phân tán từng phần tử do va đập vào thành máy- quá trình trộn va đập;
5- Biến dạng và nghiền nhỏ các hạt- quá trình trộn nghiền.

Tùy theo cấu trúc máy trột và tính chất cơ lý của các thành phần bột, có thể chỉ
xuất hiện một hoặc một vài trong số những quá trình đã nêu. Cũng do tác động khác
nhau rất ngẫu nhiên của các lực vào hạt bột và sự phụ thuộc của cấu trúc máy trộn
vào phƣơng pháp thực hiện các quá trình, cho nên quá trình trộn bột khô rất khó mô
tả đầy đủ bằng lý thuyết với các mô hình toán. Ở máy trộn kiểu vít đứng thì các quá

T
T

Danh mục các chỉ tiêu

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Tốc độ quay của máy trộn (v/min)
Khối lƣợng trộn một mẻ (Kg)
Thời gian nạp liệu (min)
Thời gian trộn (min)
Thời gian xả (min)
Độ trộn đều (%)
Loại động cơ
Công suất động cơ (kwh)

Độ nhỏ trung bình của nguyên liệu
Độ ẩm trung bình của nguyên liệu (%)

Máy trộn tham gia khảo nghiệm
TK-1A
ĐHNN
TK.0,5
Viện
Hà Nội
VTKMNN
CC & CGNN
300
515
307
250
300
250
1,37
3,21
5,4
7
7
7
4,2
5,3
126
90,4
95,44
65,61
3 pha

3 pha
3 pha
2,7
2,7
1,7
0,69
0,69
0.69
13,43
13,43
13,43

Nguồn: TS. Nguyễn Năng Nhượng (2004)-“Một số thành tựu khoa học công

trình chủ yếu là trộn khuếch tán và đối lƣu…

nghệ về cơ giới hoá chế biến thức ăn chăn nuôi sau 20 năm đổi mới”

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-19-

-20-


Từ bảng trên ta thấy rằng kiểu máy trộn vít đứng có ống bao cải tiến (mở thêm

KẾT LUẬN CHƢƠNG I

các hàng cửa sổ) ở mẫu máy TB-1 của Trƣờng Đại học Nông nghiệp 1 đã đạt đƣợc

1- Để đƣa chăn nuôi trở thành ngành chính, một trong những khâu quan trọng luôn

các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn kiểu vít đứng thông thƣờng. Kết quả này cũng

đƣợc quan tâm là chế biến thức ăn phục vụ cho các loại hình chăn nuôi: trang trại,

đạt tốt ở mẫu máy trộn TK - 1A của Viện công cụ và Cơ giới hoá nông nghiệp đã

ngƣời làm dịch vụ, hộ chăn nuôi gia đình.

chế tạo theo nguyên lý đó.

2- Trong điều kiện sản xuất ở nhiều vùng chăn nuôi còn phân tán cần mô hình chế

Cho đến nay việc nghiên cứu lý thuyết tính toán cũng nhƣ thực nghiệm cho máy

biến thức ăn qui mô nhỏ từ 1 – 2 t/h với hệ thống thiết bị phù hợp (nghiền, trộn),

trộn kiểu vít đứng vẫn chƣa đƣợc giải quyết đầy đủ và toàn diện để làm cơ sở thiết

đảm bảo chất lƣợng thức ăn, giá thành trang bị phù hợp với vốn đầu tƣ của nông

kế cải tiến thêm mẫu máy đó.


dân đang là vấn đề rất cấp bách.

1.2.3 Những tồn tại trong nghiên cứu máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng

3- Nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả nƣớc ngoài đều quan tâm đến

Nhƣ trên đã trình bày, máy trộn kiểu vít đứng đã đƣợc thiết kế chế tạo và thông

chuyển động của khối hỗn hợp bột trong quá trình trộn, từ đó xác định đƣợc chất

dụng ở nƣớc ta, nhƣng các thông số cấu tạo và sử dụng các loại máy này chủ yếu

lƣợng trộn, làm cơ sở cho tính toán thông số cấu tạo của máy trộn.

dựa vào các tài liệu mẫu máy của nƣớc ngoài. Vấn đề khảo nghiệm để nghiên cứu

4- Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số cấu tạo và sử dụng (thời gian trộn,

kiểu máy trộn này trong nƣớc ta cho đến nay rất ít ngƣời thực hiện (trƣớc đây

tốc độ bộ phận trộn, khối lƣợng một mẻ trộn) tới độ trộn đều và mức tiêu thụ điện

PGS.TS Nguyễn Thị Minh Thuận đã nghiên cứu về mẫu máy này -1988). Hiện nay

năng riêng của máy trộn vít đứng kiểu TK-1A do Trung tâm phát triển cơ điện và

nhu cầu của ngành thiết kế chế tạo máy cũng nhƣ của ngành sử dụng máy đòi hỏi

Trung tâm Cơ điện và ngành nghề nông thôn thiết kế chế tạo. Áp dụng phƣơng pháp


những máy đã thiết kế, chế tạo và sử dụng cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu khảo

quy hoạch hoá thực nghiệm, đề xuất các mô hình toán và phân tích xác định các giá

nghiệm, đƣợc xác định các thông số hợp lý để làm cơ sở cải tiến hoàn thiện hơn,

trị thông số tối ƣu cho mẫu máy, làm cơ sở thiết kế chế tạo mẫu máy mới đạt các

nhằm đạt đƣợc những chỉ tiêu kỹ thuật tối ƣu về năng suất, chất lƣợng và mức tiêu

chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn;

thụ điện năng riêng…

5- Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên xác định một số chỉ

Thực tế, nhiều thông số thiết kế chế tạo máy trộn vít đứng còn chƣa đủ cơ sở

tiêu kinh tế kỹ thuật của dãy máy trộn vít đứng trên cơ sở mẫu máy TK-1A.

khoa học để lựa chọn, chƣa đặt mối liên quan giữa các yếu tố cấu tạo và sử dụng
cũng nhƣ trong điều kiện kinh tế xã hội ở địa phƣơng
Hiện nay, chế độ vận tốc ở các máy trộn đã thiết kế khác nhau rất xa 300500v/ph, giải thời gian trộn khá lớn 7 – 15 ph/mẻ, khối lƣợng một mẻ trộn từ 200 – 300
kg…Vậy cần chọn cơ sở đảm bảo các thông số của máy trộn cho thật phù hợp với điều
kiện kinh tế xã hội. Ngoài ra, hiện nay xuất hiện nhu cầu trong sản xuất quy mô phân
tán là sử dụng máy trộn có năng suất dƣới 1 tấn/h, nhằm thích hợp với ngƣời sử dụng
quy mô gia trại, vì thế việc tìm ra các thông số hợp lý nhằm giúp cho việc thiết kế chế
tạo dãy máy trộn bột vít cũng cần phải đƣợc nghiên cứu và giải quyết.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-21-

-22-

Chƣơng II

hạt bột lần lƣợt chuyển động xuống dƣới từ mức A-A tới mức B-B trong phần hình

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHỐI HỖN HỢP BỘT

trụ, rồi tới mức C-C trong phần thùng hình nón cụt. Tới đó khối bột sẽ đƣợc vít đƣa

TRONG MÁY TRỘN VÍT ĐỨNG

lên theo dòng chuyển động của ống bao, tiếp ngay với chuyển động trên. Nhƣ vậy ở

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG - MÔ HÌNH - THỨ NGUYÊN

mức C-C lớp bột đƣợc coi nhƣ rơi tự do vào khoảng tác động của vít trộn, để nhập

2.1. Phƣơng trình chuyển động của khối bột trong thùng trộn


vào chuyển động theo vít trộn;

Đây là nghiên cứu dựa trên lý thuyết chuyển động của vật tơi trong thùng chứa

- Tác dụng cản chuyển động của khối bột ở phần thùng hình trụ là do thành hình

do Tiến sỹ Ghiatrep (Liên Xô) công bố. Tác giả đã nghiên cứu về chuyển động của

trụ của thùng trộn có chiều cao H 2 với hệ số cản chuyển động k 1H2 và thành hình

khối bột trong máy trộn vít đứng có ống bao gồm:

trụ của ống bao ứng với chiều cao H 2 và có các mái cửa sổ nghiêng một góc

- Chuyển động của khối bột ngoài ống bao (Chủ yếu theo quy luật tự chảy trong
thùng chứa);

45 ) với hệ số cản chuyển động k 2H2. Còn ở phần thùng nón cụt tác dụng cản là do
thành nón cụt của thùng có chiều cao H 1 và góc nghiêng

- Chuyển động của khối bột trong ống bao do vít đẩy bột lên phía trên qua các cửa

( = 180) với hệ số cản

chuyển động k1H1 và thành hình trụ của ống bao ứng với chiều cao H 1 và cũng có

sổ ống bao và qua miệng trên của ống bao.

các mái cửa sổ nghiêng một góc


Để đảm bảo cho khối hỗn hợp đƣợc nhanh đều và tải trọng tác động vào trục

này đƣợc xác định bằng thực nghiệm hoặc tính toán bằng công thức do

máy cũng nhƣ điện năng tiêu thụ ổn định hơn, hai phần chuyển động đó phải nối

( =

0

với hệ số cản chuyển động k2H1 (các hệ số cản
ячев

. .B [2] đề xuất).

tiếp nhau liên tục. Khối bột phải đƣợc vít đẩy lên liên tục xáo trộn, khuếch tán liên

Tính toán phƣơng trình chuyển động của khối bột ở phần thùng nón cụt

tục qua các cửa sổ, không lúc nào bị ùn hay bị hẫng. Do đó, cần xác định quy luật

trƣớc, rồi áp dụng phƣơng trình đó cho khối bột ở phần trụ bằng cách thay góc nón

và phƣơng trình chuyển động của khối bột trong và ngoài ống bao, xác định điều
kiện bảo đảm tính liên tục, thể hiện ở mối quan hệ giữa một số thông số cấu tạo và

= 0 và thay hệ số cản, các áp lực tác động. (Hình 2.1)
a, Phƣơng trình chuyển động của khối bột ở phần nón cụt


sử dụng máy. Đồng thời có thể áp dụng kết quả để tính toán thiết kế cho mẫu máy

R

trộn mới.

r

A

A

H2

1
2

thành thùng máy và thành ống bao, các lớp bột đảm bảo tính chất chảy tầng, và khối

O

C

O1

- Lực ma sát nội tại giữa các hạt bột và lực ma sát của bột với thành thùng trộn đều
tuân theo định luật Culông, tỷ lệ thuận với các lực pháp tuyến;

Y


C
dG

c

RC

4
5

- Thùng trộn và ống bao bảo đảm hình dạng tròn xoay khi trộn khối bột chứa trong
máy cho mỗi mẻ trộn đảm bảo hệ số chứa tối đa cho phép ( =0,9), sẽ giữ ở mức AA ngang với miệng trên của ống bao. Trong khi chuyển động ở ngoài ống bao các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

B
x

y

3
H1

lƣợng thể tích không thay đổi đáng kể (tức là không bị nén đáng kể);

dP
dRx = K.P.dx

B


dx

sắp xếp thành những lớp vuông góc với trục máy. Trong khi chuyển động giữa

dx

Các giả thiết dựa trên lý thuyết chuyển động của vật tơi trong thùng chứa:
- Khối hỗn hợp bao gồm các hạt hình cầu (tƣơng đƣơng) tuyệt đối rắn, đồng đều,



X

H2.1.Sơ đồ cấu tạo của máy trộn bột kiểu vít đứng và đường chuyển động
của khối hỗn hợp bột trong máy
1 – Vít trộn; 2 - Ống bao; 3- Thùng trộn; 4 - Ống xả bột; 5 – Thùng cấp liệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-23-

-24-

Giả sử đặt gốc toạ độ 0 ở tâm lớp B-B, trục 0x hƣớng theo chiều chuyển

Trong đó v

động của khối bột (thẳng đứng, hƣớng phía dƣới), trục 0y nằm ngang. Ta xét

chuyển động của một phần tử lớp bột ở khoảng cách x, bề dày dx. Hai lớp trên và

dx
dt

Nhƣ vậy ta sẽ có

dƣới của phần tử lớp đó chịu tác động ép của các lực P và Q ( Q = P + dP). Các

a

phần lớp bột này là những hình vành khăn bao giữa thành thùng và thành ống bao

dv
dt

d
dt

q
( y2 r 2

2q 2b( R bx)

q'
2
R bx

r2


R bx

2

r2

(2.4)

3

Trọng lực dG của phần tử lớp bột tính theo công thức:

có trọng tâm là O’.

dG

Phƣơng trình vi phân chuyển động của phần tử lớp bột đó có thể viết nhƣ sau:
dm.a = dG – dGx – dP

( y2

gdm

r 2 )dx

R bx

2

r 2 dx


(2.5)

Lực cản chuyển động dRx do các thành phần của cơ cấu làm việc gây nên

(2.1)

đƣợc xác định bằng tỷ lệ với áp lực dọc trục P theo chiều chuyển động ở tiết diện

Trong đó:

nào đó dịch chuyển một đoạn dx. Hệ số tỷ lệ đó gọi là hệ số cản k, nghĩa là:

dm : khối lƣợng của phân tử lớp bột;
a : gia tốc của phần tử lớp đó;

dRx = kPdx

Theo tiến sỹ ячев . .B [2], hệ số cản chuyển động k phụ thuộc vào góc ma

dG : trọng lực của phần tử lớp bột;
dRx: lực cản chyển động do thành máy gây lên;

sát

dP: độ chênh lệch áp lực.

g

( y2


r 2 )dx

giữa khối bột và thành máy, góc ma sát nội tại

giữa các hạt bột, góc xếp đặt

(trung bình) giữa các hạt bột ở các lớp, góc nghiêng

Khối lƣợng của phần tử lớp bột đƣợc tính theo công thức:
dm

(2.6)

g

( R bx)2

của thành thùng hình nón

và phụ thuộc vào độ nhỏ của bột (đƣờng kính trung bình d của các hạt bột). Hệ số

r 2 dx

(2.2)

cản chuyển động k đƣợc tính theo công thức:
k1

Trong đó:

- khối lƣợng thể tích của lớp bột hỗn hợp;

k2

g – gia tốc trọng trƣờng;
R – bán kính của phần hình trụ hoặc bán kính lớn của phần hình nón;

tg (
)tg (
)
, m 1,
1 tg (
)tg (
) d cos
tg tg (
)
, m 1,
1 tg tg (
) d cos

Thay các giá trị của dm, a, dG, dRx vào (2.1) đƣợc phƣơng trình vi phân :
dP
dx

Rc – bán kính nhỏ của phần hình nón, ở C-C;
b – có giá trị bằng tg ( : góc nghiên của phần hình nón);

( R bx) 2

kP


Với điều kiện

r – bán kính ống bao;

(2.7)

r2

g

q'

2 q 2b( R bx)
g ( R bx) 2

r2

2

(2.8)

tƣơng đối nhỏ ( =180), để xác định hằng số C khi giải

phƣơng trình vi phân, thay trị số áp lực ở lớp trên cùng B-B của phần nón cụt bằng

y = R – bx, ở toạ độ (x,y).
Để xét gia tốc a, ta gọi lƣu lƣợng của khối bột qua một tiết diện bất kỳ của
thùng bằng q. Theo ячев . .B [2] đã công bố khi nghiên cứu lý thuyết chuyển
động của vật tơi trong thùng chứa hình nón, lƣu lƣợng q phụ thuộc vào thời gian t


PB (áp lực này sẽ tính theo khối bột chứa ở phần hình trụ gây nên), với toạ độ x =0,
ta có:
C

PB

A(0)

q'
kg

2 Rbq 2
B(0)
gk ( R 2 r 2 ) 2

(2.9)

và nhƣ vậy sẽ đạt trị số tới hạn sau một thời gian nhất định.
q

( y2

r 2 )v

( R bx) 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

r2 v


q(t )

(2.3)



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-25-

r 2 2 Rbx b 2 2 2 x x
2 Rb
(x
)
k
k
k k2
k2
2
2 2
2 Rb
(R r )
(1
x) 2
R2 r 2
( R 2 r 2 2 Rbx) 2


Với
Bx
kx

Gia tốc aH1 của lớp bột ở tiết diện C-C đƣợc tính theo công thức

R2

A( x)

P PB e

-26-

A( x) A(0)e

q'
(1 e kx )
kg

kx

2 Rbq 2
B( x) b(0)e
gk ( R 2 r 2 ) 2

(2.10)

(2.11)


q'
(1 e
kg

kH1

A( H1 ) A(0)e

kH1

)

2 Rbg
t)
r 2 RbH 1

R2

(2.17)

Khối bột chuyển động của phần hình trụ có thể coi là trƣờng hợp riêng của
phần nón cụt với

0 với hệ số cản chuyển động k = k1H2 + k2H2 (của thành hình

trụ và của thành ống bao có các mái cửa sổ nghiêng một góc

chuyển lên trong ống bao, với toạ độ x = H1 và PG = 0:
kH1


g (1 th 2

b) Phƣơng trình chuyển động của khối bột ở phần thùng hình trụ
kx

Xét lớp bột cuối cùng C-C là chỗ khối bột tụt xuống hết phần nón cụt để đƣợc vít

P PB e

aH 1

2 Rbq 2
B( x) b(0)e
gk ( R 2 r 2 ) 2

450 )

Vẫn giữ trục toạ độ Oxy (hình 2.1), có áp lực ở toạ độ x = 0 và PB
kH1

( 2.12)

là ở mức B-B, do trọng lƣợng của khối bột chứa trong phần hình trụ luôn luôn đầy

Qua quá trình biến đổi đã tính đƣợc:

do vít đẩy lên đổ qua các cửa sổ ống bao. Áp lực ở toạ độ x

-Lƣu lƣợng q của khối bột qua đáy dƣới:


(PA = C) vì nói chung là mặt thoáng.

q

-

n
th nmt
m

(2.13-1)

q'
(R2 r 2 )

a

dq
1
.
dt ( R 2 r 2 )

(2.18)

Phƣơng trình vi phân chuyển động của lớp bột:

tụt xuống mức C-C). Ta có:
1
m.(V01 V ) ln(1

mn

1 exp( 2m(V01 V ))

(2.13-2)

Cho V = 0 sẽ tìm ra thời gian t chảy hết thể tích V01 của hỗn hợp chứa trong phần nón cụt
t

H 2 sẽ bằng không

Theo công thức tính gia tốc a của phần tử lớp bột dx, với b = 0, ta có:

Thời gian chảy hết thể tích khối bột V01 chứa trong phần nón cụt (từ mức B-B

t

0 , nghĩa

1
m.V01 ln(1
mn

(2.13-3)

1 exp( 2mV01 )

dP
dt


(R2

kP

r 2 ). .(1

a
)
g

(2.19)

Nghiệm tổng quát của phƣơng trình trên là:
P

(R2

r 2 )g
k

(1

a
) Ce
g

kx

(2.20)


Để tính bằng số C, thay trị số của toạ độ x = -H2 và P=PA= 0

Trong đó:
n
m

2 Rb
r 2 2 RbH1) 2

(R2
g (R

2

r

2

(2.14)

C

(R2

Suy ra: P

diện C-C bằng:
V0
t
V01


(2.15)

g (R

a
) Ce
g

kH 2

(2.21)

(R2 r 2 )
a
(1
) 1 exp
k
g

k(x

H1 )

(2.22)

Tuy nhiên ta có thể nhận xét rằng chuyển động khối bột qua phần trụ tới
phần nón cụt là liên tục ở mức B-B, ở phần nón cụt khối bột chuyển động chậm hơn

Vận tốc VH1 của lớp bột ở tiết diện C-C với toạ độ x = H1 đƣợc tính bằng:

VH 1

(1

2 RbH1)

Thời gian t1 chảy hết toàn bộ thể tích V0 của hỗn hợp bột trong máy qua tiết

t1

r2 )g
k

2

r 2 RbH 1)
th
2 Rb
R2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2 Rbg
t
r 2 RbH 1

(2.16)




do hệ số cản chuyển động lớn hơn, tiết diện đáy dƣới nhỏ hơn. Do đó chuyển động
ở phần trụ phụ thuộc vào chuyển động ở phần nón cụt. Để tính toán điều kiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-27-

-28-

chuyển động liên tục của khối bột từ ngoài vào trong ống bao, ta chỉ cần quan tâm
tính toán chuyển động của khối bột qua phần nón cụt.

Chuyển động của khối bột trong ống bao là nhờ vít đẩy lên trên theo quy luật
chuyển động của vật liệu trong vít chuyền đứng.

Khi a = 0 khối bột chuyển động đều hoặc đứng yên trong thùng trụ đó.

Với vận tốc Vb đều và lƣu lƣợng giây qvt không đổi, từ tiết diện C-C vào ống bao, ta có:

Khi đó gọi trọng lƣợng P 0x của khối bột chứa từ tiết diện A-A tới mức x, có
chiều cao (x + H2), ta có:
r 2 ) (x H2 )

(2.23)

P0 x
a

(1
) 1 exp
k(x H2 )
g

Ở mức B-B với x = 0 thì: PB

P0
(1 e
kH 2

kH 2

s: Bƣớc vít;
n: Tốc độ của vít (v/ph);

(2.24)

k(x H2 )

rv, rt- bán kính của vít và bán kính của trục vít (m);
- Hệ số chứa của ống bao;

(2.25)

)

Trong đó PB là áp lực tác động vào đáy B-B của phần hình trụ và P0 là trọng
lƣợng của toàn khối bột V02 chứa trong phần trụ


= 0,8 – 0,85.

Trong khi khối bột đƣợc nâng lên, gặp các cửa sổ của ống bao, đƣợc vít gạt
văng qua mặt cắt của cửa sổ với vận tốc vcs có diện tích bằng fcs.cos , trong đó:
fcs - diện tích của mỗi cửa sổ vuông (fcs = a.a)

c) Chuyển động của khối bột trong ống bao

- góc nghiêng của mái che ( = 450)

Vt
H

2r

Để đảm bảo phân tán đều khối bột qua các cửa sổ và qua miệng trên của ống

2rv
2rt

N

L

N'

bao, để đảm bảo độ trộn tối ƣu, số cửa sổ K và diện tích mỗi cửa sổ fcs đƣợc xác

Vt


K
M'

A

A

Vb

định để lƣu lƣợng giây qua các cửa sổ nhỏ hơn lƣu lƣợng qvt do vít đẩy lên và nhỏ
r

M

O

hơn một lƣợng bằng số lƣu lƣợng văng qua một hàng cửa theo tiết diện ngang. Nếu
mỗi hàng ngang có i cửa sổ thì ta có viết:

n/30

qv

H = H1 + H2

(b)

S

Vcs


a

vận tốc tiếp tuyến vt đều:
vt

C
nV/ph

(2.27)

i )vcs

do đó có thể coi phần tử bột trƣợt trên mặt vít ra tới mép vít văng qua cửa sổ với
M

Q

f cs . cos (k

Để xác định vận tốc vcs, ta nhận xét là do khe hở giữa vít và ống bao khá nhỏ,

Vtb

C

(2.26)

Vb= S.n/60 (m/s);


Công thức (2.22) cho ta tính đƣợc áp lực Px ở mức x:
P

rt 2 ). .vb

Trong đó:

( R2

P0 x

(rv2

qvt

Những phần tử ở mép vít từ điểm N’ đƣợc đẩy qua bề rộng NN '

Vcs

(a)

(c)

Hình 2.2. Quá trình chuyển động của bột trong ống bao
a) Sơ đồ ống bao vít
b) Sơ đồ mặt cắt ngang của vít và ống bao (để tính vận tốc của khối
bột do vít đẩy qua các cửa sổ)
c) Sơ đồ mặt cắt dọc của cửa sổ và vận tốc bột qua của sổ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


rv n
(m/s)
30



(2.28)
a của cửa sổ ống bao

Giá trị trung bình của vận tốc vtb các hạt bột văng qua điểm N có phƣơng hợp
với đƣờng trung trực của NN’ một góc
OH một góc

2.

1

và qua điểm N’ có phƣơng hợp với đƣờng

Sau khi chiếu vận tốc vt đó lên các đƣờng OH, nghĩa là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-29-

Vt
(cos

2
vtb cos

vtb
vcs

1

cos

-30-

2

d) Điều kiện đảm bảo chuyển động liên tục của khối bột trong và ngoài ống bao.

)

(2.29)

Để đảm bảo hỗn hợp đƣợc trộn nhanh đều, hai chuyển động ở ngoài ống bao
qua phần trụ và phần nón cụt, và ở trong ống bao do vít đẩy lên, phải đƣợc liên tục,

Vậy:

tránh ùn, để toàn bộ khối bột đƣợc vít liên tục xáo trộn không bị thiếu bột vào ống
rv n
(cos
60
rv n

(cos
60

vtb
vcs

1

cos

2

bao. Điều đó đƣợc thoả mãn nếu thời gian t2 cần thiết để vít đẩy lên ống bao hết

)

(2.30)
1

cos

2

) cos

Thời gian tb cần thiết đẩy lớp bột từ C-C lên tới A-A và thoát ra ngoài miệng
trên ống bao, tức là chuyển động qua hết chiều cao H của ống bao với vận tốc vb, ta có:
tb

60H

Sn

60( H1 H 2 )
( s)
Sn

toàn bộ khối bột V0 V01 V02 V03 phải bằng thời gian toàn bộ khối bột V0 đã chảy
qua phần nón cụt ngoài ống bao (tức là qua đáy C-C), đó là điều kiện cần và đủ,
nghĩa là

(2.31)

Thời gian t2 cần thiết để vít đẩy khối bột lên hết qua ống bao với thể tích tổng cộng bằng
V0

(2.32)

V01 V02 V03

Trong đó V03 là thể tích bột chứa trong ống bao khi trộn, sẽ tính theo công thức
t2

V0
qvt

V01 V02 V03
(rv2 rt 2 ). .vb

t2


t1

t2

V0
qvt

V01 V02 V03
qvt

Giá trị thời gian t1 và t2, các khối bột V0, V01, lƣu lƣợng giây qvt của vít phụ
thuộc vào thông số cấu tạo và sử dụng của máy trộn. Do đó nếu chọn trƣớc một số
cơ bản, có thể tính giá trị cần thiết của một thông số khác để đảm bảo điều kiện trên,

(2.33)

làm cơ sở thiết kế cải tiến mẫu máy trộn vít đứng
Thay các giá trị

Thể tích V03 đƣợc tính bằng cách giả thiết là lƣu lƣợng giây qvt của vít bị
giảm dần đều do các cửa sổ bố trí dọc theo chiều cao H của ống bao tới miệng trên

n

của ống bao ở mức A-A, lƣu lƣợng đó chỉ còn:

m

qi


t

bất kỳ ở mức từ mức C-C, tính lƣu lƣợng vít ở đó bằng;
qvt

qi
H

(2.35)

x

t

Thời gian dt để vít đẩy khối bột đi một đoạn dx với vận tốc vb bằng dt

dx
,
vb

2

g (R2

Lấy tích phân đƣợc: V03

qb dt

(qvt


qvt qi
dx
H vb

qi ) H
H vb

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(2.36)
(2.37)



2 Rb
r 2 2 RbH1) 2

g (R2

r2

2 RbH1)

ln(1

1
m.V01 ln(1
mn

2Rb

V01
r 2 2RbH1)3

Ở đây trị số exp

trong khoảng thời gian này khối bột chứa trong ống bao dV là:
dV

(R2

Vào công thức

(2.34)

f cs . cos .ivcs

Giá trị qi chính là lƣu lƣợng còn lại qua miệng trên ống bao. Gọi x là độ cao

qb

(2.38)

V0
t
V01

R2

(2.39)


1 exp( 2mV01 )

r 2 2RbH1
. ln(1
2Rbg

1 exp

(R2

4 RbV01
r 2 2RbH1)2

(2.40)

4RbV01
khá nhỏ, nên có thể coi:
( R 2 r 2 2RbH1) 2

1 exp

( R2

4 RbV01
)
r 2 2RbH1)2

ln 2

2

3

Thể tích phần nón cụt V01 có thể tính bằng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-31-

V01

3b

( R3

RC3 )

-32-

r 2 H1

(2.41)

trình tính lƣu lƣợng q của khối bột qua đáy dƣới của phần nón cụt biến đổi theo thời

Trong đó:

gian t, với công thức (2.13-1), xác định vận tốc VH1 (2.16) và gia tốc aH1 của lớp bột


RC – Bán kính nhỏ của đáy nón cụt ở mức C-C;

chuyển động qua đáy nón cụt nơi ta cần xét để khối bột rơi vào vít trộn. Đồng thời

r - Bán kính của ống bao;

b

R RC
H1

cũng tính đƣợc thời gian t theo công thức (2.13-2); (2.13-3) cần thiết để khối bột V01

tg ;

chứa trong phần nón cụt chảy hết qua đáy dƣới. Xác định phƣơng trình chuyển động
của khối bột ở phần trụ (2.19) và (2.22), chuyển động này phụ thuộc vào chuyển động

Đặt các tỷ số:

RC
;
R

của khối bột ở phần nón cụt, phƣơng trình này cho phép xác định áp lực P ở tiết diện

R 2 H1
(1
3


r
thì V01
R

2

3

2

(2.42)

)

Từ các kết quả trên có thể tính
2

1 2 H1 (2
3
g (1

t

2

1 (

)


1 3 2 )(1
2
1) 2

(2

là năng suất giây của vít trộn, theo công thức qvt
60

)

1

(2.43)

V01
(qvt)
qvt

rt ). .vb có thể tính gần đúng:

2
v

2

(r

khối bột tác động lên đáy thùng chứa hình trụ có chiều cao H2 và hệ số cản chuyển
động k.

Xác định phƣơng trình chuyển động của khối bột trong ống bao nhờ vít trộn
(2.26) và vận tốc của khối bột văng qua các cửa sổ ống bao, khối lƣợng bột chứa trong
ống bao dƣới tác dụng thoát bột của các cửa sổ (2.37) và thời gian t2 của vít đẩy khối
bột (2.33)

r 2 sn

Nhƣ vậy điều kiện chuyển động liên tục của khối bột qua vít trộn trong ống

ta sẽ có:
t

bất kỳ của thùng trụ.
Khi khối bột đứng yên hoặc chuyển động đều, ta có thể tính đƣợc áp lực P của

Thay giá trị t từ (2.39) và V01 từ (2.42) vào (2.38) sau khi biến đổi t

qvt

lớp bất kỳ trong khối bột với nghiệm tổng quát P tính theo công thức (2.11). Phƣơng

bao và qua hai phần thùng ngoài ống bao, đã xác định mối liên quan giữa kích
60H1
(
3 2 sn

1800gH1
s 2n2 2

2


4

thƣớc cơ bản của thùng và vít trộn (2.44)

2

1 3 )
2

(2
1

1)

1
2

(2

(2.44)

1
1) 2

(

2

1 3 2)


Nhƣ vậy, nếu chọn trƣớc một số đại lƣợng trong các đại lƣợng của công thức
trên thì ta có thể xác định đƣợc một đại lƣợng khác để đảm bảo điều kiện cho khối bột
chuyển động liên tục trong ống bao và thùng máy, nhờ đó trộn đƣợc nhanh đều hơn.

mô hình đảm bảo điều kiện chuyển động liên tục của bột trong máy, đồng thời kiểm
tra khối bột cấp cho mỗi mẻ trên máy mô hình nhằm đảm bảo chất lƣợng và giảm
chi phí năng lƣợng riêng.
2.2. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm
Trong quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng làm việc và

Nhận xét
Ứng dụng lý thuyết chuyển động của vật liệu tơi trong thùng chứa đã nghiên
cứu chuyển động của khối bôt trong thùng máy trộn bột kiểu vít đứng có ống bao cải
tiến với các hàng cửa sổ, đã xác định các phƣơng trình chuyển động của khối bột
ngoài ống bao qua phần nón cụt: phƣơng trình vi phân (2.8) xác định áp lực P ở một

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Áp dụng kết quả trên để kiểm tra tỷ số của hai bán kính lớn và nhỏ của máy



mức tiêu thụ điện năng riêng của máy trộn vít đứng, tác giả đã áp dụng phƣơng
pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố. Với phƣơng pháp này cần xác định đƣợc
các khoảng nghiên cứu, các mức biến thiên, khoảng biến thiên thích hợp. Vì vậy
cần phải áp dụng kết quả thực nghiệm đơn yếu tố, trên nguyên tắc chung là cố định
các yếu tố khác và thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hƣởng của yếu tố biến thiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





-33-

-34-

đó tới thông số mục “đầu ra”. Qua đó thăm dò đƣợc khoảng nghiên cứu cho phép

Ví dụ: YK = f1(x1) ; YN = f2(x1) với mức và khoảng biến thiên của x2 đƣợc

của yếu tố và các ảnh hƣởng tới giá trị cực trị của hàm mục tiêu.

chọn sơ bộ và không đổi. Khi đó có đƣợc giá trị YK(x1) và YN(x1) sẽ chấp nhận sơ

2.2.1. Ứng dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực

bộ trị số x1 ứng với giá trị tƣơng đối tốt cho cả YK hoặc YN, hoặc chọn mức x1 cho

nghiệm đơn yếu tố

chất lƣợng trộn YK, giá trị YN phải chấp nhận một cách tƣơng đối.

Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến độ trộn đều và mức tiêu thụ điện năng riêng đối
với máy trộn thức ăm gia súc, trƣớc hết cần chọn các yếu tố ảnh hƣởng. Đó là các
yếu tố:

Khi tiến hành xác định YK = f1(x2) ; YN = f2(x2) với mức cố định x1 đã chọn
sơ bộ, ta sẽ chọn đƣợc trị số x2 làm mức trung tâm. Nếu trị số x2 trên tƣơng đối gần

với trị số x2 mà ta đã chọn và giữ cố định khi xác định YK(x1) và YN(x1) thì thuận
lợi. Nếu trị số x2 khác xa với trị số đã chọn và nằm ngoài vùng nghiên cứu thì phải

-

Thời gian trộn ;

-

Tốc độ của vít trộn;

-

Khối lƣợng một mẻ trộn (hay hệ số chứa trong thùng trộn);

pháp quy koạch thực nghiệm, xác định lại khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu

-

Kích thƣớc cấu tạo bộ phận trộn;

của các mức yếu tố cho phƣơng pháp này

-

Độ nhỏ của nguyên liệu;

-

Độ ẩm của nguyên liệu…


tiến hành lại thí nghiệm để xác định lại YK(x1) và YN(x1)
Từ đó sẽ xác định đƣợc các trị số x1, x2 làm các mức trung tâm cho phƣơng

* Phƣơng pháp gia công số liệu
- Các đại lƣợng đƣợc đo lặp 2 – 3 lần, đảm bảo xác suất tin cậy của dụng cụ thí

…
Để lựa chọn những yếu tố chính, ta có thể dùng phƣơng pháp tìm hiểu thu
thập thông tin qua các tài liệu tham khảo và ý kiến của chuyên gia, nhờ đó có thể

nghiệm

= 0,9 – 0,95

- Số lần lặp lại thí nghiệm n = 3, vì đối với máy nông nghiệp xác suất tin cậy là
= 0,8 – 0,9

loại bỏ bớt những yếu tố không cần thiết.
Trong điều kiện và khuôn khổ của luận văn, tác giả chọn những thông số

- Sau khi thí nghiệm, xác định độ tin cậy về ảnh hƣởng của mỗi yếu tố tới các thông số

chính ảnh hƣởng đến độ trộn đều và mức tiêu thụ điện năng riêng, đó là: khối lƣợng

yK và yN, đánh giá tính thuần nhất của của phƣơng sai trong quá trình thí nghiệm, để

một mẻ trộn (tải), tốc độ của vít trộn

chứng tỏ thực sự các ảnh hƣởng khác đối với thông số nghiên cứu là không đáng kể


Trên cơ sở các yếu tố đƣợc chọn, tiến hành nghiên cứu thí nghiệm đơn yếu tố để
xác định mức ảnh hƣởng của các yếu tố này, đồng thời tìm đƣợc khoảng biến thiên.

hoặc không có. Thuật toán phân tích phƣơng sai để xác định độ tin cậy và tính thuần
nhất nhƣ sau:
* Tính tổng bình phƣơng các sai lệch giữa giá trị trung bình tổng thể của y K và

Ký hiệu các yếu tố nhƣ sau:
-

x1: Tốc độ của vít trộn;

yN ( ký hiệu là y ..) với tổng giá trị của yK và yN ở mỗi lần đo ký hiệu là y ij ứng

-

x2: Tải;

với mỗi lần lặp lại thí nghiệm với mỗi mức của yếu tố x

-

YK: Độ trộn đều;

Xác định phƣơng sai tổng thể:

-

YN: Mức tiêu thụ điện năng riêng.


Từ thí nghiệm đơn yếu tố sẽ xác định ảnh hƣởng của từng yếu tố đến các thông số

n

k

1

1

( yij
Stt2

y..) 2

N 1

(2.45)

YK, YN.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





-35-

-36-

Trong đó:

n

S 2j

N- tổng số lần đo và N= nk = 3.2 = 6;

Ta có: S

n - số lần đo lặp lại;

2
tn

n

Và phƣơng sai của giá trị trung bình của thông số y sẽ bằng

k- số mức biến thiên;

S y2

N-1 : Bậc tự do;
Phƣơng sai tổng thể gồm hai loại: phƣơng sai yếu tố và phƣơng sai thí nghiệm

* Tổng bình phƣơng sai lệch ở từng thí nghiệm giữa giá trị trung bình tổng thể
y.. với giá trị trung bình của y ứng với mỗi mức yếu tố x (ký hiệu là y . j ). Xác định

phƣơng sai yếu tố S2yt với bậc tự do k-1

Stn2
n

tỷ số G giữa phƣơng sai cực đại S 2j max với tổng phƣơng sai

( y. j

cậy 0,95 tức

y..)

=0,05; hai bậc tự do n-1=2 và k=5).
G

(2.46)

k 1

S2j có đảm bảo không

vƣợt quá tiêu chuẩn Gb theo số liệu tra bảng với 2 bậc tự do là n-1 và k (với độ tin

2

1


(2.50)

Sau đó, vì số thí nghiệm lớn hơn 2, áp dụng chuẩn Cochran để đánh giá xem

k

S yt2

(2.49)

1

G 2j max
k

(2.51)

Gb

S 2j
1

* Tổng bình phƣơng các sai số giữa giá trị trung bình y ij của y ứng với mỗi mức của
yếu tố x và giá trị yij ứng với mỗi lần lặp lại thí nghiệm với mỗi mức yếu tố. Xác
định phƣơng sai thí nghiệm nhƣ sau (với mỗi bậc tự do N-k)
k

n


k

( yij
Stn2

y. j )

( yij

y. j )

j 1 i 1

N

lớn, vƣợt quá nhiều so với phƣơng sai khác.
2.2.2. Ứng dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực

n

2

j 1 i 1

Nhƣ vậy các phƣơng sai đƣợc coi là đồng nhất, không có phƣơng sai nào quá

k

k (n 1)


2

nghiệm đa yếu tố
(2.47)

Ƣu điểm quan trọng của phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm là giảm đƣợc

Sau đó dùng tiêu chuẩn Fisher đánh giá tỷ số F = S2yt/S2tn để kiểm nghiệm “giả

nhiều số lần thí nghiệm, xác định đầy đủ ảnh hƣởng của các yếu tố đến thông số cần

định không” xem hai phƣơng sai đó bằng nhau hay khác nhau (ít hay nhiều). Nếu

nghiên cứu, đề xuất mô hình toán thích hợp từ đó xác định điều kiện tối ƣu của quá

khác nhau nhiều, nghĩa là so sánh F với trị số Fb (tra trong bảng tiêu chuẩn Fisher

trình xảy ra và giá trị tối ƣu của các thông số.

với

=0,5, 2 bậc tự do k-1 và N-k). Nếu F > Fb thì không chấp nhận giả định không

và phƣơng sai S2yt là không đáng kể, nghĩa là ảnh hƣởng của yếu tố đƣợc tin cậy.
Để đánh giá tính thuần nhất của phƣơng sai, ta cần tính từng phƣơng sai thí
nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm ở mỗi mức biến thiên của yếu tố, ký hiệu
là S2j theo công thức:

Thông qua tài liệu tham khảo và kết quả áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm
đơn yếu tố, sơ bộ đánh giá ảnh hƣởng của một số yếu tố đến hai thông số tối ƣu là

chất lƣợng trộn (độ trộn đều) và mức tiêu thụ điện năng riêng, đã xác định đƣợc các
yếu tố chính ảnh hƣởng, tức là các thông số vào “hộp đen” máy trộn vít đứng, theo

n

( yij
S 2j

2.2.2.1.Xác định các thông số chính ảnh hƣởng đến máy trộn

y. j )2

1

n 1

(2.48)

mô hình dƣới đây:
x1:Tốc độ vít trộn

Máy trộn vít đứng
( Hộp đen)

x2 :Khối lƣợng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

yN: Độ trộn đều
yK: mức tiêu thụ điện năng riêng




-37-

-38-

Chọn các mức biến thiên của yếu tố và vùng thí nghiệm gồm có các mức

Các giá trị

, N 0 đƣợc xác định tuỳ theo sự lựa chọn các chuẩn tối ƣu của

trung bình, mức cơ sở, khoảng thí nghiệm và các mức biến thiên đối xứng qua mức

thực nghiệm hồi quy. Do đó ngƣời ta chia ra hai loại kế hoạch: trực giao và tâm

cơ sở gọi là mức dƣới và mức trên, xác định khoảng biến thiên , nếu mô hình tuyến

xoay. Trong đề tài này tác giả tiến hành thực nghiệm theo kế hoạch trung tâm hợp

tính, chỉ chọn 2 mức trên và dƣới; nếu mô hình phi tuyến, phải thêm các mức bổ

thành trực giao.


sung.

* Kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao

Các giá trị thực xi của các mức đối với mỗi yếu tố đƣợc mã hoá thành:
xi

xi

xi 0

Các kế hoạch loại này đƣợc xây dựng theo chuẩn trực giao. Ma trận thông tin
là ma trận đƣờng chéo. Để có đƣợc điều đó phải có các biện pháp đặc biệt,

Fisher

(2.52)

i

đảm bảo trực giao cặp của các cột trong ma trận các hàm cơ sở, ứng với các thành

Trong đó

phần tự do bo và bình phƣơng bii

xi 0 : Giá trị thực của mức cơ sở;

n


y

i : Khoảng biến thiên;

xit
i

xid
2

b0

n 1

n

bi xi

n

bij ( xi2

bij xi x j

i 1

i 1 j i 1

xi2


(2.53)

i 1

Trong đó

;

1
N

2

xi

xit , xid - mức trên và mức dƣới;

N

xiu2

2n

p

2

2

(2.54)


N

u 1

N- tổng số thí nghiệm của kế hoạch. Do kế hoạch thí nghiệm trực giao số thí

Nhƣ vậy xit , xid , xi 0 có các giá trị mã hoá bằng 1;-1;0
2.2.2.2.Lập ma trận thí nghiệm, chọn phƣơng án quy hoạch thực nghiệm

nghiệm ở tâm N0 thƣờng bằng 1 nên N = 2n-p + 2n + 1
n

* Kế hoạch trung tâm hợp thành

b0'

2

b0

(2.55)

bii xi
i 1

Kế hoạch này gồm 3 phần:
- Phần cơ sở (còn gọi là phần hạt nhân) là thực nghiệm toàn phần 2n hoặc thực
nghiệm rút gọn 2n-p đã nêu trong quy hoạch tuyến tính
Yêu cầu này đặt ra khi xây dựng phần cơ sở phải tính đƣợc các hệ số hồi quy

tuyến tính (bi) và tƣơng tác cặp đôi (bij) một cách riêng biệt. Tác động của chúng

Việc chuyển các biến bình phƣơng sang mô hình sang dạng trong (2.52) cho
phép đảm bảo trực giao của các cột ứng với thành phần tự do b0 và bình phƣơng
trong các ma trận các hàm cơ sở (bảng 2.1)
N

f 0' ( xiu2
u 1

2

N

2

N

( xiu2 xi )

xi )
u 1

xiu2
u 1

2

N


xiu2 N

N xi

u 1

1 2
xiu
N

0

(2.56)

không bị trộn lẫn vào nhau.
Yêu cầu này khống chế mức rút gọn có thể đƣợc, trong đề tài này do có hai
thông số đầu vào n = 2, n 4, p = 0 tức là chỉ có thực nghiệm toàn phần 2n
- Phần 2: Các điểm sao nằm ở vị trí cách tâm thực nghiệm một khoảng
Số thí nghiệm của phần này là N

.

2n

- Phần 3: Phần tâm bao gồm các thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá trị mã
của các thông số bằng không. Số thí nghiệm N 0 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-39-

-40-

Bảng 2.1. Kế hoạch toàn phần n = 2
N

Và ma trận nghịch đảo

u

x0

x1

x2

x1x2

x 12

x2 1

N


1

+1

-1

-1

+1

1

1

0

n-p

2

+1

+1

-1

-1

1


1

(22)

3

+1

-1

+1

-1

1

1

4

+1

+1

+1

+1

1


1

5

+1

-

0

0

2

2n

6

+1

+

(2.2)

7

+1

0


N0

0

0
0

-

2
2

0
0

0
1
2n

p

2

2

0

0


0

...

0

...

0

0

0

...

0

0

0

0

...

0

0


0

...

0

...

...

...

0

...

0

1

0

1

cũng có dạng đƣờng chéo đơn giản:

...

2n


p

2

2

1

0

0

0

...

...

...

2n p
...

0

0

0

0


...
1
2n p

0

2

0

0

0

0

0

2

...

...

...

...

...


0

0

0

0

0

8

+1

0

+

0

0

9

+1

0

0


0

0

0

1
...
2 4
... ...

(2.60)

0

...
1
...
2 2

0

Từ đó thấy ngay rằng ma trận tƣơng quan của các ƣớc lƣợng hệ số hồi quy
Đẳng thức (2.55) trên đúng với mọi giá trị

cụ thể. Nhƣng với

tuỳ ý thì sẽ


dẫn đến tính không trực giao của các cột trong ma trận hàm cơ sở mà chúng ứng với
các biến bình phƣơng khác nhau. Vì thế trong trong kế hoạch thực nghiệm trực giao
chọn giá trị

2

xiu2

2

xi x 2ju

xj

0 (i j, I,j = 1…n)

(2.57)

1 2n

(2.58)

1

2
e

. Do đó các ƣớc lƣợng hệ số hồi quy ở kế hoạch trực

giao không bị chập lẫn. Phƣơng sai các ƣớc lƣợng đó là:

2
b' 0

sao cho:
N

cũng là đƣờng chéo: C

2
e

N

;

2
e

2
bi

2n

p

2

2

;


2
bij

2n

2
e
p

;

2
bii

2

2
e
4

(2.61)

2.2.2.3. Xử lý kết quả - Xác định mô hình toán phƣơng án bậc 1

u 1

2n

=>


p 2

Với n=2, p=0,

2n

p

2n

p 1

=1

...
...

2

2n

p

2

2

0
0

0

0
0
0

0
0
0

...
...
...

0
0
0

0
...

0
...

...
...

0
...


2 n p 0 ...
0 2 4 ...

0
0

0
...

0
...

0
...

2n p
...

0
0

0
0

0
0

0
0


...
0

...
0

...
0

...
0

giữa hàm mục tiêu và các yếu tố rõ rệt, thì tiến hành thực nghiệm. Từ kết quả thí
nghiệm xác định mô hình toán thể hiện mối quan hệ hàm số giữa các thông số ra

Theo (2.2) và điều kiện đã nêu trên, ma trận thông tin Fisher là đƣờng chéo
N
0
0 2n p 2
0

Trong trƣờng hợp mô hình toán tuyến tính không thích ứng, qua hệ phi tuyến

...
0

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

...
0


yK, yN với các yếu tố xi biểu diễn bằng phƣơng trình hồi quy:
k

y

b0

k

bi xi
i 1

(2.59)

bij xi x j

(2.62)

i j

Các hệ số hồi quy tính theo công thức:
N

yu
b0

... ...
... 2 2




1

N

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(2.63)