THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN PHÂN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN QUAY – CÁNH GẠT

Nội dung nghiên cứu:  Tìm hiểu về phân hữu cơ vi sinh  Xác định cơ sở thiết kế  Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc  Tính toán thiết kế bộ phận đảo trộn vật liệu và bộ phận ép viê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN PHÂN HỮU CƠ VI SINH

KIỂU KHUÔN QUAY – CÁNH GẠT

Họ và tên sinh viên: DƯƠNG THỊ DIỄM Ngành: CƠ KHÍ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 6/2013

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

Cơ Khí Chế Biến Nông Sản Thực Phẩm

Giáo viên hướng dẫn:

KS Lê Văn Tuấn

Tháng 6 năm 2013

ii

CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố

Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ và tất cả các thầy cô trong khoa đã trang bị, truyền đạt những kiến thức mới, những kinh nghiệm quý báu về cách sống, phương pháp làm việc và nghiên cứu trong suốt quá trình học tập và phấn đấu tại trường

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Lê Văn Tuấn đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn

em trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp này

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

iii

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn quay – cánh gạt” được tiến hành tại xưởng Thực Tập Máy Sau Thu Hoạch, khoa Cơ Khí – Công Nghệ, trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian thực hiện từ tháng 3 năm 2013

Nội dung nghiên cứu:

 Tìm hiểu về phân hữu cơ vi sinh

 Xác định cơ sở thiết kế

 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc

 Tính toán thiết kế bộ phận đảo trộn vật liệu và bộ phận ép viên, lựa chọn động cơ dẫn động

 Công nghệ chế tạo

 Chế tạo khuôn ép

 Chế tạo cánh gạt

Kết quả thu được:

Đã hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo được máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn quay - cánh gạt

v

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Phân hữu cơ vi sinh 3 

Hình 2.2 Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh 7 

Hình 2.3 Nguyên lý làm việc các loại máy tạo viên 9 

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khuôn 14 

Hình 2.5 Sơ đồ tạo hình trong rãnh hở của cánh gạt 19 

Hình 2.6 Cấu tạo máy vo viên 2 tầng 21 

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý ép kiểu vít 21 

Hình 2.8 Máy ép viên OΓM 23 

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý ép lô trong 24 

Hình 2.10 Máy ép lô ép ngoài 25 

Hình 4.1 Mô hình máy ép viên 30 

Hình 4.2 Khoảng cách giữa các gối đỡ 48 

Hình 4.3 Biểu đồ mômen trục I 51 

Hình 4.4 Biểu đồ mômen trục II 52 

Hình 4.5 Khai triển lưới 64 

Hình 4.6 Vành khăn 65 

Hình 4.7 Bích lớn 66 

Hình 4.8 Bích nhỏ 66 

Hình 4.9 Khuôn ép 67 

Hình 4.10 Hình ảnh về khuôn ép 67 

Hình 4.11 Cánh gạt 68 

vi

MỤC LỤC

Tác giả i 

CẢM TẠ ii 

TÓM TẮT iii 

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ v 

MỤC LỤC vi 

Chương 1: MỞ ĐẦU 1 

1.1.  Tính cấp thiết 1 

1.2.  Mục đích đề tài 2 

Chương 2: TỔNG QUAN 3 

2.1.  Đối tượng nghiên cứu 3 

2.1.1.  Phân hữu cơ vi sinh 3 

2.1.2.  Ưu và nhược điểm của phân hữu cơ vi sinh 4 

2.1.3.  Nguyên liệu để sản xuất phân vi sinh 5 

2.1.4.  Công nghệ sản xuất phân vi sinh 5 

2.2.  Cơ sở lý thuyết của quá trình nén ép vật thể 7 

2.2.1.  Khái niệm 8 

2.2.2.  Các phương pháp nén ép 8 

2.3.  Lý thuyết tính toán máy ép viên 10 

2.3.1.  Độ nén (ép) λ 10 

2.3.2.  Độ hổng (rỗng) P 10 

2.3.3.  Hệ số dãn nở đàn hồi k 11 

vii

2.3.4.  Độ bền B của viên 11 

2.3.5.  Tính chất nới, rão của nguyên liệu 12 

2.3.6.  Lý thuyết phân tử 12 

2.3.7.  Phương trình ép cơ bản 13 

2.3.8.  Điều kiện để vật liệu duy chuyển theo khuôn 14 

2.3.9.  Chiều dài khuôn 15 

2.3.10.  Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn 16 

2.3.11.  Năng suất máy ép viên 16 

2.3.12.  Công suất của máy ép viên 17 

2.4.  Quá trình hình thành sản phẩm trong rãnh hở 18 

2.5.  Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng khi ép sản phẩm 19 

2.5.1.  Những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm 19 

2.5.2.  Những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép 19 

2.6.  Các phương pháp tạo viên 20 

2.7.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các máy tạo viên 20 

2.7.1.  Máy vo viên 20 

2.7.2.  Máy ép kiểu vít 21 

2.7.3.  Máy ép viên trục cán – cối vòng OΓM 22 

2.7.4.  Máy ép kiểu lô ép trong 24 

2.7.5.  Máy ép kiểu lô ép ngoài 25 

2.7.6.  Ý kiến thảo luận 26 

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 

3.1.  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 27 

3.2.  Phương pháp thiết kế 27 

viii

3.3.  Phương pháp chế tạo 28 

3.4.  Phương pháp gia công chế tạo chi tiết 28 

3.5.  Phương pháp kiểm tra máy ép viên 29 

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 

4.1.  Dữ liệu thiết kế 30 

4.2.  Lựa chọn mô hình máy 30 

4.3.  Tính toán bộ phận đảo trộn vật liệu 31 

4.3.1.  Các kích thước hình học của dải băng 31 

4.3.2.  Các kích thước khai triển của dải băng 32 

4.3.3.  Tính toán các thông số động học 34 

4.3.4.  Chiều xoắn của dải băng 34 

4.3.5.  Công suất dải băng 34 

4.3.5.1. Công suất dải băng lớn 35 

4.3.5.2. Công suất dải băng nhỏ 36 

4.3.6.  Chọn động cơ 37 

4.4.  Tính toán bộ phận ép viên 38 

4.4.1.  Chiều dày của khuôn 38 

4.4.2.  Tính toán công suất của máy ép viên 38 

4.4.3.  Tính đường kính trục làm việc 40 

4.4.3.1. Phân phối tỷ số truyền 40 

4.4.3.2. Tính bộ truyền bánh răng 41 

4.4.3.3. Thiết kế trục 48 

4.4.3.4. Công nghệ chế tạo 63 

4.5.  Nhận xét kết quả thực hiện đề tài 68 

ix

4.6.  Ý kiến thảo luận 69 

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71 

5.1.  Kết luận 71 

5.2.  Đề nghị 71 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

2001 đã nêu ra mục tiêu từ 2001 đến 2010 cho ngành nông nghiệp là đẩy nhanh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, mở rộng thị trường tiêu thụ nông sản trong và ngoài nước, điều chỉnh quy hoạch sản xuất lương thực phù hợp với nhu cầu và khả năng tiêu thụ, tăng năng suất đi đôi với nâng cấp chất lượng, bảo đảm an ninh lương thực

Trong sản xuất nông nghiệp, năng suất cây trồng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như độ màu mỡ của đất trồng, thời tiết, khí hậu, giống cây trồng thích hợp, công nghệ canh tác Việc lạm dụng các loại phân bón và thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hóa học

đã làm đất bạc màu nhanh chóng và ô nhiễm môi trường

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp thì hiện nay công nghệ sản xuất phân vi sinh cũng rất phát triển Dây chuyền sản xuất phân vi sinh gồm nhiều công đoạn Trong đó tạo viên là công đoạn sản xuất quan trọng trong công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên Có hai phương pháp chính để tạo viên phân vi sinh là phương pháp vo viên và phương pháp ép viên Phương pháp ép viên tạo độ bền viên cao hơn so với phương pháp

vo viên Phân vi sinh là loại phân được sản xuất từ các vật liệu hữu cơ khác nhau như: Bả bùn, rác thải sinh hoạt, các dư thừa thực vật, phân chuồng, phân rác, phân xanh…Đây là

2

những nguyên liệu đưa vào tạo viên ẩm, có độ dính cao nên phương pháp vo viên không thực hiện được Với viên phân bón tạo hình bằng cách vo viên có độ bền thấp, gặp nước hay ẩm độ cao thì tan nhanh, viên phân bón tạo hình bằng cách ép viên có độ bền cao hơn, thời gian tan lâu hơn, phù hợp với nhu cầu phát triển của cây trồng Phương pháp ép tạo viên có những ưu điểm vượt trội như: Sản phẩm viên có chất lượng cao Chi phí thấp hơn vo viên, quá trình sản xuất thân thiện với môi trường do ít tạo ra bụi, chi phí đầu tư thấp Do đó phương pháp ép viên được đưa vào sử dụng rộng rãi trong công nghê sản xuất phân bón vi sinh Cho nên, việc chế tạo máy ép viên phân hữu cơ vi sinh có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên

Được sự cho phép của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ và dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Văn Tuấn, em thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy ép viên phân hữu

cơ vi sinh kiểu khuôn quay – cánh gạt”

Đây là lần đầu tiên em thực hiện đề tài nghiên cứu dưới dạng khóa luận tốt nghiệp, với thời gian và trình độ có hạn, khóa luận sẽ không tránh khỏi những sai sót Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa, thầy Lê Văn Tuấn, quý thầy – cô trong khoa và các bạn sinh viên đã giúp đỡ em thực hiện đề tài này

1.2 Mục đích đề tài

Mục đích của đề tài là thiết kế, chế tạo máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn quay – cánh gạt, đưa vào sản xuất năng cao hiệu quả sản xuất phân hữu cơ vi sinh, giảm giá thành sản phẩm

Do đó nhiệm vụ của đề tài bao gồm:

 Tra cứu tài liệu phục vụ đề tài

 Lựa chọn nguyên tắc làm việc và đề ra mô hình máy

 Tính toán, thiết kế theo mô hình máy đã chọn

 Xây dựng bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết

 Tham gia chế tạo

3

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Phân hữu cơ vi sinh /6/, /10/

Hình 2.1 Phân hữu cơ vi sinh

Phân bón hữu cơ vi sinh vật ( tên thường gọi: Phân hữu cơ vi sinh ) là sản phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác nhau, nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn qui định, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nông sản Phân hữu cơ vi sinh vật không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản

Phân hữu cơ hay hữu cơ – vi sinh có thể chia thành ba nhóm như sau:

 Nhóm vi sinh có: chế phẩm vi sinh vật, phân vi sinh

 Nhóm hữu cơ có: phân hữu cơ, phân sinh học

 Nhóm hỗn hợp có: phân hữu cơ – vi sinh, phân phức hợp hữu cơ vi sinh

2.1.2 Ưu và nhược điểm của phân hữu cơ vi sinh /10/

Ưu điểm:

- Sử dụng phân bón có thể tăng năng suất cây trồng lên rất nhiều

- Sử dụng phân bón vi sinh giúp trả lại độ phì nhiêu cho đất bằng cách làm tăng hàm lượng photpho va kali dễ tan trong đất canh tác Các nhà khoa học đã kết luận: Sử dụng phân hữu cơ vi sinh làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng sản phẩm tốt hơn, giảm ô nhiễm của hàm lượng NO3 Điều này cũng có nghĩa phân hữu cơ vi sinh đã góp phần quan trọng trong việc cải tạo đất, đáp ứng cho một nền nông nghiệp hữu cơ bền vững, xanh sạch và an toàn

- Góp phần làm giảm các vấn đề ô nhiễm môi trường, ít gây nhiễm độc hóa chất trong các loại nông sản thực phẩm so với sử dụng phân bón hóa học

- Hiệu quả của vi sinh vật trong việc làm tăng khả năng sinh trưởng và phát triển cây trồng, tiết kiệm phân bón hóa học cũng như tăng năng suất, chất lượng nông sản

- Các sản phẩm vi sinh như phân bón vi sinh vật cố định Nitơ, phân giải photphat khó tan, chế phẩm vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật

- Bón được cho nhiều loại cây trồng

- Có thể sản xuất được tại địa phương và giải quyết việc làm cho một số lao động, ngoài ra giảm một phần chi phí ngoại tệ nhập khẩu phân hóa học

- Chế phẩm vi sinh vật là một vật liệu sống, vì vậy nếu cất giữ trong điều kiện nhiệt

độ cao hơn 30oC hoặc ở nơi có ánh nắng trực tiếp chiếu vào, thì một số vi sinh vật

bị chết Do đó hiệu quả của chế phẩm bị giảm sút Cần cất giữ phân vi sinh vật ở nơi mát và không bị ánh nắng chiếu vào

2.1.3 Nguyên liệu để sản xuất phân vi sinh /6/, /8/, /10/

Bả bùn, rác thải sinh hoạt, các dư thừa thực vật: Bả cà phê, xơ dừa, chất thải trong chăn nuôi, phân rác, phân xanh và một số chất vô cơ cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển cây trồng

2.1.4 Yêu cầu kỹ thuật của viên:

Kích thước viên: Các viên tạo ra có thể có dạng hình trụ, lăng trụ hoặc viên định hình, đường kính từ 2,5 – 8 mm hoặc lớn hơn Độ dài của viên được xác định phụ thuộc vào đường kính của viên

Độ cứng của viên: Đóng vai trò quan trọng, không quá cứng, không quá mềm nếu cứng quá khó tan, không đủ độ cứng viên dễ bị vỡ nát

Viên cần có độ đồng đều cao

Viên đưa vào đóng gói phải có độ ẩm ở chế độ bảo quản, nhiệt độ của viên bằng với nhiệt độ môi trường

Độ chặt của viên hình thành đạt 1,2 ÷ 1,4 g/cm3

2.1.5 Công nghệ sản xuất phân vi sinh

Để sản xuất phân bón vi sinh cần thực hiện các bước sau:

6

- Bước 1: Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật

- Bước 2: Xác định đặc tính sinh lý, sinh hóa, xác định xem chủng vi sinh vật phân

lập được có an toàn với người, động thực vật và môi trường sinh thái không

- Bước 3: Lên men thu sinh khối vi sinh vật

- Bước 4: Chuẩn bị chất mang: Chất mang ở đây có thể là than bùn hoặc là mùn hữu

cơ của nhà máy xử lý rác thải Chất mang được đóng bao, có thể thanh trùng hoặc

không

- Bước 5: Phối trộn các vi sinh vật sau đó tiêm vi sinh vật vào các bao chất mang

- Bước 6: Ủ sinh trưởng: Tùy thuộc vào đặc điểm của các chủng vi sinh vật mà có chế độ ủ khác nhau, nhưng thường là trong từ 3-5 ngày ở nhiệt độ xác định khoảng

7

Hình 2.2 Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh

2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình nén ép vật thể /4/, /5/

Phối trộn nguyên liệu

Ủ hảo khí (cưỡng bức) đảo trộn

Nước thải rửa,

nước xử lý khí,

bụi

Xử lý khí, bụi

Các chất phụ gia (đa, trung vi lượng) và vi sinh vật gốc

Mục đích của quá trình nén ép là ngoài công việc tách pha lỏng, lèn chặt sản phẩm nhằm cải tiến điều kiện vận chuyển, nó còn làm cho sản phẩm có hình dạng nhất định

Máy tạo hình sản phẩm bằng phương pháp nén ép được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp:

- Công nghiệp hóa học: Dùng để gia công vật liệu dẻo thành sản phẩm bằng phương pháp đúc dưới áp lực

- Công nghiệp thực phẩm: Dùng để sản xuất các loại bánh kẹo và các hình dạng phù hợp thị hiếu người tiêu dùng Sản xuất các loại thức ăn viên trong chăn nuôi gia súc, thủy cầm,…

2.2.2 Các phương pháp nén ép

Quá trình nén – ép tạo hình có các phương pháp sau: Nén, xoắn, rung, ép trào, cán lăn

Nếu quá trình nén – ép trong thể tích kín được gọi là ép

Theo trị số áp suất nén ép mà người ta phân chia thành:

- Ép không có chất phụ gia dính kết ở áp suất nhỏ (150 ÷ 200 kG/cm2)

- Ép dưới áp suất cao (300 ÷ 350 kG/cm2)

- Ép dưới áp suất nhỏ (50 ÷ 100 kG/cm2)

9

Phương pháp tạo thành viên nhỏ cho phép thu được sản phẩm có chỉ số ép cao nhất

Hình 2.3 Nguyên lý làm việc các loại máy tạo viên

1,2 Các nguyên lý pittông; 3,4 Các nguyên lý dập (đóng dấu hay cối – khuôn)

5,6,7 Các nguyên lý rulô; 8 Băng tải; 9 Các nguyên lý ép vít

10 Các nguyên lý đúc ép (ép bằng vít với áp suất cao); 11,12 Các nguyên lý trục cán

13,14,15,16 Các nguyên lý kiểu các trục có khuôn ép vòng 17,18 Các nguyên lý kiểu các trục có khuôn ép phẳng

V và V1 – thể tích của hỗn hợp trước và sau khi nén ép

Nếu buồng ép có tiết diện S không đổi thì:

1

0 1

h S

ρ0 và ρ1 – khối lượng thể tích của hỗn hợp trước và sau khi ép, kg/m3

2.3.2 Độ hổng (rỗng) P của khối hỗn hợp được xác định bằng:

V

V V

V

P 0 1 r

(2.4)Trong đó:

V – thể tích của toàn bộ khối hỗn hợp

V0 – thể tích của các khoảng trống giữa các phần tử

Vr – thể tích phần chất rắn trong hỗn hợp

Độ hổng P’ của các viên đã được ép cũng được tính tương tự như sau:

11

'

'1'

'

V

V V

V

(2.5)Trong đó:

3.10.445,

ρ – khối lượng riêng của phân vi sinh, kg/m3

Từ đó cũng có thể đánh giá chất lượng tạo viên bằng “độ vụn”, V = 100 – B

12

2.3.5 Tính chất nới, rão của nguyên liệu

Tính chất nới của nguyên liệu nghĩa là ứng suất tác động giảm dần tới một trị số nào đó khi biến dạng không đổi theo thời gian và tính chất rão của nguyên liệu nghĩa là biến dạng nén tăng dần theo thời gian trong khi giữ nguyên ứng suất nén

Đối với tính chất nới, theo Măcxuel, ứng suất sẽ giảm dần theo công thức sau đây:

τ0 - ứng suất ban đầu (khi t = 0), Pa

G – mô đun đàn hồi, (Pa)

Sự nâng cao áp suất góp phần làm chắc them khối sản phẩm do đã san lấp được các rỗ khí, các hốc rỗng và tăng thêm diện tích tiếp xúc giữa các phần tử Chính những

- Khối lượng riêng ban đầu của vật liệu như nhau trong toàn bộ buồng ép

- Khối lượng riêng của vật liệu trong quá trình nén tăng liên tục

- Ứng lực khi nén tĩnh không phụ thuộc vào vận tốc biến dạng

- Ứng suất pháp trên mặt cắt ngang bất kì của buồng nén được phân bố đều

Dựa vào những tiên đề trên cho phép coi đạo hàm của áp lực theo khối lượng riêng

b ap d

dp  

 (2.10) Như vậy ta sẽ suy ra:

 1

C e a  ol

p   (2.11) Trong đó: C – là thông số không đổi, c = b/a

Đối với trạng thái vật thể đàn hồi, nhớt dẻo, ta cần quan tâm tính lưu biến của sản phẩm trong quá trình nén ép Do đó, cùng với sự phụ thuộc p = f(p) biểu diễn theo phương trình ép cơ bản, ta xét mối quan hệ giữa áp suất nén và biến dạng

14

p= f(ε) (2.12) Thông qua khảo nghiệm ta tìm ra công thức thực nghiệm:

p (2.13)

Từ công thức (2.13) ta thấy, để đạt một trị số biến dạng như nhau, nếu khối lượng riêng ban đầu ρ0 càng lớn thì áp lực cần thiết tác dụng vào khối sản phẩm càng cao

2.3.8 Điều kiện để vật liệu di chuyển theo khuôn

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khuôn

Xét một chất điểm vật liệu M có khối lượng M di chuyển theo khuôn đến vị trí M

có góc quay ωt

Để vật liệu di chuyển theo khuôn:

R f

t g

g

Với: ω – vận tốc góc của khuôn, 1/s

15

R – bán kính của khuôn, m

f – hệ số ma sát

g – gia tốc trọng trường, m/s2

m – khối lượng vật liệu, g

Ta chỉ xét ở góc phần tư thứ I và IV, còn ở góc phần tư thứ II, III thì mg cùng chiều với chiều quay của khuôn Khi đó vật liệu chuyển động theo khuôn dưới tác dụng của trọng lực

2.3.9 Chiều dài khuôn

Để nén áp suất P cần thiết cho sản phẩm thì ma sát lỗ khuôn phải giữ khối vật liệu lại để tiếp tục dồn nén khi đạt P thì vật liệu mới dịch chuyển khỏi lỗ

f

d h

4

1

1

1

1 1





a a f



 .H 1k

k k

h0 – chiều dày của lỗ hay chiều dài của khuôn, mm

d0 – đường kính của lỗ khuôn, m

f – hệ số ma sát của vật liệu với thành lỗ khuôn, f = 0,29 ÷ 0,3

μ – hệ số Poisson

16

Pt – lực ma sát trượt với thành của lỗ ép, N/m2

Ph – áp lực bên của lỗ ép

kb, kt, ab, at – các hằng số thực nghiệm

H – chiều cao lớp vật liệu trước khi ép

ρ – khối lượng thể tích của vật liệu trước khi ép, kg/m3

2.3.10 Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn xác định theo công thức:

c

d d h f P

P  (kG) (2.17) Với: Pc – áp suất dư cạnh bên, kG/cm2

f – hệ số ma sát

π.d.h – diện tích khuôn tiếp xúc viên

2.3.11 Năng suất máy ép viên

4/

0 0

1 z n v d k

Q h  (kg/h) (2.18) Trong đó:

k1 – hệ số cản trở và gián đoạn của vật liệu khi qua các lỗ, k1 = 0,06 ÷ 0,07

ρh – khối lượng thể tích của hạt, kg/m3

17

v xác định theo công thức:

)/cos(

)

.(

.2)

(

)/sin(

r Rt r

R R v

2.3.12 Công suất của máy ép viên

Công suất của máy ép viên kiểu khuôn quay - cánh gạt xác định theo công thức:

1000

. 2

2 k F v Z

N  ms (kW) (2.20) Với: Z2 – số lỗ khuôn có vật liệu bị nén

Như vậy giai đoạn đẩy nguyên liệu từ diện tích các vách xảy ra trước giai đoạn nén.Trong buồng ép phần vật liệu ABCD nằm trên rãnh ngẫu nhiên trở thành “chày” Khi ứng lực tác dụng từ phần vật liệu này lớn hơn phần áp lực của khối vật liệu nằm trong rãnh thì khối vật liệu trong rãnh dời chỗ - bắt đầu giai đoạn dồn đẩy và khối nguyên liệu abcd từ buồng nén chuyển xuống rãnh Ở đây khi phản áp lực giảm xuống (ma sát tĩnh được thay thế bằng ma sát động), ứng suất trong buồng nén cũng giảm xuống và vật liệu

từ khe (từ đường sinh F) “chảy tự do” xuống rãnh nén Việc ấn nguyên liệu xuống rãnh và

sự dồn đẩy nó theo rãnh được tiếp diễn cho đến khi khe hở giữa cánh gạt và mặt trong của khuôn chưa đạt tới trị số cho phép cực tiểu

Ở các máy ép viên khe hở lấy bằng 0,3 – 0,5 mm Khe hở lớn là điều không mong muốn vì như vậy sẽ giảm khả năng đẩy viên ra khỏi lỗ khuôn giảm năng suất, làm cho hao phí năng lượng một cách vô ích để nén lặp lại lớp vật liệu nằm trên bề mặt trong

khuôn ở các chu trình nén tiếp theo

19

Hình 2.5 Sơ đồ tạo hình trong rãnh hở của cánh gạt

2.5 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng khi ép sản phẩm

2.5.1 Những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm

Môđun ép: Đặc trưng cho khả năng của sản phẩm khi bị lèn chặt dưới ảnh hưởng của áp suất ngoại, bỏ qua tổn thất áp suất do ma sát, yếu tố này ở trong khoảng áp suất nào đó là đại lượng không đổi và phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúc của nó và kích thước thành phần hạt của nó

Hệ số áp suất bên: Là tỷ số áp suất bên từ mặt bên của vật liệu ép với áp suất ép tác dụng thẳng đứng

Độ ẩm, nhiệt độ và thành phần cỡ hạt sản phẩm

2.5.2 Những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép

Những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép bao gồm:

20

 Áp suất ép riêng

 Ma sát của sản phẩm với dụng cụ ép, đại lượng đó phụ thuộc tính chất sản phẩm và trạng thái bề mặt của dụng cụ ép

 Hình dáng viên ép và tương quan kích thước của nó

 Chế độ ép: Chu kỳ hay liên tục

 Số bề mặt của bánh ép trực tiếp chịu áp suất ép

2.6 Các phương pháp tao viên

Phương pháp ướt: Nguyên liệu trước khi tạo viên được làm ẩm với nước có ẩm độ (30 ÷ 32)%, sau đó đưa đi tạo viên

Phương pháp khô: Nguyên liệu trộn với nước có ẩm độ (14 ÷ 15)%, sau đó gia nhiệt đến (110 ÷ 120)0C đem tạo viên

2.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các máy tạo viên

2.7.1 Máy vo viên

Hỗn hợp phân vi sinh đưa vào vo viên có kích thước hạt đạt yêu cầu và đã được phối trộn cũng như trộn đều Hỗn hợp được cung cấp tự động liên tục vào máy bằng băng tải hay thủ công Khi chảo quay, nhờ ma sát mà hỗn hợp được nâng lên theo chiều quay chảo tới độ cao nhất định, rồi chuyển động lăn xuống phía dưới

Trong quá trình này, các phân tử được làm ẩm bằng phun nước, khi chuyển động lăn xuống dưới sẽ liên kết với các phân tử nhỏ hơn, làm cho kích thước hạt tăng dần và làm cho các phần tử có dạng hình cầu Khi đạt đến kích thước nhất định, quá trình chảo quay sẽ giúp cho các phần tử có đủ động năng vượt qua thành chảo để rơi sang tầng khác của chảo vo viên Nhờ thiết kế thêm tầng ngoài, nên quá trình vo viên làm việc liên tục

21

Hình 2.6 Cấu tạo máy vo viên 2 tầng

1 Chảo thu sản phẩm; 2.Chảo vo; 3 Vòi phun; 4 Trục chảo; 5 Khung máy

2.7.2 Máy ép kiểu vít

Cấu tạo: Gồm có phểu cấp liệu, vỏ vít chứa nguyên liệu được thiết kế kín một đầu còn một đầu có khoan các lỗ vừa kích thước viên, ruột vít (là một trục vít xoắn), ruột vít trong vỏ vít có hướng xoắn nghiêng về đầu có lỗ và được nối với nguồn truyền động và dao cắt viên đặt cách mặt đầu lỗ một khoảng nhất định

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý ép kiểu vít

22

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu nạp vào vỏ vít thông qua phểu, bộ phận truyền động làm trục vít quay đẩy nguyên liệu dồn chặt và ép đẩy ra ở đầu các lỗ các sợi dài, tại đầu lỗ có dao cắt phối hợp để sao cho khi dao cắt lên xuống thì trục vít ép đẩy đựợc nguyên liệu một đoạn vừa kích thước viên

Ưu điểm:

 Tính đa năng: nén ép tạo thức ăn chăn nuôi dạng viên, kể cả loại thức ăn nổi trên mặt nước, tách nước ra khỏi nguyên liệu và tạo hình sản phẩm thực phẩm, thuốc…

 Năng suất cao

23

Hình 2.8 Máy ép viên OΓM

1.Trục động cơ; 2.Trục bị động; 3.Chốt cắt; 4.Đai ốc và then;

5 Bánh răng bị động; 6.Trục; 7.Thanh cố định; 8.Cốt;

9.Trục cán; 10.Bộ phân nạp liệu

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu được cung cấp vào bộ phận nạp liệu 10 Động cơ điện truyền động làm trục 1 quay và làm trục rỗng 2 quay đòng thời làm trục cán 9 quay Trục cán 9 quay nén ép nguyên liệu ra cối 8 tạo thành viên

24

 Phù hợp với sản xuất lớn

 Phải thường xuyên bảo quản

2.7.4 Máy ép kiểu lô ép trong

Cấu tạo: Gồm lô ép trong có đường kính nhỏ hơn nhiều lô ép ngoài, được lắp sát vào phía dưới đường kính trong của lô ép ngoài, lô ép ngoài có khoan các lỗ đều nhau vừa kích thước viên

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý ép lô trong

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu được nạp vào khoảng trống giữa lô ép trong và

lô ép ngoài có chiều cùng với chiều quay của lô ép trong, lúc này các lỗ tạo viên trên lô ép ngoài được nạp đầy khi tâm lô ép trong quay đẩy nguyên liệu ép chặt vào lỗ tạo viên rồi đùn ra dải viên, tại đây bố trí dao cắt với chiều dài phù hợp

Ưu điểm:

 Ép ra viên có hình dạng trụ ngắn có đường kính đều nhau

 Năng suất cao, ít thất thoát nguyên liệu quá trình ép trong lô kín

Cấp liệu Nguyên liệu

Lô ép trong

Lỗ tạo viên

Lô ép ngoài

 Viên hình trụ có hai đầu viên phẳng

2.7.5 Máy ép kiểu lô ép ngoài

Cấu tạo: Gồm có thùng chứa nguyên liệu, trục dồn nén phân sơ bộ, trống ép tạo viên (trên các trục đều khoan lỗ bán khuyên cùng vị trí với nhau), hệ thống truyền lực, sàng phân loại viên phân và khung máy

Hình 2.10 Máy ép lô ép ngoài

1.Thùng cấp liệu; 2.Trục dồn phân; 3.Trống chủ động;

4.Hốc ép; 5.Trống bị động

Nguyên lý làm việc: Khi máy làm việc, hai trục quay ngược chiểu nhau cùng tốc

độ, hỗn hợp phân được đưa vào thùng cấp chứa, cấp phân đều trên trục, khi phân ở phía

26

trên đường tâm trục nó được dồn vào lỗ khoan nhờ trọng lực và chiều quay các trục ngược chiều nhau ép phân lại trong các lỗ, khi phân ở vị trí ngang tâm trục (lúc này lực ép lớn nhất) tạo nên liên kết giữa các hỗn hợp phân và thành viên phân Khi phân qua tâm trục (lúc này hai nửa lỗ trên các trục tách nhau) viên phân chỉ nằm ở một trục chủ động

quay xuống và sau đó rơi xuống sàng

Ưu điểm:

 Đơn giản trong thiết kế, dễ chế tạo, vận hành, sửa chữa và năng suất cao

 Ép theo kiểu ép nén, lực ép lớn nên sử dụng được với các nguyên liệu ép không cần độ ẩm cao Có thể dùng cho ép viên phân nén

Nhược điểm:

 Viên phân sau khi ép có dạng “quả bàng” gồm hai đới cầu úp vào nhau với kích thước theo một phương nhỏ hơn rất nhiều so với hai phương còn lại Khi bón phân bằng máy hay bị tắc – kẹt, nên khó khăn cho việc cơ giới hóa khâu bón phân dúi sâu

 Trong trường hợp quả lô ép bị mòn, viên phân thường có ba via và có hiện tượng lệch nhau giữa các đới cầu

2.7.6 Ý kiến thảo luận

Bộ phận làm việc của máy ép được chia thành các nhóm cơ bản: Nhóm pittông, nhóm rulô, nhóm băng tải, nhóm vít ép, nhóm nghiền cán, nhóm con lăn Đối với tất cả các nhóm trên mỗi nhóm đều có những ưu điểm và nhược điểm

Đối với các dây chuyền sản xuất cần năng suất cao như các dây chuyền sản xuất phân vi sinh, mà bị những nhược điểm trên sẽ ảnh hưởng đến năng suất của cả dây chuyền Đặc biệt ảnh hưởng đến năng suất của máy

Từ kết luận trên đi đến kết luận chúng ta sẽ sử dụng máy ép viên kiểu khuôn quay – cánh gạt, sẽ khắc phục được những nhược điểm trên Mục đích tăng năng suất, giảm chi phí năng lượng riêng nhưng đồng thời chất lượng phân nâng lên

27

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

 Dựa vào lý thuyết các loại máy tạo viên

 Các chi tiết dùng chung như bánh răng, các bộ truyền được tính toán thiết kế theo tài liệu “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí” và chọn theo tiêu chuẩn

 Riêng kích thước viên phân được chọn Ø6, làm cơ sở tính toán các thông số của máy

Như vậy nội dung thiết kế máy trộn bao gồm:

 Xác định cơ sở thiết kế

 Lựa chọn mô hình máy hợp lý nhất

 Tính toán các thông số cơ bản như: Các kích thước hình học, các thông số động học của thùng và bộ phận ép viên, công suất truyền động

28

 Chọn và tính hệ thống truyền động cho máy

 Kiểm tra lại các kết quả và kiểm tra bền

3.3 Phương pháp chế tạo:

Máy thiết kế được chế tạo đơn chiết tại xưởng “Thực tập máy sau thu hoạch” khoa

Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Phương pháp chế tạo máy được phân thành các công đoạn sau:

 Chế tạo những chi tiết dạng hộp: Bộ phận cấp liệu, cửa ra liệu, chế tạo khung máy

 Chế tạo những chi tiết dạng trục: Trục máy

 Chế tạo các chi tiết họ mayơ: Cốc lắp ổ bi, buồng ép

 Một số chi tiết như: Động cơ, bánh răng, bulông, đai ốc và một số chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa…được chọn mua ngoài thị trường theo tiêu chuẩn đã tính toán thiết

kế

3.4 Phương pháp gia công chế tạo chi tiết

 Chọn phôi và kích thước phôi theo bản vẽ khai triển của các chi tiết

 Lấy dấu phôi theo kích thước khai triển Chú ý kiểm tra các kích thước để bảo đảm

độ song song, độ vuông góc, góc nghiêng giữa các mặt, các chi tiết Với các đường gia công cắt bằng khí Axêtylen, đường lấy dấu được vạch bằng phấn đá

29

 Sơn chống gỉ chi tiết

3.5 Phương pháp kiểm tra máy ép viên

 Kiểm tra chất lượng chế tạo máy

 Đo thời gian ta dùng đồng hồ điện tử

 Đo các thông số hình học ta dùng thước kẹp, thước cuộn, ê ke…

 Kích thước viên cần đạt được là hình trụ Ø6 mm

 Năng suất máy ép viên 1,5 T/h

4.2 Lựa chọn mô hình máy

Hình 4.1 Mô hình máy ép viên

1.Động cơ điện 2.Hộp giảm tốc 3.Động cơ điện 4.Dải băng 5.Khuôn

6.Cánh gạt