NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP TÁCH NƯỚC PHỤ PHẨM BÃ BIA LÀM THỨC ĂN GIA SÚC

Vì vấn đề kiến thức còn hạn hẹp và trong thời gian ngắn nên đề tài này chỉ nghiên cứu tính toán, chế tạo khảo nghiệm máy ép bã bia sử dụng điện – thuỷ lực và tự động hoá trong quy trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP TÁCH NƯỚC

PHỤ PHẨM BÃ BIA LÀM THỨC ĂN GIA SÚC

Họ và tên sinh viên: PHẠM NGỌC HƯNG

Niên khóa: 2007 – 2011

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP TÁCH NƯỚC PHỤ

PHẨM BÃ BIA LÀM THỨC ĂN GIA SÚC

Tác giả

PHẠM NGỌC HƯNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành

cơ khí nông lâm

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sĩ: NGUYỄN HẢI TRIỀU

Tháng 07 năm 2011

CẢM TẠ

Đầu tiên em xin cảm ơn các thầy cô trong nhà trường nói chung và thầy cô trong khoa cơ khí công nghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh nói riêng, trong thời gian qua đã dạy cho em các kiến thức đại cương và chuyên ngành, nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu học tập sau này của em Và đề tài này là thành quả của phần nào kiến thức mà em học tập được tại trường trong 4 năm qua

Trong thời gian thực hiện đề tài “nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy ép tách nước phụ phẩm bã bia làm thức ăn gia súc” này, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn

đề tài Thạc sỹ NGUYỄN HẢI TRIỀU, thầy đã giúp đỡ tận tình về kiến thức, vật chất, kinh nghiệm và tinh thần lúc khó khăn để em có thể hoàn thành đề tài này trong thời gian cho phép

Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn tới các thành viên trong lớp DH07CK và bạn

bè đã động viên và giúp đỡ những lúc khó khăn để hoàn thành đề tài

Đề tài được thực hiện theo tiến trình sau:

1) Nêu lên được tính cấp thiết của đề tài và nguồn nguyên liệu và sản lượng sản phẩm bán ra thị trường Từ đó lựa chọn ra phương án thiết kế hợp lí 2) Nêu nguyên lí cấu tạo và nguyên lí làm việc của hệ thống

3) Tính toán, thiết kế trên cơ sở lí thuyết để đưa ra các thông số chế tạo tương đối chính xác với thực tế

- Lựa chọn cách thành lập sơ đồ thuỷ lực

- Vẽ sơ đồ trên môi trường Festo Fluidsim để mô phỏng hoạt động

- Phân tích, tính toán theo các số liệu dự kiến trước để chọn các thành phần trong hệ thống

- Lựa chọn cách bố trí khung máy ép, sau đó tính toán bền cho khung

- Thiết kế thùng ép, một số dựa vào kinh nghiệm để chọn và khảo nghiệm thực tế rút ra kết luận chính xác

4) Tiến hành chế tạo mô hình với hệ số chế tạo chọn trước là 0,2 Khảo nghiệm

mô hình đó và từ các số liệu khảo nghiệm trên tính toán lại để chọn hợp lí số liệu chế tạo máy ép thực tế

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Quá trình sản xuất bia ở Việt Nam 3

2.2 Giá trị của bã bia 5

2.3 Phương pháp bảo quản bã bia 7

2.4 Tổng quan về máy ép thuỷ lực 10

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

3.1 Nội dung 11

3.2 Phương pháp nghiên cứu 12

3.2.1 Thiết kế 12

3.2.2 Khảo nghiệm 13

3.2.2.1 Mục đích 13

3.2.2.2 Điều kiện khảo nghiệm 13

3.2.2.3 Thiết bị 14

3.2.2.4 Khảo nghiệm 16

3.2.2.5 Cách tính toán kết quả khảo nghiệm 19

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20

4.1 Kết quả 20

4.1.1 Mô tả cấu tạo 20

4.1.2 Mô tả nguyên lí hoạt động 21

4.1.3 Các thành phần trong hệ thống thuỷ lực 23

4.1.3.1 Xilanh thuỷ lực 23

4.1.3.2 Bể dầu 24

4.1.3.3 Bơm dầu 25

4.1.3.4 Bộ lọc dầu 25

4.1.3.5 Van áp suất 26

4.1.3.6 Van đảo chiều 26

4.1.3.7 Van tiết lưu 27

4.1.3.8 Ống dẫn dầu và khớp nối 27

4.1.4 Sơ đồ nguyên lí 28

4.1.5 Tính toán trong hệ thống thuỷ lực 29

4.1.5.1 Tính toán xy lanh ép với P = 5 tấn 29

4.1.5.1.1 Phương trình cân bằng lực của cụm xilanh ép ở hành trình công tác 30

4.1.5.1.2 Tính lưu lượng qua xilanh 34

4.1.5.2 Tính toán xilanh xả 36

4.1.5.2.1 Phương trình cân bằng lực của cụm xilanh xả ở hành trình công tác 36

4.1.5.2.2 Đối với hành trình lùi về 37

4.1.5.2.3 Tính lưu lượng 38

4.1.5.3 Tính và chọn các thông số của bơm 38

4.1.5.4 Tính toán ống dẫn 39

4.1.5.5 Chọn van 41

4.1.6 Tính toán khung máy 41

4.1.6.1 Tính bền kết cấu 41

4.1.7 Khảo nghiệm máy ép 45

4.2 Thảo luận 45

4.2.1 Lực ép 45

4.2.2 Năng suất ép 46

4.2.3 Thời gian ép 47

4.2.4 Kết cấu 47

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Đề nghị 48

PHỤ LỤC: 51

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2 1 Sản lượng bia cả nước 4 

Hình 2 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia 4 

Hình 2 3 Một số kiểu máy ép 10 

Hình 3 1 Bản vẽ máy ép thử 15 

Hình 3 3 Máy sấy mẫu 15 

Hình 3 4 Cân điện tử chính xác 0,01g 16 

Hình 3 5 Hộp chứa mẫu để sấy 16 

Hình 3 6 Cân đồng hồ và hộp chứa mẫu thí nghiệm 16 

Hình 3 7 Đổ vật liệu vào thùng 17 

Hình 3 8 Ép bã bia 17 

Hình 3 10 Lấy mẫu và mẫu 18 

Hình 3 11 Bã bia 18 

Hình 4 1 Chu trình hoạt động của hệ thống ép 22 

Hình 4 2 Máy ép ở vị trí ban đầu 22 

Hình 4 3 Máy ép đang ở vị trí ép cuối hành trình 23 

Hình 4 4 Máy ép đang ở vị trí xả 23 

Hình 4 5 Xi lanh thủy lực CDH1MT4 24 

Hình 4 6 Kết cấu bể dầu cơ bản 24 

Hình 4 7 Kết cấu bộ nguồn thuỷ lực (gồm cả thùng dầu) 25 

Hình 4 8 Bơm cánh gạt 25 

Hình 4 9 Lọc dầu 26 

Hình 4 10 Màng lọc bằng sợi thuỷ tinh 26 

Hình 4 11 Kết cấu van giảm áp và kí hiệu 26 

Hình 4 12 Van đảo chiều điều khiển điện 26 

Hình 4 13 Van tiết lưu 27 

Hình 4 14 Khớp nối 27 

Hình 4 15 Sơ đồ mô phỏng mạch thuỷ lực của máy ép trên Festo Fluidsim 28 

Hình 4 16 Sơ đồ mô phỏng mạch điện điều khiển trên Festo Fluidsim 28 

Hình 4 17 Giản đồ trạng thái 29 

Hình 4 18 đồ hệ thống thủy lực 29 

Hình 4 19 Các lực tác dụng lên cụm xilanh ép 30 

Hình 4 20 Đồ thị biểu diễn sự tương quan kích thước 33 

Hình 4 21 Kiểu lắp MT4 34 

Hình 4 22 Sơ đồ mạch thủy lực của xilanh xả 36 

Hình 4 23 Các lực tác dụng lên cụm xilanh xả 36 

Hình 4 24 Đồ thị biểu diễn sự tương quan kích thước 37 

Hình 4 25 Quy ước đường ống 40 

Hình 4 26 Kết cấu khung máy 41 

Hình 4 27 Biểu đồ mômen 42 

Hình 4 28 Mặt cắt ngang thép hình chữ I 43 

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2 1 Lượng bã hèm phát sinh khi sản xuất 1 hectolít (100 lít) bia 5 

Bảng 2 2 Thành phần dinh dưỡng bã bia từ ngũ cốc (g/kg vật chất khô) 5 

Bảng 2 3 Thành phần hóa học và giá trị của bã bia (% vật chất khô) 6 

Bảng 2 4 Thành phần axit amin của bã bia (g/100 g protein) 6 

Bảng 2 5 Một số hỗn hợp thức ăn bổ sung cho đàn bò đang tiết sữa 7

Bảng 4 1 Số liệu tính toán đường ống cho cụm xilanh ép và xilanh xả 40 

Bảng 4 2 Bảng thép hình chữ I với số hiệu IN010 43 

Bảng 4 3 Bảng thép hình chữ I với số hiệu IN010 44 

Bảng 4 4 Bảng số liệu cho mẫu bã bia trước khi ép 45 

Bảng 4 5 Bảng số liệu cho mẫu bã bia sau khi ép 45 

Bảng 4 6 Số liệu thu được 46 

Chương 1

MỞ ĐẦU

Dân gian ta từ trước đã có câu: “Miếng trầu là đầu câu chuyện” Ngày nay, cùng với sự phát triển của thời đại, đời sống kinh tế của con người ngày càng được cải thiện cùng với những nhu cầu của con người Bia, rượu đã không còn xa lạ với con người nữa Với một hàm lượng chất dinh dưỡng trong bia cao và nồng độ cồn khá thấp, cộng với sự đầy đủ về kinh tế bia dần trở thành một thứ nước uống quen thuộc trong cuộc sống hằng ngày, trong mối quan hệ xã giao, gặp gỡ bạn bè… với mức tiêu thụ mạnh Cụ thể năm 1997 tiêu thụ 10 lít/người/năm, nhưng cho đến năm 2006 cùng với sự phát triển mạnh về dân số, nhưng mức tiêu thụ bia tăng lên xấp xỉ gấp đôi năm

2006 là 18 lít/người/năm Cùng với nguồn cầu khá đổi dồi dào này kéo theo những nhà kinh tế cũng không bỏ qua vấn đề tăng nhanh nguồn cung, đến năm 2006 khảng 1,6 tỉ lít bia được sản xuất ra Ngày càng có thêm nhiều nhà máy sản xuất bia với sản lượng lớn

Song song với sản lượng bia được sản xuất ra là lượng phụ phế phẩm trong quá trình sản xuất bia trong đó có bã bia (bã hèm) Hằng năm lượng bã bia do sản xuất bia tạo ra với số lượng khá lớn khảong hơn 400.000 tấn/năm (năm 2006) Các nhà máy sản xuất bia phải tiêu tốn một lượng lớn kinh phí để xử lí tránh gây ô nhiễm môi trường, một số lượng ít được bán đi làm thức ăn nhanh cho gia súc Vấn đề đặt ra lúc

này là: “làm sao để tận dụng được tất cả nguồn phụ phế phẩm trong sản xuất bia này

để cắt giảm bớt một phần chi phí nhằm tăng lợi nhuận kinh tế” Để giải quyết vấn đề

này các nghiên cứu đã kết luận rằng việc sử dụng bã bia khô để dự trữ làm thức ăn gia súc là hoàn toàn có thể và phù hợp Nghiên cứu này được đưa ra không những làm giảm đi nguồn đầu tư trong sản xuất bia mà còn tăng thêm phần lợi nhuận do bán bã

bia để làm thức ăn gia súc Bên cạnh đó còn tìm ra một nguồn thức ăn bổ sung khoáng chất cho đàn vật nuôi; mở rộng thêm nhóm ngành sản xuất; giải quyết việc làm, …

“ép tách nước hạ độ ẩm và sấy khô để đạt độ ẩm theo yêu cầu” Vì vấn đề kiến thức

còn hạn hẹp và trong thời gian ngắn nên đề tài này chỉ nghiên cứu tính toán, chế tạo khảo nghiệm máy ép bã bia sử dụng điện – thuỷ lực và tự động hoá trong quy trình sản xuất Nhằm tạo ra sản phẩm có hàm lượng ẩm thấp làm nguyên liệu cho quá trình sấy tiếp theo để đạt độ ẩm yêu cầu

Trước tiên cần tính toán toàn bộ hệ thống ép và chế tạo được mô hình thực tế với một máy ép năng suất 0,08m3/mẻ Khảo nghiệm mô hình máy ép này, chuyển tiếp

số liệu bã bia sau khi ép cho khâu sấy tiếp đó

Từ đó chế tạo được máy ép với năng suất 1m3/mẻ/máy, dựa theo cơ sở của số liệu tính toán lý thuyết và mô hình được khảo nghiệm thực tế trên để đưa vào sản xuất trong dây chuyền chế biến thức ăn gia súc từ bã bia

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Quá trình sản xuất bia ở Việt Nam

Ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam có lịch sử hơn 100 năm Xưởng sản xuất bia đầu tiên được đặt tên là xưởng sản xuất bia Chợ Lớn, do một người Pháp tên

là Victor Larue mở vào năm 1875, là tiền thân của nhà máy bia Sài Gòn, nay là Tổng công ty Bia Rượu Nước giải khát Sài Gòn Ở miền Bắc, vào năm 1889, một người Pháp tên là Hommel đã mở xưởng bia ở Làng Đại Yên, Ngọc Hà, sau trở thành nhà máy bia Hà Nội, nay là Tổng công ty Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội Trong quá trình hình thành và phát triển, ngành sản xuất bia đã đạt mức tăng trưởng cao vào những năm của thời kỳ mở cửa Cùng với quá trình hội nhập, ngành sản xuất bia phát triển về quy mô và trình độ công nghệ, trở thành một ngành công nghiệp có thế mạnh khi Việt Nam gia nhập tổ chức WTO

Số liệu thống kê cho thấy trong ngành sản xuất bia có 3 doanh nghiệp có sản lượng trên 100 triệu lít/năm là Sabeco (năng lực sản xuất trên 300 triệu lít/năm), Habe-

co (trên 200 triệu lít/năm) và công ty liên doanh nhà máy bia Việt Nam (trên 100 triệu lít/năm) Có 15 doanh nghiệp bia có công suất lớn hơn 15 triệu lít và 19 doanh nghiệp

có sản lượng sản xuất thực tế trên 20 triệu lít Khảong 268 cơ sở còn lại có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm, và dự kiến đến năm 2010 cả nước sẽ sản xuất khảong 2,5

– 3 tỷ lít bia/năm (số liệu thống kê năm 2008) Hình 2.1 thể hiện sản lượng bia cả nước

thống kê qua các năm

Hình 2 1 Sản lượng bia cả nước

Hình 2 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia

Trong quá trình sản xuất bia sẽ cần phải cung cấp một lượng lớn các nguyên nhiên liệu đầu vào và tạo ra một loạt các chất thải, phế phẩm như nước thải, nhiệt, mùi, chai vỡ, men, bột trợ lọc, bụi … và còn có cả bã hèm khi nấu bia sinh ra

Bã hèm (hay bã bia) là phần còn lại của nguyên liệu sau khi chiết xuất và tách hết dịch nha khỏi bã hèm Bã hèm vẫn còn chứa một lượng đường và nước Lượng bã hèm thường khảong 140 kg/1000 lít dịch đường và có hàm lượng nước khảong 80% Trong nước bã hèm vẫn còn một lượng chất hòa tan còn sót lại (thường khảong 1-5%)

Bã hèm là chất hữu cơ, sẽ gây mùi cho khu vực sản xuất nếu không được thu gom và

xử lý kịp thời Bảng 2.1 cung cấp số liệu về lượng bã hèm phát sinh trong quá trình sản xuất bia

Bảng 2 1  Lượng bã hèm phát sinh khi sản xuất 1 hectolít (100 lít) bia

Bã hèm kg 21-27 Gây ô nhiễm nguồn nước, đất, gây mùi khó chịu

Từ đó ta có thể thấy được lượng bã hèm thải ra trong quá trình sản xuất bia hàng năm là rất nhiều (khảong 400.000 tấn/năm (năm 2006)) Các nhà máy xí nghiệp phải tiêu tốn một khảong chi phí lớn cho việc xử lí để tránh gây ô nhiễm môi trường

2.2 Giá trị của bã bia

 Giá trị dinh dưỡng

Thành phần và giá trị dinh dưỡng của bã bia phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ nước của nó Thời gian bảo quản cũng như nguồn gốc xuất xứ của bã bia cũng ảnh hưởng đến chất lượng Các bảng 2.2 và bảng 2.3 cung cấp số liệu trong thành phần trong bã bia

Bảng 2 2 Thành phần dinh dưỡng bã bia từ ngũ cốc (g/kg vật chất khô)

Bảng 2 3  Thành phần hóa học và giá trị của bã bia (% vật chất khô)

Bảng 2 4  Thành phần axit amin của bã bia (g/100 g protein)

 Giá trị trong chăn nuôi

Bã bia là loại thức ăn có nhiều nước, có mùi thơm và vị ngon Hàm lượng khoáng, vitamin (chủ yếu là vitamin nhóm B) đặc biệt là hàm lượng protein trong bã bia cao và được dùng rất rộng rãi trong nuôi bò sữa Tỷ lệ tiêu hoá các chất trong bã bia rất cao Ngoài ra nó còn chứa các chất kích thích tính thèm ăn và làm tăng khả năng tiết sữa của bò nuôi trong điều kiện nhiệt đới (Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới)

Theo thống kê của cục chăn nuôi thì tổng đàn bò sữa của nước ta đã tăng từ 41 nghìn con/năm 2001 lên trên 115 nghìn con năm 2009 Một con số rất có lợi cho ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi bò sữa

Đối với bò sữa, lượng bã bia trong khẩu phần cần tính toán làm sao có thể thay thế không quá 1/2 lượng thức ăn tinh (cứ 4,5kg bã bia có giá trị tương đương với 1kg thức ăn tinh) và không vượt quá 15kg bã bia trong khẩu phần thức ăn mỗi con một ngày

Đối với bò đang tiết sữa lượng bã bia ăn kèm cũng cần nhiều Bảng 2.5 cung cấp số liệu về thành phần thức ăn trong hỗn hợp thức ăn bổ sung cho bò đang tiết sữa

Bảng 2 5  Một số hỗn hợp thức ăn bổ sung cho đàn bò đang tiết sữa

Trong chăn nuôi lợn và gà thì bã bia không phải là thức ăn thông dụng Tuy nhiên, đối với nuôi gà công nghiệp thì việc bổ sung khảong không quá 20% bã bia trong khẩu phần thức ăn mỗi ngày sẽ cho kết quả tốt; đối với chăn nuôi lợn thì khảong

1 – 3kg mỗi ngày trên một con (phụ thuộc vào độ tuổi) sẽ tăng khả năng sinh trưởng của lợn, kích thích tính thèm ăn, dùng để vỗ béo lợn

Kết luận: Cùng với sự lớn mạnh của đàn vật nuôi như hiện nay và sản lượng

bia hằng năm được sản xuất ra, kèm theo đó là một lượng phụ phẩm bã bia trong ngành sản xuất bia, lượng bã bia này có thể sử dụng làm nguyên liệu để chế biến thức

ăn gia súc và giải quyết được các vấn đề khác như: giảm ô nhiễm môi trường, cắt giảm được chi phí để xử lí bã, tăng thêm thu nhập, tạo công ăn việc làm cho một bộ phận người lao động, bổ sung thêm nguồn thức ăn cho đàn vật nuôi…

2.3 Phương pháp bảo quản bã bia

Như đã nêu trên bã bia có tầm quan trọng trong chăn nuôi, nhưng với sản lượng

bã bia được tạo ra trong ngày rất khó để sử dụng hết cho vật nuôi, do đó cần phải tìm cách bảo quản lại mà không làm mất chất dinh dưỡng Và do đặc tính của bã bia có chứa nhiều nước, men, đường … nên rất khó bảo quản lâu mà không bị hỏng Vấn đề

đặt ra lúc này là “làm sao bảo quản bã bia làm thức ăn cho đàn vật nuôi trong thời gian dài”

Nếu bảo quản nguyên dạng ban đầu lâu ngày sẽ tăng độ chua và làm mất đi một phần dinh dưỡng vốn có trong bã bia Chính vì vậy trong thực tế để kéo dài thời gian bảo quản người ta thường thêm muối ăn vào bã bia với tỷ lệ 1% Hoặc để giảm độ chua của bã khi bảo quản người ta thêm 150g natricacbonat 2 lần trong ngày Tuy

nhiên phương pháp này cũng chỉ bảo quản được trong thời gian ngắn, phức tạp và cần

có thể tích chứa lớn

Thứ hai là có thể xử lí và bảo quản ở dạng khô, với cách bảo quản này có thể tạo ra sản phẩm bảo quản lâu hơn mà nguy cơ bị hỏng cũng như mất đi dinh dưỡng được giảm hẳn Ở một số nơi người ta thường để bã bia lắng và gạn nước hay cho rút nước, sau đó đem phơi khô hoặc nấu trong chảo cho bay hơi nước rồi bảo quản lại Phương pháp này đơn giản nhưng sản phẩm không đạt chất lượng cao, vì thường khi rang trong chảo do không điều khiển được nhiệt độ nên các chất dinh dưỡng nhỏ mịn

sẽ bị cháy, cách này chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với số lượng ít

Ngoài ra cũng có thể tách nước và thu sản phẩm khô bằng cách áp dụng các phương pháp khoa học, với phương pháp này sản phẩm thu được sẽ đạt chất lượng và năng suất cao hơn nhiều lần so vơi cách thủ công Phương pháp này có thể dùng một công đoạn tách nước để đạt độ ẩm theo yêu cầu (độ ẩm 14%) như là dùng phương pháp ly tâm để tách nước, sản phẩm sau khi tách nước sẽ đạt được độ ẩm theo yêu cầu, nhưng với năng suất 100 tấn/ngày thì với phương pháp ly tâm sẽ yêu cầu vốn đầu tư nhiều và phức tạp trong quá trình thiết kế, kiểm nghiệm Do đó giá thành sản phẩm cao Với phương pháp này cũng có thể tách nước để hạ độ ẩm và sấy lại để đạt độ ẩm yêu cầu, áp dụng cách này thì có nhiều phương pháp tách nước như là:

 Phương pháp tự chảy: Nhược điểm lớn nhất là phải mất nhiều thời gian để nước

có thể tự rút và phải xây dựng hệ thống với diện tích lớn, năng suất phương pháp này không cao

 Phương pháp ép vít: Với phương pháp này có thể đảm bảo được độ ẩm sau khi

ép đạt theo yêu cầu và năng suất phù hợp, dễ có thể tự động hoá trong sản suất một cách chính xác Nhưng phương pháp này sau thời gian làm việc hệ thống bị mài mòn

do ma sát

 Phương pháp ép thuỷ lực: Sử dụng xilanh thủy lực để ép, phương pháp ép thuỷ lực có những ưu điểm là:

- Truyền động được công suất cao và lực lớn

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc nhịp nhàng và vô cấp (dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện hay chương trình có sẵn)

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có thể sử dụng với vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh do có quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả hệ phức tạp và nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả chi tiết phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

 Nhưng nhược điểm của phương pháp này là:

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử

- Khó giữ được vận tốc ổn định khi phụ tải thay đổi

 Phương pháp ép bằng khí nén: đối với khí nén cũng tương tự như sử dụng dầu thủy lực nhưng khí nén thường dùng trong các lĩnh vực như thiết bị phun sơn, các loại

đồ gá kẹp chi tiết hoặc sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử Vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao, sử dụng trong hệ thống đóng gói, dây chuyền rửa tự động… nhưng có các nhược điểm sau:

- Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp

- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi khá năng đàn hồi của dòng khí nén lớn (không thể thực hiện được chuyển động thẳng hoặc quay điều)

- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra nên gây tiếng ồn

Vậy với yêu cầu là tự động hóa chính xác trong quá trình sản xuất, đảm bảo năng suất 100 tấn/ngày Từ những phân tích trên ta có thể chọn phương pháp tách nước bằng máy ép thuỷ lực sau đó đem sấy Với phương pháp này có thể áp dụng được tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến hiện có vào trong sản xuất, nhằm làm tăng quy

mô chất lượng trong sản xuất công nghiệp và sản phẩm tạo ra có sức mạnh cạnh tranh trên thị trường

2.4 Tổng quan về máy ép thuỷ lực

Từ năm 1900 đã lần lượt xuất hiện các nhà máy sản xuất hệ thống thuỷ lực và chủ yếu tập trung ở các nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ có công ty DINE-SON, tại Ấn Độ có công ty VELJAN…

Năm 1920 thủy lực đã được ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ

Năm 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác như: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hoá chất, giao thông vận tải, hàng không…

Từ năm 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hoá thiết bị và dây chuyền thiết

bị với trình độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống truyền động thuỷ lực với công suất lớn

Hình 2 3  Một số kiểu máy épa) Máy ép để đóng gói bao bì nhựa

b) Máy ép gia nhiệt sửa lốp xe máy theo công nghệ Nhật c) Máy ép thử mẫu bê tông

TÓM LẠI: Việc tái chế lại bã bia chính là phụ phẩm trong quá trình sản xuất

bia và việc áp dụng phương pháp ép thuỷ lực, dùng tự động hoá trong sản xuất thể hiện lên được cả ý nghĩa thực tiễn yêu cầu của xã hội và ý nghĩa khoa học đương thời, bên cạnh đó còn giải quyết được các yêu cầu cấp thiết đi cùng (đã nêu)

Thứ hai: Trong quá trình thiết kế cần lựa chọn phương án thiết kế để đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu và giá thành tương đối (giá thành ở mức thấp nhất có thể và có khả năng cạnh tranh trên thị trường)

 Giả thuyết cho những yêu cầu của đề tài:

- Thời gian thực hiện một lần ép t = 390 giây (6 phút 30 giây), trong đó:

 Thời gian cấp liệu: t1 = 180 (giây)

 Thời gian xilanh ép đi xuống làm việc: t2 = 120 (giây)

 Thời gian xilanh ép lùi về: t2 = 30 (giây)

 Thời gian xilanh xả đi ra làm việc: t2 = 30 (giây)

 Thời gian xilanh xả lùi về: t2 = 30 (giây)

- Năng suất đầu vào của máy ép là M = 50 tấn/8giờ

- Thể tích bã bia sau khi ép Vsau = 0,3Vban đầu

- Lực ép 5 tấn, lực xả 2 tấn

 Nội dung thực hiện của đề tài

Lựa chọn các phương án thiết kế hợp lí

Xây dựng được một quy trình sản xuất

Dựa vào cơ sở lí thuyết để chọn các phần tử trong hệ thống thủy lực

Tính toán thiết kế bằng cơ sở lí thuyết của toàn hệ thống gồm có: tính các thành phần trong hệ thống thuỷ lực điều khiển điện, tính toán bền cho kết cấu

Tiến hành chế tạo máy ép mẫu thử với năng suất 0,3m3/mẻ trên cơ sở máy ép đã tính toán

Khảo nghiệm máy ép mẫu thử này đưa ra các số liệu hợp lí để chế tạo máy ép thực tế phù hợp

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Thiết kế

Nghiên cứu chung về sản xuất bia, tình hình chăn nuôi ở Việt Nam để đảm bảo cung cấp nguồn nguyên liệu điều đặn và đủ để quá trình sản xuất được liên tục Bên cạnh đó cần đảm bảo nguồn cầu về sản phẩm sản xuất ra phải mạnh để có thể tiêu thụ hết sản phẩm, tránh trường hợp ứ dồn dẫn tới tình trạng không bán được sản phẩm

Tình hình phát triển của ngành điều khiển tự động, các ứng dụng rộng rãi đã có trên thế giới

Dựa vào yêu cầu thiết kế thiết lập nguyên lí hoạt động của hệ thống Hệ thống phải được tự động hoá trong sản xuất, tức là hệ thống sẽ được hoạt động tự động từ khi khởi động cho đến khi dừng hệ thống lại bằng nút switch off (hoặc nút start), lúc dừng lại thì các xilanh phải đi hết chu trình và quay về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho ca là việc tiếp theo Trong quá trình hoạt động nếu như có sự cố về kỹ thuật hay xảy ra sự không đồng nhất trong các khâu thì phải dừng hệ thống cưỡng bức ngay lập tức được

Từ nguyên lí hoạt động lựa chọn sơ bộ các thành phần trong hệ thống Trong phần này cần nêu lên được cấu tạo, phân loại và phạm vi sử dụng của các thành phần trong hệ thống, so sánh với một số các chi tiết cùng chức năng khác

Tính toán để chọn chính xác theo lý thuyết của các thành phần đã chọn sơ bộ trong hệ thống thuỷ lực

Sau khi tính toán chọn các thành phần chính trong hệ thống thuỷ lực, từ đó chọn thêm các thành phần còn thiếu trong lần chọn sơ bộ (nếu có) và kiểm tra lại hoạt động trong toàn bộ hệ thống

Chọn kết cấu các mặt lưới của thùng ép, cần chú ý tới độ biến dạng của các mặt này khi chịu lực ép lớn, vì vậy cần thiết phải làm khung chịu lực bên ngoài, và mặt lưới đảm bảo không bị ăn mòn hóa học bởi các thành phần trong bã bia

Thiết kế các cửa xả của thùng ép gồm cơ cấu xả và bền kết cấu

Chọn kết cấu khung máy, về khung máy cần đảm bảo tính thẩm mỹ và độ bền kết cấu Vì vậy khi tính khung ta chọn kết cấu khung trước rồi sau đó mới tiến hành tính bền cho kết cấu Khung máy chứa thùng ép và 2 xilanh (xilanh ép đặt đứng và xi-lanh xả đặt ngang) được giới hạn bởi hành trình Nên khi lựa chọn kết cấu khung cần chú ý tới không gian cấp liệu vào thùng và vấn đề xả liệu khỏi thùng

Chọn kết cấu của tấm ép (mặt trên cùng gắn vào đầu xilanh ép để nén bã bia)

Vẽ mô hình thiết kế máy ép, lập bản vẽ lắp và bản vẽ chế tạo của máy ép

Tiến hành chế tạo mẫu với năng suất là 0,3m3/mẻ

3.2.2 Khảo nghiệm

3.2.2.1 Mục đích

- Với lực ép yêu cầu P = 1 tấn cần ép được khối vật liệu có thể tích 0,2 x 0,2

x 0,2 m3 xuống còn 1/3 thể tích ban đầu Trong chỉ tiêu này thể tích sau khi ép càng nhỏ thì càng tốt nhưng phải chú ý tới chi phí ép

- Xác định được khối lượng của bã bia với thể tích ép tương ứng để xác định thành phần nước và vật chất khô có trong bã bia

- Xác định được hành trình ép có đạt yêu cầu so với lực ép hay không

- Xác định được thời gian ép

- Xác định được độ ẩm của bã bia trước và sau khi ép

- Xác định được năng suất của máy ép băng cách xác định khối lượng của bã trước khi ép và sau khi ép

3.2.2.2 Điều kiện khảo nghiệm

Vật liệu: bã bia được lấy ra từ nhà máy sản xuất bia Tiger (địa chỉ: Lê Văn Khương, Phường Thới An, Quận 12, TP HCM), được chứa trong bao có khả năng giữ nước và vận chuyển về trường đại học Nông Lâm TPHCM bằng xe gắn máy Bã bia này đã được chính nhà máy xử lí tách đi một phần nước trước khi phân phối ra bên

ngoài nên tỉ lệ nước trong bã đã giảm Trong quá trình vận chuyển về trường có sự rò

rỉ nước nhưng với lượng không đáng kể Kết luận vật liệu đảm bảo yêu cầu

Nhân công: tổng số lượng nhân công làm việc trong lúc khảo nghiệm là 04 người gồm:

- Phạm Ngọc Hưng sinh viên thực hiện để tài

- Thầy thạc sỹ Nguyễn Hải Triều giáo viên hướng dẫn

- Bùi Hữu Lợi sinh viên giúp đỡ khảo nghiệm

- Đào Vĩnh Hiến sinh viên giúp đỡ khảo nghiệm

Thời gian khảo nghiệm: thời gian tối đa để thực hiện khảo nghiệm là 8 giờ đồng

- Lực ép tối đa của máy đúng với lực ép yêu cầu của máy ép thử (1 tấn)

- Đây là máy ép thủy lực chỉ khác phần cung cấp năng lượng bằng động cơ

và cung cấp năng lượng bằng tay

- Do thời gian thực hiện đề tài ngắn (10 tuần cho cả lí thuyết và chế tạo) nên việc chế tạo thành công máy ép cũng khó khăn

- Kinh phí phục vụ cho việc chế tạo thử có hạn, trong khi đó kinh phí yêu cầu

để chế tạo một máy ép thử theo thiết kế là cao hơn nhiều (như: động cơ điện; bơm cánh gạt; ống dẫn; thép chữ I; lưới inox dày 1mm diện tích 0,2m2và đục lỗ 1mm; thép chế tạo thùng ép; xilanh thủy lực với lực ép 1 tấn và 0,3 tấn; mạch điều khiển; dầu thủy lực;…)

- Bên cạnh đó có thể tận dụng được máy ép bằng tay tuy không đúng như thiết kế nhưng lại giả quyết được vấn đề khó khan gặp phải

Kết luận: thiết bị khảo nghiệm và thiết bị đo đảm bảo yêu cầu và đủ để thực hiện khảo nghiệm lấy số liệu

Hình 3 1   Bản vẽ máy ép thử

Hình 3 2 Máy ép và thùng ép thực tế dùng khảo nghiệm

Dụng cụ đo độ ẩm từ trung tâm năng lượng và máy nông nghiệp, khoa cơ khí công nghệ, trường đại học Nông Lâm TP HCM

Hình 3 3 Máy sấy mẫu

Hình 3 4 Cân điện tử chính xác 0,01g

Hình 3 5 Hộp chứa mẫu để sấy

Hình 3 6 Cân đồng hồ và hộp chứa mẫu thí nghiệm 3.2.2.4 Khảo nghiệm

 Quy trình khảo nghiệm

Vì chiều cao của máy ép thấp hơn thùng ép nên đầu tiên cho bã bia vào trong thùng ép, sau đó dùng tay ấn nhẹ nắp ép để cho thể tích bã bia giảm xuống

Hình 3 7 Đổ vật liệu vào thùng

Đưa thùng ép vào trong máy ép, gạt cần ép lên xuống để bơm dầu, ép xilanh đi xuống ấn vào tấm ép, đẩy tấm ép đi xuống ép khối bã bia

Hình 3 8 Ép bã bia

Hình 3 9 Nước chảy ra khi ép

Khi lực ép đạt yêu cầu mà khối bã bia không đi xuống được nữa, giữ nguyên vị trí và đo hành trình ép được Lấy thùng ép ra và đổ bã bia ra khỏi thùng, dùng hộp nhựa chuẩn bị sẵn lấy lại mẫu với khối lượng vừa phải

Hình 3 10 Lấy mẫu và mẫu

Hình 3 11 Bã bia

a Trước khi ép b Sau khi ép 

Hình 3.11a thể hiện hình ảnh bã bia được đưa từ nhà máy về với lượng nước lớn, và hình 3.11b là bã bia sau khi ép, các hạt lúa mạch còn lại rời nhau ra và lượng nước đã mất đi đáng kể

Tiếp tục tiến hành những lần ép tiếp theo với các bước giống như trên

3.2.2.5 Cách tính toán kết quả khảo nghiệm

 Đo mẫu để xác định độ ẩm bã bia trước khi ép và sau khi ép

Nguyên lí xác định độ ẩm: Sử dụng máy sấy sấy kiệt nước chứa trong bã bia, nhờ phương pháp cân chính xác ta xác định được lượng nước chứa trong mẫu ban đầu,

từ đó sauy ra được độ ẩm của bã bia ban đầu

Cân khối lượng hộp chứa mẫu sấy bằng cân điện tử, sau đó đổ mẫu vào trong hộp có đánh dấu, cân lại khối lượng hộp và mẫu nhằm xác định được khối lượng bã bia chứa trong hộp trước khi sấy của một mẫu, bằng cách lấy hiệu số giữa khối lượng

bã cùng hộp và khối lượng hộp Tiến hành tương tự với 6 mẫu còn lại

Đặt tất cả các mẫu này vào trong lò sấy và sấy khô hoàn toàn (thời gian sấy đã thực hiện là 72 giờ)

Sau 72 giờ mẫu được lấy ra khỏi lò sấy và cân lại khối lượng hộp có chứa bã, lúc này ta tính được khối lượng bã sau khi sấy khô hoàn toàn, lượng nước mất đi và tính được độ ẩm của bã sau khi ép và độ ẩm ba bia ban đầu

Bã sau sấy = (hộp + bã sau sấy) - hộp

Ẩm độ = (nước mất / bã trước sấy) * 100

Nước mất = mẫu trước sấy – mẫu sau sấy

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả

4.1.1 Mô tả cấu tạo

Cấu tạo thùng ép như sau:

- Thể tích mỗi thùng ép là 1m3 (dài x rộng x cao = 1m x 1m x 1m)

- Được ép bởi một xilanh ép đứng và xả liệu bằng một xilanh xả đặt ngang

- Thùng ép được các mặt hợp lại thành một khối lập phương, trong đó gồm:

 Hai mặt hông đối diện nhau (không có gắn xilanh xả), được cấu tạo mặt lưới inox và khung chịu lực (lưới dày 1mm, đục lỗ Ø1mm để thoát nước, với tổng diện tích lỗ trên tổng diện tích mặt lưới là 0,25), các mặt này được hàn cố định vào trong khung máy

 Hai mặt hông còn lại cũng được cấu tạo gồm tấm lưới inox và khung chịu lực, nhưng một mặt thiết kế làm cửa thoát liệu (cửa xả), còn mặt còn lại thiết kế làm tấm để đăyả toàn bộ liệu đến cửa xả (cửa đẩy) Cửa xả được thiết kế khớp bản lề trên cùng, có thể quay theo khớp này một góc khảong 180o (tính theo chiều tiến của xilanh xả) Cửa đẩy thiết kế sao cho có thể chuyển động tịnh tiến được từ vị trí ban đầu vào trong thùng ép và đi ra được nhờ gắn vào đầu xinlanh xả Hai mặt này được nối với nhau bằng một thanh giằng với hai khớp quay, thanh này giúp hai mặt có thể chuyển động đồng thời và phụ thuộc nhau

 Đáy thùng được làm tương tự như hai mặt hông cố định và cố định vào khung

 Mặt trên của thùng là một tấm ép, tấm này là thép dày 20mm, được tăng cứng bằng các gân chịu lực bên trên và được gắn vào xilanh ép, làm nhiệm vụ ép khối vật liệu từ trên xuống mà không cho thoát nước lên trên

Điều khiển trong hệ thống: mỗi xilanh được điều khiển bởi một van đảo chiều 4/3, các van này được điều khiển điện và có nút nhấn cơ Hành trình xilanh được giới hạn bởi các công tắc hành trình sử dụng công tắc từ

Đường ống nối là ống kim loại cứng, trên các đường ống còn lắp thêm các van

áp suất để đảm bảo an toàn cho hệ thống, van tiết lưu để tiết lưu, đồng hồ đo áp suất

Cung cấp dầu cho hệ thống là một bơm thuỷ lực, truyền động bằng một động cơ điện

Khung máy được làm bằng thép hình chữ I cùng một số hiệu thép, để chịu lực uốn và đồng nhất trong tính toán cũng như chế tạo

Có một rờ le thời gian để điều khiển thời gian cấp liệu

4.1.2 Mô tả nguyên lí hoạt động

Ban đầu bã bia được chứa ở thùng chứa, vít tải liệu làm nhiệm vụ cấp liệu vào thùng và được điều khiển bằng rờ le thời gian Khởi động hệ thống thì vít tải hoạt động, khi liệu được cấp đầy vào thùng rờ le thời gian tắt, vít cấp liệu ngưng hoạt động Xilanh ép đi xuống thực hiện hành trình công tác, khi ép liệu trong thùng xuống còn lại 0,3m3 thì trở về vị trí ban đầu Xilanh xả liệu đi tới cùng lúc mở cửa xả, xả liệu ra bên ngoài đến hết hành trình L = 1300mm thì lùi về Tiếp tục sau đó rờ le thời gian lại đóng để vít tải cấp liệu vào thùng Quy trình tiếp tục như vậy cho đến khi tắt hệ thống bằng nút nguồn

Hình 4 1  Chu trình hoạt động của hệ thống ép

  Hình 4 2   Máy ép ở vị trí ban đầu

Bắt đầu

Hình 4 3  Máy ép đang ở vị trí ép cuối hành trình

  Hình 4 4   Máy ép đang ở vị trí xả

4.1.3 Các thành phần trong hệ thống thuỷ lực

4.1.3.1 Xilanh thuỷ lực

Chọn loại xilanh tác động kép, chất lỏng làm việc tác động vào hai phía của ton và tạo nên chuyển động hai chiều Loại này làm việc êm và điều khiển hành trình lùi về dễ dàng

pis-Hình 4 5  Xi lanh thủy lực CDH1MT4

4.1.3.2 Bể dầu

Chọn kết cấu bể dầu đảm bảo các yêu cầu sau:

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp dầu và nhận dầu chảy về)

- Giải toả nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu

- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc

- Tách nước

Hình 4 6  Kết cấu bể dầu cơ bản

1 Động cơ điện; 2 Ống nén; 3 Bộ lọc; 4 Phía hút; 5 Vách ngăn

6 Phía xả; 7 Mắt dầu; 8 Đổ dầu; 9 Ống xả

Hình 4 8  Bơm cánh gạt

4.1.3.4 Bộ lọc dầu

Chọn bộ lọc sợi thuỷ tinh: vì loại lọc này được sử dụng phổ biến trong hệ thống thuỷ lực do dễ bảo dưỡng, khi tẩy chất bẩn khỏi phải dùng máy và khỏi tháo bộ lọc ra ngoài Ngày nay phần lớn sử dụng bộ lọc lá bằng sợi thuỷ tinh, độ bền của bộ lọc này khá cao và có khả năng chế tạo dễ dàng, các đặc tính vật liệu không thay đổi nhiều trong quá trình làm việc do ảnh hưởng về cơ hoá của dầu

Hình 4 11 Kết cấu van giảm áp và kí hiệu 4.1.3.6 Van đảo chiều

Hình 4 12 Van đảo chiều điều khiển điện

Chọn van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí điều khiển điện vì: van này có 3 cửa tác động

do đó dễ dàng dừng hệ thống lại nhanh khi cần thiết, và dùng loại điều khiển điện để đơn gản hơn trong vận hành và lắp đặt cũng như bảo quản

4.1.3.7 Van tiết lưu

Van tiết lưu dùng để diều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh vận tốc của

cơ cấu chấp hành trong hệ thống thuỷ lực

Van tiết lưu có hai loại tiết lưu cố định và tiết lưu thay đổi được, chọn loại thay đổi được để điều chỉnh lưu lượng dầu trong ống

Hình 4 13 Van tiết lưu

a Chiều tiết lưu b Chiều dầu về c Kí hiệu

4.1.3.8 Ống dẫn dầu và khớp nối

Vì kết cấu trong hệ thống là tĩnh tại nên ta chọn ống dẫn dầu bằng kim loại và dùng các khớp nối như hình 4.14 để lắp ráp

Hình 4 14 Khớp nối

4.1.4 Sơ đồ nguyên lí

Hình 4 15 Sơ đồ mô phỏng mạch thuỷ lực của máy ép trên Festo Fluidsim

1 – 2: Xylanh ép và xylanh xả; 3 – 4 – 5 – 6: đồng hồ đo áp suất;

7 – 8: van 4/3 của xylanh xả và xylanh ép; 9: các van áp suất;

10: các van tiết lưu; 11: bơm cánh gạt

Hình 4 16 Sơ đồ mô phỏng mạch điện điều khiển trên Festo Fluidsim

Hình 4 17 Giản đồ trạng thái 4.1.5 Tính toán trong hệ thống thuỷ lực

4.1.5.1 Tính toán xy lanh ép với P = 5 tấn

Hình 4 18 đồ hệ thống thủy lực

4.1.5.1.1 Phương trình cân bằng lực của cụm xilanh ép ở hành trình

A

F F F F F A p G

p    msp msc mst  qt t

Trong đó:

p1 : áp suất dầu ở buồng công tác

p2 : áp suất dầu ở buồng chạy không

A1 : diện tích xilanh ở buồng công tác,

4

2 1

d D

Fqt : lực quán tính sinh ra ở giai đoạn piston bắt đầu chuyển động

 Tính toán các thành phần lực trong phương trình (4.1)

 Lực ma sát của piston và xilanh:

N

p2

p1