NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN CÔN THỦY LỰC MNCTL – 100

+ Các thông số hình học của hạt nguyên liệu: Các thông số hình học của hạt nguyên liệu ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật và công nghệ của thiết bị nghiền như mức độ nghiền, khả năng t

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 NGHIỀN CÔN

THỦY LỰC MNCTL – 100

Họ và tên sinh viên : TRẦN THỊ HÀ LINH

Niên khóa : 2009 – 20013

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN CÔN THỦY LỰC

MNCTL – 100

Tác giả

TRẦN THỊ HÀ LINH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NÔNG SẢN THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn:

PGS.TS TRẦN THỊ THANH

Tháng 06 năm 2013

LỜI CẢM TẠ

Trước tiên, tôi xin chân thành gởi lời tri ân sâu sắc đến cha mẹ, những người đã sinh thành, nuôi dưỡng và dạy dỗ tôi nên người và đạt được những thành quả như ngày hôm nay

Trong suốt quá trình học tập rèn luyện tại trường, tôi luôn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn và chỉ dạy tận tình của quý thầy cô Thông qua đề tài nghiên cứu khoa học này, tôi cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến:

 Ban Giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh

 Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí Công nghệ

 Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, Thầy TS Nguyễn Như Nam đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

 Cô Th.S Nguyễn Thị Kiều Hạnh, giảng viên bộ môn và chủ nhiệm lớp đã tận tình quan tâm giúp đỡ tôi

 Tất cả quý thầy cô trong bộ môn đã hết lòng truyền dạy cho tôi

 Các anh tại xưởng thực tập sản xuất bộ môn máy sau thu hoạch đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối lời, tôi xin kính chúc quý thầy cô, các anh và các bạn lời chúc sức khoẻ, thành công, hạnh phúc và lời cảm ơn chân thành nhất

Sinh viên thực hiện: Trần Thị Hà Linh

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ Thiết kế, chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 năng suất 100 kg/h” được tiến hành tại xưởng thực tập bộ môn Máy sau thu hoạch Khoa Cơ Khí – Công Nghệ, Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, thời gian

từ 02/2013 đến 06/2013 Phương pháp thực hiện dựa trên cơ sở kết hợp giữa thực nghiệm và lý thuyết tính toán máy nghiền Bố trí thực nghiệm theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn CRD Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê thực nghiệm

Kết quả thu được:

 Tìm hiểu được cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nghiền côn thủy lực

 Biết được phương pháp xác định một số tính chất cơ lý của vật liệu và thực nghiệm đo đạc cho một số đối tượng nghiền là hạt lương thực

 Tính toán thiết kế một số bộ phận làm việc chính và xây dựng bản vẽ lắp của máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 nghiền côn thủy lực

 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và chế tạo hoàn chỉnh máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

 Thực nghiệm xác định năng suất, độ nhỏ sản phẩm nghiền, chi phí điện năng riêng của máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 khi nghiền một số hạt lương thực

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng viii

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề nêu tính cần thiết thực hiện đề tài (tính cấp thiết của đề tài) 1

1.2 Mục đích nhiệm vụ của đề tài 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 3

Chương 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Đối tượng nghiên cứu 4

2.1.1 Đối tượng nghiền 4

2.1.2 Máy nghiền côn thủy lực 7

2.2 Kết quả nghiên cứu về quá trình nghiền thủy lực và máy nghiền côn thủy lực ở trong và ngoài nước 10

2.2.1 Kết quả nghiên cứu về quá trình nghiền thủy lực ở trong và ngoài nước 10

2.2.2 Kết quả nghiên cứu về máy nghiền côn thủy lực ở trong và ngoài nước 13

2.3 Ý kiến thảo luận 15

2.3.1.Về ưu điểm 15

2.3.2 Về tồn tại 16

2.3.3 Về phương pháp tính toán và thiết kế máy nghiền côn thủy lực 16

2.3.4 Phạm vi ứng dụng 18

2.4 Đề xuất nhiệm vụ 18

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 Nội dung nghiên cứu 19

3.2 Cách tiếp cận 19

3.3 Phương pháp nghiên cứu 20

3.3.1 Phương pháp xác định mô hình máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 20

3.3.2 Phương pháp tính toán thiết kế máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 20

3.3.3 Phương pháp chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 22

3.3.4 Phương pháp khảo nghiệm máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 24

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 Xác định mô hình máy hạt dạng côn thủy lực MNCTL – 100 30

4.2 Tính toán thiết kế máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 32

4.2.1 Nghiên cứu xác định các dự liệu và yêu cầu thiết kế máy nghiền hạt dạng côn thủy lực MNCTL – 100 32

4.2.2 Tính toán thiết kế bộ phận nghiền côn thủy lực 38

4.2.3 Tính toán thiết kế bộ phận nghiền kiểu búa cánh – thủy lực 41

4.2.4 Tính toán thiết kế bộ phận cấp liệu 41

4.2.5 Tính toán thiết kế bộ phận cung cấp nước (thủy lực) 43

4.2.6 Tính toán thiết kế bộ phận thu hồi sản phẩm 44

4.2.7 Tính toán thiết kế bộ phận truyền động và chọn động cơ 44

4.2.8 Xây dựng bản vẽ lắp và các chi tiết cấu thành 47

4.3 Chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 47

4.4 Khảo nghiệm 47

4.4.1 Mục đích của khảo nghiệm 47

4.4.2 Địa điểm, thời gian, thành phần tham gia khảo nghiệm 47

4.4.3 Thiết kế thảo nghiệm 48

4.4.4 Kết quả khảo nghiệm 48

4.4.5 Xử lý số liệu và phân tích kết quả 49

4.5 Ý kiến thảo luận 52

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Đề nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 57

Phụ lục 1: Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo máy MNCTL - 100 57

Phụ lục 2: Kết quả xử lý số liệu trên máy tính 66

Phụ lục 3: Một số hình ảnh thực hiền đề tài 70

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Quy trình chế biến bột gạo theo phương pháp thủ công 6

Hình 2.2 Cấu tạo máy nghiền côn thủy lực 8

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo máy nghiền kiểu búa cánh - thủy lực 12

Hình 2.4 Máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực MNBU - 100 13

Hình 2.5 Máy nghiền ướt kiểu trục ngang (Model JML) 14

Hình 2.6 Máy nghiền ướt kiểu trục đứng (Mldel JMF) 14

Hình 3.1 Thước kéo và đồng hồ bấm giây 25

Hình 3.2 Đồng hồ đo số vòng quay DT - 2238 26

Hình 3.3 Đồng hồ đo cường độ dòng điện KYORITSU - 2017 26

Hình 4.1 Cấu tạo máy nghiền côn thủy lực 30

Hình 4.2 Mô hình động học máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 31

Hình 4.3 Mô hình thiết bị đo hệ số ma sát 36

Hình 4.4 Rô to côn nghiền 39

Hình 4.5 Buồng nghiền côn thủy lực 40

Hình 4.6 Phễu cấp liệu 43

Hình PL1 Rô to côn xoắn 70

Hình PL2 Buồng nghiền côn xoắn 70

Hình PL3 Máy nghiền côn thủy lực MNCTL - 100 70

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Một số tính chất của ngô hạt, gạo và đậu xanh 4 Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy nghiền ướt 15 Bảng 3.1 Các trang thiết bị phục vụ chế tạo 23 Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm đo khối lượng riêng, khối lượng và thể tích trung bình một hạt 33 Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm đo khối lượng thể tích của một số loại hạt 35 Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm đo hệ số ma sát của các hạt lương thực 36 Bảng 4.4 Kết quả khảo nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy

MNCTL – 100 49

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề nêu tính cần thiết thực hiện đề tài (tính cấp thiết của đề tài)

Độ nhỏ sản phẩm nghiền đặc trưng bởi kích thước sản phẩm Yêu cầu về kích thước sản phẩm là một trong những yêu cầu kỹ thuật quan trọng trong quá trình nghiền Tùy theo công nghệ sản xuất, yêu cầu về độ nhỏ sản phẩm nghiền khác nhau

Ví dụ đối với công nghệ sản xuất thức ăn thủy sản yêu cầu độ nhỏ sản phẩm nghiền phải đạt kích thước dưới 250µm để đảm bảo độ bền viên thức ăn sau khi ép Đối với công nghệ sản xuất bánh đậu xanh, hỗn hợp bột dinh dưỡng ngũ cốc lại yêu cầu kích thước sản phẩm nghiền phải dưới 90µm Nhưng với nguyên liệu bột lương thực trong công nghệ sản xuất các loại sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi thì yêu cầu về độ nhỏ phải dưới 70 µm để đảm bảo độ dính, độ mỏng cho quá trình tạo hình sản phẩm sau này

Công nghệ nghiền và sử dụng các nguyên liệu có độ nhỏ dưới 100 µm được gọi

là công nghệ maicro, còn độ nhỏ dưới 0,1 µm được gọi là công nghệ nano Công nghệ maicro, nano là những công nghệ phức tạp, có nhiều sự biến đổi đi theo về các quá trình lý, hóa, cơ học và sinh học Việc nghiền nhỏ để đảm bảo công nghệ maicro thường rất phức tạp về kỹ thuật và công nghệ, cho năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng cao

Các loại bột được sản xuất từ các hạt lương thực, hay củ quả để làm thực phẩm cho người hầu hết đều thuộc công nghệ maicro, nên khó nghiền So sánh giữa nghiền hạt lương thực và nghiền củ quả để đạt sản phẩm thuộc công nghệ nghiền maicro thì nghiền hạt lương thực khó khăn hơn, vì hạt lương thực có độ bền cơ học cũng như cấu trúc vật liệu bền hơn so với củ quả Để nghiền nhỏ hạt lương thực có thể tiến hành nghiền khô và nghiền ướt Việc nghiền khô thường áp dụng cho sản phẩm nghiền với

mục đích lưu trữ và chỉ áp dụng cho một vài loại hạt dễ nghiền, tạo keo tốt khi trộn với nước như bột mỳ Thiết bị nghiền thường là các loại cối xay đá (trước đây) hay hệ thống máy nghiền trục hiện đại (hiện nay) kết hợp với quá trình phân loại bằng rây Nghiền ướt thường chỉ áp dụng cho sản phẩm nghiền được sử dụng ngay cho các khâu chế biến tiếp theo hoặc nước là một thành phần tham gia vào quá trình chế biến Nếu muốn lưu trữ thì sản phẩm sau khi nghiền ướt phải đưa đi sấy khô Đại đa số các loại hạt ngũ cốc ở các nước Nam Á và Đông Nam Á hoặc sử dụng ở dạng hạt hoặc chế biến thành sản phẩm dạng màng, sợi nên người ta thường chọn phương pháp nghiền ướt Thiết bị nghiền ướt trước đây bằng máy nghiền kiểu thớt (cối đá), sau khi nghiền sản phẩm phải lọc bằng lắng gạn hay rây ướt Hiện nay trên thị trường đã bắt đầu sử dụng một số thiết bị nghiền ướt kiểu công nghiệp như máy nghiền búa cánh, máy nghiền côn thủy lực Đặc biệt là máy nghiền côn thủy lực là mẫu máy ra đời vào những năm đầu 2000 do Trung Quốc là nước duy nhất công bố sản xuất dạng sản phẩm thương mại Do máy nghiền côn thủy lực là một nguyên lý nghiền mới lại là sản phẩm thương mại, nên lý thuyết tính toán loại máy nghiền này chưa được hệ thống hóa hoàn chỉnh và công bố Máy nghiền côn thủy lực là loại máy nghiền không dùng sàng

để phân ly mà dùng khe hở giữa rô to với buồng nghiền để giới hạn kích thước lớn nhất của sản phẩm nghiền Vì vậy sản phẩm nghiền chưa đảm bảo yêu cầu về kích thước theo yêu cầu công nghệ Do đó, loại máy nghiền này chưa đi vào sản xuất ở nước ta Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế cải tiến máy nghiền côn thủy lực theo hướng tìm hiểu công nghệ và thiết bị nghiền mới này mang tính thời sự và có ý nghĩa ứng dụng cao

Được sự cho phép của Nhà trường và Khoa Cơ khí Công Nghệ, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Trần Thị Thanh, em đã tiến hành thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 năng suất 100 kg/h”

1.2 Mục đích nhiệm vụ của đề tài

Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm được máy nghiền côn thủy lực để tìm hiểu nguyên lý nghiền mới cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của loại máy nghiền này vào trong các ngành công nghiệp chế biến trong nước

1.3 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu tổng quan về máy nghiền côn thủy lực

 Nghiên cứu tính chất cơ lý của một số loại hạt lương thực dùng làm cơ sở dữ liệu trong việc thiết kế máy nghiền

 Tính toán, thiết kế máy nghiền hạt dạng côn thủy lực MNCTL – 100 năng suất

100 kg/h

 Chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

 Khảo nghiệm

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiền

a) Vật liệu nghiền

Các hạt lương thực dùng nghiền ướt để chế biến các sản phẩm thực phẩm dạng sợi và màng, hay bột khô gồm có ngô hạt, gạo và đậu xanh Còn các loại hạt lương thực khác ít dùng trong chế biến các sản phẩm đã nêu

Các tính chất cơ lý ảnh hưởng đến quá trình công nghệ nghiền ướt của ngô hạt, gạo và đậu xanh (trình bày ở bảng 2.1) gồm có:

Bảng 2.1 Một số tính chất của ngô hạt, gạo và đậu xanh

Tên

nguyên

liệu

Khối lượng thể

tích

Trọng lượng riêng (g/cm3)

Trọng lượng

1000 hạt (g)

Hệ số ma sát Độ ẩm hạt

trước khi chế biến (%)

Nội ma sát

Với thép Ngô hạt 600  800 1,25  1,35 240,1  260,5 0,4  0,6 - 13 – 14 Gạo 750  850 1,41  1,49 18,1  22,8 36 – 37 - 13 – 14 Đậu xanh - 1,36  1,45 65,1  78,2 - - 13 – 14

Ghi chú: (*): Theo Bùi Đức Hợi, 2006, [TL 7]

+ Các thông số hình học của hạt nguyên liệu:

Các thông số hình học của hạt nguyên liệu ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật

và công nghệ của thiết bị nghiền như mức độ nghiền, khả năng thông qua bộ phận nghiền hay năng suất, mức chi phí năng lượng riêng của quá trình nghiền,…Các thông

số hình học của hạt bao gồm hình dạng hạt, các kích thước theo 3 chiều hay đường kính tương đương của hạt, thể tích hạt Các thông số hình học của hạt nguyên liệu có

sự khác nhau rõ rệt ở từng đối tượng Ngay bản thân ở mỗi đối tượng thì các thông số này cũng có sự phân bố chuẩn

+ Khối lượng riêng:

Khối lượng riêng đặc trưng cho mật độ vật chất của hạt thuộc về thông số kết cấu – cơ học – thể tích của hạt Khối lượng riêng ảnh hưởng đến quá trình truyền tác động cơ học khi phá hủy hạt, vì thế ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nghiền phá hủy hạt Ở máy nghiền búa, khối lượng riêng ảnh hưởng đến chọn vận tốc búa nghiền Khối lượng riêng của các hạt khá đồng nhất nằmn trong khoảng từ 1,2  1,4 kg/dm3

với các loại hạt lương thực mới thu hoạch và làm khô tới độ ẩm từ 12  14 % Theo thời gian, khối lượng riêng của hạt giảm dần cho đến khi bị phá hủy hoàn toàn bằng quá trình sinh học

+ Khối lượng riêng thể tích:

Khối lượng thể tích của khối hạt cũng thuộc về thông số kết cấu – cơ học – thể tích của hạt Khối lượng thể tích ảnh hưởng đến dung tích chứa vật liệu ở các bộ phận cấp liệu hay vận chuyển

+ Độ cứng, độ bền:

Độ cứng và độ bền thuộc về thông số kết cấu – cơ học của hạt Đặc trưng bởi khả năng chống lại biến dạng và ứng suất phá vỡ vật thể Sử dụng để xác định chế độ làm việc và lực nghiền

+Các tính chất bề mặt:

Các tính chất bề mặt đặc trưng bởi ma sát Ma sát ảnh hưởng quyết định khi cơ chế nghiền bằng quá trình trượt các lớp vật liệu hay với bề mặt tiếp xúc Ma sát còn ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của vật liệu khi cấp liệu, trong buồng nghiền và tháo sản phẩm

b) Công nghệ nghiền (Theo [TL7])

Công nghệ nghiền của máy nghiền côn thủy lực là nghiền nước, dùng chế biến các hạt lương thực thành sản phẩm cuối cùng dạng sợi như bún, bánh hỏi, miến (đậu xanh), bánh đa,…dạng màng như bánh tráng, bánh phở, bánh cuốn,…hoặc dạng bột sau khi qua khâu sấy và làm tơi Sản phẩm nghiền là bột ướt có ẩm độ trên 60 % Tùy theo phương pháp và thiết bị nghiền mà sản phẩm nghiền có hoặc không tiến hành phân loại để có độ nhỏ không lớn hơn 70 m Để có sản phẩm dạng khô, phải tiến hành sấy và làm tơi

Hình 2.1 Quy trình chế biến bột gạo theo phương pháp thủ công

Hình 2.1 giới thiệu quy trình công nghệ chế biến bột ướt theo phương pháp sản xuất thủ công và công nghiệp Các công đoạn của quy trình này gồm:

+ Ngâm: Mục đích quá trình ngâm là giúp hạt mềm dễ xay mịn Trong khi ngâm, nước

sẽ ngấm vào hạt (hydrat hóa) làm mềm, lớp màng của tế bào, giúp quá trình xay và tinh bột được giải phóng được dễ dàng khi xay Thời gian ngâm 1-2 giờ ở nhiệt độ thường

+ Nghiền: Quá trình nghiền sẽ phá vỡ cấu trúc hạt và lớp màng bao tế bào, giúp giải phóng tinh bột chứa trong bột lạp của tế bào hạt Ngoài ra quá trình xay còn giúp đồng

nhất khối hạt hình thành dạng bột Để quá trình xay được dễ dàng, hạt khi xay sẽ được

bổ sung với nước

+ Khuấy: Mục đích của quá trình khuấy sẽ giúp các phần tử tinh bột thoát ra hoàn toàn khỏi các túi bột lạp giúp tăng hiệu suất thu hồi tinh bột Ngoài ra khi khuấy một số tạp chất nhẹ còn lẫn sẽ nổi lên và được loại bỏ dễ dàng Quá trình khuấy còn giúp lipit (chất béo trong hạt) thoát ra và nổi lên và sẽ được loại bỏ Nếu không khuấy kỹ thành phần lipit còn lẫn trong bột sẽ tạo mùi khó chịu khi bảo quản

+ Lắng gạn: Để tách bột ra khỏi nước có thể dùng 2 cách lọc, lắng gạn hoặc ly tâm Do các hạt tinh bột có khuynh hướng kết thành khối và rất mịn vì vậy rất dễ làm nghẹt lọc nên làm cho thời gian lọc lâu và như vậy sẽ dễ gây chua bột Phương pháp lắng gạn có hiệu suất khá tốt và dụng cụ đơn giản, có thể làm với số lượng lớn tuy nhiên thời gian lắng gạn lại kéo dài hơn so với phương pháp ly tâm Thời gian lắng thường diễn ra trong 3 đến 4 giờ cho một mẻ Tuy nhiên, phương pháp ly tâm đòi hỏi đầu tư thiết bị tốn kém nên ít được áp dụng

+ Chia bột ướt: Sau khi lắng gạn sẽ thu được bột sẽ có dạng bột nhão Khối bột này sẽ được chia ra trên mâm tre được bọc vải Khối lượng chia cần đồng đều trên các vĩ nhằm đảm bảo bột khô đều Lớp vải sẽ giúp việc lấy bột lên dễ dàng khi bột khô + Phơi hoặc sấy: Bột sau khi chia sẽ được phơi hoặc sấy khô đến dưới 14% ẩm Thời gian phơi khoảng 4 - 6 giờ Sau khi bột khô có thể đóng gói và bảo quản bột hoặc có thể làm tơi rồi bao gói nhằm tăng giá trị cảm quan và thuận tiện trong chế biến sản phẩm thực phẩm

Trong quy trình công nghệ chế biến bột ướt theo phương pháp sản xuất công nghiệp công đoạn làm khô được thay bằng sấy Tùy theo loại thiết bị sấy mà sản phẩm bột nhão có thể phân chia bột vào khay để sấy bằng máy sấy tĩnh hay vào băng để sấy bằng băng tải hoặc được phân chia vào dòng không khí nóng để sấy bằng phương pháp

Hình 2.2 Cấu tạo máy nghiền côn thủy lực

1 Phễu cấp liệu; 2 Côn nghiền; 3.Vỏ bơm ly tâm; 4.Buồng thu hồi sản phẩm;

5.Động cơ điện; 6 Bộ truyền động đai; 7.Trục; 8.Cửa ra sản phẩm nghiền;

9 Cánh bơm ly tâm; 10 Ro tô

Côn nghiền 2 gồm có rô to côn và buồng nghiền Rô to côn có dạng hình côn lên phía trên theo hướng lắp và trên bề mặt côn có tiện các rãnh xoắn Buồng nghiền cũng có dạng hình côn và trên bề mặt cũng phay các rãnh xoắn Đường sinh của bề mặt côn buồng nghiền có góc nghiêng như của rô to côn, hay cắt mặt phẳng qua tâm trục ta thấy đường sinh của bề mặt côn buồng nghiền với đường sinh của rô to côn song song với nhau Để điều chỉnh khe hở hướng kính giữa bề mặt buồng nghiền với bề mặt côn rô

to hay chính là khe hở buồng nghiền bằng cách dịch chuyển buồng nghiền lên hoặc xuống Các rãnh xoắn của côn nghiền và buồng nghiền đều có bước xoắn không đổi

Bộ phận cấp liệu kiểu tự chảy theo phương dọc trục có dạng hình nón 1 được lắp với côn nghiền 2 bằng mối ghép ren Góc nghiêng đường sinh của phễu nạp liệu là

600, đảm bảo nguyên liệu với tác dụng của nước chảy xuống dễ dàng xuống côn nghiền

Để tăng cứng cho phễu cấp liệu, miệng nón cấp liệu 1 được tăng cứng bằng vành tròn có đường kính 12 mm

Bộ phận thu hồi sản phẩm kiểu bơm ly tâm hướng kính 3, với cửa vào là cửa ra buồng nghiền, còn cửa ra xoắn theo buồng thu hồi sản phẩm 4 Rô to bơm 10 chung trục với rô to côn Các cánh bơm 9 được lắp với rô to bơm bằng mối ghép bu lông để có thay thế dễ dàng khi mòn

Trục lắp rô to côn và rô to quạt 7 được đặt vuông góc với nền hay bệ máy được lắp trên 2 ổ bi tự lựa có cùng ổ đỡ dạng xy lanh Trục 7 nhận truyền động qua trục động

cơ điện 5 thông qua bộ truyền động đai thang 6 Bánh đai truyền động cũng như rô to côn, rô to bơm đều được lắp dạng con son

Khung máy có dạng hộp được đặt trên 4 bánh xe có khả năng di động dễ dàng

Hệ thống cung cấp nước tham gia nghiền của máy nghiền côn có thể cung cấp bằng bơm nước độc lập hoặc dùng chung hệ thống nước sản xuất Khi dùng bơm nước hoạt động độc lập cần có thùng chứa nước sản xuất riêng biệt

Các chi tiết, bộ phận bằng kim loại trên máy nghiền côn đều làm bằng thép không gỉ mã hiệu S304 theo tiêu chuẩn cho máy sản xuất thực phẩm

b) Nguyên lý làm việc

Máy nghiền hạt côn thủy lực sử dụng nghiền ướt Nguyên liệu được đưa vào phểu cấp liệu (1) cùng với chất lỏng (nước) để tham gia vào quá trình cấp liệu và nghiền Hỗn hợp nguyên liệu nghiền khi vào côn nghiền 2 sẽ tham gia chuyển động quay tròn bởi tác động của các rãnh xoắn trên rô to côn

Sự tác động của rô to côn lên hỗn hợp nghiền về mặt chuyển động bao gồm: + Các hỗn hợp nghiền nằm trên bề mặt xoắn của rô to côn sẽ quay cùng với rô to côn + Các hỗn hợp nghiền tiếp xúc với bề mặt của rô to côn sẽ bị chuyển động kéo theo nhờ ma sát giữa hỗn hợp với bề mặt hoặc ma sát giữa các lớp vật liệu chuyển động + Chuyển động quay tròn của khối hỗn hợp nghiền sẽ tạo lên lực ly tâm ép chặt chúng với bề mặt buồng nghiền sinh ra lực ma sát giữa bề mặt buồng nghiền với hỗn hợp vật liệu đang quay tròn

+ Hỗn hợp vật liệu nghiền đều có xu hướng chuyển động xuống dưới do tác động của trọng lực, rãnh xoắn và sức hút của bơm ly tâm

Quá trình hay cơ chế nghiền trong buồng nghiền của máy nghiền côn thủy lực gồm:

+ Dưới tác động của các cạnh sắc gân xoắn của cả rô to côn lẫn bề mặt buồng nghiền lên khối hỗn hợp nghiền tạo lên quá trình nghiền cắt hay sự phá hủy vật liệu bởi tác động cắt Số lượng gân xoắn càng nhiều thì quá trình nghiền cắt càng lớn

+ Dưới tác động của lực ma sát giữa bề mặt rô to côn và bề mặt buồng nghiền (bề mặt gân xoắn của buồng nghiền) lên khối hỗn hợp nghiền sinh ra ứng suất tiếp phá hủy vật liệu nghiền Ngoài ra sự trượt các lớp của khối vật liệu nghiền theo phương hướng kính do tác động hãm chuyển động quay của lực ma sát giữa khối vật liệu nghiền trong buồng nghiền với bề mặt buồng nghiền Sự phá hủy vật liệu trong trường hợp này là

do trượt Sự phá hủy do trượt tăng lên về phía cuối buồng nghiền do các phần tử nghiền lúc này đủ nhỏ, vận tốc quay của khối vật liệu nghiền mãnh liệt hơn

+ Do cấu trúc hình côn và tác động nén ép của các dải xoắn trên rô to côn nghiền lên khối vật liệu bị dồn ép theo chiều trục xuống phía dưới tạo nên ứng suất nén phá hủy vật liệu nghiền

Hỗn hợp sau khi ra khỏi buồng nghiền 2 được bơm ly tâm 3 đẩy ra ngoài hay đưa đi nghiền lại Tùy theo yêu cầu sử dụng mà hỗn hợp được tách nước để giảm ẩm bằng các phương pháp lắng hay lọc

2.2 Kết quả nghiên cứu về quá trình nghiền thủy lực và máy nghiền côn thủy

lực ở trong và ngoài nước

2.2.1 Kết quả nghiên cứu về quá trình nghiền thủy lực ở trong và ngoài nước 2.2.1.1 Khái niệm nghiền – thủy lực

a) Khái niệm quá trình nghiền (Theo [TL12])

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

Ngoại lực tác động lên vật thể nghiền có thể là lực va đập, nén ép, kéo, cắt, chà xát, mài, bẻ và rung động Ứng suất phá hủy vật thể nghiền có thể là ứng suất pháp (kéo hoặc nén) hay ứng suất tiếp

Môi trường nghiền là môi trường thủy lực ở dạng chất lỏng hay khí mà trạng thái áp suất có thể là dư hay chân không Đại đa số máy nghiền trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay là có môi trường nghiền là không khí

b) Khái niệm quá trình thủy lực

Quá trình thủy lực là tất cả các quá trình vật lý hay cơ học diễn ra trong môi trường chất lỏng hay chất khí ở cả trạng thái đứng yên hay chuyển động

Quá trình nghiền thủy lực là quá trình nghiền xảy ra trong môi trường chất lỏng nhằm phân biệt với quá trình nghiền xảy ra trong môi trường là không khí Chất lỏng trong môi trường nghiền là chất lỏng phi Niutơn thuộc nhóm có đặc trưng lưu biến không phụ thuộc thời gian gần giống với chất dẻo giả lỏng và chất lỏng đilatan

2.2.1.2 Kết quả nghiên cứu về quá trình nghiền thủy lực ở trong và ngoài nước

Nghiền là công nghệ gia công được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất, chế biến với mục đích làm nhỏ vật liệu tới kích thước theo yêu cầu công nghệ, đã được xây dựng và phát triển thành một bộ môn khoa học Bằng các thuyết nghiền diện tích của P Rv Rittingo (1867), thuyết thể tích của V.L Kirpitrev (1874)

và Ph Kik (1885), thuyết tổng hợp của P A Rebinder (1928), thuyết dung hòa của Ph

C Bon (1952) [TL12] đã được các nhà khoa học sau đó kiểm chứng, phát triển bằng thực nghiệm đã hệ thống hóa thành lý thuyết nghiền mang tính hệ thống để giải thích

cơ chế nghiền phá hủy vật thể và làm cơ sở tính toán, sáng chế các công nghệ, thiết bị nghiền trong đó có quá trình nghiền thủy lực

Quá trình nghiền thủy lực gắn với công nghệ sản xuất sản phẩm nghiền ở dạng chất lỏng phi Niutơn có đặc trưng lưu biến không phụ thuộc thời gian như chất lỏng bingam (dẻo quánh), bột nhão (chất dẻo giả lỏng), chất lỏng đilatan và dạng chất lỏng phi Niutơn có đặc trưng lưu biến phụ thuộc thời gian như như chất lỏng rêôpêc Thí dụ công nghệ sản xuất các loại sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi chế biến từ hạt lương thực, cacao, sơn, chế biến quặng kim loại,…

Công nghệ nghiền thủy lực ra đời từ rất sớm trước cả khi ra đời máy móc cơ khí Từ lâu con người đã biết nghiền bột nước từ gạo, hay ngô hạt để làm bánh bằng các công cụ thủ công như cối xay đá sử dụng sức người, súc vật kéo hay sức gió nhằm đạt độ nhỏ bột cần thiết mà phương pháp nghiền khô lúc đó không thể đạt được Hầu

hết cơ chế nghiền trong máy nghiền thủy lực hay nghiền nước là nghiền cắt hay chà xát Vì vậy thiết bị nghiền thủy lực chủ yếu là máy nghiền búa cánh, máy xay kiểu thớt, máy nghiền kiểu cánh xoắn, máy nghiền kiểu côn thủy lực

Quá trình nghiền chà xát, với sự phá hủy chủ yếu do các cạnh sắc của răng nghiền trên bề mặt chà xát cắt phá hủy vật nghiền nên sẽ làm gia tăng nhiệt độ cho môi trường nghiền và vật thể và thiết bị nghiền Nước trong môi trường nghiền sẽ hấp thụ nhiệt lượng, làm sạch tốt cạnh sắc hay bề mặt nghiền giúp làm giảm nhiệt độ sản phẩm nghiền, nâng cao hiệu quả quá trình nghiền mài hay cắt thuận lợi hơn

Năm 2007, PGS.TS.Trần Thị Thanh cùng các cộng sự có những công bố đầu tiên về máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực (hình 2.3) [TL4] dùng trong công nghệ nghiền bùn đỏ là chất thải trong khai thác quặng nhôm Sản phẩm sau khi nghiền là chất lỏng phi Niutơn có đặc trưng lưu biến phụ thuộc thời gian rêôpêc được làm chất keo tụ trong xử lý chất thải Cơ chế nghiền trong máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực chủ yếu phá hủy vật thể nghiền bằng trượt cắt và ma sát

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực

1 Vỏ máy; 2 Tấm nhám; 3 Rô to; 4 Lưới sàng; 5 Bánh đai;

6 Trục rô to; 7 Búa nghiền; 8 Nước vào máy; 9.Máng cấp liệu

Năm 2009, Th.S.Nguyễn Thị Kiều Hạnh cùng các cộng sự đã phát triển ứng dụng máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực này để nghiền gạo làm bún với tên gọi MNBU – 100 (hình 2.4) với sản phẩm nghiền là chất lỏng phi Niutơn dạng dilatan Các kết quả khoa học công bố chủ yếu là thực nghiệm và ứng dụng

a b

Hình 2.4 Máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực MNBU – 100

a – Cấu tạo buồng nghiền MNBU – 100 ; b – Khảo nghiệm MNBU – 100

Các thông số kỹ thuật chính của máy nghiền bột ướt MNBU – 100 như sau: + Đường kính bề mặt buồng nghiền: 330 mm;

+ Đường kính rô to cánh búa: 320 mm;

+ Chiều cao buồng nghiền: 115 mm;

+ Đường kính lỗ sàng: đầu nhỏ là bề mặt bường nghiền là 0,1; đầu lớn khi sản phẩm nghiền thoát ra là 0,5

+ Diện tích bề mặt sàng: 115 mm x 1.036 mm

+ Số vòng quay của rô to – búa nghiền kiểu cánh: 2.500 vg/ph

+ Công suất động cơ: 2,2 kW

Với ưu điểm vượt trội về chất lượng sản phẩm nghiền nhỏ và đồng nhất hơn, năng suất cao hơn, chi phí năng lượng thấp hơn, khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao hơn, nên hiện nay máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực đã thay thế gần như hoàn toàn trong công nghệ nghiền bột gạo phục vụ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi

Dựa vào cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nghiền kiểu búa – cánh thủy lực cho thấy, quá trình nghiền vỡ vật thể chủ yếu là do tác động cắt trượt, ma sát của các cạnh búa cánh và bề mặt vỏ buồng nghiền So với máy nghiền kiểu đĩa thì hiệu quả nghiền của máy nghiền kiểu búa cánh – thủy lực có cao hơn nhưng thực sự vẫn còn thấp, vì bị giới hạn tổng chiều dài các cạnh của búa cánh và rô to quay trong môi trường có lực cản lớn

2.2.2 Kết quả nghiên cứu về máy nghiền côn thủy lực ở trong và ngoài nước

Cho đến thời điểm hiện nay, mặc dù đã là sản phẩm thương mại, nhưng các công bố về máy nghiền côn thủy lực cả về lý thuyết, thực nghiệm, tiếp thị còn rất ít Ở trong nước chưa có một công bố khoa học nào về máy nghiền côn thủy lực trên các tạp chí khoa học hay thấp hơn là các tập san, nội san, kỷ yếu hội nghị khoa học Chỉ đến năm 2010, trên thị trường mới bắt đầu xuất hiện những mẫu máy nghiền côn thủy lực đầu tiên ứng dụng trong công nghiệp chế biến nông sản thực phẩm của Trung Quốc Hình 2.5 và hình 2.6 giới thiệu các mẫu máy nghiền ướt do Trung Quốc sản xuất quảng cáo thương mại

Năm 2012, model JMF – 80 đã được Công ty TNHH XNK máy móc thiết bị Hòa Thành ( Địa chỉ: 948 Tân Kỳ - Tân Quý, phường Bình Hưng Hòa, quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh) chào bán với giá 70 triệu đồng Theo bảng 2.2, cho thấy yêu cầu về kích thước nguyên liệu đầu vào rất cao, với cỡ nguyên liệu từ 1 – 0,01 mm Yêu cầu này không đáp ứng cho tất cả các nguyên liệu nông sản dạng hạt Mặt khác sản phẩm đầu ra có kích thước quá nhỏ, không cần thiết cho các đối tượng thực phẩm dạng màng và sợi đã nêu Tại Thành phố Hồ Chí Minh, một cơ sở y tế đã đặt mua để nghiền súp và cháo làm thực phẩm cho bệnh nhân, nhưng qua lắp đặt chạy thử không đạt yêu cầu về kích thước sản phẩm nghiền lẫn năng suất, nên đã trả lại máy

Hình 2.5 Máy nghiền ướt kiểu trục

Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật cơ bảncủa máy nghiền ướt(*)

Model Độ

mịn

(m)

Cỡ nguyên liệu (mm)

Năng suất (tấn/h)

Công suất động

cơ (kW)

Số vòng quay rô to (vg/ph)

Đường kính rô to (mm)

Kích thước cao x rộng x dài

JML-50 5-40 1- 0,01 0,01-0,2 1,1 2.900 50 420x280x760 JML-80 3-40 1- 0,01 0,3-1 3,0 2.900 80 520x400x900 JML-100 2-40 1- 0,01 0,5-2 5,5 2.900 100 560x420x950 JML-120 2-40 1- 0,01 0,7-3 7,5 2.900 120 560x420x950 JML-140 2-40 1- 0,01 1-4 11 2.900 140 66x450x1000 JMF-80 2-40 1- 0,01 0,3-1 4 1.800-3200 80 640x550x1030 JMF-100 2-40 1- 0,01 0,5-2 5,5 1.800-3200 100 750x620x1080 JMF-120 2-40 1- 0,01 0,7-3 7,5 1.800-3200 120 750x620x1080 JMF-140 2-40 1- 0,01 1,4 11 1.800-3200 140 820x700x1250 JMF-200 2-40 1- 0,01 2-7 15 1.800-3200 200 890x800x1550

* Nguồn: http://ttmindustry.vn/default.asp?prod=113&view=229

Xem xét theo tiêu chí về thông số kỹ thuật của máy nghiền côn thủy lực các họ JML, JMF cho thấy mẫu máy nghiền này chưa phù hợp với yêu cầu của sản xuất và tiêu dùng ở nước ta Bên cạnh đó, một tồn tại của loại máy nghiền này là điều chỉnh độ nhỏ sản phẩm nghiền bằng cách điều chỉnh khe hở theo phương hướng kính giữa bề mặt buồng nghiền với rô to côn nghiền, nên khó đảm bảo về tiêu chuẩn giới hạn độ

nhỏ lớn nhất của khối sản phẩm nghiền

2.3 Ý kiến thảo luận

2.3.1 Về ưu điểm

2.3.1.1 Ưu điểm về kết cấu

1) Máy nghiền côn thủy lực có kết cấu gọn, đẹp, bền vững, chiếm ít diện tích lắp đặt thao tác, năng suất trên một đơn vị diện tích mặt bằng cao;

2) Kết cấu rô to nhỏ, gọn nên dễ cân bằng và nâng cao vận tốc Máy làm việc êm dịu, rung động ít;

3) Dễ vận hành và bảo dưỡng do điều khiển, điều chỉnh, tháo lắp dễ dàng, phổ thông hóa việc sử dụng máy Dụng cụ tháo lắp thông dụng, số lượng dụng cụ dùng trong tháo lắp máy ít Lắp đặt máy đơn giản;

4) Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa các khâu cấp liệu và thu hồi sản phẩm nghiền;

5) Vật liệu hoàn toàn bằng thép không gỉ dùng trong sản xuất thực phẩm (S 304)

2.3.1.2 Ưu điểm về nguyên lý làm việc

1) Gia tăng được số cạnh sắc, nên nâng cao hiệu quả nghiền vỡ;

2) Quá trình nghiền chủ yếu là nghiền cắt, nghiền mài nên thích hợp với việc nghiền siêu mịn và nghiền thuỷ lực;

3) Kết hợp được nhiều phương pháp nghiền để nâng cao quá trình nghiền cắt và nghiền mài;

3) Phù hợp với các quá trình thủy lực: nạp, nghiền và tháo sản phẩm

2.3.2 Về tồn tại

2.3.2.1 Các tồn tại không có khả năng khắc phục

1) Cấu tạo rô to côn nghiền phức tạp, chỉ có thể gia công trên máy cắt gọt kim loại chuyên dùng, nên giá thành máy cao

2) Chỉ có thể nghiền thủy lực với môi trường nghiền là chất lỏng, không thể nghiền trong môi trường không khí vì làm gia tăng nhiệt độ hỗn hợp nghiền;

2) Kiểm soát độ nhỏ sản phẩm nghiền thông qua thiết kế thêm bộ phận nghiền kiểu búa cánh – thủy lực làm nhiệm vụ nghiền bổ sung và phân ly sản phẩm nghiền bằng lưới sàng có lỗ côn

2.3.3 Về phương pháp tính toán và thiết kế máy nghiền côn thủy lực

2.3.3.1 Tính toán năng suất

Năng suất máy nghiền côn thủy lực là năng suất vận chuyển của rô to côn xoắn

Vì vậy phương pháp tính toán năng suất máy nghiền côn thủy lực là phương pháp tính toán vít tải đứng nhiều đầu mối với máy nghiền côn thủy lực dạng đứng (như họ máy

nghiền JMF) hay là phương pháp tính toán vít tải nằm ngang nhiều đầu mối với máy nghiền côn thủy lực dạng ngang (như họ máy nghiền JML)

2.3.3.2 Tính toán độ nhỏ sản phẩm nghiền

1) Cơ chế hình thành độ nhỏ sản phẩm nghiền do cắt tương tự như ở máy nghiền răng

Vì vậy có thể tính độ nhỏ trung bình sản phẩm nghiền theo số lần cắt

2) Trong trường hợp máy nghiền có bộ phận phân ly sản phẩm nghiền kiểu lưới sàng lắp trong buồng nghiền thì tính theo kích thước cỡ lỗ lưới sàng Năng suất máy nghiền lúc này chính là năng suất phân ly của lưới sàng Để tránh hiện tượng ùn tắc ở bộ phận phân ly, thì năng suất của bộ phận phân ly (hay năng suất của bộ phận nghiền kiểu búa cánh – thủy lực có lưới sàng) phải không được nhỏ hơn năng suất của rô to côn xoắn

2.3.3.3 Tính toán động học

1) Vì là máy nghiền côn thủy lực có cơ chế nghiền theo nguyên lý nghiền cắt, nên vận tốc quay của rô to côn xoắn không phải là yếu tố cơ học quyết định quá trình nghiền

vỡ như ở máy nghiền búa trong môi trường không khí

2) Vận tốc quay của rô to côn xoắn sẽ quyết định đến năng suất vận chuyển hay năng suất nghiền của máy nghiền côn xoắn Đồng thời vận tốc quay của rô to côn xoắn sẽ quyết định chế độ quay của hỗn hợp nghiền Để phát huy hiệu quả nghiền thì tốc độ quay của hỗn hợp nghiền phải đủ lớn để tạo ra lực ly tâm ép chặt hỗn hợp nghiền vào

bề mặt buồng nghiền để hình thành lên lực ma sát tác động vào các vật liệu nghiền Lực ma sát này sẽ tác động vào vật liệu nghiền để sinh ra ứng suất tiếp đủ lớn sao cho lớn hơn ứng suất bền tiếp tuyến của vật liệu nghiền Đây là bài toán kỹ thuật phức tạp trong thiết kế, cần rất nhiều dữ liệu chính xác về đối tượng gia công cũng như trạng thái bề mặt buồng nghiền

3) Để đơn giản hóa, chế độ động học của rô to côn xoắn được chọn đồng dạng với các máy nghiền côn thủy lực thuộc các dãy máy nghiền côn thủy lực JML khi thiết kế máy nghiền côn thủy lực có trục nằm ngang hay dãy máy nghiền côn thủy lực JMF khi thiết

kế máy nghiền côn thủy lực có trục thẳng đứng

2.3.3.4 Tính toán động lực học

Tính toán động lực học máy nghiền côn thủy lực theo nguyên lý cộng tác dụng hay tổng hợp các chi phí công suất (hay năng lượng) cho các bộ phận chuyển động

Trong đó chi phí năng lượng cho rô to côn xoắn là chi phí cùng để vận chuyển vật liệu (chi phí vận chuyển bằng vít tải nhiều đầu mối) và chi phí thắng lực cản như ma sát với vỏ máy, ma sát giữa vật liệu, cắt phá hủy vật liệu nghiền trong quá trình nghiền

3) Chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

4) Khảo nghiệm máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

1) Xác định mô hình máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

2) Tính toán thiết kế máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

3) Chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

4) Khảo nghiệm máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

3.2 Cách tiếp cận

+ Tiếp cận các tài liệu, công trình khoa học nghiên cứu liên quan:

- Về công nghệ và thiết bị sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi từ các loại hạt lương thực;

- Về công nghệ và thiết bị nghiền;

- Về lý thuyết quá trình và thiết bị nghiền vỡ vật thể;

- Về lý thuyết vận chuyển thủy lực và lý thuyết tính toán thiết kế bơm ly tâm;

- Về lý thuyết truyền động cơ khí;

- Về công nghệ chế tạo máy để lập quy trình công nghệ chế tạo máy nghiền côn thủy lực

+ Tiếp cận bằng điều tra thống kê và khảo sát mẫu máy nghiền côn thủy lực tại các doanh nghiệp thương mại, thông tin trên mạng để kế thừa các thông số kỹ thuật áp dụng cho máy thiết kế

+ Tiếp cận theo phương pháp mô hình hóa vật lý

+ Tiếp cận bằng thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để đo đạc các tính chất cơ lý của đối tượng nghiền là hạt lương thực được dùng làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi để sử dụng làm dữ liệu thiết kế đầu vào

+ Tiếp cận bằng phân tích hệ thống kỹ thuật

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp xác định mô hình máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 a) Phương pháp kế thừa

+ Kế thừa lý thuyết quá trình và thiết bị nghiền vật liệu đã được tổng kết và biên soạn

dưới dạng ấn phẩm như sách giáo khoa, sách chuyên khảo, bài báo khoa học hay thông tin trên mạng internet

+ Kế thừa các kết quả nghiên cứu về máy nghiền thủy lực dưới dạng ấn phẩm như báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, bài báo khoa học, khóa luận tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sĩ

+ Kế thừa các mẫu máy nghiền thủy lực trong đó có máy nghiền côn thủy lực dưới dạng sản phẩm thương mại

b) Phương pháp phân tích hệ thống kỹ thuật

+ Phân tích mô hình máy nghiền côn thủy lực theo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và yêu cầu công nghệ

+ Phân tích mô hình máy nghiền côn thủy lực theo các quá trình kỹ thuật diễn ra trong quá trình làm việc

3.3.2 Phương pháp tính toán thiết kế máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 3.3.2.1 Trình tự các bước tính toán thiết kế máy nghiền côn thủy lực MNCTL

– 100

1) Xác định dữ liệu và yêu cầu kỹ thuật thiết kế;

2) Xây dựng mô hình nguyên lý làm việc và mô hình động học máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100;

3) Tính toán thiết kế bộ phận nghiền côn thủy lực;

4) Tính toán thiết kế bộ phận nghiền kiểu búa cánh – thủy lực;

5) Tính toán thiết kế bộ phận cấp liệu;

6) Tính toán thiết kế bộ phận cung cấp nước;

7) Tính toán thiết kế bộ phận thu hồi sản phẩm;

8) Tính toán thiết kế bộ phận truyền động và chọn động cơ;

9) Tính toán thiết kế trục máy và chọn ổ lăn;

10) Xây dựng bản vẽ lắp và các bản vẽ chi tiết cấu thành

3.3.2.2 Phương pháp tính toán thiết kế bộ phận nghiền côn thủy lực

Bộ phận nghiền côn thủy lực được thiết kế tham khảo với bộ phận nghiền côn của mẫu máy nghiền JMF-80 Các thông số của rô to côn xoắn máy nghiền JMF-80 như sau:

+ Đường kính 80 mm;

+ Góc côn của rô to côn xoắn là 11,420;

+ Chiều dài 57 mm;

+ Số rãnh xoắn 15;

+ Chiều sâu dải xoắn 4 mm

3.3.2.3 Phương pháp tính toán thiết kế bộ phận nghiền kiểu búa cánh – thủy

lực

+ Căn cứ vào năng suất của máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 để tính toán các thông số hình học của cụm rô to bộ phận nghiền kiểu búa cánh là đường kính và bề rộng rô to

+ Từ kết quả tính toán thiết kế cụm rô to bộ phận nghiền kiểu búa cánh, tính toán các kích thước của buồng nghiền của bộ phận nghiền kiểu búa cánh, lưới sàng Đường kính lỗ sàng được chọn từ kích thước sản phẩm nghiền Đường kính buồng nghiền của

bộ phận nghiền kiểu búa cánh chính là đường kính buồng sàng bao quanh rô to bộ phận nghiền kiểu búa cánh

+ Các thông số động học, động lực học của rô to bộ phận nghiền kiểu búa cánh được tính toán từ độ bền vật liệu nghiền là hạt gạo được ngâm trong nước

3.3.2.4 Phương pháp tính toán thiết kế bộ phận cấp liệu

Căn cứ vào lượng liệu giữa hai lần cấp liệu liên tiếp để tính toán thể tích chứa liệu cần thiết của máng cấp liệu Diện tích cửa cấp liệu bằng diện tích cho qua buồng nghiền Góc nghiêng của đáy máng cấp liệu lớn hơn góc ma sát giữa vật liệu nghiền với vật liệu làm máng

3.3.2.5 Phương pháp tính toán thiết kế bộ phận cung cấp nước (thủy lực)

Bộ phận cung cấp nước bao gồm bơm ly tâm, hệ thống ống dẫn nước

Xuất phát từ nhiệm vụ của bơm ly tâm là cung cấp nước theo yêu cầu của quá trình nghiền thủy lực, nên bơm ly tâm được chọn sao cho thỏa mãn yêu cầu công nghệ đặt ra về lưu lượng Q và cột áp toàn phần của bơm

3.3.2.6 Phương pháp tính toán thiết kế bộ phận thu hồi sản phẩm

Sản phẩm nghiền ở dạng chất lỏng, được chảy tự do theo ống dẫn

3.3.2.7 Phương pháp tính toán thiết kế bộ phận truyền động và chọn động cơ

+ Bộ truyền động đai cho rô to được tính toán theo phương pháp tính toán thiết kế các

bộ truyền động cơ khí

+ Trục rô to được tính toán thiết kế trên cơ sở đặt đầy đủ các lực tác động lên trục Các lực tác động lên trục gồm có: lực phát sinh từ bộ truyền động đai, lực nghiền ở đầu cánh búa, rô to côn xoắn, lực cản môi trường, phản lực ở các gối đỡ Dựa vào ngoại lực tác dụng lên trục, tiến hành vẽ biểu đồ nội lực: lực cắt Q, mômen xoắn Mx, mômen uốn Mu

+ Các giá trị ứng suất cho phép của vật liệu sử dụng trong tính toán thiết kế được lấy theo giá trị quy định

+ Các chi tiết tiêu chuẩn cũng như các kích thước tiêu chuẩn lấy theo các công bố quy

định

3.3.2.8 Phương pháp tính toán trục máy và ổ lăn

+ Dựa vào các kết quả tính toán thiết kế các bộ phận làm việc của máy MNCTL – 100

để xây dựng mô hình chịu lực của trục máy Từ mô hình chịu lực tiến hành xác định nội lực và vẽ các biểu đồ nội lực trên trục máy là biểu đồ mômen uốn, mômen xoắn và lực cắt, lực nén Từ các biểu đồ nội lực này xác định mặt cắt nguy hiểm để tính toán thiết kế trục sao cho đảm bảo độ bền với vật liệu chế tạo trục là thép không gỉ mã hiệu S304

+ Từ kết quả tính toán thiết kế trục là cơ sở tính toán chọn ổ lăn

3.3.2.9 Phương pháp xây dựng bản vẽ lắp và các chi tiết cấu thành

+ Dựa vào mô hình và sơ đồ động học xây dựng cùng các kết quả tính toán thiết kế các

bộ phận của MNCTL – 100 để lập bản vẽ lắp theo các yêu cầu lắp như sau:

- Mối ghép giữa ổ

3.3.3 Phương pháp chế tạo máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

 Máy móc và công cụ phục vụ chế tạo

Máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 được chế tạo tại xưởng bộ môn Máy Sau thu hoạch – Chế biến Các trang thiết bị phục vụ chế tạo MNCTL – 100 trình bày như bảng 3.1

Bảng 3.1 Các trang thiết bị phục vụ chế tạo

TT Loại trang thiết bị Số lượng Nhiệm vụ

1 Máy mài cầm tay 02 Mài bavia, tạo dáng mỹ thuật đường hàn

2 Máy cắt đá 01 Cắt các chi tiết dạng thanh, ống với mặt cắt

phẳng

3 Máy tiện vạn năng 01 Gia công các chi tiết dạng trục, moay ơ, đĩa

4 Máy khoan cần 01 Gia công các lỗ có đường kính dưới 35 mm

6 Máy hàn hồ quang điện 02 Gia công mối ghép hàn

7 Bộ cắt khí hàn 01 Gia công cắt tạo hình các chi tiết thô từ thép

+ Máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 được chế tạo đơn chiếc

+ Phần kết cấu máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 theo các họ công nghệ chi tiết điển hình để tiến hành lập quy trình công nghệ chế tạo cho từng chi tiết

+ Căn cứ vào cơ sở trang thiết bị hiện có, trình độ công nghệ cơ khí, bậc thợ, vật tư, nguyên liệu để lựa chọn công nghệ chế tạo

+ Dựa vào năng lực của đơn vị hợp tác, thông tin thị trường để đặt hàng chế tạo hoặc mua các chi tiết và cụm chi tiết chuyên dùng

Công nghệ chế tạo máy máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 được xây dựng

từ các họ công nghệ chế tạo chi tiết máy là:

+ Công nghệ chế tạo họ hộp: Thuộc về họ hộp gồm có khung bệ lắp máy, phễu nạp liệu

+ Công nghệ chế tạo họ trục: Trục máy

+ Công nghệ chế tạo họ moay ơ: Rô to bộ phận nghiền kiểu búa cánh

+ Công nghệ chế tạo họ thanh: Búa cánh

+ Công nghệ chế tạo các chi tiết có bề mặt làm việc đặc biệt dạng vít xoắn côn: Rô to côn nghiền, vỏ và bề mặt buồng nghiền được gia công trên máy tiện CNC theo đơn đặt hàng

Các chi tiết dùng chung như bu long – đai ốc, bộ truyền động đai là các chi tiết chuyên dùng theo đặt hàng

3.3.4 Phương pháp khảo nghiệm máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100

Phương pháp khảo nghiệm tiến hành theo phương pháp thống kê thực nghiệm với các nội dung như sau:

3.3.4.1 Xác định các thông số nghiên cứu

Các thông số nghiên cứu gồm:

+ Kích thước trung bình nguyên liệu nghiền dh (mm);

+ Khối lượng riêng nguyên liệu nghiền  (g/cm3);

+ Khối lượng thể tích nguyên liệu nghiền  (kg/dm3);

+ Hệ số ma sát giữa nguyên liệu nghiền với thép f;

+ Số vòng quay của trục máy n (vg/ph);

+ Lưu lượng nước L (l/ph);

+ Năng suất giờ Qh (kg/h), năng suất phút Qph (kg/ph);

+ Độ nhỏ lớn nhất của sản phẩm nghiền Mspmax (m hoặc mm);

+ Công suất của động cơ N (kW);

+ Điện năng tiêu thụ Ar (kWh);

+ Chi phí điện năng riêng Ar (kWh/t)

3.2.4.2 Thiết bị và phương pháp đo đạc các thông số nghiên cứu

a) Thiết bị đo dùng trong nghiên cứu thực nghiệm

+ Bộ sàng phân tích dùng đo độ nhỏ của hạt và bột: Dùng 5 cỡ sàng là Mesh 170 (kích thước lỗ 90 m), Mesh 200 (kích thước lỗ 75 m), Mesh 270 (kích thước lỗ 53 m), Mesh 325 (kích thước lỗ 45 m), Mesh 400 (kích thước lỗ 38 m)

+ Thiết bị đo hệ số ma sát

+ Các loại thước đo hình học: Thước mét với thang đo đến 1 mm; thước kẹp với thang

đo đến 0,05mm; thước đo góc với thang đo tới 0,50

+ Cân các loại: Cân đĩa đồng hồ với khối lượng cân lớn nhất 100 kg, thang đo 0,2 kg,

độ chính xác 0,2 kg; cân đĩa đồng hồ với khối lượng cân lớn nhất 20 kg, thang đo 0,1 kg; cân đĩa đồng hồ với khối lượng cân lớn nhất 2 kg, thang đo 10g, độ chính xác 10 g; cân đĩa đồng hồ với khối lượng cân lớn nhất 1 kg, thang đo 5 g, độ chính xác 5 g; cân điện tử với khối lượng cân lớn nhất 300g, thang đo 0,01 g

+ Thiết bị đo độ nhỏ hạt kiểu sàng lắc

+ Đồng hồ đo điện năng tiêu thụ với thang đo tới 0,1 kWh

+ Đồng hồ đo thời gian

Hình 3.1 Thước kéo và đồng hồ bấm giây

+ Đồng hồ đo số vòng quay DT – 2238 – PHOTO/CONTACT TACHOMETER của hãng Lutron (Đức), dãy đo từ 1 vg/ph – 99.999 vg/ph, cấp chính xác 1rpm

+ Cốc đong 1lít thang đo đến 10 ml và độ chính xác đến 10 ml; cốc đong 100 ml thang

đo đến 1 ml và độ chính xác đến 1 ml

+ Cốc đong mẫu hạt 1 lít

+ Đồng hồ đo lượng nước tiêu thụ

 Đo gián tiếp

Các thông số đo gián tiếp là các đại lượng trung bình hoặc các thông số phải đo ít nhất bằng hai dụng cụ đo khác nhau Thuộc về thông số đo gián tiếp gồm có: kích thước trung bình nguyên liệu nghiền dh (mm); khối lượng riêng nguyên liệu nghiền  (kg/m3); khối lượng thể tích nguyên liệu nghiền  (kg/m3); hệ số ma sát giữa nguyên liệu nghiền với thép f; lưu lượng nước tiêu thụ Qnước (l/ph); độ nhỏ bột nghiền Mb

(m); năng suất giờ Qh (kg/h), năng suất phút Qph (kg/ph); chi phí điện năng riêng Ar (kWh/t)

Kích thước trung bình của hạt tính theo công thức:

dtb = 3

π

6.Vh

Trong đó: Vh – thể tích trung bình của hạt, mm3 Vh được xác định bằng cách

đo thể tích V của nh = 100 hạt đối với hạt có kích thước lớn như ngô hạt, hay nh = 1.000 hạt đối với hạt có kích thước nhỏ như gạo, đậu xanh

Khối lượng riêng nguyên liệu nghiền hay của hạt tính theo công thức:

Trong đó: m – khối lượng của nh (nh = 100 với hạt có kích thước lớn như ngô hạt, hay nh = 1.000 hạt đối với hạt có kích thước nhỏ như gạo, đậu xanh) m xác định bằng cần điện tử có sai số 0,01 g

V – thể tích của nh hạt V xác định bằng bình đong có sai số tới 1

lượng của tấm đè lên mẫu m2 [kg] và khối lượng của quả cân m3

[kg] đè lên tấm Các khối lượng m1, m2, m3 xác định bằng cân 1

kg có sai số 5 g còn lực kéo F1 [kg], F2 [kg] đo hai lần bằng bằng thiết bị đo ma sát khi chỉ có khung và khi có mẫu bị nén bởi các khối lượng m2, m3;

 – ứng suất pháp sinh ra do tác động của các khối lượng m1, m2,

m3 lên trên diện tích khung mẫu F [cm2]

Lưu lượng nước tiêu thụ tính theo công thức:

Trong đó : Vnước – lượng nước tiêu thụ trong suốt thời gian nghiền T [ph] xác

định bằng đồng hồ đo lượng nước tiêu thụ

T – thời gian nghiền , ph

Độ nhỏ bột nghiền Mb là kích thước trung bình của các phần tử sản phẩm nghiền tính theo công thức :

6 5

4 3

2 1

.d

q

,m ; (3.6)

Trong đó: qi – là khối lượng sản phẩm nghiền lần lượt trên các lưới sàng Mesh

170, Mesh 200, Mesh 270, Mesh 325, Mesh 400, [gam ]

Năng suất của máy là khối lượng nguyên liệu được gia công (nghiền) trong một đơn vị thời gian tính theo công thức:

60 5

G

Trong đó: G – khối lượng hạt được nghiền trong 5 phút, [kg]

Chi phí điện năng riêng để nghiền Ar là lượng điện năng tiêu thụ để nghiền một đơn vị khối lượng nguyên liệu tính theo công thức :

Ar = 1000.N/Q = 1000.A/m , kWh/t ; (3.8) Trong đó: N – công suất tiêu thụ của động cơ, kW;

Q – năng suất nghiền, kg/h;

A – điện năng tiêu thụ [kWh] để nghiền m [tấn] hạt

3.2.4.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Do giới hạn về thời gian và kinh phí, trong số các nguyên liệu, đề tài tiến hành khảo nghiệm với các thông số độc lập như kích thước hình học, chế độ động học, lưu lượng nước cung cấp, công suất động cơ cố định tại giá trị tính toán thiết kế Thông số phụ thuộc gồm có:

- Độ nhỏ bột nghiền Mb (m)

- Năng suất Q (kg/h)

- Chi phí năng lượng riêng Ar (kWh/t)

Các thí nghiệm bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn với số lần lặp lại là 5

3.2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm

Sử dụng phương pháp phân tích thống kê thực nghiệm để xác định các đặc trưng thống kê hay giá trị trung bình về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy qua mẫu quan sát (thực nghiệm)

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Xác định mô hình máy hạt dạng côn thủy lực MNCTL – 100 năng suất 100

kg/h

Qua tham khảo mẫu máy nghiền côn thủy lực JMF – 80 và phân tích thảo luận

ở phần tổng quan, mô hình máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 thực hiện thiết kế được chọn như hình 4.1

Hình 4.1 Cấu tạo máy nghiền côn thủy lực

1 Phểu cấp liệu; 2 Côn nghiền; 3 Lưới sàng; 4.Buồng thu hồi sản phẩm;

5.Động cơ điện; 6 Bộ truyền động đai; 7.Trục; 8.Cửa ra sản phẩm nghiền;

9 Cánh búa; 10 Ro tô