THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MÁY CHÀ VỠ NHÂN CA CAO

Máy nghiền theo nguyên lý chà xát kiểu thớt ngang Bộ phận nghiền gồm một thớt cố định 1 và một thớt quay 2 với vận tốc 10  12 m/s, hai thớt úp mặt xay với nhau, mặt xay có khía các rãn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ  CÔNG NGHỆ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ  CÔNG NGHỆ

 

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MÁY CHÀ VỠ NHÂN CA CAO

Chuyên ngành: Cơ Khí Nông Lâm

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Thạc sĩ Nguyễn Văn Xuân Hà Ngọc Bằng

Kỹ sư Nguyễn Đức Cảnh

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

MINISTRY OF EDUCATION ANDTRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING  TECHNOLOGY

 

DESIGNING, MANUFACTURING, TESTING CRUSHED

STUFFING OF COCOA GRAIN MACHINE

Speciality: Agricultural Engineering

Master Nguyen Van Xuan Ha Ngoc Bang Engineer Nguyen Duc Canh

Hồ Chí Minh, city August, 2008

LỜI CẢM ƠN

Sau gần bốn tháng thực hiện đề tài tốt nghiệp, đến nay công việc đã hoàn thành Trong quá trình làm việc, em đã học tập và rút ra cho mình nhiều kinh nghiêm có ích cho công việc sau này Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến:

Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm Khoa cùng quý thầy cô Khoa Cơ khí Công nghệ đã tận tình và dành hết lòng yêu thương để dạy bảo và truyền đạt những kiến thức trong học tập cũng như những kinh nghiệm sống quý báu cho em trong suốt thời gian em học ở trường Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy thạc sĩ Nguyễn Văn Xuân, kỹ sư Nguyễn Đức Cảnh và tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em thực hiện đề tài này

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô của Trung tâm Năng lượng và Máy nông nghiệp đã tạo mọi điều kiện về trang thiết bị, máy móc, nhà xưởng để em thực tập tại xưởng

Cuối cùng, gửi lời cảm ơn tới tập thể lớp 30A, là những người bạn thân thiết với tôi trong suốt quá trình học tập

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14/08/2008 Sinh Viên

Hà Ngọc Bằng

TÓM TẮT

1 Đề tài Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm máy chà vỡ nhân cacao năng suất 100 kg/giờ” được tiến hành tại Trung tâm Năng lượng và Máy nông nghiệp trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh từ tháng 04 năm 2008 đến tháng 08 năm 2008

2 Nội dung thực hiện:

Tra cứu tài liệu phục vụ đề tài

Lựa chọn mô hình máy

Thiết kế các bộ phận làm việc chính của máy

Theo dõi chế tạo máy

Khảo nghiệm

3 Các thông số kỹ thuật của máy như sau:

Công suất động cơ 0,6 kW

Hộp giảm tốc với tỉ số truyền là 12

Đường kính ru lô nghiền 126 mm

Số vòng quay của ru lô nghiền 120 rpm

4 Kết luận: Đề tài đã thực hiện được các mục tiêu đề ra

Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Thạc sĩ Nguyễn Văn Xuân Hà Ngọc Bằng

Kỹ sư Nguyễn Đức Cảnh

SUMMARY

1 The thesis Designing, manufacturing, testing crushed stuffing of cocoa grain machine” was done at Center for Agricultural Energy and Machinery Nong Lam University from April 2008 to August 2008

2 The thesis includes:

Searching through materials

Choose model of machine

Designed main parts of machine

Followed the process of manufacture

Master Nguyen Van Xuan Ha Ngoc Bang

Engineer Nguyen Duc Canh

MỤC LỤC

TRANG Trang tựa Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Mục lục iv

Danh sách các bảng viii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2 TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI 3

2.1.3 Đặc điểm trái – hạt cacao khi thu hoạch 5

2.2 Một số mẫu máy nghiền 7

2.2.2 Máy nghiền theo nguyên lý chà xát kiểu thớt ngang 7

2.2.3 Máy nghiền kiểu ép dập 7

2.2.4 Mẫu máy nghiền của Anh làm việc theo nguyên lý nén và chà xát vỡ 8

2.3 Lý thuyết về nghiền 8

2.3.1 Khái niệm nghiền 8

2.3.2 Các cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn 9

2.3.3 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình nghiền hạt 9

2.3.4 Các thuyết nghiền 11

2.3.5 Các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu gia công 14

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 15

3.1 Phương pháp thiết kế 15

3.1.1 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc của máy 15

3.1.2 Phương pháp tính toán thiết kế các bộ phận làm việc chính và phụ trợ 15

3.2 Phương pháp đo đạc 16

3.3 Phương pháp chế tạo 17

3.4 Phương pháp khảo ngiệm 17

3.4.1 Chuẩn bị khảo nghiệm 18

3.4.2 Khảo nghiệm 18 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

4.2 Các số liệu tính toán ban đầu 19

4.3 Lựa chọn mô hình máy và sơ đồ truyền động 19

4.4 Tính toán máy chà vỡ nhân cacao năng suất 100 kg/h 21

4.4.1 Tính toán máng cấp liệu 21

4.4.2 Lựa chọn kích thước ru lô nghiền 22

4.4.3 Tính toán một số chỉ tiêu sử dụng của máy nghiền 23

4.5 Tính toán kiểm nghiệm hệ bánh răng và trục trong hộp giảm tốc,

lựa chọn hộp giảm tốc 25

4.5.1 Phân phối tỷ số truyền 25

4.5.2 Lập bảng thông số tỷ số truyền

(công suất, số vòng quay, và mô men xoắn) trên các trục 25

4.5.3 Thiết kế bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh 26

4.6.4 Chế tạo ru lô nghiền 39

4.6.5 Chế tạo buồng nghiền 39

4.6.6 Chế tạo bộ phận điều chỉnh khe hở 40

4.7 Khảo nghiệm 40 4.7.1 Khảo nghiệm không tải 40

4.7.2 Khảo nghiệm có tải 41

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 44

5.1 Kết luận 44 5.2 Đề Nghị 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC TẬP BẢN VẼ

Danh sách các hình

Hình Trang

Hình 2.4 Hạt cacao sau khi đã tách lớp cơm nhầy ra 6

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo máy nghiền kiểu búa trục ngang 7

Hình 2.6 Sơ đồ máy nghiền theo nguyên lý chà xát kiểu thớt ngang 8

Hình 2.7 Máy nghiền kiểu ép dập 8

Hình 2.8 Máy nghiền kiểu nén và chà xát vỡ 8

Hình 4.1 Các phương pháp đập nghiền 20

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy chà vỡ nhân cacao năng suất 100 kg/h 21

Hình 4.3 Ru lô nghiền 22

Hình 4.4 Sơ đồ hộp giảm tốc 25

Danh sách các bảng

Bảng Trang Bảng 2.1 Sản lượng cacao trên thế giới 4

Bảng 2.2 Tiêu thụ cacao trên thế giới 5

Bảng 4.2 Kết quả khảo nghiệm ngày 15/06/2008 42

Bảng 4.3 Kết quả khảo nghiệm ngày 17/06/2008 42

Bảng 4.4 Kết quả khảo nghiệm ngày 01/08/2008 43

Chương 1:

MỞ ĐẦU

Cacao là một trong những cây công nghiệp đang được chú trọng trong hệ thống cây công nghiệp ở Việt Nam Sản phẩm chính của cây cacao là hạt, cung cấp trực tiếp cho công nghiệp chế biến và là sản phẩm bán hoàn chỉnh hay hoàn chỉnh cho các ngành kỹ thuật và chế biến khác

Sản phẩm từ cây cacao là hạt có giá trị dinh dưỡng rất cao Hạt có chứa nhiều chất bột, protein, chất béo và một số chất có tác dụng kích thích: theobromin, cafein và một số tinh dầu có mùi thơm đặc biệt Tinh bột được tán từ hạt cacao để làm Chocolat hoặc để pha nước uống

Theo dự án phát triển 100.000 ha đến năm 2010 chủ yếu tập trung ở 4 vùng: Tây Nguyên, các tỉnh miền Đông Nam Bộ, duyên hải miền Trung Nam Bộ và Đồng Bằng Sông Cửu Long Đặc biệt là Tiền Giang, một tỉnh nằm ở miền Tây Nam Bộ hiện nay với mô hình trồng cây cacao xen cây dừa và cây ăn trái của nông dân đang tỏ

ra có hiệu quả Các hộ trồng cây cacao xen dưới tán cây dừa với mật độ 600 cây/ha sẽ cho thu hoạch 1,5 - 2 tấn hạt cacao khô trên một ha Hầu như tất cả các hệ thống chế biến cacao hiện có ở Việt Nam đều được nhập ngoại hoặc nhập ngoại các thiết bị chính với giá thành rất cao nên chưa phù hợp với người dân Việc xây dựng các mô hình chế biến cacao quy mô nhỏ là rất cần thiết và cấp bách phục vụ nhu cầu chế biến hạt cacao loại không xuất khẩu được ở Tiền Giang nói riêng và trên cả nước nói chung, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu và lao động tại chỗ nâng cao giá trị và chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao đời sống người dân vùng nguyên liệu cacao

Để tạo ra mẫu hệ thống chế biến cacao quy mô nhỏ phù hợp với vùng nguyên liệu địa phương Đề tài Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm máy chà vỡ nhân cacao năng suất 100 kg/h” là một phần trong quy trình công nghệ chế biến hạt cacao ở Tiền Giang được tiến hành với định hướng phát triển rộng rãi cho khu vực nguyên liệu cacao mà

chủ yếu phục vụ chế biến loại hạt không xuất khẩu thô được để nâng cao giá trị sản phẩm, góp phần phát triển bền vững chương trình sản xuất cacao

Do yêu cầu sản xuất đặt ra và được sự chấp thuận của Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ khí Công nghệ cùng sự hướng dẫn của thầy thạc sĩ Nguyễn Văn Xuân, vì thế em thực hiện đề tài Thiết kế, chế tao, khảo nghiệm máy chà vỡ nhân cacao”

Đề tài được thực hiện tại Trung tâm Năng lượng và Máy nông nghiệp từ tháng

04 đến tháng 08 năm 2008

tiếng La Tinh, Theos: thần linh; broma: thực phẩm)

Các nước trồng cacao đều nằm trong vùng có vĩ độ trong khoảng 150 Bắc Nam

Từ thế kỷ 16, cacao bắt đầu được phát triển rộng ra các nước khác trên thế giới, trước hết là các nước Nam Mỹ và vùng biển Caribbe, như Venezuela, Jamaica, Haiti Cacao vượt Thái Bình Dương và được trồng ở Philippines vào đầu thế kỷ 17 sau đó tiếp tục

mở rộng qua Ấn Độ và Srilanka vài chục năm sau Đầu thế kỷ 19 cacao bắt đầu được xuất khẩu với quy mô 2.000 – 5.000 tấn từ các nước Nam Mỹ

2.1.2 Tình hình phát triển cây cacao

- Trên thế giới: Theo nghiên cứu của tổ chức cà phê – cacao thế giới, nhu cầu chế biến và tiêu thụ các sản phẩm từ cacao đang tăng khoảmg 4%/năm Trong đó các thị trường tiêu thụ nhiều nhất là Mỹ, Đức, Pháp, Anh, Nga… Nhu cầu tăng nhưng nguồn cung tại các nước đang phát triển lại đang trên đà giảm sút Các nước ở Tây Phi như Ghana, Bờ Biển Ngà, Nigieria…chiếm gần 60% sản lượng cacao thế giới, nhưng

bất ổn chính trị tại đây khiến nguồn cung tăng trưởng chậm Giá cacao cũng đã tăng gần gấp đôi trong vòng vài năm trở lại đây Đặc biệt dự báo mới nhất của các ngân hàng lớn trên thế giới cho thấy nguồn cung cấp cacao trong vụ 2007 – 2008 sẽ thiếu hụt khoảng 5.000 tấn Sản lượng cacao trên thế giới, sự tiêu thụ cacao trên thế giới

1951126534118713129

Indonesia

Mã Lai

Cac nước Châu Á khác

4883923561

5394552559

Brazil

Cac nước Châu Mỹ khác

418163255

371124247

416

163

253

438164274THẾ GIỚI

Nguồn: ICCO Annual Report 2002/2003, 2003/2004

- Ở Việt Nam: Trong bối cảnh thị trường cacao trên thế giới diễn biến phức tạp, thiếu nguồn cung thì Việt Nam nổi lên như một niềm hy vọng mới của các nhà chế biến cacao trên thế giới Từ năm 2000, Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn đã có chủ trương khôi phục và phát triển cây cacao, nhưng đến khoảng 2 – 3 năm trở lại đây, cây cacao mới bắt đầu phát triển mạnh với sự hỗ trợ của dự án Success Alliance của tổ chức ACDI/VOCA (Mỹ) Việt Nam hiện nay có sản lượng cacao còn khiêm tốn, mới chỉ có khoảng 3.000 tấn, nhưng tiềm năng có thể phát triển lên đến 30.000 tấn và nhiều hơn nữa

Bảng 2.2: Tiêu thụ cacao trên thế giới (ngàn tấn)

Nguồn: ICCO Annual Report 2003/04

2.1.3 Đặc điểm trái – hạt cacao khi thu hoạch

Hình dạng, kích thước và màu sắc của trái khá đa dạng Trái chưa chín có màu xanh (Hình 2.1), đỏ tím hoạc xanh điểm đỏ tím Khi trái chín màu xanh chuyển sang màu vàng (Hình 2.2); màu đỏ tím chuyển sang màu da cam

Hình 2.1: Trái cacao chưa chín

Hình 2.2:Trái cacao đã chín

Hình 2.3: Lớp cơm nhầy bao quanh hạt cacao

Hình 2.4: Hạt cacao sau khi đã tách lớp cơm nhầy ra

Hình dạng trái thay đổi nhiều từ hình cầu đến dài nhọn hay hình trứng Số lượng rãnh và độ sâu của khía trên trái cũng thay đổi từ 5 – 10 rãnh, rãnh có thể sâu nhiều, nông hoặc trơn nhẵn Vỏ trái có thể dày từ 1 – 3 cm Trọng lượng trái thay đổi 0,2 – 1 kg

Mỗi trái cacao chứa từ 30 - 40 hạt Mỗi hạt có lớp cơm nhầy bao quanh có vị chua, ngọt, thơm và xếp thành 5 dãy Hạt có vỏ mỏng màu hồng, nhiều đường gân Kích thước hạt thay đổi tùy theo giống và mùa vụ Hạt phát triển trong mùa khô có kích thước, trọng lượng nhỏ, hàm lượng chất béo thấp và tỉ lệ lép nhiều hơn so với mùa mưa

2.2 Một số mẫu máy nghiền [TL4] [TL8]

2.2.1 Máy nghiền hạt kiểu búa trục ngang

Quá trình nghiền hạt trong máy nghiền kiểu búa là do sự va đập của búa và hạt,

va đập giữa các hạt vào vỏ máy và do sự chà xát của hạt với búa hoặc với thành trong

vỏ máy

1

2 3

4

5 6

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo máy nghiền kiểu búa trục ngang

1 Thân máy; 2 Rôto; 3 Chốt treo búa; 4 Má đập phụ; 5 Búa nghiền; 6 Sàng

2.2.2 Máy nghiền theo nguyên lý chà xát kiểu thớt ngang

Bộ phận nghiền gồm một thớt cố định 1 và một thớt quay 2 với vận tốc 10  12 m/s, hai thớt úp mặt xay với nhau, mặt xay có khía các rãnh cong hoặc thẳng chéo từ tâm ra ngoài; khe hở giữa hai mặt xay thường có thể thay đổi được để điều chỉnh độ nhỏ hạt của bột

2.2.3 Máy nghiền kiểu ép dập

Máy gồm hai trục cuốn nhẵn quay ngược chiều nhau với vận tốc dài bằng nhau (V1 = V2) Hạt được kéo vào giữa khe của hai trục cuốn (do có ma sát giữa hạt với hai mặt trục cuốn), rồi được ép dập vỡ ra

1 2

Hình 2.6 Sơ đồ máy nghiền theo nguyên lý chà xát kiểu thớt ngang

V 2 = V 1

V 1

Hình 2.7 Máy nghiền kiểu ép dập

2.2.4 Mẫu máy nghiền của Anh làm việc theo nguyên lý nén và chà xát vỡ

Gồm một ru lô trên mặt có những hàng răng thẳng quay nén chà xát hạt vào hai tấm chặn sơ cấp và thứ cấp

1

2



Hình 2.8 Máy nghiền kiểu nén và chà xát vỡ

1 Ru lô nghiền; 2 Hai tấm chặn chà xát

2.3 Lý thuyết nghiền [TL4]

2.3.1 Khái niệm nghiền

Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn lực hút phân tử của vật thể rắn đó

Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều phần tử cũng như hình thành nên nhiều bề mặt mới

2.3.2 Các cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn

Xuất phát từ các công trình nghiên cứu của các viện sĩ A Ph Iophphe, P.A.Rebinder và I.A.Phrenkel xác nhận: Đặc điểm cấu trúc của bất kỳ vật thể rắn nào cũng đều tồn tại các khuyết tật cực nhỏ Các khuyết tật này có phân bố thống kê theo chiều dày của vật thể Đồng thời chúng thể hiện cục bộ ra bề mặt ngoài Chính vì có đặc điểm như vậy mà độ bền (khả năng chống lại sự phá vỡ) bị giảm từ 100  1000 lần so với độ bền của vật rắn thực có cấu trúc bị phá hủy Do đó có hai khái niệm độ bền cùng tồn tại: độ bền phân tử và độ bền kỹ thuật Trong kỹ thuật người thiết kế đặt

ra yêu cầu đầu tiên cho các nhà luyện kim là chế tạo kim loại thuần khiết Quá trình biến dạng của vật rắn được xảy ra với sự gia tăng của các phần tử hiện có và số lượng các khuyết tật Khi quy mô các khuyết tật được gia tăng vượt quá giới hạn, cùng với điều đó, là sự phát triển nhanh theo chiều dài vết nứt làm vật thể bị phá vỡ Rõ ràng là,

có hai dạng năng lượng đóng vai trò trong quá trình phá hủy vật thể rắn: năng lượng tích tụ của các biến dạng đàn hồi và năng lượng tự do Tuy nhiên, có nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ vai trò của năng lượng bề mặt trong quá trình nghiền thực ra không đáng kể điều đó có nghĩa là phương pháp xác định giá trị năng lượng của vật thể cứng bây giờ chưa tìm ra được

Khi có tải trọng tuần hoàn với chu kỳ tiếp theo thì số lượng các vết nứt trong vật thể gia tăng và độ bền của vật thể bị giảm xuống Sự xuất hiện các vết nứt tế vi trong cấu trúc vật thể sẽ làm giảm lực liên kết phân tử, làm giảm độ bền một cách đột ngột Hiện tượng này đã được viện sĩ P.A.Rebinder phát hiện và đặt tên là Hiệu ứng Rebinder” Hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật

Khái niệm chung về cơ học phá hủy nguyên liệu hạt được gọi là cơ sở quá trình động lực học nghiền Cơ chế phá vỡ hạt có dạng cơ chế phá hủy bằng nén ép và quá trình diễn ra theo sơ đồ phá hủy dòn, nghĩa là không có quá trình biến dạng dẻo rõ rệt

2.3.3 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình nghiền hạt

a Diện tích riêng bề mặt

Chỉ tiêu diện tích riêng bề mặt được dùng để đánh giá một cách định lượng về

sự phân tán của các vật liệu rời Diện tích riêng bề mặt của vật liệu chính là tỷ số của

tổng diện tích bề mặt của tất cả các phần tử được chứa trong một đơn vị khối lượng (m2/kg) hay một đơn vị thể tích (m2/m3)

Trong lý thuyết người ta xác định:

d – kích thước trung bình của phần tử, (m)

 – khối lượng riêng, (kg/m3)

Từ hai công thức trên cho thấy để xác định diện tích riêng bề mặt vật liệu cần thiết phải biết kích thước dài của phần tử vật liệu đó

b Mức độ nghiền

Các kích thước tuyệt đối, độ hạt của các phần tử có được khi nghiền thức ăn chăn nuôi được yêu cầu bởi các yêu cầu kỹ thuật chăn nuôi Người ta thường sử dụng chúng để đánh giá chất lượng sản phẩm nghiền Ngoài ra, người ta còn dùng mức độ nghiền để đánh giá năng lượng Với chỉ tiêu này, nó đã phản ánh được chiều sâu của quá trình phân tán

Trong trường hợp chung, dung tích năng lượng của quá trình công nghệ nghiền phụ thuộc vào sự gia tăng diện tích bề mặt S của vật liệu Nghĩa là:

S = Sc - Sđ

Trong đó:

Sc – diện tích riêng bề mặt của các phần tử vật liệu kết thúc quá trình nghiền

Sđ – diện tích riêng bề mặt của các phần tử vật liệu đầu quá trình nghiền

Cùng với sự giảm kích thước của các phần tử thì diện tích riêng bề mặt tăng lên,

vì vậy chỉ số mức độ nghiền S là tỷ số diện tích riêng bề mặt của các phần tử vật liệu cuối quá trình nghiền và diện tích riêng bề mặt của các phần tử ban đầu:

Theo lý thuyết mức độ nghiền  của vật liệu thường được đánh giá qua tỷ số giữa kích thước trung bình D của vật liệu trước khi nghiền và kích thước trung bình d của phần tử sản phẩm nghiền

a Thuyết bề mặt

Thuyết bề mặt do nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingo đề xuất vào năm 1867 với nội dung: Công dùng cho quá trình nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt mới tạo thành của vật liệu đem nghiền”

As = f (S), (J)

Trong đó:

As – công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt mới, (J)

S – diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện tích riêng bề mặt) Thuyết bề mặt được áp dụng nhiều hơn để đánh giá quá trình nghiền mịn, khi

đó sản phẩm nghiền được với diện tích riêng bề mặt phát triển cao

Khi nghiền các nguyên liệu hạt làm thức ăn gia súc có sản phẩm dạng bột nghiền mịn (d  0,4  0,6 (mm) và   7) thì sự phụ thuộc giữa chi phí và mức độ nghiền có dạng tuyến tính

b Thuyết thể tích

Thuyết thể tích được nhà cơ hoc người Nga V L Kirpitrev đề xuất vào năm

1874 và được Giáo sư người Đức Ph Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền búa vào năm 1885 Nội dung cơ bản của thuyết thể tích là: Công cần thiết để nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ biến đổi thể tích của vật liệu”

As = f (V), (J)

Trong đó:

Av – công chi phí để nghiền vỡ vật thể, (J)

kv và kv’ – các hệ số tỷ lệ trong các công thức theo thuyết thể tích

m – khối lượng cục vật lịêu nghiền, (kg)

Thuyết thể tích của Kirpitrer – Kik cho kết quả chính xác hơn trong tính toán quá trình nghiền thô Bởi vì khi nghiền thô, phần năng lượng chi phí cho biến dạng đàn hồi vật thể là chủ yếu, còn năng lượng chi phí cho việc gia tăng diện tích riêng bề mặt thì không đáng kể

Những người ủng hộ thuyết bề mặt và thuyết diện tích đã tranh luận gay gắt với nhau hơn nửa thế kỷ, nhưng họ không thành công kể cả thuyết thứ nhất lẫn thuyết thứ hai Bởi vì họ mắc sai lầm, chỉ đúng về một phía và không chú ý đến ảnh hưởng của các điều kiện cụ thể của quá trình nghiền và dung tích năng lượng của nó (mức độ phân tán vật liệu, cấu tạo và chế độ nghiền,…)

c Thuyết dung hòa

Hai thuyết diện tích và thể tích có nhược điểm như đã nêu cho nên Ph C Bon

đã đề xuất một thuyết nghiền thứ ba để dung hòa hai thuyết trên vào năm 1952 Nội dung của thuyết dung hòa cho rằng: Công nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể tích (V) và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền”

2

3 S k k D k D V

k

5 , 2

Sau này còn có công trình nghiên cứu của nhà bác học Nga A K Rungbixt (1956) và nhà bác học người Mỹ R Trarlz (1958) Các nhà bác học này đã giới thiệu phương trình:

z

d d c

A = k.Dq

Khi đó chỉ số mũ q có các giá trị 3; 2 và 2,5 Tương ứng với các biểu thức sau:

Av = kv D3 – Thuyết thể tích của Kirpitrev – Kik

As = ks D2 – Thuyết diện tích của Ritingo

Adh = kdh D2,5 – Thuyết dung hòa của Bon

Rõ ràng là cả hai thuyết diện tích và thể tích không mâu thuẫn nhau mà chúng

bổ xung cho nhau Nếu nghiền tương đối to (nghiền thô) thì phần diện tích riêng được tạo ra nhỏ, có thể bỏ qua nghĩa là áp dụng thuyết thể tích Đồng thời qua nghiên cứu cho chúng ta thấy quá trình nghiền là quá trình phức tạp bao gồm nhiều biến đổi cơ lý của vật liệu trong khi nghiền

Như vậy các thuyết nghiền nêu trên chỉ là gần đúng để nghiên cứu và được hiệu chỉnh về mặt thực nghiệm

d Thuyết tổng hợp

Do chỗ thiếu xót của cả hai thuyết diện tích và thể tích khi dựa vào những tính chất cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng Viện sĩ người Nga P.A Rebinder lần đầu tiên vào năm 1928 đã đưa ra thuyết nghiền tổng hợp còn gọi là thuyết nghiền cơ bản với nội dung như sau: Công nghiền vật liệu bao gồm công tiêu hao để tạo ra bề mặt mới và công để làm biến dạng vật liệu” và được thể hiện bằng biểu thức sau:

Ath = f (V) + f (S)

Trong đó:

V – phần thể tích bị biến dạng của vật nghiền

S – diện tích riêng bề mặt được gia tăng

Ath = Av + As = k V + .S

Trong đó:

Av – công chí phí cho sự biến dạng của vật liệu

As – công chi phí cho sự tạo thành các bề mặt mới

k – hệ số tỷ lệ

 – hệ số tỷ lệ có tính toán đến năng lượng sức căng bề mặt của vật thể cứng

Từ phương trình trên cho thấy công đầy đủ để nghiền vỡ vật thể bằng tổng các công chí phí cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới

2.3.5 Các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu gia công

Các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu liên quan đến việc lựa chọn phương pháp nghiền Tùy theo cấu tạo cơ học và tính chất cơ lý cũng như đặc điểm riêng của các hạt mà việc nghiền được tiến hành trên những máy có cấu tạo khác nhau

Các yếu tố đặc trưng cho tính chất kỹ thuật của hạt như: loại, giống, hạt to –

nhỏ, độ ẩm của hạt… ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền

Đặc điểm hình học của vật liệu thể hiện qua kích thước hình học của vật liệu

Các kích thước này là cơ sở để tính toán thiết kế máy

Độ cứng, độ bền của vật liệu liên quan đến việc lực chọn chế độ làm việc của máy và lực tác dụng cần thiết tác động lên vật liệu để làm phá vỡ lớp vỏ vật liệu

Độ bền của hạt được đánh giá bởi ứng suất phá vỡ fv (N/m2) và được xem như bằng với ứng suất phá vỡ khi nén hạt

Chương 3:

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

Dựa vào nguyên tắc lý thuyết để tiến hành tính toán thiết kế máy, dựa vào các nguyên tắc thực nghiệm để tiến hành khảo nghiệm máy

3.1 Phương pháp thiết kế

3.1.1 Lựa chọn mô hình và nguyên tắc làm việc của máy

Dựa vào yêu cầu của máy tách vỏ nhân cacao về năng suất máy, độ xót và yêu cầu kỹ thuật sản phẩm để lựa chọn mô hình máy thiết kế, phương pháp tách vỏ nhân cacao cho phù hợp

Qua phân tích nguyên tắc làm việc của máy tách vỏ nhân cacao Chúng tôi chọn nguyên tắc nén và chà xát vỡ cho máy Hơn nữa do tính chất cơ lý của vật liệu bóc vỏ nên chúng tôi chọn cách tính toán theo nguyên tắc nén và chà xát tự do

Dựa vào điều kiện gia công cơ khí, nguồn vật tư để lựa chọn nguồn động lực và phương pháp truyền động phù hợp Máy được thiết kế và chế tạo theo mẫu máy của Anh và cấu tạo máy bao gồm:

3.1.2 Phương pháp tính toán thiết kế các bộ phận làm việc chính và phụ trợ

Dựa vào lý thuyết nghiền để tiến hành tính toán thiết kế các bộ phận của máy Dựa vào kinh nghiệm thực tiễn của các nhà khoa học đã tổng kết để lựa chọn một số

bộ phận cho phù hợp

a Phương pháp thiết kế bộ phận cấp liệu

Bộ phận cấp liệu được thiết kế sao cho bảo đảm được quy trình cấp liệu phù hợp với năng suất Dựa vào cách tiếp liệu khi gia công, thể tích tiếp liệu và phương pháp tác động vật liệu vào buồng nghiền để thiết kế bộ phận tiếp liệu cho phù hợp Quá trình tiếp liệu là tự chảy

b Phương pháp thiết kế bộ phận nghiền

Ru lô được chọn làm cơ sở cho bộ phận nghiền Trong đó số vòng quay n, vận tốc dài V là các thông số cơ bản để đảm bảo ru lô làm việc có khả năng phá hủy được lớp vỏ bọc bên ngoài mà phần trăm độ xót ít

c Phương pháp tính toán thiết kế nguồn động lực

Từ phương pháp truyền động đã chọn, từ các thông số đo được từ máy mẫu để tính và chọn nguồn động lực về công suất động cơ, tỉ số truyền đảm bảo số vòng quay của ru lô

Còn lại hầu hết các số liệu kỹ thuật đều xác định bằng các công thức tính toán, sau khi đã đo đạc trực tiếp các số liệu thành phần

b Cách xác định độ xót: tính theo phần trăm trọng lượng hạt cacao còn dính vỏ so

với trọng lượng toàn bộ hạt cacao trước khi nghiền

100

c Xác định vận tốc dài đầu răng ru lô

Vận tốc dài răng ru lô được xác định sau khi đo tốc độ quay n của ru lô

30

. rl

b

R n

V 

, m/s Trong đó:

Rrl – bán kính ru lô tính đến đầu răng, (m)

n – tốc độ quay của ru lô, (vòng / phút)

d Xác định năng suất máy và mức tiêu thụ điện năng

Ở mỗi đơn vị thí nghiệm ta lấy đo khối lượng, thời gian nghiền Trong thời gian

đó, đo công suất điện tiêu thụ Sau đó tính năng suất và chi phí năng lượng riêng theo công thức sau:

G - tổng khối lượng nghiền, (kg)

t - tổng thời gian nghiền, (h)

Mức tiêu thụ năng lượng riêng

3.4 Phương pháp khảo ngiệm

Khảo ngiệm máy là đánh giá khả năng làm việc và các thông số kỹ thuật so với khi thiết kế

3.4.1 Chuẩn bị khảo nghiệm

Các dụng cụ và thiết bị cần cho quá trình khảo nghiệm:

Máy chà vỡ nhân cacao vừa chế tạo

Đồng hồ đo số vòng quay

Đồng hồ bấm giây

Đồng hồ đo công suất tiêu thụ điện

Cân điện tử với độ chính xác 0,1 gam

Thước kẹp panme với độ chính xác 0,1 mm

Nhân cacao đã sấy với độ ẩm thích hợp, thùng đựng, các túi ny lông để lấy mẫu

3.4.2 Khảo nghiệm

Kiểm tra xiết chặt

Đo khe hở giữa trống và tấm chặn sơ cấp, thứ cấp Vặn chặt bu lông định vị hai tấm chặn sơ cấp và thứ cấp lại

Thử máy ở chế độ không tải và đo số vòng quay

Cho máy chạy có tải với mức tải 100%, đo công suất động cơ, thời gian nghiền

Đo các số liệu khi máy ngưng hoạt động, lấy mấu đo độ xót

Chương 4:

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Yêu cầu kỹ thuật của máy

Năng suất máy và hiệu suất máy phải đảm bảo

Độ xót không vượt quá mức cho phép

Dễ sử dụng và an toàn

Chi phí năng lượng thấp

Đơn giản trong sử dụng thay thế, sửa chữa thuận tiện

Bền, êm dịu, ổn định và dễ vận hành

Tương thích với độ ẩm hạt thay đổi lớn

4.2 Các số liệu tính toán ban đầu

Năng suất máy 100 (kg/h)

Khối lượng thể tích khối hạt cacao  = 240 (kg/m3)

4.3.Lựa chọn mô hình máy và sơ đồ truyền động

Sự phá vỡ vật liệu bằng ngoại lực dựa vào bốn phương pháp chính sau: (hình 4.1)

- Ép: dưới tác dụng của ngoại lực cả thể tích cục vật liệu bị biến dạng và khi nội ứng suất ở trong vật liệu lớn hơn giới hạn bền nén của nó thì cục vật liệu bị phá vỡ và

kết quả ta thu được các cục vật liệu có hình dạng khác nhau và kích thước của chúng nhỏ hơn kích thước trước khi nghiền

- Chà xát: vật liệu bị phá vỡ là do tác dụng đồng thời của các lực nén và kéo, sản phẩm thu được ở dạng bột

Khi lựa chọn phương pháp nghiền cần phải căn cứ vào các yếu tố sau:

- Cơ tính của vật liệu (cứng, giòn, mềm,…)

- Kích thước vật liệu liệu trước khi nghiền

Máy được lựa chọn theo nguyên tắc nén và chà xát vỡ, được tính toán dựa trên mẫu máy của Anh với năng suất 100 kg/h Mô hình máy được chọn để thiết kế là máy

có một ru lô quay nằm trong buồng nghiền, có hai tấm chặn chà xát sơ cấp và thứ cấp

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 4.2

Nguyên lý làm việc: Các bộ phận chính máy chà vỡ nhân cacao gồm: động cơ, hộp giảm tốc, buồng nghiền, ru lô nghiền, bộ phận điều chỉnh khe hở nghiền Bộ phận quan trọng nhất của máy là ru lô nghiền, bề mặt ru lô nghiền có phay thành những hàng răng Khối hạt cacao sau khi sấy với ẩm độ thích hợp từ 6,3 – 7 % (định lượng khoảng 200 – 400 g) được đong bằng ca và cấp thủ công vào máng cấp liệu 6, nhờ độ nghiêng của máng cấp liệu khối hạt cacao này tự chảy vào trong buồng nghiền

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy chà vỡ nhân cacao năng suất 100 kg/h

1 Chân máy, 2 Động cơ, 3 Hộp giảm tốc, 4 Tấm gá động cơ, 5 Định vị tấm điều

chỉnh khe hở, 6 Máng cấp liệu, 7 Bộ phận điều chỉnh khe hở,

8 Mê ca, 9 Máng tháo liệu, 10 Ru lô nghiền

11 Buồng nghiền,

Ru lô nghiền quay tạo ra lực va đập liên tiếp lên lớp vỏ cứng, dòn và cấu trúc dễ nứt vỡ của hạt đồng thời cũng tạo ra lực chà xát đối với những hạt nằm giữa các hàng răng và bề mặt các tấm chặn sơ cấp và thứ cấp của bộ phận điều chỉnh khe hở 2 làm vỏ tách ra khỏi hạt đồng thời nhân cacao cũng bị vỡ ra Hỗn hợp cả hạt và vỏ được chảy xuống máng xả liệu và được đưa tới máy làm sạch

Ưu điểm: Máy chạy êm, tốn ít năng lượng, năng suất cao

Nhược điểm: Do cấu trúc dòn, dễ nứt vỡ của nhân cacao nên khi nghiền xong nhân vỡ thành những mảnh không đều nhau

Vỏ hạt cacao dòn nên khi bị chà xát một ít vỏ bị nát ra dạng bột cỡ nhỏ

4.4 Tính toán máy chà vỡ nhân cacao năng suất 100 kg/h

4.4.1 Tính toán máng cấp liệu

Vị trí đặt máng cấp liệu ta chọn đặt cấp liệu dạng tiếp tuyến với miệng buồng nghiền Để đảm bảo khả năng tự chảy của vật liệu, góc nghiêng của máng phải lớn hơn

góc ma sát của hạt cacao với thép làm máng, nghĩa là  > 300 Chọn góc nghiêng của máng cấp liệu so với mặt phẳng nằm ngang là 350

Máng cấp liệu được thiết kế sao cho cung cấp liệu một cách dễ dàng phù hợp với năng suất tính toán (hình 4.3)

5 , 0 60

3 , 0

5 ,

4.4.2 Lựa chọn kích thước ru lô nghiền

Có rất nhiều yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới quá trình nghiền xuất phát từ tính chất của vật nghiền và của máy nghiền

- Tính chất của vật nghiền: độ bền, độ cứng, độ ẩm, kích thước hình dạng, trạng thái và dạng bề mặt, hệ số ma sát, độ đồng đều…

- Tính chất của máy nghiền: cấu tạo của bộ phận nghiền; số lượng, kích thước

và khối lượng của bộ phận nghiền; hình dạng và trạng thái của bề mặt nghiền; hệ số

ma sát giữa bề mặt nghiền và vật nghiền; vận tốc của bộ phận nghiền; lượng tải cung cấp,…

Do quá trình tra cứu tài liệu về tính toán bộ phận nghiền, em chưa tìm thấy được lý thuyết tính toán nên em dùng phương pháp thực nghiệm chế tạo để xác định

kích thước cho bộ phận nghiền Việc lựa chọn bộ phận nghiền dựa vào máy mẫu Cụ thể kích thước ru lô nghiền được chọn như sau:

Đường kính ru lô nghiền là 126 (mm)

Bề dày ru lô nghiền là 50 (mm)

Số vòng quay của ru lô nghiền là 120( vòng/phút)

50

117

Hình 4.4 Ru lô nghiền 4.4.3.Tính toán một số chỉ tiêu sử dụng của máy nghiền

Công suất máy nghiền N có thể tính bằng:

N = Nn + Nck , (W)

Trong đó:

Nn – công suất tiêu thụ trực tiếp cho nghiền vỡ hạt, (W)

Nck – công suất chi phí cho chạy không (W)

- Công chi phí cho quá trình nghiền vỡ được xác định theo công thức:

An – năng lượng riêng để nghiền vỡ, có tính ảnh hưởng tới phương pháp nghiền

và cấu tạo của máy nghiền thông qua hệ số thực nghiệm Cn

Dựa vào công thức Rêbinđer, Melnhikôk đã đề xuất công thức thực dụng để xác định năng lượng nghiền với mức độ gần đúng

10 8 , 10

120 063 , 0

, 0

003 , 0 467 ,





hgt ct

N N

hgt

 - hiệu suất hộp giảm tốc

Vây phải chọn động cơ có công suất định mức lớn hơn Nct Chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha che kín có quạt gió:

Ký hiệu: A02 11 – 4

Công suất: 0,6 (kW)

Số vòng quay: 1350 (vòng/phút)

4.5 Tính toán kiểm nghiệm hệ bánh răng và trục trong hộp giảm tốc, lựa chọn hộp giảm tốc

4.5.1 Phân phối tỷ số truyền

Chọn hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ nghiêng có tỷ số truyền động chung là

u1 – tỷ số truyền cặp bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh

u2 – tỷ số truyền cặp bánh răng trụ nghiêng cấp chậm

Mô men xoắn:

1 1 6

2 2 6 2

3 3 6 3

n

N

N1 - công suất trên trục I - trục động cơ

N2 - công suất trên trục II

N3 - công suất trên trục III – trục ru lô nghiền

n1 - số vòng quay trên trục I

n2 - số vòng quay trên trục II

n3 - số vòng quay trên trục III

1 = 0,97, hiệu suất bộ truyền bánh răng nghiêng

1 = 0,995, hiệu suất 1 cặp ổ lăn

Mx1 - mô men xoắn trên trục I

Mx2 - mô men xoắn trên trục II

Mx3 - mô men xoắn trên trục III

4.5.3 Thiết kế bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh

a Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Bánh răng nghiêng nhỏ: Thép 45 thường hoá, b 600 (N/mm2), ch 300 (N/mm2), độ rắn HB = 190, phôi rèn (giả thiết đường kính phôi nhỏ hơn 100 mm) Bánh răng nghiêng lớn: Thép 35 thường hoá, b 480 (N/mm2), ch 240 (N/mm2), độ rắn HB = 160, phôi rèn (giả thiết đường kính phôi từ 300 ÷ 500 mm), (tra bảng 3 - 8 trang 40 tài liệu [5])