Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu quy mô trang trại tại tây nguyên

Mục tiêu đặt ra cho nội dung nghiên cứu bao gồm: Xác định hợp lý các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, sơ đồ động, kết cấu máy tách hạt tiêu dựa trên cơ sở khoa học để tính toán thiết

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH

SƠ CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI

TÂY NGUYÊN

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Quyết định giao đề tài: 935/QĐ – ĐHNT ngày 26/09/2014

Quyết định thành lập HĐ: 1079/QĐ – ĐHNT ngày 19/11/2015

Người hướng dẫn khoa học:

TS PHẠM HÙNG THẮNG

Chủ tịch Hội đồng:

TS NGUYỄN VĂN TƯỜNG

Khoa sau đại học:

Khánh Hòa – 2016

THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH

SƠ CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI

TÂY NGUYÊN

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên” của cá

nhân tôi

Các kết quả, số liệu được nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình khoa học nào cho tới thời điểm này

Nha trang, ngày tháng năm 2015

Tác giả luận văn

Trang 4

để tôi được học tập và nghiên cứu tại trường trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy PGS.TS Phạm Hùng Thắng đã tận tình hướng dẫn và động viên giúp tôi hoàn thành luận văn

Xin cảm ơn chân thành đến tất cả quý Thầy, Cô đã tận tình giảng dạy trong suốt thời gian học tập tại trường và những người thân, bạn bè, đồng nghiệp giúp tôi có được những kiến thức bổ ích để vận dụng vào đề tài nghiên cứu khoa học hoàn thành có chất lượng

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha trang, ngày tháng năm 2015

Tác giả luận văn

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… iii

LỜI CẢM ƠN ……… iv

MỤC LỤC……… v

DANH MỤC KÝ HIỆU………vii

DANH MỤC HÌNH………x

DANH MỤC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ………xii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN……… xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SƠ CHẾ HẠT TIÊU TẠI TÂY NGUYÊN 1

1.1.Tổng quan về diện tích và sản lượng tiêu trồng tại vùng Tây Nguyên 1

1.1.1 Tổng quan về địa lý, diện tích và vai trò phát triển cây hồ tiêu riêng nói tại Tây Nguyên 1

1.1.2 Định hướng phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên qui mô trang trại 3

1.2 Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên 3

1.2.1 Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên hiện tại 3

1.2.2 Công nghệ sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại 4

1.3 Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên 6

1.3.1 Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên hiện hành 6

1.3.2 Định hướng phát triển máy tách hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên 8

1.4 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu……… 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY 9

2.1 Tổng quan về lý thuyết tối ưu trong tính toán thiết kế máy 10

2.2 Đặc điểm của bài toán tối ưu hóa kết cấu 11

2.3 Vận dụng lý thuyết tối ưu để thiết kế hợp lý máy tách hạt tiêu 13

2.3.1 Bài toán thiết kế tối ưu cho chi tiết dạng trục 13

2.3.2 Bài toán thiết kế tối ưu cho kết cấu khung dàn 15

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH SƠ CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI TÂY NGUYÊN 17

3.1 Xác định hợp lý thông số kỹ thuật máy tách hạt 17

3.2 Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt 19

3.3 Thiết kế hợp lý các chi tiết điển hình 21

Trang 6

3.3.1 Chọn hợp lý động cơ điện 23

3.3.2 Xác định hợp lý các kích thước đặc trưng 24

3.3.3 Xác định hợp lý các thông số động lực học đặc trưng của vít tải 29

3.3.4 Xác định hợp lý các thông số động lực học đặc trưng của vít nạp 36

3.3.5 Khảo sát thiết kế hệ thống ống dẫn khí và tính chọn quạt 40

3.3.5.1 Thiết kế hệ thống ống dẫn khí 40

3.3.5.2 Tính chọn quạt 43

3.3.6 Công suất của động cơ 45

3.3.7 Thiết kế bộ truyền động bánh đai thang 45

3.3.8 Tính toán thiết kế thùng cấp liệu 47

3.3.9 Tính toán thiết kế hợp lý kết cấu máy 48

3.3.9.1 Xây dựng bài toán tối ưu cho trục vít tải 48

3.3.9.2 Xây dựng bài toán tôi ưu kết cấu khung đở: 52

CHƯƠNG 4 KHẢO NGHIỆM VÀ HOÀN THIỆN MÁY 65

4.1 Chế tạo và lắp ráp 65

4.1.1 Chế tạo khung dàn 65

4.1.2 Chế tạo trục vít 66

4.1.3 Chế tạo máng tải 67

4.1.4 Chế tạo thùng nạp liệu 67

4.2 Khảo nghiệm máy 68

4.2.1 Dụng cụ khảo nghiệm 68

4.2.2 Phương pháp bố trí thực nghiệm 68

4.2.3 Kết quả thử nghiệm 68

4.3.Hoàn thiện máy 69

4.3.1 Hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật 69

4.3.2 Xây dựng qui trình sử dụng, sửa chữa hư hỏng thường gặp 70

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 73

5.1 Kết luận 73

5.2 Đề xuất 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ………… ………74

Trang 7

DANH MỤC KÝ HIỆU

C Hệ số tính đến góc nghiêng của vít tải [ - ]

cd Tỉ số của đường kính trục vít với đường kính ngoài vít tải [-]

cp Tỉ số của bước xoắn với đường kính ngoài vít tải [-]

Fua Lực cản dọc trục tác dụng lên bề mặt cắt của vít tải [N]

Fca Lực cản dọc trục trên bề mặt trục vít tải [N]

Fla Lực cản dọc trục trên bề mặt lưng cánh x oắn [N]

Fta Lực cản dọc trục trên bề mặt máng tải [N]

Fta Lực cản dọc trục trên bề mặt dẫn hướng của cánh xoắn [N]

Fht Lực hướng tâm xác định trên 1 m chiều dài vít tải [N]

K Hệ số theo công thức [-]

L Chiều dài của vít tải [mm]

Trang 8

Ltải Chiều dài đoạn vít tải [mm]

Lnạp Chiều dài đoạn vít nạp [mm]

m Hệ số máng nạp liệu [-]

n Số vòng quay của vít tải [vg/ph]

Pt Công suất cần thiết để vít tải vận chuyển vật liệu trong 1 bước xoắn [kw]

Pn Công suất cần thiết để vít nạp vận chuyển vật liệu trong 1 bước xoắn [kw]

Pđc Công suất cần thiết của động cơ [kw]

Q Năng suất xác định của máy [Tấn/h]

QNC Năng suất tiêu hái ứng với một nhân công [kg]

Si Diện tích mặt cắt ngang thanh thứ i [mm2]

Tf Mômen xoắn yêu cầu cho một bước xoắn [N.m]

t Chiều dày của thép V [mm]

Ro Bán kính trục vít [mm]

Rc Bán kính cánh xoắn trục vít [mm]

Vt Năng suất đầu ra ứng với mỗi vòng quay đoạn vít tải [m3/vòng]

Vn Năng suất đầu ra ứng với mỗi vòng quay đoạn vít nạp [m3/vòng]

wx Môđun chống uốn [m3]

Trang 9

ψ Trọng lượng riêng của vật liệu [N/m3]

β Góc di chuyển của vật liệu [o]

γ Khối lượng riêng của vật liệu [kg/m3]

μf Hệ số ma sát của vật liệu với bề mặt vít tải [-]

ηv Hiệu suất thể tích [-]

ω Vận tốc góc của trục vít tải [rad.s-1]

σo Ứng suất tại vị trí nạp liệu [N/m2]

σ Ứng suất pháp [N/m2]

τ Ứng suất tiếp [N/m2] [σ] Ứng suất pháp cho phép [N/m2] [τ] Ứng suất tiếp cho phép [N/m2]

Trang 10

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1: Tiêu đen và tiêu sọ 4

Hình 1 2: Hình dạng chùm tiêu tươi 4

Hình 1 3: Tiêu sau khi hái từ trên cây 5

Hình 1 4: Sơ đồ cấu tạo của máy tách hạt tiêu hiện nay 7

Hình 1 5: Sản phẩm của các máy hiện nay 7

Hình 2 1: Mặt cắt ngang của ống thép 13

Hình 2 2: Mặt cắt ngang của thép V 15

Hình 3 1: Sơ đồ động của máy 22

Hình 3 2: Khe hở giữa vít tải và máng sàng (c) 24

Hình 3 3: Khe hở vít nạp liệu và vít tải với máng tải 26

Hình 3 4: Kích thuớc hạt tiêu 29

Hình 3 5: Tỉ lệ vật liệu chứa trong diện tích mặt cắt ngang của máng tải (45%) 32

Hình 3 6: Khoảng cách từ miệng thổi đến vùng làm việc 41

Hình 3 7: Kích thước thùng cấp liệu 48

Hình 3 8: Mặt cắt ngang của thép ống 49

Hình 3 9: Biều đồ nội lực mômen xoắn 50

Hình 3 10: Biều đồ nội lực thanh chịu kéo, nén 50

Hình 3 11: Kết quả nhập hàm mục tiêu 51

Hình 3 12: Kết quả nhập biến thiết kế 51

Hình 3 13: Kết quả nhập các ràng buộc 52

Hình 3 14: Kết quả sau khi tối ưu 52

Hình 3 15: Khung chân đế máy 53

Hình 3 16: Sơ đồ đặt lực trên khung chân máy 55

Hình 3 17: Hệ cơ bản của khung 56

Hình 3 18: Biểu đồ lực dọc do ngoại lực, X1, X2, gây ra 56

Hình 3 19: Biểu đồ mômen uốn do lực X1 gây ra 57

Hình 3 22: Biểu đồ mômen uốn do ngoại lực gây ra 58

Hình 3 23: Biểu đồ nội lực Mx của khung chân máy 59

Trang 11

Hình 3 24: Kết quả nhập hàm mục tiêu 61

Hình 3 25: Kết quả nhập các biến thiết kế 61

Hình 3 26: Kết quả nhập các ràng buộc 62

Hình 3 27: Kết quả sau khi tối ưu 62

Hình 4 1: Bản vẽ chế tạo khung dàn đở 65

Hình 4 2: Bản vẽ chế tạo trục vít 66

Hình 4 3 Bản vẽ chế tạo máng lưới 67

Hình 4 4 Bản vẽ chi tiết thùng nạp liệu 68

Hình 4 5 Sản phẩm sau khi thử nghiệm máy 69

Hình 4 6 Bản vẽ lắp 70

Hình 4 7 Bản vẽ chế tạo trục vít 70

Hình 4.8 Sản phẩm máy tách hạt tiêu……….………… …72

Trang 12

DANH MỤC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ

Bảng 1.1: Sản xuất hạt tiêu thế giới giai đoạn 2009-2012 2

Đồ thị 3 1: Ảnh hưởng của S/D và μf đến giá tri của ηp 27

Bảng 3 1: Bố trí thí nghiệm khối lượng riêng của tiêu 19

Bảng 4 1: Kết quả các thông số thực nghiệm ……… …… 69

Trang 13

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Qua thống kê thực trạng về diện tích trồng tiêu ở vùng Tây Nguyên trong giai đoạn từ năm 2011 đến nay cho thấy diện tích trồng tiêu tăng lên rất nhiều so với quy hoạch của Bộ NN&PTNT đến năm 2050 là 50.000 ha, đặc biệt trong năm 2015 do giá cả tiêu tăng vọt, do đó người dân tại các tỉnh Tây Nguyên dần chuyển đổi cây trồng từ

ca cao, điều, cao su sang trồng tiêu, do vậy diện tích trồng tiêu cũng như sản lượng tiêu thu hoạch sẽ tăng lên rất nhiều trong những năm tới Trước thực trạng đã và đang diễn ra nói trên việc ứng dụng thiết bị để phục vụ cho quá trình sơ chế hạt tiêu phù hợp với quy mô trang trại hiện nay là rất cần thiết đối với người dân trồng tiêu Căn cứ vào thực trạng và tính cấp thiết hiện nay, do đó nội dung nghiên cứu đề tài này có chủ đề liên quan đến : “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ cho quá trình sơ chế hạt tiêu qui

mô trang trại tại Tây Nguyên”

Mục tiêu đặt ra cho nội dung nghiên cứu bao gồm: Xác định hợp lý các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, sơ đồ động, kết cấu máy tách hạt tiêu dựa trên cơ sở khoa học để tính toán thiết kế máy phục vụ công nghệ sơ chế hạt tiêu tươi qui mô trang trại tại Tây Nguyên

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp mô hình hóa để xác định hợp lý sơ đồ động và kết cấu máy

- Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng và hoàn thiện kết quả nghiên cứu Thông qua quá trình nghiên cứu “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ cho quá trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên” đến nay đã đạt được các kết quả nghiên cứu như sau:

Tổng quan về địa lý, diện tích, vai trò phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên và định hướng phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên

Xác định qui trình công nghệ sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại và yêu cầu kỹ thuật của hạt tiêu sau sơ chế

Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu hiện hành và định hướng phát triển máy tách hạt tiêu qui mô trang trại tại tây Nguyên

Tổng quan về lý thuyết tối ưu trong tính toán thiết kế máy

Trang 14

Vận dụng lý thuyết tối ưu để thiết kế hợp lý kết cấu máy tách hạt tiêu

Xác định hợp lý các thông số kỹ thuật của máy: Năng suất, độ sạch của sản phẩm, năng lượng sử dụng, khả năng chế tạo, khả năng sử dụng

Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt

Thiết kế hợp lý các chi tiết điển hình

Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo

Chế tạo, lắp ráp, khảo nghiệm và hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật và xây dựng qui trình

sử dụng, sửa chữa hư hỏng thường gặp

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SƠ CHẾ

HẠT TIÊU TẠI TÂY NGUYÊN

1.1 Tổng quan về diện tích và sản lượng tiêu trồng tại vùng Tây Nguyên

1.1.1 Tổng quan về địa lý, diện tích và vai trò phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên

- Vị trí địa lý

Tây Nguyên gồm 5 tỉnh, xếp theo thứ tự vị trí địa lý từ bắc xuống nam gồm Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông và Lâm Đồng với diện tích tự nhiên là 54.474 km2

chiếm 16,8% diện tích tự nhiên cả nước

Tây Nguyên là vùng cao nguyên, phía bắc giáp tỉnh Quảng Nam, phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, phía nam giáp các tỉnh Đồng Nai, Bình Phước, phía tây giáp với các tỉnh Attapeu (Lào) và Ratanakiri và Mondulkiri (Campuchia) Trong khi Kon Tum có biên giới phía tây giáp với cả Lào và Campuchia, thì Gia Lai, Đắk Lắk và Đắk Nông chỉ có chung đường biên giới với Campuchia Còn Lâm Đồng không có đường biên giới quốc tế

Với đặc điểm thổ nhưỡng đất đỏ bazan ở độ cao khoảng 500 m đến 600 m so với mặt biển, Tây Nguyên rất phù hợp với những cây công nghiệp như cà phê, ca cao, hồ tiêu, dâu tằm Cây điều và cây cao su cũng đang được phát triển tại đây Cà phê là cây công nghiệp quan trọng số một ở Tây Nguyên Tây Nguyên cũng là vùng trồng cao su lớn thứ hai sau Đông Nam Bộ và đang tiến hành khai thác Bô xít Tây Nguyên cũng là khu vực ở Việt Nam còn nhiều diện tích rừng với thảm sinh vật đa dạng, trữ lượng khoáng sản phong phú hầu như chưa khai thác và tiềm năng du lịch lớn, Tây nguyên

có thể coi là mái nhà của miền trung, có chức năng phòng hộ rất lớn Tuy nhiên, nạn phá rừng, hủy diệt tài nguyên thiên nhiên và khai thác lâm sản bừa bãi chưa ngăn chận được tại đây có thể dẫn đến nguy cơ làm nghèo kiệt rừng và thay đổi môi trường sinh thái.[8]

- Diện tích và vai trò phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên

Hồ Tiêu được coi là một trong những loại cây kinh tế hàng đầu có giá trị cao ở vùng Tây Nguyên có diện tích hồ tiêu hơn 40.000 ha chủ yếu nằm trên địa bàn của 3

Trang 16

suất và sản lượng hồ tiêu vùng Tây Nguyên cũng đạt cao nhất, bình quân đạt 29 tạ/ha; riêng ở địa bàn Gia Lai đạt đến 45 tạ/ha Riêng tại tỉnh Gia Lai, theo quy hoạch từ năm

2015 - 2020 giữ nguyên diện tích 6.000 ha hồ tiêu nhưng hiện nay đã phát triển lên đến hơn 11.000 ha và đang có chiều hướng tăng nhiều hơn nữa trong những năm tới [9]

Theo thống kê của Bộ NN&PTNT, diện tích tiêu trồng mới trong giai đoạn

2011-2013 đạt khoảng 2.500ha/năm, nhiều nhất là tại các tỉnh Tây Nguyên Đến năm 2011-2013, diện tích tiêu cả nước đã đạt 60.000 ha, vượt 17% so quy hoạch đến năm 2020 (50.000 ha) và trong các năm tới cây hồ tiêu là cây công nghiệp đóng vai trò chính tại Tây Nguyên

- Tình hình sản xuất hồ tiêu trong và ngoài nước

Sản xuất hạt tiêu tập trung chủ yếu ở châu Á (chiếm 83% tổng sản lượng thế giới) Trong số các nhà sản xuất lớn, duy nhất Brazil có sản lượng giảm -13% mỗi năm trong giai đoạn 2009 - 2012 Đây cũng chính là nguyên nhân khiến sản lượng tiêu thế giới chỉ tăng 0,3%/năm trong cùng thời kỳ Trong khi đó, nhu cầu thế giới tăng

3%/năm đã dẫn đến giá hạt tiêu tăng mạnh (Nguồn: Nedpsice)

Năm 2014, sản lượng hạt tiêu ước tính của các nước sản xuất chính như Việt Nam và Trung Quốc giảm Do đó, giá hạt tiêu dự kiến sẽ tiếp tục tăng

(Nguồn: McCormick, 2014)

Các nhà chế biến trong EU có thể tập trung vào các hoạt động phân phối bán lẻ cấp dưới như trộn, pha chế, thay đổi hương vị và tăng cường hợp tác với các nhà xuất khẩu ở các nước đang phát triển Sự hợp tác này có thể bao gồm chuyển giao kiến thức và nguồn lực v.v

Bảng 1.1: Sản xuất hạt tiêu thế giới giai đoạn 2009-2012, đơn vị: 1.000 tấn

Nguồn: Eurostat, 2014

Trang 17

1.1.2 Định hướng phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên qui mô trang trại

Theo thống kê của Sở NN-PTNT Đắk Lắk, đến cuối năm 2011 Đắk Lắk có

6.290 ha tiêu, sản lượng hạt gần 14.000 tấn; ước tính cuối năm nay tăng lên 6.500 ha Tuy nhiên, theo đánh giá của một cán bộ Phòng Trồng trọt (Sở NN-PTNT), diện tích tiêu thực tế có thể lớn hơn nhiều do vụ này nông dân trồng khá sôi động, lại khó thống

kê lượng tiêu trồng xen giữa các vườn cà phê bạt ngàn

Ở Gia Lai, diện tích tiêu tăng vượt tầm kiểm soát, từ khoảng 4.400 ha năm 2007

lên 7.300 ha năm 2011; năm nay được đánh giá có thể tăng thêm khoảng 500-700 ha Trong đó, 2 huyện Chư Sê và Chư Pưh chiếm diện tích nhiều nhất tỉnh này, với khoảng 4.000 ha, sản lượng đạt gần 29.602 tấn

Trên địa bàn Đắk Nông, cây tiêu cũng phát triển khá ồ ạt Huyện Cư Jút có trên

1.200 ha tiêu, trong đó hơn 400 ha đã vào thời kỳ kinh doanh, còn lại chưa cho thu hoạch

Ngoài ra trong năm 2014-2015 với giá tiêu hiện nay lên tới trên 200.000 đồng/kg

vì vậy nhiều hộ gia đình đã ồ ạt chuyển đổi cây trồng từ điều, cao su, cà phê sang trồng tiêu

Như vậy theo tình trạng hiện nay thì diện tích trồng tiêu cũng như sản lượng tiêu theo qui mô trang trại vùng Tây Nguyên trong các năm tới sẽ tăng lên rất nhiều so với quy hoạch của Bộ NN&PTNT đến năm 2050 là 50.000 ha.[10]

1.2 Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên

1.2.1 Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên hiện tại

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại tiêu được sử dụng trong chế biến thực phẩm hằng ngày, nó bao gồm các loại: tiêu sọ (tiêu trắng) và tiêu đen

Công nghệ chế biến các loại tiêu nói trên bao gồm nhiều công đoạn Hạt tiêu sau khi hái từ trên cây xuống nhờ thiết bị tách cuồi, lá và hạt ra riêng Hạt tiêu đem phơi khô ngoài nắng sẽ trở thành tiêu đen Hình 1.1.a Tiêu sọ được chế biến nhờ thiết bị phân loại theo màu sẽ phân loại và tách tiêu đỏ ra riêng sau khi tiêu được tách khỏi cuồi và lá, tiêu đỏ sẽ qua công đoạn sơ chế tách vỏ lụa bên ngoài và đem sấy khô hoặc phơi nắng sẽ trở thành tiêu sọ Hình 1.1.b

Trang 18

(a) (b) Hình 1 1: Tiêu đen và tiêu sọ

Hiện nay thị trường tiêu thụ hạt tiêu đa số tiêu thụ loại tiêu đen nhiều Do đó hầu hết người dân trồng tiêu sau khi thu hoạch đem sơ chế trở thành tiêu đen để bán

Ngoài hai công nghệ chế biến tiêu đen và tiêu trắng ra, hiện nay còn có công nghệ chế biến tiêu đỏ Sau khi hái từ trên cây được tách hạt, cuồi, lá, sau đó phân loại những hạt tiêu chín đỏ ra riêng rửa sạch, sấy hoặc phơi khô đạt 11%-12% độ ẩm, đóng bao cất trữ Tiêu đỏ là loại tiêu có giá trị cao, có giá thành gấp 3-4 lần tiêu đen khô, nhưng hiện nay chế biến tiêu đỏ số lượng chưa nhiều, hầu hết người dân sau khi thu hoạch chế biến thành tiêu đen để bán

1.2.2 Công nghệ sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại

- Đặc điểm và tính chất của chùm tiêu

+ Kích thước chùm hạt: Chiều dài của chùm hạt tiêu từ (5÷7) cm, đường kính chùm hạt khoảng từ (1÷1,5) cm, Đường kính của hạt tiêu tươi khoảng từ (2÷5) mm

Hình 1 2: Hình dạng chùm tiêu tươi

Trang 19

+ Chùm tươi: Độ liên kết giữa hạt với cuồi tiêu dòn, hạt tiêu dễ tách ra khỏi cuồi tiêu Tuy nhiên quá trình tách hạt do ma sát nên lớp vỏ hạt tiêu dễ bị trầy xước và cuồi tiêu dễ bị gãy vụn, Hình 1.2

+ Chùm héo: Tiêu sau khi hái được phơi qua khoảng (1-2) nắng, để cho chùm tiêu ở trạng thái héo, mục đích để hạt tiêu có độ dẻo dai, lớp vỏ hạt ít bị trầy xước khi tách Tuy nhiên độ liên kết giữa hạt với cuồi dai, khó tách hạt, để giảm độ dai, người ta thường đem ủ lại 1 thời gian Quá trình này thường sử dụng phương pháp tách hạt thủ công, do đó mất rất nhiều thời gian và công sức để sơ chế

+ Tiêu sau khi hái: Đặc điểm tiêu sau khi hái từ trên cây xuống thường lẫn cành,

lá, bụi, sỏi đá Vật liệu này là hỗn hợp giữa vật liệu dạng sợi và dạng hạt Sau khi hái thuờng vẫn để nguyên dạng hỗn hợp như trên đưa vào máy tách hạt Hình 1.3

- Qui trình công nghệ sơ chế và yêu cầu kỹ thuật của hạt tiêu sau sơ chế

Qui trình sơ chế hạt tiêu sau khi thu hoạch có 2 dạng:

+ Thủ công: Tiêu sau khi hái từ trên cây, đem phơi 1-2 nắng, sau đó đem ủ khoảng 1 ngày, làm cho hạt tiêu ở trạng thái héo, độ liên kết giữa hạt tiêu và cuồi giảm, sau đó bỏ vào bao tải dùng gậy đập để tách hạt ra khỏi cuồi

+ Máy tách hạt: tiêu được tách hạt ngay sau khi hái nhờ máy tách hạt hiện nay theo nguyên lý trộn lẫn và nghiền của vít tải Quá trình ứng dụng máy tách hạt đem lại hiểu quả cao, tiết kiệm được công sức, thời gian sơ chế.Tuy nhiên sản phẩm sau khi tách của các máy hiện nay vẫn còn lẫn lá, cuồi và bụi nhiều nên sau khi tách cần phải sàng phân loại lại để sản phẩm sạch không lẫn lá, bụi và cuồi

Hình 1 3: Tiêu sau khi hái từ trên cây

Trang 20

Để quá trình sơ chế hạt tiêu đựơc tiết kiệm thời gian, đem lại hiệu quả và chất lượng sản phẩm sạch không bị lẫn cuồi, lá và hạt tiêu không bị trầy xước vỏ Căn cứ vào đặc điểm, tính chất của chùm tiêu tươi, hiện nay việc ứng dụng máy để tách hạt ngay sau khi hái là phù hợp và máy phải đảm bảo các yêu cầu về độ sạch sản phẩm Trên cơ sở đó việc thiết kế hợp lý sơ đồ động và các thông số động học của máy phù hợp với quy mô trang trại hiện nay và đảm bảo yêu cầu độ sạch sản phẩm là cần thiết

1.3 Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên

1.3.1 Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên hiện hành

Hầu hết các máy tách hạt tiêu hiện nay trên thị trường được thiết kế theo nguyên

lý hoạt động trộn lẫn và va đập bằng cơ cấu vít tải Qua khảo sát ở một số cơ sở sản xuất, các hộ tiêu dùng và qua khảo sát thực tế cho thấy một số đặc điểm kết cấu máy hiện nay Hình 1.4 và chất lượng sản phẩm sau khi tách Hình 1.5 như sau:

Sử dụng vít tải đơn có một cánh xoắn, kích thước bước xoắn lớn hơn đường kính ngoài của trục vít và có bước xoắn thay đổi trên chiều dài trục vít

Khe hở giữa vít tải và máng tải lớn c = (12÷15) mm

Lượng cuồi sau khi tách hạt đi thẳng ra hướng đầu trục của gối đở

Máng tải dạng lưới kích thước của các lỗ lưới Ø11 (mm)

Máng nạp liệu có dạng hình nêm, lượng nạp liệu được nạp lệch

Chiều dài trục vít tải dài 1,2 (m)

Số vòng quay của trục vít tải n= 1200 (vg/ph)

Ưu, nhược điểm của máy hiện nay:

- Ưu điểm:

Cải thiện được việc tách hạt tiêu bằng phương pháp thủ công, giảm được sức lao động

Thời gian gia công tách hạt tiêu giảm

Kích thước và trọng lượng tồng thể của máy không lớn, dễ vận chuyển

- Nhược điểm:

Trang 21

Sản phẩm chưa sạch vẫn còn lẫn bụi, lá và cuồi tiêu nhiều Hình 1.5

Quá trình làm bằng thực nghiệm chưa qua tính toán để có được công suất của máy đáp ứng được năng suất theo quy mô trang trại của các hộ trồng tiêu hiện nay của các tỉnh vùng Tây Nguyên

Sơ đồ động và các thông số động lực học của máy chưa hợp lý, Hình 1.4

Hình 1 4: Sơ đồ động của máy tách hạt tiêu hiện nay

Hình 1 5: Sản phẩm của các máy hiện nay

Bụi

Lá

Cuồi

Động cơ

Trang 22

1.3.2 Định hướng phát triển máy tách hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên

Đặc điểm mô hình trang trại tại vùng Tây Nguyên được phân chia nhỏ, lẻ theo từng hộ dân, bình quân diện tích khoảng (1÷ 4) hecta trên mỗi hộ dân, chủ yếu trồng

cà phê, cây hồ tiêu và ca cao Trong đó cây hồ tiêu chiếm khoảng 1/3 tổng số diện tích nói trên

Thông qua thực trạng diện tích trồng tiêu trong giai đoạn 2012-2014 đến nay, cho thấy sản lượng tiêu sẽ tăng vọt trong những năm tới Qua thực tế hiện nay nhu cầu của người dân trồng cây công nghiệp nói chung, đặc biệt là các hộ dân trồng tiêu nói riêng cần ứng dụng các thiết bị máy có hiệu quả tốt vào trong sản xuất, nhằm mang lại chất lượng và giá trị sản phẩm nông nghiệp cao Do vậy nhu cầu ứng dụng thiết bị máy móc vào trong sản xuất phù hợp với năng suất theo qui mô trang trại biến động hiện nay tại vùng Tây Nguyên là cần thiết đối với các hộ dân trồng tiêu

Hiện nay các thiết bị máy tách hạt trên thị trường vẫn còn thiếu chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng và yêu cầu về chất lượng sản phẩm Việc thiết kế hợp lý máy tách hạt hiện nay là rất cần thiết nó phù hợp với quy mô trang trại trồng tiêu trong tương lai và đáp ứng được các yêu cầu của người tiêu dùng, máy vận hành đơn giản, dễ sử dụng, giá thành rẽ, đảm bảo độ sạch của sản phẩm, giảm thiểu sức lao động cũng như mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người dân trồng tiêu

Trước những thực trạng về quy mô trang trại trồng tiêu và nhu cầu cần thiết của người dân trồng tiêu về việc ứng dụng máy móc vào trong sản xuất có hiệu quả, Do đó việc thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu theo quy mô trang trại tại vùng Tây Nguyên là phù hợp với nhu cầu thực tiễn hiện nay

1.4 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mục tiêu

Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu theo qui mô trang trại tại vùng Tây Nguyên” mục tiêu được đặt ra bao gồm: Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu theo qui mô trang trại hiện nay tại vùng Tây Nguyên, xác định hợp lý các thông số đặc trưng của máy và xác định hợp lý kết cấu máy tách hạt tiêu

- Đối tượng nghiên cứu

Trang 23

Máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại tại vùng Tây Nguyên

Trang 24

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY

2.1 Tổng quan về lý thuyết tối ưu trong tính toán thiết kế máy

- Đặt vấn đề

Trong thiết kế máy ngoài việc tính toán hợp lý các thông số động lực học của máy ra thì việc thiết kế tối ưu hoá kết cấu thép là rất cần thiết nhằm mục đích giảm thiểu khối lượng của nguyên vật liệu, đảm bảo các yêu cầu thiết kế máy, giảm được chí phí sản xuất, giá thành sản phẩm thấp

Phương án thiết kế tối ưu phù hợp với mục tiêu đề ra và thỏa mãn các điều kiện ràng buộc liên quan đến độ bền của kết cấu

Xây dựng bài toán thiết kế tối ưu kết cấu dạng chi tiết, khung dàn với hàm mục tiêu là trọng lượng bản thân của các thanh Các biến thiết kế là các diện tích tiết diện của các thanh Các điều kiện ràng buộc cần thoả mãn bao gồm: điều kiện bền, điều kiện ổn định Euler, điều kiện chuyển vị,

- Tổng quan về tối ưu hóa kết cấu

Thiết kế tối ưu kết cấu thực chất là bài toán xác định đặc điểm hình học hợp lý của kết cấu thoả mãn một số điều kiện ràng buộc và đảm bảo một số tiêu chuẩn nào đó là lớn nhất hay bé nhất Bài toán thiết kế tối ưu có thể phát biểu như sau:

Tìm tập hợp các giá trị X=(x1, x2, … , xn) để sao cho hàm số Z=f(x1, x2, … , xn) đạt cực đại hay cực tiểu, đồng thời thỏa mãn các điều kiện sau:

2 1

2 2

1

2

1 2

1

, , ,

i i i

ni n ni

i n i

x x x

a x x

x

g

a x x

x

g

a x x

Trang 25

Khi đó, tập hợp các giá trị X=(x1, x2, … , xn) thoả mãn tất cả các điều kiện ràng buộc gọi là một phương án, còn phương án làm hàm Z đạt cực đại hay cực tiểu là phương án tối ưu hoặc nghiệm của bài toán và mục tiêu của bài toán thiết kế tối ưu kết cấu là tìm ra phương án tối ưu, tức là nghiệm của bài toán Miền tập hợp tất cả các phương án gọi là miền nghiệm hay còn gọi là không gian biến thiết kế

Bài toán được mô tả như trên được gọi là một quy hoạch toán học, đặc điểm chung của bài toán này là xuất phát từ một điểm chung ban đầu Xo trong miền nghiệm,

từ đó tìm hướng đí đến một nghiệm mới X1 tốt hơn, từ nghiệm X1 mới tìm được tìm hướng đi đến nghiệm X2 tốt hơn X1 …và cứ như vậy đến khi tìm được một nghiệm thoả mãn giá trị hàm Z lớn nhất hay nhỏ nhất mà vẫn thỏa mãn các ràng buộc thì dừng lại.[4]

Bài toán tối ưu chia làm 2 loại:

- Bài toán quy hoạch tuyến tính: là bài toán cực tiểu hoá hay cực đại hoá hàm mục tiêu, trong đó hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc có dạng hàm bậc nhất

- Bài toán quy hoạch phi tuyến: là bài toán cực tiểu hoá hay cực đại hoá hàm mục tiêu, trong đó có ít nhất một số hạng của hàm mục tiêu hoặc các điều kiện ràng buộc, xuất hiện tích của biến hoặc nghịch đảo của biến hoặc số mũ của biến lớn hơn 1 Trong tính toán kết cấu, hàm mục tiêu thường biểu thị các đại lượng như:[1]

- Trọng lượng, thể tích kết cấu là những đại lượng cần được cực tiểu hoá

- Các điều kiện ràng buộc dưới dạng đẳng thức thường là các điều kiện cân bằng, các điều kiện biến dạng liên tục

- Các điều kiện ràng buộc dưới dạng bất đẳng thức thường là các điều kiện độ bền, độ cứng, chuyển vị

Trong thực tế, bài toán qui hoặc phi tuyến thường gặp nhiều hơn bài toán quy hoach tuyến tính [1]

2.2 Đặc điểm của bài toán tối ưu hóa kết cấu

- Một số đặc điểm tối ưu hóa kết cấu

Tính phi tuyến: Có thể là tuyến tính (Bài toán dàn, khung đơn giản) nhưng đa số là phi tuyến (bài toán thanh, khung, tấm …)

Trang 26

Tính tường minh: Có thể tường minh (Bài toán dàn) nhưng đa số không thể viết hàm ràng buộc tường minh

Tính đa biến: Chủ yếu là tối ưu hóa hàm nhiều biến

Tính rời rạc của biến: Chủ yếu là biến rời rạc[4]

- Ưu nhược điểm của các phương pháp tối ưu kết cấu hiện nay

+ Phương pháp tìm kiếm trực tiếp:

Thuận lợi khi giải bài toán tối ưu rời rạc

Tối ưu được bài toán tuyến tính lẫn phi tuyến

Không cần hàm ràng buộc tường minh

Chắc chắn tìm được nghiệm tối ưu toàn miền

Tốc độ tính toán rất chậm, thời gian tối ưu rất lâu

+ Phương pháp đồ thị

Chỉ tối ưu tuyến tính, bài toán tối đa hai biến

Tìm được nghiệm tối ưu toàn miền

Phải vẽ đồ thị, chỉ tối ưu kết cấu đơn giản (bài toán dàn đơn giản)

Không thể tự động hóa quá trình tối ưu

Phương pháp đơn hình: được cải tiến từ phương pháp đồ thị

Chỉ tối ưu tuyến tính, có thể tối ưu hàm nhiều biến

Tìm được nghiệm tối ưu toàn miền

Phải lập bảng, chỉ tối ưu kết cấu đơn giản (bài toán dàn đơn giản)

Có thể tự động hóa quá trình tối ưu

+ Phương pháp gradien

Có thể tối ưu phi tuyến, có thể tối ưu hàm nhiều biến

Chỉ tìm được tối ưu toàn miền khi miền nghiệm lồi (trong bài toán kết cấu đa số miền ngiệm không lồi)

Độ chính xác và tốc độ tối ưu phụ thuộc nghiệm ban đầu lựa chọn

+ Phương pháp nhân tử Lagrange

Tìm được nghiệm toàn miền

Đòi hỏi các hàm phải tường minh

Độ chính xác tối ưu thấp

Trang 27

+ Phương pháp tuyến tính hóa

Đòi hỏi các hàm phải tường minh

Độ chính xác tối ưu thấp

+ Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo (logic mờ, di truyền)

Không cần các hàm phải tường minh

Tốc độ tối ưu không xác định được, mang tính ngẫu nhiên

Ngoài các phương pháp kể trên, còn rất nhiều phương pháp nhưng chủ yếu được xây dựng trên cơ sở các phương pháp này nên ưu nhược điểm cũng tương tự Có thể

kể thêm các phương pháp như: Newton, hàm phạt, hàm rào chắn [4]

2.3 Vận dụng lý thuyết tối ưu để thiết kế hợp lý máy tách hạt tiêu

Trong phạm vi của đề, trong phần thiết kế tối ưu ta lựa chọn và xây dựng hai bài toán thiết kế tối ưu cho các chi tiết, bộ phận có liên quan đến thiết kế hợp lý máy tách hạt tiêu

2.3.1 Bài toán thiết kế tối ưu cho chi tiết dạng trục

- Các thông số hình học kết cấu

n: số lượng các thanh trong kết cấu thép

Ri, ri: bán kính trong và bán kính ngoài tiết diện thanh thứ i

L: Chiều dài thanh

Si: diện tích thanh thứ i

R: Cường độ tính toán chịu kéo, nén của thép

E: mô đun đàn hồi

G: mô đun chịu cắt của vật liệu Hình 2 1: Mặt cắt ngang của ống thép

- Chọn tiết diện ngang của thanh dạng thép ống

- Diện tích tiết diện thanh thứ i

Si= π(Ri2-r2)

Trang 28

- Mômen quán tính tiết diện thanh thứ i

i yi xi

2

1 I I

- Môđun chống xoắn thanh thứ i

) (

2

) (

4 4

i i

i i i

i

i zi

r R

r R r

R

I w

Ở đây Ta chọn hàm mục tiêu là giá trị nhỏ nhất của trọng lượng kết cấu vì ρ (trọng lượng riêng của thép) là không đổi cho trước, nên hàm mục tiêu thu gọn là:

i S L Z

1 min

i S L Z

1 min min là hàm tuyến tính theo biến thiết kế Si [6]

- Các ràng buộc cho bài toán tối ưu

Ràng buộc về ứng suất được viết tổng quát dưới dạng đại số:

Ràng buộc ứng suất tiếp dưới dạng

 

zi

zi i

w

M

max max

Trang 29

Ràng buộc ứng suất tiếp dưới dạng

 

xi

xi i

w

M

max

Nhận xét: Các hàm maxi , maxi là các hàm phi tuyến theo biến thiết kế

2.3.2 Bài toán thiết kế tối ưu cho kết cấu khung dàn

- Các thông số hình học kết cấu

n: Số lượng các thanh trong kết cấu thép

Li: Chiều dài thanh thứ i

Ai: Bề rộng bản thép V thanh thứ i

ti: Chiều dày thép V thanh thứ i

Si: diện tích thanh thứ i

E: mô đun đàn hồi

G: mô đun chịu cắt của vật liệu

Hình 2 2: Mặt cắt ngang của thép V

- Chọn tiết diện ngang của thanh

Diện tích tiết diện thanh thứ i

2 1

2 2 1 1

2 4

.

0

i i i

i i i i i

i

i ci i ci ci ci

t t A

t A A t F

F

F y F y y

x

Mômen quán tính chính trung tâm tiết diện thanh thứ i

Ii = Ixi + Iyi

Trong đó:

Trang 30

i i i ci i

i t y t A t

A

2 2

I

i i

t t A t A y A t

A t

.

2 2

I

2 3

Ở đây Ta chọn hàm mục tiêu là giá trị nhỏ nhất của trọng lượng kết cấu vì ρ (trọng lượng riêng của thép) là không đổi cho trước, nên hàm mục tiêu thu gọn là:

i S L Z

1 min min

i S L Z

1 min

biến thiết kế Si [6]

- Các ràng buộc cho bài toán tối ưu

Giải bài toán theo phương pháp chuyển vị[1], bao gồm 3 điều kiện ràng buộc như sau

- Điều kiện ràng buộc về độ bền

 i i i i

i i

L

U E S

Trong đó : σi, Ni, Si, [σi] lần lượt là ứng suất pháp, lực dọc, diện tích tiết diện, ứng suất cho phép ứng với phần tử i

Trang 31

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH

SƠ CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI TÂY NGUYÊN

3.1 Xác định hợp lý thông số kỹ thuật máy tách hạt

- Năng suất của vít tải (Q):

Năng suất vít tải (năng suất của máy tách hạt) được xác định một cách hợp lý, nó phụ thuộc vào sản lượng tiêu thu hoạch theo qui mô trang trại hiện nay tại Tây Nguyên Các yếu tố liên quan đến việc xác định năng suất của máy bao gồm:

+ Diện tích trồng tiêu theo qui mô trang trại hiện nay (S):

Diện tích trồng tiêu theo qui mô trang trại hiện nay hầu hết được chia nhỏ lẻ theo từng nhóm, từng hộ gia đình Qua khảo sát thực tế qui mô trang trại hiện nay theo từng hộ gia đình có diện tích trồng tiêu dao động trong khoảng từ (0,3 ÷ 4) hecta Như vậy, tính bình quân diện tích trồng tiêu theo qui mô trang trại hiện nay là: S = 2,15 hecta + Số lượng trụ tiêu bình quân trên một hecta (itrụ tiêu ):

Số lượng trụ tiêu trên một hecta hiện nay chiếm khoảng từ (1600 ÷ 2000) trụ/hecta Như vậy, số trụ tiêu bình quân tính cho một hecta hiện nay là: itrụ tiêu = 1800 trụ/hecta

+ Sản lượng tiêu thu hoạch bình quân tính cho một trụ tiêu (Qtrụ) :

Sản lượng tiêu thu hoạch bình quân tính cho một trụ tiêu phụ thuộc vào loại trụ tiêu Theo khảo sát các trang trại trồng tiêu hiện nay tại Tây Nguyên nói chung và Đăk Lăk nói riêng thì hiện có 3 loại trụ tiêu và sản lượng tiêu tươi chưa tách hạt trên mỗi loại trụ là khác nhau:

Trụ gỗ chết, bêtông: (8,4 ÷ 10,5) kg/trụ, bình quân 9,45 kg/trụ

Trụ cây sống: (11 ÷ 40) kg/trụ, bình quân 25,5 kg/trụ

Như vậy, tính tổng bình quân sản lượng tiêu tính cho trụ gỗ chết, trụ bêtông và trụ cây sống là:

Qtrụ = (SL tiêu bình quân trụ gỗ chết, bêtông + SL tiêu bình quân trụ cây sống) / 2

Trang 32

Qnhân công = ((55 + 75) / 2) x ((3+ 7) / 2) = 325 kg/ngày

Như vậy, tổng sản lượng tiêu tươi thu hoạch được tính theo qui mô trang trại hiện nay, có thể được xác định như sau:

Tổng sản lượng = itrụ tiêu x S x Qtrụ = 1800 x 2,15 x 17,5 = 67.725 kg ≈ 67,73 Tấn Căn cứ vào các yếu tố được phân tích nói trên, xác định năng suất của vít tải (Qxd) theo sản lượng tiêu hái đựoc trong một ngày (1 ca làm việc) chính bằng sản lượng tiêu do nhân công hái được trong một ngày, có thể được xác định như sau:

Qxd = Qnhân công x ca làm việc (ngày)/giờ (h)= 325 x 1 = 325 kg/h

Trong quá trình làm việc tính đến khả năng năng suất vượt mức so với năng suất xác định Do đó ta chọn năng suất của máy là:

Trang 33

Khối lượng riêng của vật liệu sơ chế được xác định bằng phương pháp bố trí thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm như sau:

Sử dụng cân đo khối lượng dạng đĩa 100 kg để cân đo khối lượng

Thùng chứa vật liệu để đo có thể tích khối rỗng 1 m3

Vật liệu được xác định khối lượng riêng là loại tiêu tươi vừa mới hái trên cây xuống chưa tách hạt

Bảng 3 1: Bố trí thí nghiệm khối lượng riêng của tiêu

Số lần cân Khối lượng vật liệu Đơn vị, m 3 Kết quả, kg

Như vậy, qua thí nghiệm trên ta xác định được khối lượng riêng của tiêu chưa tách hạt là: γ ≈ 150 kg/m3

- Yêu cầu máy thiết kế và sản phẩm:

Nguồn năng lượng sử dụng: Tiêu sau khi hái cần tách, phân loại hạt, cuồi, lá, có sân phơi và nơi bảo quản Do đó tiêu sau khi hái được mang về nhà để sơ chế và nguồn năng lượng sử dụng cung cấp cho máy tách hạt thường sử dụng nguồn năng lượng điện lưới thắp sáng tại nhà, có nguồn điện 1 pha, điện áp 220v, tần số 50 Hz

Trang 34

Khả năng chế tạo: Các bộ phận, chi tiết máy thường được gia công bằng các phương pháp cắt, hàn, khoan, ghép bu lông, gia công trục trên máy tiện Các thiết bị gia công ứng dụng để gia công các chi tiết và bộ phận máy đơn giản nên máy được chế tạo tại các cơ sở cơ khí vừa và nhỏ

Khả năng sử dụng: kết cấu máy đơn giản, gọn nhẹ, vận hành và tháo lắp các bộ phận máy dễ dàng, người vận hành máy không cần có trình độ cao, số người vận hành máy tối đa 03 người trong một lần máy hoạt động tách hạt

Độ sạch sản phẩm: Đây là yêu cầu quan trọng nó đặc trưng cho máy có kết cấu và các thông số động lực học của máy hợp lý Sản phẩm đầu ra của máy phải đảm bảo không lẫn lá, cuồi và bụi Sản phẩm sau khi tách hạt đem đi phơi khô và bán, không phải sàng phân loại bụi, lá lại một lần nữa

3.2 Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt

Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt là cần thiết nhằm đảm bảo máy làm việc đạt năng suất yêu cầu, công suất tiêu hao của máy thấp, ít tốn nguyên vật liệu và giá thành sản phẩm thấp

Để xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt ta căn cứ vào ưu nhược điểm của máy tách hạt hiện nay và tính chất của vật liệu sơ chế Từ đó xây dựng sơ đồ động một cách hợp lý

Đặc điểm của các máy tách hạt tiêu hiện nay có ưu điểm sử dụng nguyên lý trộn lẫn, va đập của vít tải để tách hạt là phù hợp với đặc điểm, tính chất của vật liệu và nhiệm vụ của máy tách hat Tuy nhiên, kết cấu máy và các thông số động lực học chưa được xác định một cách hợp lý Do đó sản phẩm đầu ra của máy chưa đáp ứng được yêu cầu về độ sạch của sản phẩm

Để đạt được các yêu cầu kỹ thuật của máy và độ sạch của sản phẩm Tiến hành xác định lại hợp lý sơ đồ động máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu theo qui

mô trang trại tại Tây Nguyên nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao

Sơ đồ động máy tách hạt thiết kế sử dụng nguyên lý tách hạt bằng cơ cấu trộn lẫn, va đập của vít tải với máng tải Ngoài ra, thiết kế hợp lý bộ phận sàng, quạt thổi để thổi tách bụi, lá ra khỏi sản phẩm đảm bảo độ sạch của sản phẩm

- Lựa chọn vít tải sử dụng trong kết cấu máy thiết kế:

Đặc điểm của một số kiểu vít tải tiêu chuẩn:

Trang 35

KIỂU VÍT TẢI ĐẶC ĐIỂM CÁNH XOẮN ĐƠN, BƯỚC XOẮN

TIÊU CHUẨN

- Dạng vít tiêu chuẩn, có bước xoắn bằng

đường kính của vít tải Được ứng dụng để tải cho nhiều loại vật liệu khác nhau

CÁNH XOẮN ĐƠN, BƯỚC XOẮN

MỘT NỮA

Dạng vít tải có chiều dài bước xoắn giảm

½ so với đường kính vít tải Thích hợp cho vít tải nghiêng và dùng làm vít tải nạp liệu

KHÁC NHAU

Dạng vít tải có bước xoắn tăng dần, được ứng dụng làm vít nạp liệu, cung cấp dòng vật liệu đồng nhất, dòng vật liệu chảy tự

do khắp chiều dài của miệng nạp liệu

NGẮN

Dạng vít tải có bước xoắn giảm 2/3 lần so với đường kính vít tải, thích hợp với vít tải nghiêng, đứng và vít nạp liệu

CÁNH XOẮN ĐÔI, BƯỚC XOẮN

TIÊU CHUẨN

Dạng vít tải có cánh xoắn đôi, bước xoắn tiêu chuẩn, cung cấp dòng chảy vật liệu

mịn, vật liệu di chuyển đồng nhất

Dựa vào các đặc điểm của các loại vít tải ta thấy vít tải cánh xoắn đôi có ưu điểm dòng di chuyển của vật liệu mịn, đây là đặc điểm quan trọng để lượng hạt tiêu tách ra khỏi cuồi triệt để không bị sót và lượng xả ổn định nên dể kiểm soát dòng vật liệu di chuyển Do có những đặc điểm phù hợp với tính chất yêu cầu của máy nên ta chọn loại

Trang 36

vít tải cánh xoắn đôi có bước xoắn tiêu chuẩn để thay thế cho vít tải có cánh xoắn đơn của một số máy tách hạt hiện nay

- Yêu cầu kỹ thuật của máy

+ Đảm bảo năng suất thiết kế

+ Máy phải phù hợp với nhu cầu sản xuất đặt ra

+ Kết cấu phải đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành và bảo dưỡng

+ Máy làm việc liên tục

+ Đảm bảo độ sach của sản phẩm

+ Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động

+ Không gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

+ Máy phải làm việc êm dịu, vững chắc, không ồn

- Sơ đồ động máy tách hạt và nguyên lý hoạt động

Lựa chọn mô hình máy thiết kế có điểm khác biệt về kết cấu và nguyên lý làm việc đối với các máy hiện hành là năng suất của máy phù hợp với qui mô trang trại hiện nay tai các tỉnh vùng Tây nguyên Để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về sản phẩm máy thiết kế thêm hệ thống tạt cuồi theo hướng ngang, sàng, hệ thống quạt thổi bụi, lá Kết cấu máy nhỏ gọn hơn, việc thao tác vận hành máy đơn giản dể sử dụng phù hợp với mọi trình độ

Hình 3 1: Sơ đồ động của máy

1 Động cơ, 2 Cơ cấu truyền động đai, 3 Vít nạp, 4 Vít tải,

5 Máng lưới tải, 6 Cánh tạt cuồi, 7 Lưới sàng, 8 Quạt

Trang 37

Tiêu tươi chưa tách hạt được đưa vào miệng nạp liệu, nhờ vít nạp liệu (3) sẽ đưa vật liệu vào trong vít tải, vít tải (4) có nhiệm vụ vừa vận chuyển vừa đảo trộn vật liệu

đi dọc suốt chiều dài máng tải Quá trình di chuyển vật liệu do va đập, nghiền và ma sát giữa bề mặt của vít tải với máng tải hạt tiêu sẽ tách ra khỏi cuồi tiêu và lọt ra ngoài thông qua máng tải có dạng lưới (5), nhờ sàng (7) và quạt (8) thổi tách phần lá, bụi còn lẫn sau khi tách ra ngoài còn hạt tiêu lọt qua lưới sàng xuống máng xả, cuồi tiêu được vít tải vận chuyển đi ra cửa thoát liệu và nhờ cách tạt cuồi (6) đẩy cuồi ra theo phía hướng tâm của trục vít khắc phục hiện tượng tắc nghẽn do cuồi tiêu di chuyển ra hướng dọc trục của các máy hiện nay

3.3 Thiết kế hợp lý các chi tiết điển hình

3.3.1 Chọn hợp lý động cơ điện

Động cơ sử dụng cho hệ truyền động phải có khả năng tạo ra mômen lớn ở vùng

tốc độ thấp, cung cấp công suất đủ lớn ở vùng tốc độ cao Như vậy, ta mong muốn động cơ có dải tốc độ làm việc rộng Tuy nhiên, không phải động cơ nào cũng đáp ứng được điều đó Thực tế yêu cầu mômen khởi động lớn lại mâu thuẫn với yêu cầu dải tốc độ rộng

Một số loại động cơ điện xoay chiều, 1 pha thường được sử dụng hiện nay:

- Động cơ một pha sử dụng tụ khởi động (tụ đề)

- Động cơ một pha sử dụng tụ liên tục (tụ thường, tụ ngậm)

- Động cơ sử dụng cả 2 loại tụ đề và tụ ngậm

Vấn đề lựa chọn loại động cơ phù hợp cho hệ truyền động là vấn đề quan trọng đáp ứng yêu cầu của máy thiết kế Do đó loại động cơ được lựa chọn thỏa mãn một số yêu cầu như sau:

- Mômen lớn ở vùng tốc độ thấp để đảm bảo khả năng khởi động

- Đáp ứng nhanh với sự thay đổi mômen tải

- Hiệu suất cao

- Kích thước nhỏ gọn

- Làm việc tin cậy và bền vững

- Giảm nhiễu điện từ khi làm việc

- Khi chọn động cơ phải chọn sao cho sử dụng gần hết công suất (thường

Trang 38

- Tốc độ động cơ phù hợp với tốc độ của máy công tác

- Khi có phụ tải ban đầu lớn chọn động cơ 1 pha có công tắc ly tâm

- Khi có phụ tải ban đầu nhỏ chọn động cơ 1 pha có tụ điện làm việc (tụ ngậm)

Căn cứ vào nhiệm vụ của máy và đặc điểm của các loại động cơ nói trên, ta lựa chọn loại động cơ kiểu hai tụ đề và tụ ngậm hiện nay có bán trên thị trường Loại động

cơ này có các thông số đặc trưng như sau: Model YL90-4, hiệu điện thế 220v, tần số 50Hz, số vòng quay 1400 v/ph, cường độ dòng điện 9,57A, khối lượng 18,5 kg, công suất 1,5 kw, chế tạo tại công ty cổ phần Taizhou Jinlong Pumb

3.3.2 Xác định hợp lý các kích thước đặc trưng

- Khe hở vít tải và máng sàng

Đây là một thông số quan trọng Hình 3.2, nó ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm Căn cứ vào nguyên lý làm việc của máy, vật liệu sau khi được vít tải vận chuyển hết chiều dài của đoạn vít tải, vật liệu đọng lại một lớp hạt tiêu được tách

ra khỏi cuồi rơi xuống lỗ máng tải, còn cuồi tiêu được vít tải vận chuyển đưa ra ngoài

Do đó việc xác định hợp lý các thông số đặc trưng của vít tải và máng tải nó liên quan đến việc xác định khe hở giữa vít tải và máng tải nhằm đảm bảo quá trình tách hạt ra khỏi cuồi tiêu hiệu quả, đạt độ sạch sản phẩm

Hình 3 2: Khe hở giữa vít tải và máng sàng (c)

Để xác định khe hở máng phù hợp với yêu cầu thiết kế ta căn cứ vào đặc điểm của vật liệu và kết quả bố trí thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm:

Sử dụng vít tải có các thông số đặc trưng đã xác định:

Trang 39

Đường kính ngoài của vít tải: D = 80 mm

Đường kính trong của vít tải: d = 42 mm

Bước xoắn : S = 80 mm

Số vòng quay của trục vít tải : n = 600 vòng/phút

Cho các thông số đặc trưng đã xác định của vít tải cố định, thay đổi đường kính của máng tải để thay đổi khe hở giữa vít tải với máng tải trong quá trình thí nghiệm Đánh giá kết quả thí nghiệm bằng cách khảo sát lượng hạt tiêu còn sót lại trên cuồi tiêu sau khi được tách hạt và độ sạch sản phẩm cho từng trường hợp thí nghiệm

Thí nghiệm 3 trường hợp như sau:

Trường hợp: 5,5 ≤ c ≤ 7 mm

Lượng hạt tiêu còn sót trên cuồi nhiều, sản phẩm lẫn lá

Trường hợp: 8 ≤ c ≤ 10 mm

Tỉ lệ hạt sót lại trên cuồi không đáng

kể, sản phẩm sạch

Trường hợp: c ≥ 12 mm

Trang 40

Mẫu cuồi tiêu sau khi tách hạt Sản phẩm Đánh giá

Lượng hạt tiêu còn sót

ít, sản phẩm lẫn cuồi, lá nhiều

Kết luận:

Căn cứ vào các kết quả thí nghiệm, ta thấy trường hợp khe hở vít tải với máng tải khoảng từ c = (8 ÷10) mm là hiệu quả nhất sản phẩm được tách triệt để, tỉ lệ sót hạt trên cuồi không đáng kể, sản phẩm sạch Do đó, ta chọn khe hở của các đoạn vít tải như sau:

- Khe hở vít tải và máng: Chọn ctải = 10 mm

- Khe hở vít nạp liệu và máng Hình3.3: Nhằm đảm bảo khả năng điền đầy lượng nạp liệu là lớn nhất ta chọn khe hở giữa vít nạp với máng tải là nhỏ nhất Tuy nhiên, trong thực tế sai số độ đồng tâm cánh xoắn lớn do ảnh hưởng quá trình gia công, cộng với sai số độ đồng tâm của 2 đầu ngõng trục nên tránh trường hợp đỉnh của cánh xoắn cọ sát vào bề mặt của máng ta chọn cnạp liệu = 5 mm

Hình 3 3: Khe hở vít nạp liệu và vít tải với máng tải

- Độ dài các đoạn vít tách hạt

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	2,57 MB