Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến thoát sản phẩm của máy nghiền ngủ cốc kiểu búa – sàng rung 5 7 TH ứng dụng trong ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc

Luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp I

đặng Việt Hoà

Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng

đến quá trình thoát sản phẩm của máy nghiền ngũ cốc kiểu búa - sàng rung

sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội - 2006

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp I

sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã số : 6 0 5 2 1 4

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hướng dẫn khoa học: TS Lương Văn Vượt

Hà nội - 2006

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đã đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày tháng năm 2006

Tác giả luận văn

Đặng Việt Hoà

Lời cảm ơn

Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn TS Lương Văn Vượt cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ học kỹ thuật, bộ môn Máy nông nghiệp

và các thầy cô trong khoa Cơ điện - Trường Đại Học Nông Nghiệp I - Hà Nội đã đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quý báu

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng sự ở Viện nghiên cứu thiết

kế chế tạo máy Nông nghiệp đã đóng góp ý kiến và công sức để giúp tôi hoàn thành đề tài và luận văn này

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Nhà máy thức ăn gia súc

Đại Dương - Khu công nghiệp Đồng Văn - Hà Nam đã tạo điều kiện cho tôi tiến hành thực nghiệm để nghiên cứu

Tác giả luận văn

KS Đặng Việt Hoà

1.4.1 Vai trò của máy nghiền trong dây chuyền chế biến TAGS 131.4.2 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn (mẫu máy) để nghiên cứu lựa

chọn máy nghiền năng suất cao

13

Chương II : Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 24 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 242.3 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm và đo lường 36 2.3.1 Các thiết bị đo lường 36

2.4.1 Phương pháp xác định năng suất của máy nghiền sàng rung 37 2.4.2 Phương pháp xác định chỉ tiêu độ hạt nghiền 37 2.4.3 Phương pháp thay đổi biên độ rung của sàng nghiền 38

2.4.4 Phương pháp thay đổi tần số rung của sàng nghiền 39

Chương III : Kết qủa nghiên cứu

3.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đặc trưng của máy nghiền búa sàng

rung đến quá trình thoát sản phẩm

40

3.1.3 Thiết kế lựa chọn bộ phận gây rung của sàng nghiền 49

3.2.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 55

Mở đầu

Ngày nay, ngành chăn nuôi ở Việt Nam phát triển rất mạnh mẽ, đã và

đang trở thành một ngành sản xuất hàng hoá chiếm tỷ trọng GDP lớn, năm

2004 đạt gần 30% [18] và năm 2005 ữ 2010 kế hoạch đạt 40 ữ 50% GDP trong sản xuất nông nghiệp Thực tế cho thấy, các cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm với nhiều quy mô ngày càng được xây dựng nhiều hơn, nhu cầu tiêu thụ

về thức ăn gia súc ngày càng lớn về số lượng và chủng loại, đòi hỏi ngành công nghiệp sản xuất TACN cũng phải phát triển và quan tâm một cách thoả

đáng để theo kịp với nhu cầu

Trong công nghệ chế biến thức ăn gia súc, việc làm nhỏ các hạt ngũ cốc chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ khối lượng công việc, khi sản xuất thức ăn chăn nuôi nguyên liệu qua nghiền chiếm khoảng 80% khối lượng Những năm trước đây do quy mô sản xuất nhỏ, năng suất máy nghiền không cao, các máy

được sử dụng trong nước nói chung tạm thời đáp ứng đủ quy mô sản xuất (2 ữ

3 tấn/h) [18] Hiện nay sản xuất thức ăn chăn nuôi đã trở thành một ngành sản xuất hàng hoá với sản lượng cao và quy mô sản xuất tập trung lớn, các máy nghiền trong nước sản xuất hiện có không đáp ứng được quy mô sản xuất này

Do việc khảo sát, thiết kế, chế tạo loại máy nghiền năng suất cao chưa được thực hiện, nên máy nghiền và các máy công nghệ khác kèm theo hầu hết phải nhập khẩu

Mặt khác, sự tiêu hao năng lượng cho việc nghiền nhỏ nguyên liệu ước chiếm từ 30 ữ 50% tổng tiêu hao năng lượng trên một đơn vị sản phẩm Nên việc hạ thấp chi phí năng lượng trong khâu nghiền nhỏ là một mục tiêu quan trọng để hạ giá thành sản phẩm

Vì vậy, việc khảo sát, nghiên cứu, thiết kế máy nghiền có năng suất cao và chi phí năng lượng thấp là một vấn đề cấp bách, có ý nghĩa lớn trong thực tiễn sản xuất

Qua khảo sát nghiên cứu, đánh giá trên cơ sở kinh tế, kỹ thuật các loại máy nghiền và qua tham khảo một số mẫu máy đã được sử dụng trong nước,

đặc biệt là dựa vào kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Bộ năm 2004 do Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy nông nghiệp thực hiện là: " Nghiên cứu thiết

kế chế tạo máy nghiền ngũ cốc làm thức ăn chăn nuôi năng suất cao đến 5 tấn/h với chi phí năng lượng thấp" Chúng tôi lựa chọn loại máy nghiền XGFS

là loại máy nghiền kiểu búa có biên dạng buồng nghiền hình giọt nước và sàng nghiền rung có năng suất cao từ 5 ữ 7 tấn/h với chi phí năng lượng riêng thấp, phù hợp với tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay ở trong nước Mẫu máy nghiền kiểu búa có biên dạng buồng nghiền hình giọt nước và sàng nghiền rung, vì đều là máy nghiền búa nên năng suất và chất lượng sản phẩm nghiền cũng chịu ảnh hưởng của vận tốc đầu búa, khe hở đầu búa với sàng nghiền, áp lực hút của quạt thoát sàng Nhưng nó còn chịu thêm ảnh hưởng của một số thông số mới như biên dạng buồng nghiền, chế độ rung của sàng nghiền, hướng cấp liệu, Do điều kiện về thời gian nên đề tài chỉ nghiên cứu một số thông số đặc trưng khác của loại máy nghiền kiểu búa hình dáng giọt nước sàng rung so với máy nghiền búa trước đây, cụ thể đi sâu vào nghiên cứu chế độ làm việc của sàng rung ảnh hưởng đến quá trình thoát sản phẩm nghiền

đó là năng suất và chỉ tiêu chất lượng hạt bột nghiền thông qua ảnh hưởng của

hai thông số chính gây nên là: biên độ rung của sàng nghiền và tần số rung

động của sàng nghiền

Từ những xuất phát trên và được sự đồng ý của Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp dưới sự hướng dẫn của TS Lương Văn Vượt chúng tôi đi đến thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến quá trình thoát sản phẩm của máy nghiền ngũ cốc kiểu búa – sàng rung năng suất 5 ữ 7tấn/giờ ứng dụng trong ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc”

Chương I tổng quan

1.1 Tình hình sản xuất TAGS ngoài nước

ở các nước công nghiệp phát triển của thế giới và khu vực, chăn nuôi nói chung và chế biến thức ăn cho chăn nuôi nói riêng đã chuyển mạnh sang hình thức sản xuất hàng hoá từ những năm đầu của thế kỷ XX Kỹ thuật sản xuất, hiệu quả sử dụng các loại thức ăn cho chăn nuôi sản xuất theo phương pháp công nghiệp ngày một hoàn thiện và phổ biến rộng rãi làm cho quá trình tập trung hoá chế biến thức ăn cho chăn nuôi diễn ra nhanh và rộng, theo đó quy mô sản xuất của các nhà máy ngày càng lớn Những nhà máy có qui mô

20 ữ 30 tấn/giờ thậm chí 100 tấn/giờ với công nghệ và trang thiết bị tiên tiến lần lượt được xây dựng thay thế cho các xí nghiệp có công suất sản xuất nhỏ, trình độ công nghệ và thiết bị không đồng bộ, lạc hậu Theo thống kê hiện nay

có khoảng 3500 nhà máy TACN công suất lớn (trên 20 tấn/h) trên thế giới

đảm nhận sản xuất hơn 80% sản lượng TACN trên toàn cầu Riêng 50 nước có ngành chế biến TACN tiên tiến đã chế biến trên 90% sản lượng TACN của cả thế giới, trong đó đứng đầu là 5 nước: Mỹ, Trung Quốc, Brazin, Nhật Bản và Pháp Nhiều tập đoàn đứng đầu thế giới về sản xuất TACN cụ thể là 5 tập đoàn: Cargill; Charoen Porkphand(CP); Land O’Lakes; Tyson Food và Zernoh Cooperative hàng năm cung cấp ra thị trường khoảng 8% sản lượng TACN trên thế giới [18]

Công nghiệp chế biến TACN ở các nước phát triển đã trải qua hàng trăm năm kinh nghiệm và đã đạt đến sự hoàn hảo của khoa học công nghệ với trang thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến , điển hình là các nước Mỹ, Hà Lan, Thụy

Sỹ, Pháp, Đức, Trung Quốc, Đài Loan và Thái Lan, với các tập đoàn, công ty nổi tiếng như CPM; Van Aarsen; Buller; Stalz; Himel Salmateg; Triumph; Zheng Chang; Yeong Minh… Các tập đoàn, công ty trên đã đưa ra các dây

chuyền chế biến TACN có quy mô 5; 10; 15; 20; 30; 50… thậm chí đến

100 tấn/h [9] Hệ thống chế biến với dây chuyền, thiết bị đồng bộ điều khiển tự động hoàn toàn hoặc tự động từng công đoạn, đáp ứng nhu cầu đa dạng của sản xuất, chế biến Có thể nói các tập đoàn, công ty trên đã “thống lĩnh” hầu hết lĩnh vực công nghệ, thiết bị chế biến TACN ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam

1.2 Tình hình sản xuất TAGS trong nước

Từ những năm 1986 đến 1990, công nghiệp sản xuất TACN vẫn chưa rõ nét, vẫn còn ảnh hưởng của nền sản xuất tập trung, trong đó sản xuất TACN chủ yếu cho gà và lợn tập trung ở các xí nghiệp quốc doanh với thiết bị và dây chuyền chủ yếu nhập của Đông Âu như Hungari, Bungari có công suất nhỏ từ 2 ữ 3 tấn/h [9]

Từ năm 1990 đến 1996, nhờ chính sách đổi mới kinh tế - định hướng XHCN, kinh tế nước ta phát triển nhanh, đời sống của người dân từng bước

được nâng lên rõ rệt, công nghiệp hoá nông thôn phát triển, chăn nuôi phát triển, do đó nhu cầu TACN lớn Nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước đã

đầu tư sản xuất TACN với nhiều loại công nghệ, thiết bị tiên tiến có công suất

từ 100.000ữ200.000 tấn/năm và các dây chuyền đạt từ 5.000ữ10.000 tấn/năm

do trong nước chế tạo, loại này chủ yếu do tư nhân sở hữu hoặc các trang trại chăn nuôi sử dụng tự cung tự cấp Giai đoạn này, các đơn vị sản xuất TAGS trong nước bị khủng hoảng, sản lượng thấp; thị phần chỉ chiếm khoảng 20% [8] do thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao

Từ đầu những năm 1997 đến năm 2004, với sự phát triển nền nông nghiệp chăn nuôi, chăn nuôi trở thành hàng hoá phát triển Nhiều trang trại chăn nuôi hình thành dẫn đến nhu cầu TACN lớn tăng đột biến, đây là một lĩnh vực kinh doanh thu lợi nhuận cao do đó nhiều đơn vị trong và ngoài nước

đã đầu tư vào sản xuất TACN điển hình các công ty liên doanh như:

trong nước đã mạnh dạn đầu tư các dây chuyền hiện đại với thiết bị của nước ngoài như: Hà Lan, Đức, Thái Lan, Đài Loan để sản xuất và đã xây dựng được thương hiệu có uy tín lớn như: ViNa (Đồng Nai), DABACO (Bắc Ninh), AFMEX (An Giang), Thành Công (Bình Dương), VIC (Hải Phòng), Hà Việt (Hà Nội)… [9] Hiện nay, một số cơ sở nghiên cứu, thiết kế (Viện Cơ Điện và Công nghệ sau thu hoạch, Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp - Bộ công nghiệp, một vài trung tâm kỹ thuật của địa phương…) đã có một số đóng góp nhất định trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đưa vào ứng dụng một số

hệ thống thiết bị sản xuất thức ăn cho chăn nuôi Tuy vậy mới dừng ở các dây chuyền có công suất nhỏ (1 ữ 7 T/h), công nghệ và hệ thống thiết bị đồng bộ

để sản xuất thức ăn cho chăn nuôi với công suất lớn (>10 T/h) chưa được quan tâm một cách thoả đáng, do vậy những hệ thống thiết bị đã có vẫn chỉ là những sản phẩm do các dự án của công nghệ và thiết bị “nhập ngoại” dẫn tới nhiều bất cập trong phổ biến rộng, đặc biệt là vấn đề sử dụng và khai thác hiệu quả mặc dù thiết bị rất hiện đại và tiên tiến

1.3 Tổng quan về các hệ thống dây chuyền chế biến thức ăn gia súc

Những năm gần đây, cùng với xu thế phát triển chung của ngành chăn nuôi, nhiều cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi đã mạnh dạn đầu tư xây dựng và nhập ngoại một số dây chuyền thiết bị (đồng bộ hoặc chưa đồng bộ) với công suất sản phẩm từ 10 ữ 20 tấn/giờ

Dây chuyền có công suất nhỏ (<10 T/h) thường là do trong nước chế tạo

và cung cấp hoặc nhập của Trung Quốc dưới dạng máy lẻ hoặc đồng bộ Phương pháp cấp liệu của các dây chuyền này hiện nay thường là bằng tay (hoặc có hỗ trợ của vít tải, gầu tải) và sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong tỉnh và trong cả nước

Những dây chuyền có công suất lớn (>10 T/h) hầu hết thiết bị là nhập ngoại của Trung Quốc, Đài Loan, Hà Lan, Mĩ, Thái Lan, Đức… Phương pháp cấp liệu bằng tay (hoặc có hỗ trợ của vít tải, gầu tải) sẽ không đáp ứng kịp

năng suất của dây chuyền mà hiện nay đã có những trang thiết bị, dây chuyền

hỗ trợ cho việc cấp liệu Do điều kiện khí hậu ở nước ta có độ ẩm rất cao mà nguyên liệu chuẩn bị và dự trữ cho dây chuyền rất nhiều mới đáp ứng đủ cho dây chuyền cho nên nguyên liệu và sản phẩm rất dễ bị mốc [14] Để khắc phục điều này, nhiều cơ sở đã cho xây dựng nhiều các silô chứa nguyên liệu

và nhà kho chứa thành phẩm để sấy và bảo quản nguyên liệu Mặt khác, với dây chuyền công suất lớn thì tính liên tục và sự đồng bộ của các trang thiết bị như : thùng chứa, thiết bị trung chuyển … cũng phải có năng suất lớn để phù hợp với dây chuyền đồng thời các kỹ thuật phục vụ cho công tác sản xuất như : điện,

tủ bù, khí nén, nồi hơi cũng phải thay đổi một cách phù hợp

Hiện nay, có rất nhiều cơ sở sản suất thức ăn chăn nuôi ở khắp các tỉnh, thành trong cả nước Mỗi dây chuyền sản xuất TAGS của mỗi nước, mỗi hãng

đều có tính ưu việt riêng, song chúng đều có các đặc điểm chung về sơ đồ công nghệ dưới 2 dạng sau:

Cấp hơi, nhiệt độ

Sàng phân lyNguyên liệu hạt, bột

Đóng bao

Nguyên liệu bột, hạtSàng rácCác thùng chứaCân tự độngSàng phân ly

Thùng chứa bột

Thùng chứa hạt

Máy nghiền

Máy trộn Thức ăn bổ sung Cân tự động

Thùng chứa b

1.4 Tổng quan về máy nghiền trong dây chuyền chế biến TAGS

1.4.1 Vai trò của máy nghiền trong dây chuyền chế biến TAGS

Trong công nghệ chế biến thức ăn gia súc, việc làm nhỏ các hạt ngũ cốc (độ nhỏ hạt thông thường từ 30 ữ 500àm) [7] chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ khối lượng công việc (trong thành phần thức ăn chăn nuôi, nguyên liệu qua nghiền chiếm khoảng 80% khối lượng) Trong những năm trước đây, do quy mô sản xuất nhỏ, năng suất máy nghiền không cao, các máy được sử dụng trong nước nói chung tạm thời đáp ứng đủ quy mô sản xuất (2 ữ 7 tấn) Hiện nay, sản xuất thức ăn chăn nuôi đã trở thành một ngành sản xuất hàng hoá với sản lượng cao và quy mô sản xuất tập trung lớn Một số nhà máy sản xuất thức

ăn chăn nuôi đã và đang được lắp đặt tại nhiều tỉnh, thành trong cả nước có công suất lớn (10 ữ 30 T/h) Các máy nghiền trong nước sản xuất hiện có không đáp ứng được quy mô sản xuất này Do việc khảo sát, thiết kế, chế tạo loại máy nghiền năng suất cao chưa được thực hiện, nên máy nghiền và các máy công nghệ khác kèm theo hầu hết phải nhập khẩu Mặt khác, sự tiêu hao năng lượng cho việc nghiền nhỏ nguyên liệu ước chiếm từ 30 ữ 50% [7] tổng tiêu hao năng lượng trên một đơn vị sản phẩm Nên việc hạ thấp chi phí năng lượng trong khâu nghiền nhỏ là một mục tiêu quan trọng để hạ giá thành sản phẩm.Vì vậy, việc khảo sát, nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy nghiền có năng suất cao và chi phí năng lượng thấp là một vấn đề cấp bách, có ý nghĩa lớn trong thực tiễn sản xuất

1.4.2 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn (mẫu máy) để nghiên cứu lựa chọn máy nghiền năng suất cao

1 Cơ sở kinh tế kỹ thuật lựa chọn máy nghiền

- Độ đồng đều về kích thước của hạt nghiền cao và có thể thay đổi

được theo yêu cầu của người chăn nuôi

- Năng suất cao và mức tiêu thụ năng lượng riêng thấp Không làm bột quá nóng, nhiệt độ sản phẩm sau khi nghiền không nóng quá 400C

- Nghiền được nhiều loại nguyên liệu

- Dễ sử dụng, hoạt động ổn định

2 Sơ lược về nguyên lý làm việc của các kiểu máy nghiền nông sản thông dụng [15]

Nghiền là quá trình phá vỡ các lực liên kết giữa các phần tử của vật liệu

a Nguyên lý chà xát (Hình1.7) :

Cấu tạo điển hình thường gồm 2

đĩa, vật liệu đem nghiên đi qua khe giữa

2 đĩa (có khía rãnh) và được làm nhỏ

Máy nghiền loại này nghiền được

nhiều loại hạt, nhưng làm nóng bột, tạo

nhiều bụi bột, kích thước hạt sản phẩm không đều, chi phí năng lượng riêng lớn

b Nguyên lý cắt nghiến (Hình 1.8) :

Cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục

có khía rãnh quay ngược chiều nhau (kẹp

hạt, nghiến vỡ, cũng có ít nhiều tác động

chà xát) Nguyên lý này thường tạo ra các

sản phẩm thô, khó nghiền các hạt có độ

ẩm cao hoặc nhiều dầu (do bị dính vào

trục) Tuy nhiên, loại này ít tốn năng

lượng, ít sinh bụi bột

c Nguyên lý ép dập (hình 1.9) :

Cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục cuốn

(lô) nhẵn, quay ngược chiều nhau cuốn liệu

vào (do ma sát giữa nguyên liệu và lô) và ép

Hình 1.7 Máy nghiền kiểu chà xát.

Hình1.8 Máynghiền kiểu cắt nghiến.

dập vỡ hạt Nguyên tắc này nghiền không nhỏ, chỉ làm hạt vỡ thành tấm, mảnh

d Nguyên lý va đập (hình 1.10) :

Cấu tạo điển hình : Các loại nghiền búa

dạng thanh hoặc răng Dùng động năng của búa

(hoặc răng) đập vỡ nguyên liệu là chủ yếu, rất

hợp với các lực ma sát (giữa vật liệu và sàng,

vật liệu với vật liệu)

Ưu điểm rõ nét nhất của nguyên lý này là:

- Hiệu suất làm nhỏ cao do sử dụng 2 pha làm nhỏ đồng thời : va đập và chà xát

- Kiểm soát và thay đổi được cấp kích thước trung bình của sản phẩm thông qua thay đổi kích thước lỗ sàng

- Kết cấu đơn giản, các bộ phận chi tiết mau mòn (búa, sàng) dễ thay thế,

- Hình dáng (dạng) buồng nghiền thích hợp nhằm phá vỡ quỹ đạo chuyển

động tròn của lớp vật liệu trong buồng nghiền (sẽ phân tích cơ sở lý thuyết này ở phần sau)

- Chế độ khí động (lưu lượng, áp suất) ngoài buồng nghiền (vùng giới hạn bởi sàng và vỏ máy)

Từ những phân tích về nguyên lý làm nhỏ (chủ yếu cho nông sản dạng hạt) đã nêu, xét cả tới các yêu cầu của ngành chăn nuôi gia súc và gia cầm

Hình 1.10 Máy nghiền kiểu búa

Máy nghiền kiểu búa

Có sàng, không sàng, sàng ngoài

Trục nghiêngTrục ngang

Cấp liệu cưỡng bứcCấp liệu tự chảy

Trục đứng

Nguyên lý nghiền hạt nông sản bằng va đập và chà xát kết hợp đồng thời của các máy nghiền búa có nhiều ưu điểm hơn cả

Máy nghiền búa thường được phân loại theo sơ đồ dưới đây (Hình 1.11):

Hình 1.11 Sơ đồ phân loại máy nghiền kiểu búa

3 Kết quả khảo sát một số mẫu máy nghiền búa [7]

a/ Máy nghiền kiểu đứng (Kiểu DEZM, do Thụy Sĩ sản xuất)

DEZM là loại máy nghiền búa trục đứng kiểu mới của hãng B⎫kler Có 2 mẫu:

1 trục và 2 trục (hình 1.12)

Cấu tạo chung: Sàng tròn, cấp liệu từ trên xuống, hướng trục, điều khiển cấp liệu bằng vít So với máy nghiền thế hệ trước, DEZM tiết kiệm khoảng 25 ữ 40% năng lượng

Hình 1.12 Máy nghiền búa kiểu trục đứng

a) DEZM 1 b) DEZM 2

b/ Máy nghiền giọt nước (trục ngang)

Do hãng Roskamp champion, CPM sản xuất Loại máy nghiền này có biên dạng buồng nghiền hình elíp (ký hiệu HM) có tác dụng phá vỡ sự tạo thành vành vật liệu tăng khả năng đập của máy nghiền Đây là một yếu tố quan trọng nhằm làm giảm tiêu hao năng lượng nghiền Diện tích mặt sàng lớn (theo biên dạng elíp) Kết cấu máy đơn giản, cửa mở hai bên sườn máy, dễ dàng thay thế sàng khi cần thiết (hình 1.13)

Ngoài loại máy HM của Roskamp champion, CPM sản xuất Trung Quốc

có sản xuất loại máy nghiền tương tự ký hiệu SDHM Các thông số kỹ thuật xem bảng 1.1

B¶ng 1.1 Mét sè th«ng sè kü thuËt chÝnh cña c¸c m¸y nghiÒn giät n−íc

c/ Máy nghiền EM12 Heit Ling (Đức) (hình 1.14)

Đặc điểm :

- Sàng tròn nh−ng đã đ−ợc cải tiến (chia thành 6 tấm), góc bao sàng 3240

- Rô to đ−ợc cải tiến dễ dàng thay búa, thao tác thuận tiện

- Điều chỉnh tốc độ động cơ vô cấp nhằm tạo khả năng nghiền tốt nhất cho từng loại vật liệu

Hình 1.14. Máy nghiền kiểu EM12

Thông số kỹ thuật xem bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số thông số kỹ thuật của máy nghiền EM12

Đường kính rô

to (mm)

Chiều rộng buồng nghiền (mm)

Diện tích sàng (dm2)

Số búa (cái)

400 110 10 1200 380 95 80

500 132 12 1200 485 125 100

600 460 15 1200 590 155 120

700 200 18 1200 700 180 140

d/ Máy nghiền giọt nước sàng rung kiểu XGFS. (Hình 1.15)

Là sản phẩm mới xuất hiện gần đây đã được đăng ký sáng chế (của

Mĩ là US PATENT N06.330.980, Trung Quốc là ZL 97234455) Kiểu máy này

kết hợp biên dạng elíp của buồng nghiền và buồng nghiền rung cưỡng bức nên

có ưu điểm của máy nghiền “giọt nước” đồng thời tăng khả năng thoát qua

sàng, tăng khả năng đập do sự thay đổi khe hở sàng - đầu búa do rung cưỡng bức

Máy nghiền giọt nước kiểu XGFS do có kết cấu tổ hợp độc đáo nên hiệu

suất nghiền cao, độ hạt nghiền đồng đều

Thông số kỹ thuật của một số máy nghiền ký hiệu XGFS xem bảng 1.3

Bảng 1.3 Một số thông số kỹ thuật của một số máy nghiền ký hiệu XGFS

Ký hiệu Công suất

động cơ (kw)

Đường kính rô to (mm) Số búa (cái)

Tốc độ rô to (v/p)

Hình 1.15. Máy nghiền giọt nước sàng rung kiểu XGFS

Một số số liệu so sánh các loại máy nghiền

So sánh phân loại kích thước hạt của các máy nghiền đã khảo sát (bảng 1.4)

Khối lượng mẫu: 1000g [7]

Bảng 1.4 So sánh phân loại kích thước hạt

Đường kính lỗ sàng (mm) Loại máy

>φ2 >φ1.5 >φ1 >φ0,224 <φ0,224 SDHM10 9,8g 190g 485g 183,2g 132g XGFS600 18g 260g 567g 100g 55g

Ghi chú: Công suất động cơ 75Kw năng suất 14,5T/h

Nguyên liệu: ngô hạt, độ ẩm 14%

Đường kính lỗ sàng: φ3mm

So sánh bảng nhiệt độ sản phẩm ra khỏi buồng nghiền (bảng 1.5)

3 Nhiệt độ môi trường 250C

So sánh bảng năng suất trung bình (T/h) của các kiểu máy nghiền đang

được sử dụng Xem bảng 1.6

Bảng 1.6 Năng suất nghiền của một số máy nghiền

Đường kính lỗ sàng (mm) Loại máy

1.5 Nhiệm vụ của đề tài

- Hiện nay, ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi đã trở thành một ngành sản

xuất hàng hoá với sản lượng cao và qui mô sản xuất tập trung lớn Các nhà

máy sản xuất thức ăn chăn nuôi phải có năng suất cao mới đáp ứng được nhu

cầu của thị trường

Trong một nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi tiêu hao năng lượng cho

việc nghiền nhỏ nguyên liệu chiếm từ 30 ữ 50% tổng tiêu hao năng lượng trên

một đơn vị sản phẩm nên việc nghiên cứu máy nghiền có năng suất cao tiêu

hao năng lượng thấp là một vấn đề cần thiết

- Qua khảo sát nghiên cứu, đánh giá trên cơ sở kinh tế, kỹ thuật các loại

máy nghiền ở phần trên và qua tham khảo một số mẫu máy đã được sử dụng

trong nước, đặc biệt là dựa vào kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Bộ năm 2004

do Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy nông nghiệp thực hiện là: " Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền ngũ cốc làm thức ăn chăn nuôi năng suất cao

đến 5 tấn/h với chi phí năng lượng thấp" Đề tài đi đến lựa chọn nghiên cứu loại máy nghiền XGFS là loại máy nghiền kiểu búa có biên dạng buồng nghiền hình giọt nước và sàng nghiền rung có năng suất cao từ 5 ữ 7 tấn/h với chi phí năng lượng riêng thấp, phù hợp với tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay ở trong nước, mà điểm đặc trưng khác các loại máy nghiền kiểu búa trước đây đã chế tạo trong nước bởi chế độ làm việc của sàng nghiền rung

và biên dạng buồng nghiền hình giọt nước

1.6 Đối tượng nghiên cứu của Đề tài

Mẫu máy nghiền kiểu búa có biên dạng buồng nghiền hình giọt nước và sàng nghiền rung là loại máy nghiền có năng suất cao, chi phí năng lượng riêng trên một đơn vị sản phẩm nghiền thấp Đều là máy nghiền búa nên năng suất và chất lượng sản phẩm nghiền cũng chịu ảnh hưởng của vận tốc đầu búa, khe hở đầu búa với sàng nghiền, áp lực hút của quạt thoát sàng [10] Nhưng nó còn chịu thêm ảnh hưởng của một số thông số mới như biên dạng buồng nghiền, chế độ rung của sàng nghiền, hướng cấp liệu Do điều kiện về thời gian và kinh phí nên đề tài chỉ nghiên cứu một số thông số đặc trưng khác của loại máy nghiền kiểu búa hình dáng giọt nước sàng rung so với máy nghiền búa trước đây

Đề tài đi sâu vào nghiên cứu chế độ làm việc của sàng rung ảnh hưởng đến quá trình thoát sản phẩm nghiền đó là năng suất và chỉ tiêu chất lượng hạt bột

nghiền thông qua ảnh hưởng của hai thông số chính gây nên là: biên độ rung

của sàng nghiền và tần số rung động của sàng nghiền (hay tần số quay của

động cơ rung gắn trên sàng nghiền tính bằng vòng/phút) Để lựa chọn được chế độ tối ưu của sàng nghiền rung

Chương II Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.1 Nội dung nghiên cứu

- Chọn mẫu máy nghiền hình dáng kiểu giọt nước, sàng rung năng suất từ

5 ữ 7 tấn/h để phục vụ nghiên cứu

- Lựa chọn nghiên cứu hai thông số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nghiền là biên độ và tần số rung của sàng nghiền

- Thiết kế lựa chọn bộ phận rung của sàng nghiền, đặc trưng là biên độ và tần số

- Tính toán, lựa chọn thiết bị thí nghiệm để phục vụ cho việc nghiên cứu

đo đạc thực nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm, lấy số liệu thực nghiệm đơn yếu tố, đa yếu tố

- Xử lý số liệu và giải bài toán qui hoạch thực nghiệm, tìm thông số tối ưu của biên độ và tần số rung của buồng nghiền đến quá trình thoát sản phẩm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Khảo sát các mẫu máy Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng nghiền

- Sử dụng lý thuyết tính toán máy nghiền kiểu búa

- Sử dụng lý thuyết tính toán lò xo, tính toán động cơ rung để thiết kế lựa chọn lò xo và động cơ rung cho sàng nghiền, phục vụ cho việc khảo sát nghiên cứu thông số thay đổi của biên độ và tần số rung sàng nghiền

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Đề tài xác định được ảnh hưởng của các thông số đến quá trình thoát sản phẩm của buồng nghiền, qua

đó rút ra các giá trị tối ưu để làm cơ sở thiết kế, tính chọn kết cấu và chế độ làm việc của buồng nghiền

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm nghiền của máy nghiền búa kiểu dạng giọt nước sàng rung như: biên dạng buồng nghiền, áp lực hút thoát sàng, vị trí cửa cấp liệu, biên độ rung và tần số rung của sàng nghiền Vì giới hạn của thời gian và điều kiện nghiên cứu Đề tài không thể lấy tất cả các thông số trên Để thực nghiệm ta chỉ chọn hai thông

số đặc trưng của máy nghiền búa kiểu dáng giọt nước sàng rung là biên độ và tần số rung của sàng nghiền, để nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến quá trình

thoát sản phẩm nghiền với:

Thông số vào:

- Biên rung của sàng nghiền, A(mm)

- Tần số rung của buồng nghiền (theo tốc độ quay của dộng cơ rung), n(vòng/phút)

Thông số ra (các chỉ tiêu):

- Năng suất máy nghiền YN (kg/h)

- Chỉ tiêu độ hạt nghiền đạt yêu cầu,YM (%)

a/ Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố

Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của từng yếu tố vào, tới các thông số ra Qua đó tìm được mức biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của từng yếu tố Nó chính là cơ sở cho phương pháp nghiên cứu đa yếu tố [3]

Nguyên tắc của phương pháp này là cố định các yếu tố khác chỉ thay đổi một yếu tố xác định, theo dõi ảnh hưởng của yếu tố đó với thông số ra

b/ Phương pháp nghiên cứu đa yếu tố

Phương pháp này gọi là phương pháp qui hoạch thực nghiệm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố tới thông số mục tiêu

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố vào tới từng thông số ra Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố giảm được số lần thí nghiệm, xác định được đầy đủ ảnh hưởng của các

yếu tố tới thông số cần nghiên cứu, từ đó xác định điều kiện tối ưu của từng

các thông số

Mã hoá các thông số đầu vào:

x1: Biên độ dao động của buồng nghiền, A (mm)

x2 : Số vòng quay của động cơ rung, n (vòng/phút)

Mã hoá các thông số đầu ra:

Y1 : Năng suất của máy nghiền, N (kg/h)

Y2 : Chỉ tiêu độ hạt nghiền đạt yêu cầu, (%)

Các yếu tố đầu vào và ra của máy được mô tả theo sơ đồ sau:

i

XX

xi : Giá trị mã hoá của yếu tố thứ i, (i = 1 m), m là số yếu tố, ở đây m = 2

εi : Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i

Các giá trị Xit , Xoi , Xid có giá trị mã hoá là : 1, 0, -1

- Chọn phương án qui hoạch thực nghiệm

Tuỳ theo đặc điểm của quá trình nghiên cứu mà mô hình toán có thể biểu diễn bởi đa thức bậc 1, bậc 2, bậc 3

Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố cho ta thấy mối quan hệ

Đối tượng nghiên cứubuồng nghiền rung

phương án thực nghiệm bậc 2 theo phương án bất biến quay, ma trận thí nghiệm được lập theo phương án này gồm có số thí nghiệm là:

N = 2m + N∝ + N0Trong đó:

+

2 1

1 0

i j

j i ij m

i

i

bb

Ya

b

2 5

u u iu N

u u N

u u iu

b

2 1

6 5

1 2

4 (2.7)

Các hệ số aj (j = 1 ữ 6) đ−ợc xác định theo công thức:

2 2

1

22

2

2

)(

m)m(N

m

+

−+

1

) p m ( p

)aa.a.N(m

a5 = 1 1 2 − 2 (2.12)

)aa.a.N(m

m)m(N

m

2 2

1

22

2

2+

−+

2

222

1+

2

1a

a =

);

aa.a.N(m

TiÕn hµnh kiÓm tra møc ý nghÜa cña c¸c hÖ sè håi qui theo tiªu chuÈn Student Tr−íc hÕt ta tÝnh ph−¬ng sai vµ c¸c sai sè S2b0; S2bi, S2bii, S2bij cña c¸c

hÖ sè håi qui theo ph−¬ng sai vµ c¸c sai sè thÝ nghiÖm S2y

Ph−¬ng sai vµ c¸c sai sè thÝ nghiÖm cã thÓ tÝnh theo c¸c gi¸ trÞ cña th«ng

sè ra Yu ë c¸c møc c¬ së cña c¸c yÕu tè [12]

1

0 1

2 0 2

(S

N

u u

0

N

YY

N

u u

6

aS

3

aS

Ta tÝnh c¸c tØ sè theo c«ng thøc:

0 0

b b

S

b

Đối chiếu với tiêu chuẩn Student tra bảng tìm tbα,f với định mức ý nghĩa

α = 0,05, bậc tự do với f = N0 - 1 Các hệ số hồi qui có ý nghĩa khi các hệ số

tb0; tbi; tbii; tbij lớn hơn tb ngược lại thì vô nghĩa ta loại bỏ hệ số đó

- Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán :

Để thực hiện được công việc kiểm tra theo [3] trước hết ta phải tính phương sai thích ứng theo công thức sau:

)N

('mN

SS

)N

('mN

)YY

()

YY

tt tu

(S

N

u

u tt

Trong đó:

ytt - Là giá trị tính toán từ phương trình hồi quy

yu - Là giá trị trung bình của các thông số ra ở các mức

y - Là giá trị trung bình của thông số ra của các thí nghiệm ở mức cơ sở

m’ - Là hệ số hồi quy có nghĩa

LËp tØ sè 2

Y

2 tuS

=

++

+

1 i

m

1 i j

m

1 i

2 i ii j

i Þ m

1 i

i

cc

−

1 i

m

1 i

m

1

ii 0j

0i j i

ij 0i

i

i 0

0

ε

b X

X ε ε

b X

0j j i

j i 0i

2 i

ii i

i

c

ε ε ε

j i

ijεε

b c

c/ Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát

Sau khi xác định được mô hình toán, các hàm thành phần Yj ( j = 1 ữ p; p là

số hàm thành phần) Ta tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp của E.Harrington gồm các bước sau [12]:

- Đồng nhất hoá các hàm Yj , do các hàm thành phần có các thứ nguyên khác nhau hàm Y1 có thứ nguyên là Kg/h và Y2 có thứ nguyên là % Vì thế phải đồng nhất các hàm Yj chuyển chúng sang dạng đặc trưng gọi là “hàm mong muốn” thành phần dj = f(Yj), dj là đại lượng thông số đo và biến đổi trong khoảng từ 0 ữ 1, dj = 1 khi Yj có giá trị tốt nhất Các “hàm mong muốn” thành phần dj được thành lập theo công thức sau [12]:

dj = exp[-exp(-Yj’)] (2.31)

YY

YYY

jmin(max) j0

jmin(max) j

'

ư

Yj min(max) - Giá trị thực nghiệm của hàm Yj khi dj = 0,37

Yj0 - Giá trị tốt nhất của hàm mong muốnYj

m - Hệ số ưu tiên, m = 3 ữ 5

Trong trường hợp nghiên cứu của đề tài các hàm Yj là đại lượng bị chặn một phía Yj < Yj max đồ thị hàm mong muốn thành phần dj = f(Yj), khi Yj bị chặn một phía

- Lập hàm mong muốn tổng quát

Sau khi đã có hàm thành phần dj tương ứng với Yj ta lập hàm mong muốn tổng quát D dưới dạng tính theo công thức sau:

p

j p

định được giá trị “hàm mong muốn” thành phần dj và giá trị “hàm mong muốn” tổng quát D cho từng thí nghiệm của ma trận Lúc này hàm D được coi như một hàm hồi quy nào đó, việc xác định mô hình toán, kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy, kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán hàm D

được xác định tương tự như khi xác định cho các hàm thành phần Yj

Ta nhận thấy các hàm Yj có thể có cực trị ngược nhau trong khoảng nghiên cứu của các yếu tố xi Sau khi đồng nhất hoá các hàm dj theo công thức (2.28) thì tất cả các hàm dj đều là những hàm có giá trị cực đại và bị chặn một phía bởi vì dj < 1 Từ đó ta rút ra hàm D tính theo công thức (2.33) cũng là hàm có giá trị cực đại và bị chặn một bên bởi 1

Sau khi xác định được mô hình toán của hàm D, ta cũng tiến hành giải tối ưu tương tự như tìm cực trị đối với các hàm thành phầnYj Kết quả giải tối

ưu tổng quát đã xác định được giá trị tối ưu chung cả các yếu tố vào cho tất cả các thông số ra Thay giá trị tối ưu này vào các hàm thành phần Yj , ta xác

định được giá trị tối ưu tổng quát của các thông số ra

d/ Phương pháp gia công số liệu

*) Phương pháp xử lý số liệu đo đạc

Trong nghiên cứu thực nghiệm đo đạc của máy nghiền, các kết quả đo đạc

đều là các kết quả ngẫu nhiên, trong kỹ thuật nông nghiệp xác suất tin cậy thường dùng trong khoảng 0,7 ữ 0,9; xác suất của dụng cụ đo trong khoảng 0,95 ữ 0,99 Vì vậy, để đảm bảo độ tin cậy thì các thí nghiệm phải được lặp lại nhiều lần để đảm bảo xác suất tin cậy của dụng cụ Nếu trong quá trình khảo

nghiệm khi thấy các số liệu có sai lệch bất thường, chúng tôi phải tiến hành đo lại đề đảm bảo độ tin cậy cao [12]

Trong quá trình xử lý số liệu đo đạc, chúng tôi áp dụng các qui tắc của xác suất thống kê toán học sau khi đã lặp lại n lần chúng tôi nhận được các giá trị

Xi = (1 ữ n) Giá trị trung bình của mỗi lần đo được tính theo công thức sau [12]:

∑

=

i i

Xn

(

n

i

i i

Giá trị độ tin cậy được tính theo tiêu chuẩn Student với α = 0,05, bậc tự do

f = n - 1 Khi đó độ tin cậy sẽ là:

tb

.tx