Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY BÓC VỎ1.1 Tình hình sản xuất, chế biến lúa gạo tại Việt Nam1.2 Tổng quan về quy trình công nghệ chế biến lúa gạo1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy bóc vỏ trên thế giới1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy bóc vỏ ở Việt Nam1.5 Những vấn đề cần cải tiến1.6 Mục tiêu của luận văn1.7 Những nội dung cần thực hiện1.8 Phạm vi nghiên cứu của luận vănCHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY BÓC VỎ2.1 Bản chất của quá trình bóc vỏ2.2 Phân tích nguyên lý của các loại máy bóc vỏ2.2.1 Máy bóc vỏ hai dĩa đá2.2.2 Máy bóc vỏ cặp trục cao su ngang2.2.3 Máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêng2.3 Thiết kế sơ đồ động cho máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêngCHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHỮNG YẾU TỐ MỤC TIÊU CỦA QUÁ TRÌNH BÓC VỎ3.1Những yếu tố mục tiêu của quá trình bóc vỏ3.2Các thông số ảnh hưởng đến các yếu tố mục tiêu3.2.1 Các thông số của nguyên liệu3.2.1.1 Các thông số vật lý của thóc3.2.1.2 Phân loại thóc theo kích thước3.2.1.3 Độ ẩm của thóc3.2.2 Các thông số kỹ thuật và vận hành của máy bóc vỏ3.2.2.1 Hệ thống cấp liệu đầu vào3.2.2.2 Kích thước hai trục cao su3.2.2.3 Vận tốc dài và chênh lệch vận tốc dài của hai trục cao su3.2.2.4 Khe hở giữa hai trục cao su3.2.2.5 Phương pháp điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su3.2.2.6 Vị trí của máng nghiêng cấp liệu3.2.2.7 Độ cứng của trục cao suCHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN KHẮC PHỤC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN4.1Phân tích những vấn đề cần khắc phục4.1.1 Vấn đề 1: Năng suất máy không ổn định4.1.2 Vấn đề 2: Tỷ lệ bóc vỏ không ổn định4.1.3 Vấn đề 3: Tỷ lệ gãy vỡ không ổn định4.2 Đề xuất các giải pháp cải tiến 4.2.1 Hệ thống cấp liệu tự động 4.2.2 Giải pháp đo độ mòn trục cao su 4.2.3 Giải pháp điều chỉnh vận tốc trục cao su4.2.4 Giải pháp điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệuCHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY BÓC VỎ5.1 Sơ đồ kết cấu của máy5.2 Sơ đồ tải trọng5.3 Tính toán lực và năng suất bóc vỏ5.3.1 Điều kiện để hạt đi qua khe hở giữa hai trục cao su5.3.2 Chiều dài làm việc của đoạn nén hạt5.3.3 Lực nén và lực dịch trượt5.3.4 Năng suất máy bóc vỏ5.4 Chọn động cơ5.5 Tính toán, thiết kế cụm trục cao su cố định5.5.1 Tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục nhanh5.5.2 Tính toán thiết kế trục cao su quay nhanh5.5.3 Tính toán chọn ổ lăn5.5.4 Tính toán chọn then5.5.5 Chọn dung sai lắp ghép5.6 Tính toán, thiết kế cụm trục cao su di động5.7 Tính toán, thiết kế cụm cấp liệu5.7.1 Thiết kế hệ thống cân tự động5.7.2 Thiết kế máng nghiêng rãi liệu5.7.3 Tính toán thiết kế máng rung cấp liệu5.8 Thiết kế cụm căng đai5.9 Thiết kế cụm điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su5.10 Thiết kế thân máy chính5.11 Thiết kế hệ thống truyền động khí nén5.11.1 Đặc điểm của hệ thống khí nén5.11.2 Sơ đồ hệ thống khí nén5.11.3 Tính toán và lựa chọn xylanh khí nénCHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY BÓC VỎ6.1 Các yêu cầu điều khiển của máy bóc vỏ6.2 Cấu hình phần cứng điều khiển máy bóc vỏ6.3 Lựa chọn các thiết bị cho hệ thống điều khiển máy bóc vỏ6.4Các giải thuật điều khiển máy bóc vỏKẾT LUẬNTÀI LIỆU THAM KHẢO
MỤC LỤC Trang bìa.........................................................................................................................i Lời cảm ơn......................................................................................................................ii Mục lục...........................................................................................................................iii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY BÓC VỎ.................................................................................... 1.1 Tình hình sản xuất, chế biến lúa gạo tại Việt Nam.......................................... 1.2 Tổng quan về quy trình công nghệ chế biến lúa gạo....................................... 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy bóc vỏ trên thế giới.......................... 1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy bóc vỏ ở Việt Nam.......................... 1.5 Những vấn đề cần cải tiến................................................................................ 1.6 Mục tiêu của luận văn....................................................................................... 1.7 Những nội dung cần thực hiện......................................................................... 1.8 Phạm vi nghiên cứu của luận văn..................................................................... CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY BÓC VỎ.................................................................................... 2.1 Bản chất của quá trình bóc vỏ.......................................................................... 2.2 Phân tích nguyên lý của các loại máy bóc vỏ.................................................. 2.2.1 Máy bóc vỏ hai dĩa đá............................................................................ 2.2.2 Máy bóc vỏ cặp trục cao su ngang......................................................... 2.2.3 Máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêng...................................................... 2.3 Thiết kế sơ đồ động cho máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêng........................ CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHỮNG YẾU TỐ MỤC TIÊU CỦA QUÁ TRÌNH BÓC VỎ............................................... 3.1 Những yếu tố mục tiêu của quá trình bóc vỏ.................................................... 3.2 Các thông số ảnh hưởng đến các yếu tố mục tiêu 3.2.1 Các thông số của nguyên liệu.................................................................. 3.2.1.1 Các thông số vật lý của thóc........................................................ 3.2.1.2 Phân loại thóc theo kích thước.................................................... 3.2.1.3 Độ ẩm của thóc............................................................................ 3.2.2 Các thông số kỹ thuật và vận hành của máy bóc vỏ ........................................................................................................................... 3.2.2.1 Hệ thống cấp liệu đầu vào........................................................... 3.2.2.2 Kích thước hai trục cao su........................................................... 3.2.2.3 Vận tốc dài và chênh lệch vận tốc dài của hai trục cao su......... 3.2.2.4 Khe hở giữa hai trục cao su......................................................... 3.2.2.5 Phương pháp điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su................. 3.2.2.6 Vị trí của máng nghiêng cấp liệu................................................ 3.2.2.7 Độ cứng của trục cao su.............................................................. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN KHẮC PHỤC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN.................................................................................... 4.1 Phân tích những vấn đề cần khắc phục............................................................. 4.1.1 Vấn đề 1: Năng suất máy không ổn định............................................... 4.1.2 Vấn đề 2: Tỷ lệ bóc vỏ không ổn định................................................... 4.1.3 Vấn đề 3: Tỷ lệ gãy vỡ không ổn định................................................... 4.2 Đề xuất các giải pháp cải tiến 4.2.1 Hệ thống cấp liệu tự động....................................................................... 4.2.2 Giải pháp đo độ mòn trục cao su............................................................ 4.2.3 Giải pháp điều chỉnh vận tốc trục cao su............................................... 4.2.4 Giải pháp điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệu.................................. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY BÓC VỎ......................... 5.1 Sơ đồ kết cấu của máy........................................................................................ 5.2 Sơ đồ tải trọng.................................................................................................... 5.3 Tính toán lực và năng suất bóc vỏ..................................................................... 5.3.1 Điều kiện để hạt đi qua khe hở giữa hai trục cao su.............................. 5.3.2 Chiều dài làm việc của đoạn nén hạt...................................................... 5.3.3 Lực nén và lực dịch trượt........................................................................ 5.3.4 Năng suất máy bóc vỏ............................................................................. 5.4 Chọn động cơ...................................................................................................... 5.5 Tính toán, thiết kế cụm trục cao su cố định....................................................... 5.5.1 Tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục nhanh............................... 5.5.2 Tính toán thiết kế trục cao su quay nhanh.............................................. 5.5.3 Tính toán chọn ổ lăn............................................................................... 5.5.4 Tính toán chọn then................................................................................ 5.5.5 Chọn dung sai lắp ghép........................................................................... 5.6 Tính toán, thiết kế cụm trục cao su di động....................................................... 5.7 Tính toán, thiết kế cụm cấp liệu......................................................................... 5.7.1 Thiết kế hệ thống cân tự động................................................................ 5.7.2 Thiết kế máng nghiêng rãi liệu............................................................... 5.7.3 Tính toán thiết kế máng rung cấp liệu.................................................... 5.8 Thiết kế cụm căng đai....................................................................................... 5.9 Thiết kế cụm điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su....................................... 5.10 Thiết kế thân máy chính.................................................................................... 5.11 Thiết kế hệ thống truyền động khí nén............................................................. 5.11.1 Đặc điểm của hệ thống khí nén............................................................. 5.11.2 Sơ đồ hệ thống khí nén......................................................................... 5.11.3 Tính toán và lựa chọn xylanh khí nén.................................................. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY BÓC VỎ................. 6.1 Các yêu cầu điều khiển của máy bóc vỏ........................................................... 6.2 Cấu hình phần cứng điều khiển máy bóc vỏ.................................................... 6.3 Lựa chọn các thiết bị cho hệ thống điều khiển máy bóc vỏ............................. 6.4 Các giải thuật điều khiển máy bóc vỏ............................................................... KẾT LUẬN................................................................................................................. TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY BÓC VỎ 1.1 Tình hình sản xuất, chế biến lúa gạo tại Việt Nam Lúa là cây lương thực quan trọng, năng suất cao và dễ trồng. Các nước Đông Nam Á có diện tích trồng lúa lớn nhất thế giới do khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều thích hợp cho canh tác cây lúa trong đó có Việt Nam. Việt Nam là nước có diện tích canh tác cây lúa đứng thứ 6 trên thế giới tập trung nhiều ở đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông Hồng và duyên hải miền trung. Năng suất lúa ở nước ta tăng liên tục trong nhiều năm qua (Bảng 1.1). Bảng 1.1 Năng suất lúa từ năm 1991 đến 2005 Năm Lúa cả năm Lúa đông xuân Lúa hè thu Lúa mùa Năng suất (Tạ/ha) 1991 30,7 38,5 37,0 27,1 1992 29,9 35,9 38,8 25,6 1993 31,6 37,9 37,7 28,5 1994 33,4 40,0 40,9 29,1 1995 32,9 40,3 39,7 28,7 1996 32,5 40,4 36,2 29,2 1997 33,7 39,1 38,0 30,4 1998 33,6 38,3 38,2 30,0 1999 31,8 42,4 29,7 29,2 2000 34,5 38,8 39,2 29,4 2001 36,8 41,5 40,1 32,3 2002 38,1 42,1 37,6 36,4 2003 39,3 43,9 42,5 34,6 2004 39,3 45,2 45,9 31,5 2005 39,4 48,9 41,5 35,3 Từ năm 1992 đến năm 1997, mỗi năm nước ta xuất khẩu khoảng 2 triệu tấn gạo. Từ năm 1997 đến năm 2002, xuất khẩu gạo của nước ta đạt trên 3 triệu tấn/năm và đến năm 2007, 2008 thì lên đến 4,5 triệu tấn/năm. Hiện nay, lúa gạo là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Chỉ tiêu xuất khẩu gạo 2009 của Việt Nam sẽ vào khoảng 4,5 – 5 triệu tấn, kim ngạch khoảng hai tỉ USD. Theo Hiệp hội Lương thực Việt Nam (VFA) số lượng hợp đồng xuất khẩu gạo đã ký đến thời điểm này lên đến 6,453 triệu tấn, lớn nhất từ trước đến nay. Hiện tại Việt Nam là nước xuất khẩu gạo thứ hai thế giới chỉ sau Thái Lan. Tuy nhiên mặc dù năng suất cao nhưng về công nghệ sau thu hoạch của nước ta còn nhiều hạn chế nhiều so với Thái Lan, nên đã làm tổn thất lớn trong giai đoạn sau thu hoạch và có giá trị thấp trong thương mại quốc tế. Việc này xảy ra bởi hàng loạt các yếu tố từ sơ chế, tồn trữ đến chế biến chưa thích hợp, thể hiện ở nhiều mặt. - Do đầu tư cho công tác nghiên cứu khoa học rất thấp. - Do chưa quan tâm nhiều về việc nâng cao chất lượng gạo xuất khẩu. - Do nhận thức của người tham gia công tác chưa đúng. - Do thiết bị còn hạn chế về mặt kỹ thuật. - Do công nghệ áp dụng chưa tốt. Nước ta xuất khẩu lúa gạo với thị phần rất cao trên thế giới, nhưng giá vẫn còn thấp so với các nước khác có công nghệ tiên tiến hơn. Vì vậy Thứ nhất, cần tăng sản lượng đối với các nông hộ nhỏ bằng cách đầu tư công nghệ, mở rộng quy mô sản xuất của nông hộ để có đủ hàng hoá. Thứ hai là hiện đại hoá thị trường gạo Việt Nam bằng cách khuyến khích thâm nhập vào thị trường nội địa và quốc tế, đặc biệt thông qua sự đa dạng về chủng loại và chất lượng chế biến và tồn trữ cao. Thứ ba, Chính phủ cần có những chính sách tốt hơn cho ngành chế biến gạo trong nước và quan tâm đầu tư mạnh hơn về công tác nghiên cứu khoa học. Những chính sách này cần phải cân bằng những lợi ích chính trị ngắn hạn của chính phủ và quyền lợi của nông dân và những người kinh doanh gạo để duy trì khả năng cung cấp cạnh tranh vào thị trường gạo thế giới. Phải quan tâm nhiều về việc nâng cao chất lượng gạo xuất khẩu, phải là nhà xuất khẩu gạo chất lượng cao và đáng tin cậy mới là yếu tố quan trọng trong tương lai của ngành gạo Việt Nam. Vậy vấn đề đặt ra hiện nay là cần đầu tư nghiên cứu cải tiến từ giai đoạn giống, gieo trồng, quy trình công nghệ và thiết bị chế biến lúa gạo và bảo quản sau chế biến để có được chất lượng tốt nhất, mang lại giá trị cao cho hạt gạo Việt Nam. Sau đây, để tìm hiểu sâu về công nghệ và thiết bị chế biến lúa gạo, cần tìm hiểu về quy trình công nghệ chế biến lúa gạo được ứng dụng phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu Long. 1.2. Tổng quan về quy trình công nghệ chế biến lúa gạo Qui trình công nghệ chế biến lúa gạo được trình bày ở hình 1.1. Hình 1.1: Qui trình công nghệ chế biến lúa gạo. Nguyên liệu đầu vào của qui trình chế biến là thóc được thu mua trên thị trường và đầu ra là gạo đã được đóng bao. Sau đây là các công đoạn và các thiết bị tương ứng trong quy trình chế biến lúa gạo. a) Công đoạn 1: Cân Cân khối lượng lúa đầu vào. b) Công đoạn 2: Chứa vào thùng (Thùng chứa) Sau khi cân nhập liệu xong lúa được đưa vào thùng chứa. c) Công đoạn 3: Làm sạch (Máy làm sạch) Đầu vào là thóc từ thùng chứa sẽ được đưa qua máy làm sạch để làm sạch các tạp chất trong lúa như: đá, sạn, dây bao, cát bụi, rơm, …có kích thước khác với kích thước hạt nguyên liệu được phân ly qua lỗ sàng. Đầu ra của công đoạn này là lúa đã được làm sạch thô. d) Công đoạn 4: Bóc vỏ lúa (Máy bóc vỏ) Thóc nguyên liệu sau khi được làm sạch thô sẽ được cho vào máy bóc vỏ nhằm tách đi lớp vỏ (trấu) bên ngoài. Hỗn hợp thu được sau khi bóc vỏ bao gồm: gạo, lúa, trấu, tấm, cám, sạn. e) Công đoạn 5: Tách trấu (Máy tách trấu) Hỗn hợp gồm: gạo, lúa, trấu, tấm, cám, sạn sau khi qua công đoạn bóc vỏ sẽ được đưa qua máy tách trấu nhằm loại bỏ trấu trong hỗn hợp. Hỗn hợp thu được ở ngõ ra của máy tách trấu bao gồm: gạo, lúa , tấm, sạn. f) Công đoạn 6: Tách sạn (Máy tách sạn) Hỗn hợp gồm: gạo, lúa, trấu, tấm, cám, sạn sau khi qua công đoạn tách trấu vẫn còn lẫn sạn và một số tạp chất khác (giai đoạn làm sạch lúa nguyên liệu chỉ làm sạch thô) vì vậy cần được tách sạn thêm ở công đọan này. Hỗn hợp thu được ở ngõ ra gồm: gạo và lúa. g) Công đọan 7: Tách lúa (Máy tách lúa) Hỗn hợp gồm: gạo và lúa sau khi qua máy tách sạn được đưa qua công đoạn tách lúa để thu được gạo và lúa riêng biệt. Gạo sẽ tiếp tục đi qua công đoạn xát trắng và lúa sẽ được đưa về máy bóc vỏ. h) Công đoạn 8: Xát trắng (Máy xát trắng) Gạo sau khi được tách lúa ở công đoạn 7 sẽ được cho qua máy xát trắng. Nhiệm vụ của công đọan này là bóc đi lớp cám trên bề mặt hạt gạo và làm trắng gạo. Sản phẩm của công đoạn này là gạo được làm trắng. i) Công đoạn 9: Đánh bóng (Máy đánh bóng) Gạo sau khi được xát trắng được đưa qua máy đánh bóng để làm bóng gạo. Sản phẩm của công đoạn này là gạo đã được đánh bóng. j) Công đoạn 10: Sấy (Hệ thống sấy) Trong quá trình đánh bóng gạo có sử dụng hơi nước để tạo một lớp hồ áo qua gạo. Vì vậy gạo ở công đoạn đánh bóng có một lượng ẩm nhất định. Vì vậy cần phải qua quá trình sấy để làm cho gạo có một độ ẩm nhất định. Sau đó gạo sẽ được làm mát để giảm nhiệt độ gạo trong công đoạn sấy. k) Công đoạn 11: Chọn hạt (Máy chọn hạt) Gạo sau khi được làm bóng sẽ được qua máy chọn hạt nhằm phân loại ra các loại hạt gạo có kích thước khác nhau. l) Công đoạn 12: Trộn gạo (Máy trộn gạo) Công đoạn này nhằm trộn các loại gạo với nhau để thu được loại gạo có chất lượng nhất định. m) Công đoạn 13: Cân (Hệ thống cân – đóng bao) Ở công đoạn này gạo sau khi trộn sẽ được cân và đóng bao lại. * Nhận xét: • Bóc vỏ lúa nằm ở công đoạn 4 trong quy trình và là khâu cơ bản trong dây chuyền sản xuất của các nhà máy chế biến lúa gạo. • Công dụng của máy bóc vỏ là tách vỏ trấu khỏi hạt mà vẫn giữ hạt nguyên vẹn. 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy bóc vỏ trên thế giới: 1.3.1 Máy bóc vỏ của hãng Satake Nhật Bản . Hình 1.2: Máy bóc vỏ HR10PP-TA + Đặc tính kỹ thuật Kiểu HR10PP-TA Năng Công suất Vòng quay Trọng lượng Kích thước tổng thể suất động cơ trục chính máy (DxRxC) tấn/giờ 5,5 kW 7,5 r.p.m kg 1170 mm 1763x1462x2610 + Đặc điểm - Có thêm bộ phận tách trấu. - Điều khiển lưu lượng nguyên liệu vào bằng hệ thống xy lanh khí nén. - Hiệu suất bóc vỏ cao. - Tỉ lệ gãy vỡ thấp. 1.3.2 Máy bóc vỏ của hãng Gime Trung Quốc. Hình 1.3: Máy bóc vỏ TH10B + Đặc tính kỹ thuật Kiểu TH10B Năng Công suất Vòng quay Trọng lượng suất động cơ trục chính máy (DxRxC) tấn/giờ 3÷5 kW 5,5 r.p.m kg 700 mm 1240x890x2370 + Đặc điểm - Cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn. - Truyền động đai nên làm việc êm. - Sử dụng cặp trục cao su. - Hiệu suất bóc vỏ cao. - Tỉ lệ gãy vỡ thấp. 1.3.3 Máy bóc vỏ của hãng Millmore Engineering Ấn Độ. Kích thước tổng thể Hình 1.4: Máy bóc vỏ MLGQ 25B. + Đặc tính kỹ thuật Kiểu MLGQ 25B Năng Công suất Vòng quay Trọng lượng Kích thước tổng thể suất động cơ trục chính máy (DxRxC) tấn/giờ 6 kW 7,5 r.p.m kg 500 mm 1600x660x2460 + Đặc điểm - Có thêm bộ phận tách trấu. - Phễu cấp liệu dạng rung. - Truyền động đai nên làm việc êm. - Sử dụng cặp trục cao su nghiêng. - Hiệu suất bóc vỏ cao. - Tỉ lệ gãy vỡ thấp. 1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy bóc vỏ ở Việt Nam : 1.4.1 Máy bóc vỏ do công ty LAMICO chế tạo. Hình 1.5: Máy bóc vỏ HSA40 + Đặc tính kỹ thuật Kiểu HSA40 Năng suất Công suất Vòng quay Trọng lượng Kích thước tổng thể động cơ trục chính máy (DxRxC) kW 5,5 r.p.m 960 kg 430 mm 1200x700x1380 tấn/giờ 3 – 4,5 + Đặc điểm: - Trục cao su tháo lắp và thay thế dễ dàng. - Tự động nén trục cao su thông qua xylanh khí nén. - Truyền động bằng đai nên máy hoạt động êm, dễ thay thế và bảo dưỡng. - Hai trục ru lô nghiêng kết hợp với máng dẫn hướng hạt. - Hiệu suất bóc vỏ > 90%. - Tỉ lệ gãy vỡ < 3%. - Chi phí điện năng thấp. - Chi phí trục cao su thấp, nhưng nhanh mòn. 1.4.2 Máy bóc vỏ do công ty Bùi Văn Ngọ chế tạo. Hình 1.6: Máy bóc vỏ CL-600A. + Đặc tính kỹ thuật : Kiểu CL-600A Năng suất Công suất tấn/giờ 3 – 5,5 Vòng quay Trọng lượng Kích thước tổng thể động cơ trục chính máy (DxRxC) kW 7,5 r.p.m 1350 kg - mm 1200x755x1320 + Đặc điểm: - Cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn. - Tự động nén trục cao su thông qua xy lanh khí nén. - Hai trục cao su nghiêng kết hợp với máng dẫn hướng hạt. - Hiệu suất bóc vỏ 85 - 95%. - Tỉ lệ gãy vỡ thấp. 1.4.3 Máy bóc vỏ do công ty Hưng Thịnh chế tạo. Hình 1.7: Máy bóc vỏ lúa HT-PHE 310 + Đặc tính kỹ thuật Kiểu HT-PHE310 Năng suất Công suất tấn/giờ 3 – 3,5 Vòng quay Trọng lượng Kích thước tổng thể động cơ trục chính máy (DxRxC) kW 7,5 r.p.m 1200 kg 450 mm 1200x770x1200 + Đặc điểm: - Lắp đặt và vận hành dễ dàng. - Điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su bằng tay. - Hai trục cao su nghiêng kết hợp với máng dẫn hướng hạt. - Hiệu suất bóc vỏ 70 - 95%. - Tỉ lệ gãy vỡ thấp. - Trục cao su mòn nhanh. * Nhận xét: + Các máy bóc vỏ hiện nay đang được vận hành thủ công, phụ thuộc nhiều vào tay nghề người công nhân. + Người công nhân sẽ tiến hành chỉnh một vít điều chỉnh đặt tại phễu cấp liệu đầu vào của máy để điều chỉnh lưu lượng cấp vào, sau đó sẽ kiểm tra chất lượng đầu ra bằng cách bốc lên kiểm tra dựa vào kinh nghiệm, tùy theo chất lượng gạo đầu ra mà điều chỉnh các giá trị áp lực khí nén (tương ứng là giá trị cường độ dòng điện hiển thị). + Chưa kiểm soát đươc độ mòn của trục cao su. * Kết luận: Với phương pháp và thiết bị như hiện nay, thì năng suất, tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ chưa ổn định. 1.5 Những vấn đề cần cải tiến. + Vấn đề 1: Năng suất máy bóc vỏ không ổn định. + Vấn đề 2: Tỷ lệ bóc vỏ không ổn định. + Vấn đề 3: Tỷ lệ gãy vỡ không ổn định. 1.6 Mục tiêu của luận văn Nghiên cứu cải tiến máy bóc vỏ nhằm nâng cao năng suất, đạt tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ mong muốn. Mức chất lượng Số TT Các chỉ tiêu chất lượng Đơn chủ yếu của máy bóc vỏ vị đo 1 2 3 Năng suất Công suất động cơ Phương pháp điều chỉnh 4 5 các thông số Tỷ lệ bóc vỏ Tỷ lệ gãy vỡ Mẫu tương tự Cần đạt Trong tấn/h kW 4÷5 5,5 - Tự động nước 3÷4 5,5 Thủ % % 80÷90 3÷4 Thế giới công 70 ÷ 80 5÷6 1.7 Những nội dung cần thực hiện • Nghiên cứu đề xuất các sơ đồ nguyên lý, sơ đồ động và lựa chọn phương án hợp lý. • Phân tích các thông số ảnh hưởng đến các yếu tố mục tiêu năng suất, tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ của quá trình bóc vỏ. • Phân tích những vấn đề cần khắc phục và đề xuất các giải pháp cải tiến. • Tính toán, thiết kế các chi tiết và bộ phận máy của máy bóc vỏ đảm bảo năng suất 4÷5 tấn/h. • Thiết kế hệ thống điều khiển máy bóc vỏ. 1.8 Phạm vi nghiên cứu của luận văn Luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu trong các phạm vi sau: - Nghiên cứu, đề xuất các phương án cải tiến máy bóc vỏ nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo tỷ lệ bóc vỏ va tỷ lệ gãy vỡ theo yêu cầu. - Tính toán, thiết kế cơ khí máy bóc vỏ, đảm bảo năng suất 5 tấn/h. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY BÓC VỎ. 2.1 Bản chất của quá trình bóc vỏ: - Mục đích của quá trình bóc là bóc lớp vỏ trấu của thóc để thu gạo lức. - Hạt thóc được đặc trưng bởi các tính chất cơ lý sau: Độ bền của mối liên kết giữa vỏ và nhân, khả năng của nhân chống lại các lực tác dụng trong quá trình bóc vỏ. Ngoài ra trong quá trình bóc vỏ còn chịu ảnh hưởng của các thông số vật lý như: độ ẩm, hình dạng, kích thước, độ đồng nhất, trọng lượng 1000 hạt, trọng lượng riêng…. Dưới tác dụng của các bộ phận làm việc của máy bóc vỏ, lớp vỏ trấu chịu sự biến dạng phức tạp - nén, xé, ma sát. Kết quả là mối liên kết giữa vỏ trấu và nhân bị phá vỡ, vỏ trấu bị tách ra. - Nhiệm vụ chủ yếu của quá trình bóc vỏ là phá vỡ một cách tối đa mối liên kết vỏ nhân trong mỗi lần hạt đi qua máy bóc vỏ, đồng thời phải tránh làm nhân bị vỡ nát. Để thỏa mãn điều kiện trên cần khống chế độ làm việc của máy sao cho lực phá vỡ vỏ trấu là lớn nhất nhưng không vượt quá giới hạn độ bền cho phép của nhân. - Căn cứ theo nguyên lý tác dụng của lực, máy bóc vỏ có các dạng như hình 2.1. a) b) Hình 2.1: Các nguyên lý tác dụng lực a) Ma sát b) Dịch trượt 2.2 Phân tích nguyên lý của các loại máy bóc vỏ : 2.2.1 Máy bóc vỏ hai dĩa đá : Dựa theo nguyên lý ma sát. Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy bóc vỏ hai dĩa đá 1. Phễu cấp liệu; 2. Tay quay điều chỉnh khe hở; 3. Dĩa cố định 4. Lớp đá nhân tạo; 5. Dĩa quay; 6. Động cơ; 7. Puly truyền động Hình 2.3: Máy bóc vỏ dạng hai đĩa đá. Nguyên lý làm việc: Máy gồm hai dĩa bằng thép đặt nằm ngang (3) và (5), trên mặt dĩa có đắp một lớp đá nhân tạo (4) làm bằng hỗn hợp bột đá và xi măng kết dính cao. Dĩa cố định (3) có lỗ nhập liệu giữa tâm, được lắp trên 3 điểm treo có thể điều chỉnh nâng lên hạ xuống được bằng tay quay điều chỉnh khe hở (2) để thay đổi kích thước khe hở giữa hai mặt đá và điều chỉnh độ song song của khe hở. Thóc vào phễu cấp liệu (1), đi vào khe hở giữa 2 dĩa đá. Do kích thước khe hở nhỏ hơn đường kính hạt nên hạt bị nén giữa hai dĩa, phản lực chống lại lực nén sẽ sinh lực ma sát giữa hạt với dĩa trên và dĩa dưới, làm cho vỏ trấu bị vỡ và tách hoàn toàn khỏi nhân hạt. Đồng thời do tác động quay của dĩa làm phát sinh lực ly tâm có xu hướng làm văng hạt ra khỏi vùng xay. Hỗn hợp thu được ở ngõ ra bao gồm: gạo, tấm, thóc, cám, sạn và trấu. Ưu điểm: o o o o Làm việc ổn định, dễ vận hành, lắp đặt và bảo trì. Cấu tạo đơn giản, dĩa đá lâu mòn. Kết cấu máy đứng vững, các chi tiết máy chuyển động được cân bằng tốt. Hiêu suất bóc vỏ tương đối cao 65 – 70%. Nhược điểm: o Năng suất thấp. o Tỷ lệ gãy vỡ cao 10 – 15%. Do những nhược điểm trên nên máy này ít được dùng và chỉ thích hợp với một vài loại hạt nhất định. 2.2.2 Máy bóc vỏ cặp trục cao su ngang: Dựa theo nguyên lý dịch trượt. Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ cặp trục cao su ngang. 1. Phễu cấp liệu; 2. Trục phân phối liệu; 3. Tấm rãi liệu; 4. Vít chỉnh tấm rãi liệu; 5. Động cơ; 6. Trục cao su quay chậm; 7. Trục cao su quay nhanh Nguyên lý làm việc: Thóc được đưa qua phễu cấp liệu (1), lưu lượng thóc vào được điều chỉnh nhờ trục rãi liệu (2), vít chỉnh tấm rãi liệu(4) để điều chỉnh tấm rãi liệu (3) tạo thành một lớp nguyên liệu đều suốt chiều dài trục cao su. Hai trục cao su quay ngược chiều nhau, và được nén vào bằng xylanh khí nén. Do tính chất của lực tác động lên hạt dựa vào sự phối hợp của lực nén và lực dịch trượt (nhờ có chênh lệch tốc độ vòng của trục nhanh và trục chậm) mà hạt ở trong vùng làm việc giữa hai trục chịu biến dạng và ứng suất dẫn tới phá huỷ lớp vỏ ngoài. Hỗn hợp thu được ở ngõ ra bao gồm: gạo, tấm, thóc, cám, sạn và trấu. Ưu điểm: o Năng suất cao. o Tỉ lệ bóc vỏ cao khoảng 85 - 90%. o Kết cấu đơn giản. o Dễ vận hành, lắp đặt và bảo trì. Nhược điểm: o Bề mặt cao su nhanh mòn, cần phải thay sau một thời gian làm việc. o Tỉ lệ gãy vỡ cao do va đập với trục cao su và cấp liệu không đều. 2.2.3 Máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêng : Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêng. 1. Hệ thống cấp liệu; 2. Động cơ; 3. Máng nghiêng chảy liệu; 4. Trục cao su di động; 8. Trục cao su cố định Nguyên lý làm việc: Giống máy bóc vỏ trục cao su ngang nhưng hai trục cao su được đặt nghiêng góc 30 0 và có thêm hệ thống cấp liệu đầu vào (1) để đảm bảo năng suất cấp liệu đầu vào và máng nghiêng chảy liệu (3) có tác dụng đưa 1 lớp mỏng nguyên liệu vào đúng khe hở giữa hai trục cao su nên nguyên liệu được cấp vào đều đặn và tránh va đập. Ưu điểm: o Hai trục cao su nghiêng kết hợp với máng dẫn hướng liệu o Tỉ lệ bóc vỏ cao khoảng 90%. o Tỉ lệ gãy vỡ thấp 4%. o Nguyên liệu được cấp vào đều đặn. Nhược điểm: o Bề mặt cao su nhanh mòn, cần phải thay sau một thời gian làm việc. Kết luận: Trên cơ sở các phương án đã trình bày, so sánh, phân tích ưu nhược điểm của các phương án ta thấy phương án 3 là phương án tốt nhất. 2.3 Thiết kế sơ đồ động cho máy bóc vỏ cặp trục cao su nghiêng Cấu hình của máy bóc vỏ trục cao su nghiêng phải thực hiện được các chuyển động sau: - Chuyển động quay cặp trục cao su, quạt thổi. - Chuyển động quay của trục cao su động để ép vào trục cao su cố định. - Chuyển động lắc của trục puly căng đai. - Chuyển động lắc của máng dẫn liệu. - Chuyển động rung của máng rung cấp liệu. Trên cơ sở các chuyển động cần có đó, tiến hành phân tích và lựa chọn các phương án cho sơ động của máy như sau: - Đối với chuyển động quay của cặp trục cao su, quạt thổi, trục rãi liệu: Dùng động cơ không đồng bộ 3 pha, thông qua bộ truyền đai. - Đối với chuyền động lắc để ép trục cao su động vào trục cao su cố định: có thể dùng xy lanh khí nén hoặc động cơ bước. Nếu sử dụng động cơ bước sẽ điều khiển khe hở giữa hai trục cao su chính xác hơn, tỷ lệ bóc vỏ cao hơn, nhưng giá thành cao. Nếu sử dụng xylanh khí nén sẽ cho tỷ lệ bóc vỏ đạt yêu cầu, giá thành thấp. Vì vậy việc sử dụng xylanh khí nén để tạo áp lực lên trục là thích hợp. - Chuyển động rung của sàng rung cấp liệu: Dùng động cơ rung kết hợp với lò xo do kết cấu nhỏ gọn và điều chỉnh năng suất đạt độ chính xác cao. - Chuyển động lắc của trục puly căng đai: Dùng bulong căng đai, kết cấu đơn giản. - Chuyển động lắc của máng dẫn liệu: Dùng vít chỉnh. Sau khi lựa chọn các cơ cấu và các thông số nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng trong quá trình bóc vỏ kết hợp với tính toán động học sơ bộ, sơ động của máy được thiết kế như hình 2.6. Hình 2.6: Sơ đồ động của máy bóc vỏ trục cao su. Sơ đồ động của máy được vận hành như sau: Động cơ (4) truyền động cho trục cao su cố định (12) và trục cao su di động(3) thông qua bộ truyền đai thang, bộ phận căng đai(1) dùng để căng đai khi đai bị chùng. Máng rung cấp liệu (6) sử dụng động cơ rung (7) và lò xo (5) để cấp liệu đều đặn và tạo thành một lớp mỏng đi vào khe hở giữa hai trục cao su. Khi trục cao su bị mòn, khe hở giữa hai trục cao su tăng lên, khi đó ta điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su bằng xylanh khí nén (11), đồng thời ta phải điều chỉnh vị trí của máng nghiêng dẫn liệu (9) vào đúng khe hở giữa hai trục cao su bằng vít chỉnh (10). CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHỮNG YẾU TỐ MỤC TIỀU CỦA QUÁ TRÌNH BÓC VỎ 3.1 Những yếu tố mục tiêu của quá trình bóc vỏ - Về phương diện lý thuyết có thể coi kết quả của quá trình bóc vỏ là cho ta 2 sản phẩm - gạo lức và trấu. Trong thực tế do chịu ảnh hưởng cúa các tính chất cơ lý của hạt và mức độ không hoàn thiện của máy mà hỗn hợp luôn bao gồm các thành phần - gạo lức, thóc, trấu, tấm và cám. - Quá trình bóc được tiến hành tốt bao nhiêu thì tỷ lệ thóc, tấm và cám trong hỗn hợp bóc vỏ nhỏ bấy nhiêu (tỷ lệ gạo lức và tương ứng là tỷ lệ trấu sẽ lớn bấy nhiêu). - Để đánh giá quá trình làm việc của máy bóc vỏ cần thiết phải xác định các yếu tố mục tiêu: Năng suất bóc vỏ, tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ sau khi qua máy. + Năng suất bóc vỏ Năng suất lý thuyết máy bóc vỏ kiểu trục : Qlt = 3,6lvδφγ (tấn/h) [27] Trong đó : • l: chiều dài trục, m. • v: vận tốc trung bình của lớp hạt trong vùng làm việc. • δ: giá trị khe hở trung bình giữa các trục trong vùng làm việc, m. • γ: khối lượng thể tích của sản phẩm trước khi bóc vỏ, tấn/m3. • φ: hệ số nạp đầy thể tích ở vùng xay, φ = 0,5 ÷ 0,6. + Tỷ lệ bóc vỏ KB Tỷ lệ bóc vỏ đặc trưng về mặt số lượng cho quá trình làm việc của máy bóc vỏ. Nó được xác định bằng tỷ số lượng thóc được bóc vỏ sau mỗi lần bóc vỏ so với lượng thóc trước khi cho vào máy bóc vỏ. KB = η1 − η 2 .100% η1 Trong đó: η1 - Số hạt thóc trước khi bóc vỏ. η2 - Số hạt thóc còn lại sau khi bóc vỏ. + Tỷ lệ gãy vỡ KGV Tỷ lệ gãy vỡ đặt trưng về mặt chất lượng cho quá trình làm việc của máy bóc vỏ. Nó được xác định bằng tỷ số giữa lượng tấm, cám trên tòan bộ lượng nhân bị bóc vỏ (gạo lức, tấm , cám). Nghĩa là: K GV = T +C K +T +C Trong đó: K, T, C – tương ứng là khối lượng gạo lức nguyên, tấm, cám, khi qua máy bóc vỏ Tỷ lệ gãy vỡ đánh giá mức độ chính xác của quá trình bóc vỏ. Giá trị của hệ số này càng nhỏ thì tỷ lệ tấm và cám càng thấp và như vậy quá trình bóc vỏ tiến hành tốt, hiệu suất công nghệ chung của máy bóc vỏ càng tăng. + Kết luận: Những yếu tố mục tiêu của quá trình bóc vỏ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể xếp chúng vào hai nhóm sau: - Các thông số của nguyên liệu. - Các thông số kỹ thuật và vận hành của máy bóc vỏ. 3.2 Các thông số ảnh hưởng đến những yếu tố mục tiêu: 3.2.1 Các thông số của nguyên liệu: Các thông số của nguyên liệu bao gồm: Các thông số vật lý của thóc, loại thóc, độ ẩm thóc. 3.2.1.1 Các thông số vật lý của thóc: a. Cấu tạo hạt thóc: Hình 3.1: Cấu tạo hạt thóc. Hạt thóc gồm có hai phần chính: Vỏ trấu và hạt gạo lức. + Vỏ trấu : Vỏ trấu do hai lá của lúa tạo thành một lớp vỏ bọc ngoài hạt gạo.Hai lá này được ghép liền với nhau theo chiều dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Ở phần dưới cùng, chỗ mà hạt dược dính vào chùy hoa ( trong hình là mày dưới ). Điều cần lưu ý nhất của trấu là sự có mặt của silic với tỷ lệ tương đối cao làm cho trấu và hạt thóc thường gây hư hỏng rất nhiều các thiết bị chế biến do mài mòn trục cao su và các phương tiện chuyển tải bên trong giữa các máy. + Hạt gạo lức: Hạt gạo lức được bọc bằng một màng chất xơ gọi là vỏ hạt. Vỏ hạt trong mờ và hơi xám, được xem như là thuộc về hạt thóc nhưng lại dễ dàng bị bóc đi trong quá trình xát trắng gạo. Phần còn lại của hạt thóc được gọi là nội nhũ chủ yếu là tinh bột. Ở phần cuối của hạt gạo, chỗ hạt được dính vào chùy hoa của cây lúa là phôi, dính vào nội nhũ tinh bột. Phôi này chỉ được bao bọc một phần bởi các tế bào tinh bột. Trong quá trình xát gạo, phôi này bị bóc đi. b. Các thông số vật lý của hạt thóc [27] + Kích thước: Kích thước của hạt thóc không thống nhất ngay cả trong cùng một giống lúa vì có sự biến động của râu và của cuống hoa. Chiều dài: l = 5 – 12 mm. Chiều rộng: a = 2,5 – 4,3 mm. Chiều dày: b = 1,2 – 2,8 mm. Đường kính tương đương của thóc d = 2,5 – 5 mm. + Bề mặt của trấu. Bề mặt của trấu khá ráp và có tính mài mòn cao vì hàm lượng silic lớn. Vì nguyên nhân đó mà trục cao su của máy bóc vỏ bị mài mòn rất nhanh, máy làm sạch sơ có nhiều bộ phận phải thường xuyên thay thế, các bộ phận của máy hút trấu tiếp xúc trực tiếp với trấu phải sửa chửa và thay thế thường xuyên. + Nếp gấp cài kín vào nhau của hai mảnh trấu. Các mảnh trấu được ghép với nhau bằng một nếp gấp đôi. Cần có lực để mở nếp gấp ấy trong quá trình bóc vỏ trấu, điều này làm khó cho việc thiết kế máy bóc vỏ với mục đích tránh gãy vỡ hạt không cần thiết. + Góc ma sát. Góc được đo từ mặt phẳng nằm ngang, lúc mà hạt bắt đầu xuống phía dưới trên một mặt phẳng nhẵn bằng gỗ, dưới tác động của trọng lực. Hình 3.2: Góc ma sát hạt thóc Thông thường góc ma sát được xác định bằng cách dùng một tấm gỗ nhẵn ở vị trí nằm ngang trên đó có rải một lớp thóc mỏng. Tấm gỗ được nghiêng từ từ cho đến lúc hạt thóc bắt đầu chuyển động xuống phía dưới.Góc nghiêng được cố định lại lúc tất cả hạt đều dịch chuyển hết do trọng lực. Góc nghiêng cố định lúc ấy là góc ma sát. Đối với thóc hệ số ma sát khoảng 350 – 400. Góc ma sát quan trọng trong việc thiết kế các phễu chứa liệu, các phương tiện tồn trữ rời và các ống xả hạt. Góc ma sát đối với mỗi loại hạt khác nhau thì khác nhau vì nó phụ thuộc vào độ nhẵn của bề mặt và độ ẩm của hạt. + Tỷ trọng hạt thóc khoảng 500 kg/m3. + Khối lượng của 1000 hạt thóc khoảng 23 – 30g. 3.2.1.2 Phân loại thóc theo kích thước Thóc được phân thành 4 loại theo chiều dài của hạt gạo lức nguyên: + Loại rất dài: thóc có 80% hạt gạo lức nguyên có chiều dài ≥ 7,5mm. + Loại dài: thóc có 80% hạt gạo lức nguyên có chiều dài ≥ 6,5mm và < 7,5mm. + Loại trung bình: thóc có 80% hạt gạo lức nguyên có chiều dài ≥ 5,5mm và < 6,5mm. + Loại ngắn: thóc có 80% hạt gạo lức nguyên có chiều dài < 5,5mm. Ngoài ra thóc còn được phân loại theo thứ loại thóc. Thứ loại thóc được qui ra bằng tỷ lệ chiều dài/chiều rộng của hạt gạo lức nguyên. Tỷ lệ = chiều dài/chiều rộng (mm) Có 3 thứ loại thóc: + Mảnh: là thóc mà hạt gạo lức có tỷ lệ ≥ 3.0. + Đậm: là thóc mà hạt gạo lức có tỷ lệ ≥ 2.0 và < 3.0. + Tròn: là thóc mà hạt gạo lức có tỷ lệ < 2.0. 3.2.1.3 Độ ẩm thóc. - Độ ẩm là một chỉ số cơ bản của hạt ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền của hạt trong thời gian bảo quản và chế biến. Độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ trong quá trình xay xát. Thành phần độ ẩm của thóc thường không đồng nhất và giống nhau do nhiều lý do khác nhau: công đoạn thu hoạch, vận chuyển và xử lý. Độ ẩm của thóc thường nằm trong khoảng từ 13% đến 21%. Độ ẩm lý tưởng để quá trình xay xát đạt tỷ lệ gãy vở thấp nhất là từ 14-15% [2]. - Hiện nay, do thiếu máy sấy, công nghiệp xay xát lúa gạo ở ĐBSCL đã phải biến hóa thích ứng, nghĩa là phải xay được lúa còn hơi ẩm, có độ ẩm cao từ 15-17%, thậm chí là 18-19% [3]. - Theo báo cáo về nghiên cứu khoa học của Đại học Cần thơ thì độ ẩm sẽ ảnh hưởng đến năng suất và tỷ lệ thu hồi gạo nguyên của quá trình xay xát. Theo đó thì, tương ứng với độ ẩm 16% thì tỷ lệ gạo thu hồi là 54,8%, với độ ẩm 15% thì tỷ lệ gạo thu hồi là 56,6% và độ ẩm 14% thì tỷ lệ thu hồi là 59,63% [24]. Qua các tài liệu thống kê được về giá trị độ ẩm của thóc ảnh hưởng đến chất lượng gạo xay xát, trong đó thì giá trị độ ẩm tốt nhất là 14 – 15%. Do đó, nếu vẫn sử dụng thóc với nhiều độ ẩm khác nhau thì chất lượng gạo cũng sẽ khác nhau, với những loại thóc có độ ẩm cao thì chất lượng gạo xay xát sẽ thấp. Một số phương án xay xát gạo còn phụ thuộc vào nhà sản xuất:[3] + Phương án 1: Xay xát với độ ẩm như hiện nay. Với độ ẩm như hiện nay thường khoảng từ 16 – 19%, thì dây chuyền vẫn đảm bảo có thể xay xát được, tuy nhiên thì chất lượng gạo không cao, tỷ lệ gãy vỡ lớn, tỷ lệ gạo nguyên thu hồi không cao. Theo khảo sát thì với độ ẩm như hiện nay, các nhà máy xay xát chỉ đạt 60 – 66% tổng thu hồi, gạo nguyên chỉ đạt được 40 – 48%. Nếu dùng gạo trên để tái chế xuất khẩu thì tiếp tục làm gạo gãy vỡ nhiều hơn. Cuối cùng 100 kg lúa chỉ được 33% gạo nguyên xuất khẩu. Thiệt hại ước tính khoảng 18% giá trị lúa, khoảng 100 triệu USD với 3 triệu tấn gạo xuất khẩu và gấp 28 lần tiền lời do công gia công xay xát của các chủ nhà máy. + Phương án 2: Xử lý thóc trước khi đưa vào dây chuyền nhằm đảm bảo thóc có độ ẩm nằm trong khoảng yêu cầu từ 14 – 15%. Với giá trị độ ẩm này thì chất lượng gạo xay xát sẽ cao hơn, tỷ lệ gãy vỡ thấp hơn và tỷ lệ gạo thu hồi cao hơn. Tuy nhiên, với phương án này, nhà sản xuất phải đầu tư một hệ thống sấy thóc năng suất lớn để đảm bảo năng suất của dây chuyền. Với chi phí sấy chỉ chiếm 5% giá lúa, nếu áp dụng được hệ thống sấy vào dây chuyền sẽ tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất. Do đó, ta sẽ chọn phương án 2 để thiết kế máy, nghĩa là phải xử lý thóc trước khi đưa vào máy nhằm đảm bảo thóc có độ ẩm từ 14 -15%. 3.2.2 Các thông số kỹ thuật và vận hành của máy bóc vỏ Các thông số kỹ thuật và vận hành của máy bóc vỏ ảnh hưởng đến các yếu tố mục tiêu bao gồm: - Hệ thống cấp liệu đầu vào. - Kích thước cặp trục cao su. - Vận tốc dài và chênh lệch vận tốc dài của cặp trục cao su. - Khe hở giữa cặp trục cao su. - Phương pháp điều chỉnh khe hở giữa cặp trục cao su. - Vị trí của máng nghiêng cấp liệu. - Độ cứng của trục cao su. 3.2.2.1 Hệ thống cấp liệu đầu vào Hệ thống cấp liệu đầu vào phải đảm bảo ổn định năng suất cấp liệu đầu vào và phải điều khiển được năng suất cấp liệu để đảm bảo năng suất bóc vỏ mong muốn. Ngoài ra, cấp liệu cho cặp trục cao su rất quan trọng. Lớp hạt từ phễu chứa liệu chảy xuống, qua máng dẫn liệu phải được tạo thành một lớp mỏng và đều suốt chiều dài trục. Nếu lớp liệu dồn vào giữa hoặc ra hai đầu trục thì ở đó mặt cao su sẽ mòn nhanh hơn, tạo khe hở không đều trên chiều dài trục, dẫn đến có chỗ bóc vỏ không triệt để, có chỗ hạt bị chèn gãy nhiều, làm giảm năng suất máy, tăng tỷ lệ gãy vỡ. Đồng thời trục cao su mau chóng phải thay vì mòn không đều. 3.2.2.2 Kích thước cặp trục cao su Kích thước trục cao su càng lớn thì năng suất càng cao, tuy nhiên trục không nên quá lớn, trục quá lớn sẽ gây mất cân bằng, rung động [5]. Các thông số kích thước trục cao su trong các tài liệu tham khảo như sau: Bảng 3.1: Kết quả thống kê về đường kính và chiều dài của trục cao su Đường kính Chiều dài trục cao su trục cao su (mm) (mm) 1 254 254 5 2 254 Không có Không có 3 4 5 6 227-232 310 355,6 (14 inch) 200-260 220 220 254 180-225 150 220 250 150-250 200 250 254 152 (6 inch) 300 (12 inch) Không có 320 Không có 3-4 4-4.8 Không có 1,25 1,9 3,8 2,5 Không có Không có Không có Không có Không có Không có 4 2,5 - 3 5-6 STT 7 8 9 10 11 12 13 100-260 100 150 254 180-250 64 76 250 60 - 254 Không có Không có 254 152 300 Năng suất (Tấn/h) Tài liệu [7], [16] [14], [15] [5] [17] [18] [11]. [12] [13] [8] [19] [9] [6] [25] [25] [25] Với kết quả thống kê về kích thước của cặp trục cao su của máy bóc vỏ, giá trị đường kính cặp trục trục cao su nằm từ 150 – 300mm, và chiều dài cũng từ 150 – 300 mm tùy theo giá trị năng suất của máy. Kết luận: Chọn kích thước cặp trục cao su của máy bóc vỏ là 254x254 mm vì với các kết quả thống kê được thì với kích thước này sẽ đảm bảo được năng suất là 4-5 tấn/ giờ. 3.2.2.3 Vận tốc dài và chênh lệch vận tốc dài của cặp trục cao su. Để máy bóc vỏ có thể bóc được lớp vỏ trấu của hạt thóc thì hai trục cao su phải có vận tốc khác nhau và ngược chiều. Sự chênh lệch vận tốc là nguyên nhân gây nên lực dịch trượt bóc vỏ hạt. Chênh lệch vận tốc ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và năng suất của máy. Vận tốc càng lớn thì năng suất của máy càng cao. Chênh lệch vận tốc càng lớn hiệu suất bóc vỏ càng cao, nhưng tỷ lệ gãy vỡ càng lớn và trục cao su nhanh mòn. Do đó cần chọn đường kính, vận tốc dài, chênh lệch vận tốc dài của cặp trục cao su hợp lý để đạt được tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ theo yêu cầu. Trong máy bóc vỏ, trục cao su cố định sẽ có vận tốc dài lớn hơn trục cao su di động [5], [7]. Bảng 3.2: Thống kê giá trị vận tốc cặp trục cao su từ các tài liệu. Vận tốc STT 1 2 3 Vận tốc Thông tin từ tài trục cao su trục cao su liệu thu được 9,6-10,6m/s 2-3m/s 14m/s 1320-900 v/ph 1200-900 v/ph 1000-740 v/ph Chênh Chênh lệch vận lệch vận tốc (m/s) tốc (%) 1,4 – 2,4 2-3 m/s 3,5 3 15-18% 16 – 20% 25% 30% [7] [5] [8] cố định di động (m/s) 11 - 13 15-17 14 10,36 (m/s) 9,6-10,6 12,5 - 15 10,5 7,06 13,8 10,5 3,3 25% 13,1 9,7 3,4 26% Tài liệu (12,5 – 15) 4 (8,7-10,5) m/s 22 – 23% 0.75-0.8 25% 1.15 - 1.25 lần 5 6 7 8 12,5 - 15 8,7-10,5 3,5 – 4,5 28 - 32 Không có Không có Không có 7-13 Không có Không có Không có 5 – 10,4 Không có 22 – 23% Không có 20 – 25 Không có 25 2-2,6 15 – 25 [9] [10] [11] [12] [13] Qua bảng thống kê các giá trị của vận tốc trục cao su, thì vận tốc trục cao su cố định thường dao động từ 10 – 14 m/s và vận tốc trục cao su di động dao động từ 7 - 10 m/s. Kết luận: Chọn độ chênh lệch vận tốc là khoảng 2-3 m/s, với độ chênh lệch khoảng 20% giữa trục cao su nhanh và chậm. Thông qua các bài báo, các Patents, các Ebook, … thì với độ chênh lệch vận tốc trên thì hiệu suất bóc vỏ là cao nhất. - Vận tốc dài trục cao su cố định: 12 m/s. - Vận tốc dài trục cao su di động: 9 m/s. 3.2.2.4 Khe hở giữa cặp trục cao su: Khe hở giữa hai trục cao su quyết định đoạn đường hạt chịu tác dụng nén và xé (trường tác dụng) lớn hay nhỏ, và do đó ảnh hưởng rõ rệt đến tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ. Khe hở càng nhỏ, tỷ lệ bóc vỏ càng cao nhưng đồng thời tỷ lệ gãy vỡ lớn. Khe hở này giảm đến mức nào đó thì hiệu suất bóc vỏ không tăng lên tương ứng nữa, bởi vì khi đó chênh lệch vận tốc đã bị giảm. Do đó ta phải điều chỉnh khe hở sao cho tỷ lệ bóc vỏ cao nhất có thể và tỷ lệ gãy vỡ đạt yêu cầu. Bảng 3.3: Thống kê giá trị khe hở giữa cặp trục cao su trong các tài liệu. STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Thực trạng Khe hở trục cao su 0,5 mm Nhỏ nhất có thể 0,45 - 0,5 mm Không cài đặt ban đầu Nhỏ hơn bề dày hạt lúa 0,4-0,75mm 0,8 – 1mm 0,35 – 1mm Tài liệu [7], [19] [15] [5] [20] [12] [21], [13] [16] [9] Không xác định khe hở LAMICO Với giá trị trong các tài liệu hiện có, ta thấy rằng đa số các tài liệu đều lựa chọn có khe hở của cặp trục cao su dao động trong khoảng 0,5 – 1 mm để đảm bảo được tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và duy trì tuổi thọ của cặp trục cao su. Kết luận: Chọn khe hở của cặp trục cao su là 0,8 mm vì theo quá trình nghiên cứu các tài liệu, các patents, các bài báo,…cho thấy khe hở của cặp trục cao su phải hợp lý để tránh hiện tượng mài mòn cao su làm giảm đến tuổi thọ của cao su và làm gãy vỡ hạt, đồng thời khe hở phải nhỏ hơn đường kính hạt thóc để đảm bảo hiệu suất bóc vỏ là tốt nhất. 3.2.2.5 Phương pháp điều chỉnh khe hở giữa cặp trục cao su : Khe hở của cặp trục cao su quyết định đoạn đường hạt chịu tác dụng nén lớn hay nhỏ, và ảnh hưởng đến tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ. Trong quá trình vận hành, trục cao su bị mòn, làm cho khe hở của đôi trục cao su lớn lên, ảnh hưởng đến hiệu suất bóc vỏ. Do đó, trong quá trình vận hành cần phải điều chỉnh khe hở cặp trục cao su để duy trì khe hở theo yêu cầu và đảm bảo hiệu suất bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ theo yêu cầu [5]. Các phương pháp điều chỉnh khe hở cặp trục cao su: a. Dùng xylanh khí nén. b. Dùng động cơ bước. c. Điều chỉnh thủ công. Bảng 3.4: Thống kê các cơ cấu điều chỉnh khe hở trong các tài liệu. STT 1 Cơ cấu điều chỉnh khe hở Dùng xylanh khí nén 2 3 Thực Dùng động cơ Dùng vít me vặn tay Dùng xylanh khí nén, điều trạng chỉnh áp lực khí nén. Tài liệu [20], [14], [17], [22] Và một số các hãng sản xuất máy bóc vỏ khác. [23] [11], [8] LAMICO Với các tài liệu tìm hiểu về cơ cấu điều chỉnh khe hở cặp trục cao su thì đa số các tài liệu đều nêu ra phương pháp là dùng hệ thống khí nén, tuy nhiên trong các tài liệu tìm được, đều không nêu rõ phương pháp điều chỉnh mà chỉ nêu là thay đổi giá trị áp lực khí nén dễ dàng để đảm bảo khe hở cặp trục để tỷ lệ bóc vỏ là cao nhất với tỷ lệ gãy vỡ là thấp nhất. Kết luận: Dùng xylanh khí nén để điều chỉnh khe hở giữa cặp trục cao su. 3.2.2.6 Vị trí của máng nghiêng cấp liệu - Nếu rải liệu ở cách xa khe hở giữa hai trục cao su, hạt sẽ va đập nhiều lần trên trục cao su làm tăng tỷ lệ gãy vỡ [7]. Hình 3.3: Quá trình rơi của thóc khi rãi liệu ở xa. - Nếu hướng rải liệu vuông góc với đường nối tâm 2 trục cao su và cách khe hở giữa hai trục cao su càng nhỏ thì hiệu suất bóc vỏ càng cao và tỷ lệ gãy vỡ càng nhỏ do giảm số lần va đập. Hình 3.4: Quá trình rơi của thóc khi rãi liệu vào giữa khe hở cặp trục cao su. Bảng 3.5: Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của vị trí cấp liệu [7] Vị trí Trọng STT cấp liệu lượng 1 2 (mm) - 15 mm - 15 mm (g) 96,01 101,32 T.Tấm (g) 9,05 8,93 Thóc Tỉ lệ TL bóc chưa bóc bóc vỏ vỏ TB vỏ (g) 5,42 4,89 (%) 96,04 96,57 (%) 96,3% Tỉ lệ gãy vỡ (%) 8,61 8,10 TL gãy vỡ TB (%) 8,4% 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 - 10 mm - 10 mm - 5 mm - 5 mm 0 mm 0 mm + 5 mm + 5 mm +10 mm +10 mm +15 mm +15 mm 103,89 103,41 104,43 104,2 104,79 101,94 105,33 98,27 102,34 104,02 103,25 100,92 3,17 3,04 3,36 2,96 2,8 3,47 3,48 3,96 3,66 3,9 9,05 8,93 4,89 4,57 5,99 4,73 6,62 5,67 3,64 6,2 5,13 4,52 5,42 4,89 96,47 96,68 95,74 96,59 95,31 95,87 97,39 95,37 96,27 96,76 96,04 96,57 96,6% 96,2% 95,6% 96,4% 96,5% 96,2% 2,96 2,86 3,12 2,76 2,6 3,29 3,2 3,38 3,45 3,61 3,84 7,62 2,9% 2,9% 3% 3,6% 3,5% 7,2% Từ kết quả thực nghiệm, vị trí cấp liệu đạt tỉ lệ gãy vỡ thấp nhất là tại vị trí giữa khe hở của cặp trục cao su với khoảng sai số cho phép là ±10 mm. Trong quá trình hoạt động, trục cao su bị mòn, do đó, cần điều chỉnh máng cấp liệu sao cho vị trí cấp liệu nằm trong khoảng cho phép giữa khe hở của cặp trục cao su. 3.2.2.7 Độ cứng của trục cao su. Độ cứng của cao su có ảnh hưởng đến tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và thời gian làm việc của trục cao su. Trục cao su có độ cứng thấp, gạo gãy ít, nhưng tỷ lệ bóc vỏ không cao và cao su dễ bị mòn. Trục cao su có độ cứng cao thì tỷ lệ bóc vỏ cao, trục lâu mòn nhưng tỷ lệ gãy vỡ lớn. Hiện nay phổ biến là dùng trục cao su có độ cứng khoảng 85-90 độ (đơn vị độ cứng cao su). Trong quá trình bóc vỏ, do ma sát giữa trục cao su và thóc, nhiệt độ của cao su tăng lên, do đó độ cứng của cao su giảm xuống và mau mòn [5]. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN KHẮC PHỤC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN. 4.1 Phân tích những vấn đề cần khắc phục : 4.1.1 Vấn đề 1: Năng suất máy không ổn định. Hình 4.1: Sơ đồ phân tích nguyên nhân năng suất không ổn định. Từ sơ đồ trên ta thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề năng suất không ổn định là do: • Chưa có hệ thống cấp liệu tự động, năng suất cấp liệu không ổn định. • Không kiểm soát được năng suất cấp liệu đầu vào dẫn đến năng suất máy không ổn định. • Việc vận hành hệ thống cấp liệu hoàn toàn phụ thuộc vào tay nghề của người nông dân. 4.1.2 Vấn đề 2: Tỷ lệ bóc vỏ không ổn định : Hình 4.2: Sơ đồ phân tích nguyên nhân tỷ lệ bóc vỏ không ổn định. Từ sơ đồ trên ta thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề tỷ lệ bóc vỏ không ổn định là do: • Chưa giám sát được độ mòn của trục cao su. • Chưa điều chỉnh vị trí máng rãi liệu theo độ mòn. • Chưa điều chỉnh vận tốc trục cao su theo độ mòn. • Phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người công nhân, cài đặt áp suất khí nén không chính xác. 4.1.3 Vấn đề 3: Tỷ lệ gãy vỡ không ổn định. Hình 4.3: Sơ đồ phân tích nguyên nhân tỷ lệ gãy vỡ không ổn định. Từ sơ đồ trên ta thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề tỷ lệ gãy vỡ không ổn định là do: • Chưa giám sát được độ mòn của trục cao su. • Chưa điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệu theo độ mòn. • Phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người công nhân. 4.2 Đề xuất các giải pháp cải tiến : 4.2.1 Hệ thống cấp liệu tự động : 4.2.1.1 Đề xuất các phương án cấp liệu : a. Cấp liệu kiểu vít tải. Hình 4.4: Thiết bị cấp liệu kiểu vít tải. • Ưu điểm: + Chi phí thấp. + Điều chỉnh năng suất cấp liệu đầu vào một cách dễ dàng bằng cách thay đổi vận tốc quay trục vít. • Nhược điểm: + Năng suất cấp liệu không hoàn toàn đồng đều theo thời gian do cấu tạo của vít và tính chất khó chảy thành dòng liên tục của vật liệu rời. + Kết cấu cồng kềnh. + Chỉ thích hợp với vật liệu khô. b. Cấp liệu bằng máng rung : Hình 4.5: Thiết bị cấp liệu bằng máng rung. • Ưu điểm: + Kết cấu nhỏ gọn. + Năng suất cấp liệu cao và ổn định. + Điều chỉnh năng suất cấp liệu dễ dàng bằng cách thay đổi tốc độ động cơ rung. • Nhược điểm: + Chi phí cao. c. Cấp liệu định lượng dạng băng tải Hình 4.6: Thiết bị cấp liệu định lượng dạng băng tải. • Ưu điểm: + Cân liên tục dòng nguyên liệu. + Độ chính xác cao. + Phù hợp với nhiều loại vật liệu rời có độ ẩm cao có tính kết dính. • Nhược điểm: + Giá thành cao. + Kết cấu cồng kềnh. d. Cấp liệu định lượng gián đoạn Hình 4.7: Qui trình định lượng từng phần. • Ưu điểm: + Tự động điều khiển năng suất theo yêu cầu. + Độ chính xác cao. • Nhược điểm: + Cần có phễu trung gian để vật liệu được cấp vào liên tục trong khi điền đầy phễu cân. 4.2.1.2 Lựa chọn phương án hợp lý + Từ những phương án trên ta thấy phương pháp cấp liệu định lượng gián đoạn là phương án thích hợp để thiết kế hệ thống cấp liệu tự động. + Đồng thời sử dụng máng rung cấp liệu để đảm bảo năng suất cấp liệu đầu vào và ổn định đi vào máy bóc vỏ. 4.2.1.3 Yêu cầu của hệ thống cấp liệu tự động : - Năng suất hệ thống cấp liệu 5 tấn/h. - Sử dụng máng rung được điều khiển bằng động cơ rung. - Điều khiển năng suất cấp liệu của hệ thống cấp liệu bằng cách điều chỉnh tần số rung của động cơ rung. 4.2.2 Giải pháp đo độ mòn trục cao su : Hình 4.8: Nguyên lý đo độ mòn trục cao su Trục cao su cố định quay với vận tốc cao hơn trục cao su di động, do đó trục cao su cố định sẽ mòn nhanh hơn. Vì vậy để kiểm soát độ mòn của trục cao su để từ đó điều chỉnh các thông số khác, ta chỉ cần đo khoảng cách giữa trục cao su cố định và cảm biến. ⇒ Yêu cầu: Tìm cảm biến đo độ mòn của trục cao su cố định với độ chính xác đạt 0.05 – 0.1 mm. Bảng 4.1: Đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến đo độ mòn. Phương án 1 2 3 4 5 6 Mô tả phương án Sử dụng cảm biến siêu âm độ chính xác cao, đo khoảng cách của bề mặt trục cao su so với vị trí của đặt cảm biến Sử dụng cảm biến laser, đo khoảng cách của bề mặt trục cao su so với vị trí đặt cảm biến Lắp cơ cấu con lăn tiếp xúc với bề mặt trục di động, sử dụng cảm biến biến trở đo góc đo dịch chuyển góc do cánh tay đòn con lăn gây ra Lắp cơ cấu con lăn tiếp xúc với bề mặt trục di động, sử dụng cảm biến biến trở tuyến tính đo dịch chuyển thẳng do con lăn gây ra Sử dụng cảm biến siêu âm dòng SRFxx, đo độ mòn của của trục cao su Sử dụng cảm biến điện trở tuyến tính để đo sự dịch chuyển của trục cố định, từ đó suy ra độ mòn của hai trục Độ chính xác Độ tin cậy Giá 0.172mm Rất Tốt 22.000.000đ 0.016mm Tốt (đòi hỏi lau chùi định kỳ) 14.000.000đ Sai số lớn, tùy thuộc vào cánh tay đòn. Sai số lớn, tùy thuộc vào kết cấu cơ khí Trung bình (chịu ảnh hưởng của sự rung khi hoạt động, làm mòn nhanh trục cao su, kết cấu cơ khí cồng kềnh) Trung bình (chịu ảnh hưởng của sự rung trong quá trình hoạt động, làm mòn nhanh trục cao su, kết cấu cơ khí cồng kềnh) 1mm Trung bình Sai số phụ thuộc vào phương trình liên hệ Tốt 100–300 USD 100-300 USD 2.000.000 đ 100-300 USD Kết luận: Từ bảng 4.1, ta thấy để đo độ mòn của trục cao su cố định đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy theo yêu cầu thì sử dụng cảm biến laser là hợp lý nhất. Cảm biến laser Trục cao su cố định 4.2.3 Giải pháp điều chỉnh tốc độ trục cao su : Sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ khi trục cao su bị mòn. - Công thức liên quan đến điều khiển tốc độ động cơ dựa vào độ mòn: Ta có các thông số sau: • nđ/c = 960 v/phút : Tốc độ động cơ trục chính. • vtrục nhanh = 12 m/s :Vận tốc dài trục cao su cố định . • vtrục chậm = 9 m/s : Vận tốc dài trục cao su di động. Khi trục cao su bị mòn một lượng S thì vận tốc dài trục cao su cố định thay đổi π ( D − 2 S )ntn 6.104 vtn, v = ⇒ ntn = 6.104 π ( D − 2S ) , tn Mặt khác: itn = ndc π ndc ( D − 2S ) = ntn 6.104 vtn, ⇒ nd / c 6.104.vtn, .itn = π .( D − 2 S ) Trong đó: + itn = ndc 960 = = 1.06 : Tỷ số truyền từ động cơ đến trục cao su cố định. ntn 902 + vtn, = vtn = 12m / s + D: là đường kính trục cao su lúc mới nhất D = 254mm. + S: là độ mòn của trục cao su cố định, đo được từ cảm biến đo độ mòn. ⇒ nd / c = 6.104.12.1, 06 242934 = π .(254 − 2 S ) 254 − 2S Cài đặt tốc độ động cơ ban đầu n0 = 960 v/phút. Khi độ mòn trục rulô là 1 mm thì tiến hành điều khiển tốc độ động cơ theo công thức trên để đảm bảo vận tốc dài của trục cao su cố định là 12 m/s. 4.2.4 Giải pháp điều chỉnh máng nghiêng cấp liệu: Sử dụng động cơ servo để điều chỉnh vị trí của máng nghiêng cấp liệu dựa vào độ mòn của trục cao su. Hình 4.9 : Phương pháp điều chỉnh vị trí máng nghiêng cấp liệu. Gọi : + L1 là khoảng cần dịch chuyển của máng nghiêng khi trục cao su mòn. + L2 là khoảng cần dịch chuyển của vít me đẩy máng nghiêng. Theo quan hệ hình học: Mặt khác : L1 610 = =2 L 2 305 L1 = S nhanh ⇒ L 2 = L1 S nhanh = 2 2 Vậy với vít me để điều chỉnh máng nghiêng có bước ren là t mm thì động cơ được điều chỉnh sẽ có số vòng quay tương ứng với độ mòn của trục cố định như sau: n= L 2 S nhanh = (vòng) t 2t CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ CỦA MÁY BÓC VỎ. 5.1 Sơ đồ kết cấu của máy. Sơ đồ kết cấu của máy được thể hiện như hình 5.1, bao gồm các bộ phận chính sau : Hình 5.1: Sơ đồ kết cấu máy bóc vỏ. 1. Cụm căng đai; 2. Cụm thân máy chính; 3. Cụm trục cao su di động 4. Cụm động cơ; 5. Cụm máng rung cấp liệu; 6. Cụm điều chỉnh vị trí máng nghiêng dẫn liệu; 7. Cụm điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su; 8. Cụm trục cao su cố định 5.2 Sơ đồ tải trọng. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên máy được thể hiện ở hình …, chủ yếu là lực ép P giữa trục cố định và trục di động do xylanh nén tạo ra. Hình 5.2: Sơ đồ tải trọng. 5.3 Tính toán lực và năng suất bóc vỏ [27] : Khi cho nguyên liệu vào máy từ bộ phận cấp liệu qua máng dẫn liệu rơi vào khe hở giữa hai trục cao su quay ngược chiều nhau. Lực tác động lên hạt dựa vào sự phối hợp của lực nén và dịch trượt - nhờ có sự chênh lệch vận tốc giữa trục cao su quay nhanh và trục cao su quay chậm. Để tiến hành có hiệu quả quá trình bóc vỏ thì cần phải: - Quy định lực nén thích hợp trong vùng làm việc giữa hai trục. - Chiều dài đoạn đường của hạt đi qua vùng làm việc giữa hai trục. Các thông số đầu vào: - Đường kính trục cao su: D = 254 mm. - Chiều dài trục cao su: L = 254 mm. - Đường kính trung bình của hạt thóc: d = 3 mm. - Khe hở giữa hai trục cao su: δ = 1mm. - Vận tốc dài trục cao su quay nhanh: vtn = 12 m/s. - Vận tốc dài trục cao su quay chậm: vtc = 9 m/s. - Hệ số ma sát giữa thóc và trục cao su f = 0,2. 5.3.1 Điều kiện để hạt đi qua khe hở giữa hai trục cao su : Giả sử có hai trục đường kính D trên tâm O và O’ (hình 5.3), khe hở giữa hai trục là e, hạt thóc có đường kính trung bình là d. Hình 5.3: Sơ đồ tác dụng của cặp trục cao su lên hạt. Hình trên cho thấy sơ đồ các lực tác dụng lên hạt khi tiếp xúc với bề mặt cặp trục cao su. Tại các tiếp điểm của hạt và bề mặt trục cao su, hạt chịu tác dụng của hai lực chính: lực P 1 và P2 có phương theo đường bán kính nối tâm với tiếp điểm, hợp lực của chúng là P, có xu hướng đẩy nó ra khỏi khe hở giữa hai trục; lực F1 và F2 có phương theo đường tiếp tuyến với trục tại các tiếp điểm, hợp lực của chúng là F có xu hướng kéo hạt vào khe hở giữa hai trục. Gọi α là góc giữa OO’ và bán kính nối tâm với tiếp điểm: P = 2P1sinα Và F = 2F1cosα Ở đây do hai trục có đường kính bằng nhau và coi hạt đối xứng qua tâm theo chiều dài hạt nên: P1 = P2, F1 = F2 Lực F1 chính là lực ma sát giữa vỏ trấu và mặt trục, P1 là phản lực của mặt trục lên hạt, vì vậy F1 có thể tính theo công thức: F1 = fP1 Trong đó f là hệ số ma sát giữa vỏ trấu và mặt trục. Từ hình vẽ cho thấy, điều kiện để hạt đi qua khe hở giữa hai trục là: F ≥ P Thay các giá trị của F và P vào: 2 fPc 1 osα ≥ 2 P1 sin α tgα ≤ f ( f = tgϕ ) φ là góc ma sát giữa hạt và cao su. α ≤ϕ Như vậy hạt đi qua khe hở giữa hai trục cao su khi và chỉ khi α ≤ ϕ . Trong điều kiện đã cho, góc φ luôn xác định, góc α là hàm số của kích thước trục, hạt và khe hở giữa hai trục. 5.3.2 Chiều dài làm việc của đoạn nén hạt Lnén Hình 5.4: Sơ đồ xác định chiều dài làm việc của đoạn nén hạt Lnén. + Quan hệ giữa góc ôm α với đường kính trục D, đường kính hạt đem bóc vỏ d và chiều rộng khe ép δ . Trong tam giác vuông OAC: cosα = Theo sơ đồ: OC = OC OA D δ D d + ; OA = OB + BA = + 2 2 2 2 D +δ OC D +δ = 2 = suy ra: cosα = OA D + d D + d 2 α = arccos Suy ra Lnén = 2 D +δ D+d πD D +δ π .254 254 + 1 arccos =2 arccos = 31, 7 mm 360 D+d 360 254 + 3 + Vì các trục quay với tốc độ vòng khác nhau nên một trong chúng (nhanh) vượt sớm hơn trục kia (chậm) với một đại lượng xác định nào đó ở đoạn đường làm việc Lnén. Gọi đại lượng vượt sớm đó là chiều dài trượt Ltr . Ký hiệu tốc độ vòng của trục nhanh là vn m/s, còn của trục chậm là vc m/s và tỷ lệ tốc độ vòng của các trục là K = vn . vc Hình 5.5: Sơ đồ xác định đại lượng vượt sớm (trượt) Ltr Khi trục nhanh chuyển động ổn định đều với tốc độ vn sau một thời gian nhất định thì nó đi được một quãng đường EQ = Lnén. Cũng ở khu vực đó trục chậm với tốc độ vc sau khoảng thời gian như thế cũng đi được một quãng đường E1q1. Từ sơ đồ ta thấy trục vn vượt sớm hơn trục vc một cung qQ = Ltr. Như vậy Ltr được xác định theo phương trình: Lnén − Ltr Lnén Lnén .vc = ⇒ Ltr = Lnén − vn vc vn Ltr = Lnén ( vn− vc ) vn Ltr = Lnén (1- 1 K ) = Lnén ( K − 1) K Theo đại lượng đã xác định ở trên Lnén = 31,7 mm , D = 254 mm, d = 3 mm, δ = 1 mm và tốc độ trục Vn = 12 m/s, Vc = 9 m/s. ⇒ Ltr = 31, 7 ( 12 − 9 ) 12 = 7,9 mm Kết luận: + Chiều dài làm việc của đoạn nén hạt (Lnén) trong vùng làm việc giữa hai trục chỉ phụ thuộc vào thông số hình học, nghĩa là phụ thuộc vào đường kính trục(D), kích thước hạt (d) và khe hở giửa hai trục cao su (δ). Các tốc độ vòng của trục (v n và vc) không ảnh hưởng đến Lnén. + Chiều dài làm việc của đoạn trượt (Ltr) phụ thuộc hoàn toàn vào các thông số hình học (Lnén) cũng như vào các thông số động học (vn ,vc và K). 5.3.3 Lực nén và lực dịch trượt. 5.3.3.1 Lực nén P : Khi hạt đi qua giữa hai trục cao su có khe hở nhỏ hơn kích thước hạt thì xảy ra nén (biến dạng) bản thân hạt cũng như bề mặt trục cao su. Nếu lớp cao su quá cứng, biến dạng ít thì hạt sẽ biến dạng nhiều gây vỡ nát. Do vậy lớp cao su cần có độ biến dạng nhất định để tránh cho hạt khỏi bị biến dạng đến mức bị gãy. Xét trường hợp hạt không bị biến dạng khi đi qua khe ép. Hình 5.6: Sơ đồ để xác định đại lượng biến dạng tuyệt đối của bề mặt cao su của trục. + Tại vị trí hạt đã vào khe ép (góc x < α): Đại lượng biến dạng của lớp cao su tại vị trí của hạt ứng với góc x là CE. Độ lớn của CE tăng dần từ khi hạt bắt đầu từ khe ép (x = α ) và đạt giá trị lớn nhất tại đường nối tâm hai trục O1O2 (x =0), rồi có giá trị giảm dần khi hạt thoát dần ra khỏi khe ép và CE = 0 khi x = α . CE = CO3 – EO3 Trong đó: CO3 =d/2 và EO3 = O1O3 – O1E Xét tam giác vuông O1BO3: O1O3 = Do đó CE = O1 B D +δ = cos x 2 cos x d D +δ D − − 2 2 cos x 2 Kí hiệu CE = Δh0 thì phương trình trên có dạng: Δh0 = d D +δ D − − 2 2 cos x 2 Phương trình này đặc trưng cho quy luật thay đổi biến dạng (tuyệt đối) của bề mặt cao su của trục theo góc x. + Khi x = α nghĩa là hạt vừa vào và ra khỏi khe ép thì ∆h0 min = 0 , vì cosx = cos α = D +δ D+d + Khi x = 0 nghĩa là hạt nằm trên đường nối tâm của hai trục O1O2 thì ∆h0 max = d −δ 2 Giả thiết hạt đang dùng khảo sát có dạng hình cầu cứng tuyệt đối, ta xác định đại lượng lực nén hạt trong vùng làm việc giữa hai trục. Hình 5.7: Sơ đồ để xác định lực nén hạt trong vùng giữa hai trục nén. Quan hệ giữa đại lượng biến dạng ∆h0 và lực ép P dựa vào thuyết đàn hồi được biểu diễn bằng biểu thức: 9π 2 K 12 r + 2 R 2 ∆h0 = . .P 32 rR 3 Trong đó: K1 = 1− µ 2 2 = 0,003: hệ số đặc trưng cơ tính của cao su, m / MN πE µ = 0,5 : hệ số poisson (đặc trưng cho độ cứng) của cao su. E = 7,5 ÷ 8 MN/m2: mô đun đàn hồi của cao su bọc trục bóc vỏ. r = d/2: bán kính hạt (mm). R = D/2: bán kính trục bóc vỏ, (mm). Từ biểu thức trên ta suy ra 4 P = 3πK 1 Với ∆h0 = ∆h03 .r.R r +R 2 (N) d − δ 3 −1 = = 1mm 2 2 K1 = 1 − µ 2 1 − 0,52 = = 0, 03m 2 / MN πE π8 4 ⇒P= 3π K1 ∆h03 .r.R 4 13.1,5.127 = = 16,5 N r 3π 0, 03 1,5 + 127 +R 2 2 Lực ép P chỉ tính cho 1 hạt nhưng thực tế có một lớp hạt nằm trong khoang ép theo suốt chiều dài trục với hệ số chứa đầy φ = 0,5 ÷ 0, 6 nên tổng lực ép do đôi trục bóc vỏ tạo ra là: P’ = P.L.φ = 16,5.254.0,5 = 2095N Lực ma sát giữa hạt thóc và trục cao su: Ft = P ' . f = 2095.0, 2 = 418 N 5.3.3.2 Lực dịch trượt. Thành lập sơ đồ tính toán để xác định lực tác dụng của trục nhanh lên hạt. Nguyên liệu từ cặp trục rãi liệu qua máng dẫn liệu vào khe hở giữa cặp trục cao su. Ở thời điểm tiếp xúc của hạt với trục V1 = 0. Vận tốc hạt ép khi tiếp xúc với trục nhanh và trục chậm được tính bằng trung bình cộng của hai vận tốc tiếp tuyến này. V2 = vn + vc 12 + 9 = = 10,5m / s 2 2 Đoạn đường chuyển động của hạt trong vùng làm việc S = Lnén = 31,7mm. Do đó thời gian hạt đi qua vùng làm việc được xác định theo công thức. τ= Lnén 31, 7 x10−3 = = 6.10−3 s V1 + V2 10,5 2 2 Lực tương đương tác dụng lên hạt trong vùng làm việc giữa hai trục là P0 = Pn – Pc Trong đó Pn và Pc là các lực do trục quay nhanh và trục quay chậm tác dụng lên hạt. Theo định luật động lượng ta có phương trình: m(V2 - V1) = P0. τ ⇒ P0 = m ( V2 − V1 ) τ ⇒ P0 = m ( V2 − V1 ) ( V2 + V1 ) 2 Lnén (*) m = 20g là khối lượng của 1000 hạt thóc đem bóc vỏ. Thay các giá trị V1, V2, m vào biểu thức (*) ta được công thức tính P0. m(V22 − V12 ) m(vn + vc )2 20.10−3 (12 + 9) 2 = = = 140 P0 = 2 Lnén 2 Lnén 2.31, 7.10−3 (N) 5.3.4 Năng suất máy bóc vỏ : Năng suất lý thuyết máy bóc vỏ kiểu trục cao su: Qlt = 3,6lvδφγ (tấn/h) [27] Trong đó : + l: chiều dài trục, m. l=0,254 (m) (chiều dài trục cao su = chiều dài máng nghiêng) + v: vận tốc trung bình của lớp hạt trong vùng xay. vtrục nhanh = 12 m/s , vtrục chậm = 9 m/s ⇒ vtb = vtn + vtc 12 + 9 = = 10m / s = 36000m / h 2 2 + δ: giá trị khe hở trung bình giữa các trục trong vùng xay, m; δ= 0.5-1 mm. Chọn δ= 0,8 mm= 0,0008 m + γ: khối lượng thể tích của sản phẩm trước khi xay, tấn/m3 γ = 0,5 tấn/m3 + φ: hệ số nạp đầy thể tích ở vùng xay, φ = 0,5 ÷ 0,6. Chọn φ = 0,5 Năng suất lý thuyết máy bóc vỏ: Qlt = 3,6lvδφγ =3,6 x 0,254 x 36000 x 0,0008 x 0,5 x 0,5 = 6,5 (tấn/h). 5.4 Chọn động cơ [28] : 5.4.1 Tính toán chọn động cơ : Công suất làm việc trên trục quay nhanh : Ptn = Ft .vtn 418.12 = = 5, 02kW 1000 1000 Công suất cần thiết trên động cơ: Pct = Ptn P 5, 02 = 2 tn = = 5,34 KW η ∑ η ol .η d 0, 99 2.0,96 + Xác định số vòng quay sơ bộ: ntn = vtn 60 12000 60 . = . = 902(vg / ph) R 2π 127 2π ntc = vtc 60 9000 60 . = . = 676(vg / ph) R 2π 127 2π Chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai từ động cơ đến trục quay nhanh là : uđc-tn = 1 Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nsb = ntn .udc − tn = 902.1 = 902(vg / ph) Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1000 vg/ph. Theo bảng 1.3, phụ lục [28] với Pct = 5,34kW, nđb = 1000 vg/ph. Ta chọn động cơ 4A132S6Y3 có Pđc = 5,5kW và nđc = 960 vg/ph. 5.4.2 Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động : udc −tn = ndc 960 = = 1, 06 ntn 902 udc −tc = ndc 960 = = 1, 42 ntc 676 Ptn = Ptc = 5,02kW, Pđc = 5,34 (kW) Ttn = Ttc = 9,55.106 Tdc = 9,55.106 Ptn 5, 02 = 9,55.106. = 70920 Nmm ntn 676 Pdc 5,34 = 9,55.106. = 53122 Nmm ndc 960 5.5 Tính toán thiết kế cụm trục cao su cố định: 5.5.1 Công dụng: Tạo lực bóc vỏ hạt. 5.5.2 Kết cấu: Hình 5.8: Cụm trục cao su cố định. 1. Trục cao su; 2. Gối đỡ trục; 3. Thân máy chính; 4. Guồng quạt; 5. Vỏ quạt; 6. Puly dẫn động cấp liệu; 7. Puly 5.5.3 Tính toán thiết kế các chi tiết: 5.5.3.1 Tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục nhanh. Số liệu: • Công suất: Pct = 5,34 kW • Số vòng quay n1 = nđc = 960 vg/ph • Tỉ số truyền uđc-tn = 1,06 Tính toán thiết kế: 1. Chọn loại đai và tiết diện đai. Theo hình 4.1 với P =5,34 kW, n1 = 960 v/p, ta chọn đai loại B có các thông số là bt = 14 mm ; b =17 mm h = 10.5 mm ; y0 = 4 mm A = 138 mm2 ; d1 = 140 ÷ 280 mm L = 800 ÷ 6300 mm 2. Đường kính bánh đai nhỏ : d1 = 1,2dmin = 1,2.140 = 168 mm Theo tiêu chuẩn ta chọn d1 = 160 mm 3. Vận tốc đai : v= π d1n1 π .160.960 = = 8( m / s) 6.104 6.104 4. Đường kính bánh đai lớn : d2 = ud1(1-ε) = 1,06.160.(1-0,01) = 168 mm Với ε = 0,01 : hệ số trượt tương đối Theo tiêu chuẩn ta chọn d2 = 180 mm 5. Tỷ số truyền : u= d2 180 = = 1,1 d1 (1 − ε ) 160(1 − 0, 01) Sai lệch so với giá trị chọn trước 3,8% 6. Khoảng cách trục : 0,55(d1 + d 2 ) + h ≤ a ≤ 2(d1 + d 2 ) 0,55(170 + 180) + 10,5 ≤ a ≤ 2(170 + 180) 203 ≤ a ≤ 700 Chọn sơ bộ a = 600 mm 7. Chiều dài đai : π (d 2 + d1 ) (d 2 − d1 ) 2 L = 2a + + 2 4a = 2.600 + π (170 + 180) (180 − 170) 2 + = 1750mm 2 4.600 Theo tiêu chuẩn ta chọn L = 1800 mm 8. Số vòng chạy của đai trong 1s : i= v 8 = = 4, 4s −1 < [i ] = 10s −1 L 1,8 Do đó điều kiện được thỏa 9. Tính lại khoảng cách trục a : a= k + k 2 − 8∆ 2 4 Trong đó: k = L −π d1 + d 2 170 + 180 = 1800 − π = 1250mm 2 2 ∆= d 2 − d1 180 − 170 = = 5mm 2 2 a= 1250 + 12502 − 8.52 = 625mm 4 Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép 10. Góc ôm α1 trên bánh đai nhỏ : α1 = 180 − 57 d 2 − d1 180 − 170 = 180 − 157 = 177,50 = 3,1rad a 625 Do có bộ phận căng đai, góc ôm . 11. Số dây đai z : z≥ P1 K d [P0 ]Cα CL Cu C z Kđ = 1,5 – hệ số tải trọng động theo bảng 4.7 [P0] = 2,8kW – công suất cho phép theo bảng 4.19 Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai theo bảng 4.15 Cα = 1 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai theo bảng 4.16 CL = 0,89 Hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền u bảng 4.17 Cu =1 (vì u = 1,06) Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng bảng 4.18 Cz = 0,95 ⇒z= P1 K d 5, 34.1, 5 = = 3, 4 [P0 ]Cα CL Cu C z 2,8.1.0,89.1.0, 95 Ta chọn z = 4 12. Chiều rộng bánh đai : B = (z-1)t + 2e = (4-1)19 + 2.12,5 = 82 mm Với t = 19, e = 12,5 xác định theo bảng 4.21 13. Đường kính ngoài bánh đai : Bánh đai nhỏ da1 = d1 + 2h0 = 160 + 2.4,2 = 168,4 mm Bánh đai lớn da2 = d2 + 2h0 =180 + 2.4,2 = 188,4 mm với h0 = 4,2 14. Lực căng ban đầu : F0 = 780 PK 1 d + Fv vCα z Fv = qm.v2 = 0,178.82 = 11,4N Với Theo bảng 4.7: Kđ = 1,5 F0 = 780.5,34.1,5 + 11, 4 = 207 N 8.1.4 15. Lực tác dụng lên trục : Fr = 2 F0 z sin α1 177,5 = 2.207.4.sin = 1171N 2 2 5.5.3.2 Tính toán thiết kế trục cao su quay nhanh. 1. Chọn vật liệu: Theo bảng 6.1 chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45 có σb = 750 MPa, ứng suất xoắn cho phép [τ] = 15÷30 Mpa. 2. Xác định sơ bộ trục: dk ≥ 3 Tk 70920 =3 = 28, 7mm 0, 2[τ ] 0, 2.15 Chọn sơ bộ đường kính trục dtn = 50mm 3. Xác định sơ bộ bề rộng ổ lăn : Dtn = 50 mm ⇒ bol = 25 mm 4. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực : + Chiều rộng bánh đai bpuly = 82mm + Chiểu rộng bánh đai dẫn động cấp liệu bcấp liệu = 22mm + Bề rộng quạt gió bquạt = 70mm + Bề rộng mayo chụp ép trục cao su bmayo rulo = 70mm + Chiều dày bạc canh bbạc canh = 18mm + l11 = (2,5÷3)d = 2,5d = 2,5.50 = 125 + Gọi li là khoảng cách từ gối đỡ 0 (gối đỡ đầu tiên bên trái) đến tiết diện i (tiết diện 1 là tiết diện đầu tiên bên trái) trên trục l1 = 0,5(bol + bmayo rulo) + bbạc canh = 0,5(25 + 70) + 18 = 65mm l2 = 0,5(bol + bquạt) + l11 = 0,5(25 + 70) + 125 = 172mm l3 = l2 + 0,5(bol + bquạt) + bbạc canh = 172 + 0,5(25 + 70) +18 = 238mm l4 = l3 + 0,5(bpuly + bcấp liệu) = 238 +0,5(82 + 22) = 290mm 5. Xác định lực của bộ truyền lên trục và đường kính trục : Hình 5.9:Sơ đồ đặt lực, biểu đồ momen của trục cao su quay nhanh. Chọn hệ trục tọa độ Oxyz như hình vẽ + Trong mp(Oyz): ∑ Fy = P ' − F0 y − F1 y + Fr = 0 ' ∑ M / A = l1 P + l3 F1 y − l4 Fr = 0 l4 Fr − l1 P ' 290.1171 − 65.2095 = = 858 N F1 y = l3 238 ⇒ F = P ' − F + F = 2095 − 858 + 1171 = 2408 N 1y r 0y + Trong mp(Oxz): ∑ Fx = Ft − F0 x + F1x = 0 ∑ M / A = −l1 Ft + l3 F1x = 0 l1Ft 418.65 = = 114 N F1x = l3 238 ⇒ F = F + F = 418 + 114 = 532 N t 1x 0x +Momen uốn tổng tại các tiết diện j trên chiều dài trục. M j = M xj2 + M yj2 MC = M D = 0 2 2 M A = M xA + M yA = 1361752 + 27170 2 = 138860 Nmm 2 2 M B = M xB + M yB = 608922 + 02 = 60892 Nmm + Momen tương đương tại các tiết diện j M tdj = M 2j + 0, 75T j2 M tdC = M tdD = M C2 + 0, 75TC2 = 0, 75.709202 = 61418 Nmm M tdA = M A2 + 0, 75TA2 = 1388602 + 0, 75.709202 = 151836 Nmm M tdB = M B2 + 0, 75TB2 = 608922 + 0, 75.709202 = 86487 Nmm + Đường kính trục tại các tiết diện j dj ≥ 3 M tdj 0,1[σ ] Với [σ] = 63 MPa : ứng suất cho phép của thép chế tạo trục ( bảng 10.5) • dA ≥ 3 M tdA 151836 =3 = 29mm 0,1[σ ] 0,1.63 Chọn dA = dB = 45 mm • dC ≥ 3 M tdC 61418 =3 = 22mm 0,1[σ ] 0,1.63 Chọn dC = dD = 42 mm 6. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi : a. Với thép C45 có σb = 750 MPa, σch = 450 MPa σ-1 = 0,436σb = 0,436.750 = 327 MPa τ-1 = 0,58σ-1 = 0,58.327 = 190 MPa Theo bảng 10.7 ta có hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ψσ = 0,1 ; ψτ = 0,05 b. Chọn lắp ghép : Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp bánh đai theo g7, kết hợp với lắp then. Kích thước then ( bảng 9.1), trị số của momen cản uốn và momen cản xoắn (bảng 10.6) ứng với các tiết diện trục như sau: Đường kính trục d = 42mm Kích thước then: bxh = 12x8 mm, t1 = 5mm Momen cản uốn W = π d 3 bt1 (d − t1 ) 2 π 423 12.5(42 − 5) 2 − = − = 6295mm3 32 2d 32 2.42 Momen cản xoắn W0 = π d 3 bt1 (d − t1 ) 2 π 423 12.5(42 − 5) 2 − = − = 13570mm3 16 2d 16 2.42 c. Do trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó: σ m = 0; σ a = σ max = Mj Wj = 138860 = 22 6295 Vì trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động, do đó: τ mj = τ aj = τ max = Tj Woj = d. Các hệ số Kσdj ; Kτdj Kσ dj Kτ dj Kσ + K x − 1÷ ε = σ Ky Kτ + K x − 1÷ ε = τ Ky 70920 = 5, 2 13570 - Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt độ nhẵn bề mặt Ra = 2,5 ÷ 0,63 μm. - Do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,09 - Dùng phương pháp thấm cacbon ta có hệ số tăng bền Ky = 1,9. - Theo bảng 10.12, khi dung dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có σb = 750MPa là Kσ = 1,95 ; Kτ = 1,8. - Hệ số kích thước εσ và ετ tra bảng 10.10: εσ = 0,85; ετ = 0,78. Do đó: Kσ 1,95 + K x − 1÷ + 1,09 − 1÷ ε = 0,85 = 1, 25 = σ Ky 1,9 Kσ d Kτ d Kτ 1,8 + K x − 1÷ + 1,09 − 1÷ ε = 0,78 = 1, 26 = τ Ky 1,9 e. Xác định hệ số an toàn : sj = sσ j .sτ j sσ2 j + sτ2 j ≥ [s ] [s] = 1,5 ÷ 2,5 : hệ số an toàn cho phép sσj , sτj : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại j sσ = σ −1 σ −1 327 = = = 10,9 Kσ d .σ a + ψ σ .σ m Kσ d .σ a 1, 25.24 sτ = τ −1 190 = = 28 Kτ d .τ a + ψ τ .τ m 1, 26.5, 2 + 0,05.5, 2 sj = sσ .sτ sσ2 + sτ2 = 10,9.28 10,92 + 282 = 10, 2 ≥ [s ] Vậy các tiết diện trên trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi 7. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh : σ tt = σ 2 + 3τ 2 ≤ [σ ] Trong đó: M max Tmax ; τ = 0,1d 3 0, 2d 3 [σ ]=0,8σ ch = 0,8.450 = 360 MPa σ= Mmax , Tmax : momen uốn và momen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm Tiết diện nguy hiểm tại ổ lăn A M max 138860 = = 15MPa 0,1d 3 0,1.453 T 70920 τ = max 3 = = 4 MPa 0, 2d 0, 2.453 σ= ⇒ σ td = 152 + 3.42 = 17 MPa < [σ ] Vậy thỏa mãn độ bền tĩnh 5.5.3 Tính toán chọn ổ lăn : - Tải trọng hướng tâm tại các ổ: F0 r = F02x + F02y = 5322 + 24082 = 2466 N F1r = F12x + F12y = 1142 + 8582 = 866 N - Vì chỉ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1. - Với đường kính ngỗng trục d = 45 mm, chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ trung 309 (bảng P.2.7 phụ lục) có đường kính trong d = 45 mm, đường kính ngoài, D = 100 mm, khả năng tải động C = 37,8 kN, khả năng tải tĩnh C0 = 26,7 kN. - Tuổi tho của ổ Lh = 20000 giờ. a. Kiểm tra khả năng tải động, điều kiện: Cd ≤ C - Tải trọng qui ước tác dụng lên các ổ: Q = (XVFr + YFa)ktkđ Với : X, Y : là hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục. V = 1 (vòng trong quay). Fa, Fr – tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục. Fa = 0 < e suy ra : X = 1 ; Y = 0. VFr kt = 1 (t Thỏa mãn yêu cầu b. Mayo trục Bề rộng mayo rulo B = 70mm, đường kính d = 42mm Tra bảng 9.1a chọn then bằng có : b = 14mm; h = 9mm; t1 = 5,5mm ; t2 = 3,8mm lt = 0,8.B = 0,8.70 = 56 mm Chọn lt = 63 mm Kiểm tra bền 2.70920 σ d = 42.63.(9 − 5,5) = 15MPa < 100 MPa 2.70920 τc = = 4 MPa < 50 MPa 42.63.14 => Thỏa mãn yêu cầu c. Quạt gió Bề rộng quạt gió B = 70mm, d = 47mm Tra bảng 9.1a chọn then bằng có : b = 14mm; h = 9mm; t1 = 5,5mm ; t2 = 3,8mm lt = 0,8.B = 0,8.70 = 56 mm Chọn lt = 63 mm 5.5.5 Chọn dung sai lắp ghép : Tùy thuộc vào trị số và đặc tính tải trọng, điều kiện sử dụng và những yêu cầu cụ thể khác mà ta chọn kiểu lắp khác nhau. a. Dung sai và lắp ghép ổ lăn. + Lắp vòng trong ổ lăn lên trục theo hệ thống lỗ và lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục. + Để các vòng ổ không trơn trượt theo bề mặt trục hoặc lỗ hộp khi làm việc, cần chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay. + Đối với các vòng không quay chịu tải cục bộ, sử dụng các kiểu lắp có độ hở Vậy khi lắp lên trục ta chọn mối ghép k6, lắp lên vỏ chọn mối ghép H7. Bảng 5.1: Dung sai và lắp ghép ổ lăn : Mối lắp Sai lệch giới hạn trên (μm) Sai lệch giới hạn dưới (μm) ∅20k6 ES - es +15 EI - ei +2 ∅40k6 - +18 - +2 ∅45k6 - +18 - +2 ∅47H7 +30 - 0 - ∅80H7 +30 - 0 - ∅100H7 +35 - 0 - b. Dung sai lắp ghép then: Chọn kiểu lắp cho then bằng tùy thuộc vào đặc tính của mối ghép( ghép có độ hở, ghép trung gian, ghép có độ dôi). Ta chọn kiểu lắp trên trục có độ dôi: P9 và kiểu lắp trên bạc có độ hở D10. Bảng 5.2: Dung sai lắp ghép then : Sai lệch giới hạn chiều rộng Kích thước tiết diện then bxh rãnh then Trên trục P9 14x9 -0,061 Chiều sâu rãnh then Trên bạc Sai lệch giới hạn Sai lệch giới hạn D10 trên trục t1 trên bạc t2 +0,120 +0,2 +0,2 +0,050 5.6 Tính toán thiết kế cụm trục cao su di động : 5.6.1 Công dụng : Tạo lực bóc vỏ, dịch chuyển để điều chỉnh khe hở giữa cặp rulo cao su khi bị mòn. 5.6.2 Kết cấu : Hình 5.10: Kết cấu cụm trục rulo cao su di động. 1. Trục càng di động; 2. Gối đỡ trục càng di động; 3. Thân máy chính; 4. Chụp ép trục cao su; 5. Mayo trục cao su; 6. Trục cao su; 7. Trục; 8. Càng di động; 9. Chốt xoay; 10. Puly. 5.6.3 Tính toán thiết kế: 5.6.3.1 Tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục chậm: Giống như tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục nhanh nhưng thay đổi tỷ số truyền. dtc = ddc.udc-tc(1-ε) = 160.1,42(1-0,01) = 225mm Theo tiêu chuẩn ta chọn dtc = 220mm. 5.6.3.2 Tính toán thiết kế trục cao su quay chậm: Do trục cao su quay nhanh chịu lực lớn hơn trục cao su quay chậm, và trục quay nhanh thỏa mãn điều kiện bền nên trục quay chậm cũng thỏa mãn điều kiện bền. 5.7 Thiết kế hệ thống cấp liệu tự động: 5.7.1 Công dụng: Cấp liệu đều đặn thành từng lớp mỏng đi vào khe hở giữa hai trục cao su. 5.7.2 Kết cấu: Hình 5.11: Kết cấu cụm cấp liệu. 1. Động cơ servo; 2. Máng rung; 3. Phễu cấp liệu; 4. Loadcell; 5. Thùng chứa liệu; 6. Xylanh; 7. Phễu cân; 8. Xylanh; 9. Động cơ rung; 10. Máng nghiêng cấp liệu Sau khi nạp liệu đầy phễu cân (7) từ thùng chứa liệu (5) ở trên, xylanh (8) mở cửa xả liệu để cấp liệu cho phễu chứa (5), đồng thời động cơ rung (9), kết hợp với lò xo tạo chuyển động rung cho máng rung (2) để cấp liệu đều đặn và thành từng lớp mỏng thông qua máng nghiêng tự chảy (10) đi vào khe hở giữa hai trục cao su. Động cơ servo (1) dùng để điều chỉnh vị trí của máng nghiêng khi trục cao su bị mòn. 5.7.3 Tính toán thiết kế: Hệ thống cấp liệu tự động của máy bóc vỏ có ba bộ phận chính: + Cụm cân tự động: bao gồm phễu cân, phễu cấp liệu và loadcell. + Cụm máng nghiêng cấp liệu. + Cụm máng rung: bao gồm máng rung, động cơ rung và lò xo. 5.7.3.1 Thiết kế hệ thống cân tự động: Để tính toán và thiết kế hệ thống cân thì thời gian giữa hai lần xả liệu phải đáp ứng được khả năng đáp ứng của hệ thống khí nén và thời gian ổn định của thiết bị cân. Vậy chọn thời gian giữa hai lần xả liệu là 20s để từ đó tính toán các kích thước của hệ thống cân. 5.7.3.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân tự động: Hệ thống cân tự động dùng để cân đo khối lượng vật liệu theo chu kỳ và lưu lượng dòng vật liệu được cấp vào liên tục đến thiết bị. Hình 5.12: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân tự động. - Hạt thóc được đưa vào phễu cân từ thùng chứa liệu ở trên (hình 5.12.1- 5.12.4). - Hạt thóc được xả khỏi phễu cân bởi một van kiểm soát có lưu lượng được thiết lập theo mong muốn (5.12.5- 5.12.7). - Để duy trì lưu lượng đã thiết lập, việc mở van kiểm soát phải được điều chỉnh tự động. Khi phễu cân gần hết liệu, mở cửa xả liệu trên thùng chứa liệu để điền đầy phễu cân lại. 5.7.3.1.2 Lựa chọn dòng nguyên liệu chảy trong phễu: Vùng vật liệu chuyển động Vùng vật liệu đứng yên a. Dòng chảy chuyển động dạng phễu b. Dòng chảy chuyển động dạng cả khối Hình 5.13: Các dạng chuyển động của vật liệu bên trong phễu. Do yêu cầu vật liệu chứa trong phễu chảy hết khi xả liệu ra ngoài thì cần phải tìm hiểu các dạng dòng chảy vật liệu trong phễu chứa.Có hai dạng dòng chảy chính của nguyên liệu chảy trong phễu chứa là dòng chảy dạng phễu và dòng chảy dạng cả khối. [27], [30]. - Dòng chảy chuyển động dạng cả khối: Dòng chảy chuyển động dạng cả khối là dạng chuyển động của dòng chảy mà trong đó toàn bộ khối vật liệu chuyển động bên trong phễu theo nguyên tắc nguyên liệu vào trước sẽ đi ra trước, nguyên liệu vào sau sẽ đi ra sau. - Dòng chảy chuyển động dạng phễu: Dòng chảy chuyển động dạng phễu hay còn gọi là dòng chảy trong lõi là dạng dòng chảy mà trong đó có một số vật liệu đứng yên trong khi phần còn lại di chuyển. Bảng… Mô tả các ưu và nhược điểm của hai dạng dòng chảy trên. Bảng 5.3: Tổng hợp ưu nhược điểm của dạng dòng chảy chuyển động cả khối và dạng dòng chảy chuyển động dạng phễu. Dòng chảy chuyển động dạng cả khối. Dòng chảy chuyển động dạng phễu. Ưu - Dòng chảy ổn định. - Lực ma sát vật liệu tác dụng lên thành điểm - Dòng vật liệu đồng nhất. phễu nhỏ. - Mật độ không đổi. - Ứng suất tác dụng lên thành phễu nhỏ. - Không có vùng chết trong khối hạt. - Vật liệu vào trước ra trước. Nhược - Lực ma sát vật liệu tác dụng - Vật liệu vào đầu tiên sẽ sa sau cùng. điểm lên thành phễu lớn. - Dòng vật liệu không ổn định. - Ứng suất tác dụng lên - Mật độ có thể bị thay đổi. thành phễu lớn. - Vật liệu có thể bị giữ lại khi có hiện tương tạo thành vùng chết và tạo vòm. Do dòng chảy chuyển động dạng cả khối có nhiều ưu điểm hơn so với dòng chảy chuyển động dạng phễu nên chọn dạng dòng chảy trong phễu cân là dòng chảy cả khối để thiết kế phễu cân. 5.7.3.1.3 Tính toán thiết kế phễu cân đối với dạng dòng chảy cả khối: a. Xác định góc phễu cân: Góc nghiêng của phễu quyết định đến khả năng tạo thành dòng chảy dạng cả khối của vật liệu. Góc phễu có mối quan hệ với góc ma sát giữa vật liệu – thành phễu, vật liệu – vật liệu, dựa vào đồ thị bên dưới ta có thể xác định được góc phễu để dòng chảy vật liệu có thể xã được ra ngoài [32]. Hình 5.14 mô tả mối quan hệ của góc ma sát vật liệu với thành phễu φ , góc ma sát trong của vật liệu δ và góc nghiêng của phễu θ . Hình 5.14: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của các góc ma sát và góc phễu có kết ngõ ra dạng đối xứng. Từ đồ thị trên hình 5.14 ta tra góc phễu chứa liệu để chuyển động trong phễu có dạng cả khối với: - Hệ số ma sát trong của thóc với thóc: 0.70 – 0.85 [31]. Vậy góc ma sát giữa thóc và thóc δ = 350 – 400. - Hệ số ma sát nghỉ giữa thóc – thép 0.3057 - 0.3249 [31]. Vậy góc ma sát nghỉ thóc – thép φ = 180 – 190. - Tra đồ thị bên trên ta được giá trị của góc phễu θ = 350 . b. Kích thước cửa xả liệu của phễu cân: Theo JOHANSON [32] lưu lượng xã liệu lớn nhất của dòng chảy dạng cả khối đối với vật liệu rời là: Q = ρb A Bg 2(1 + m ) tan θ Trong đó: • Q : Năng suất cấp liệu, kg/s. • ρb : Khối lượng riêng của hạt kg/m3. • A : Diện tích mặt cắt ngang của cửa xả A = πD 2 đối với cửa xã có hình tròn, A = WL 4 đối với cửa xã hình chữ nhật, m2. Với: W: bề rộng của cửa xả. L = 3W: chiều dài cửa xả • B : Đường kính hay bề rộng cửa xả, m. • m = 1 Đối với phễu dạng côn, m = 0 đối với dạng đối xứng. • θ : Góc của phễu được đo theo phương thẳng đứng, 0. • g = 9.81 m/s2: gia tốc trọng trường. Tính toán sơ bộ kích thước miệng phễu với năng suất cấp liệu là 5 tấn/h = 1.4 kg/s, khối lượng riêng của thóc ở độ ẩm 14 % là 500kg/m3, góc nghiêng θ = 350. Q = ρA Bg Wg = ρWL 2(1 + m ) tan θ 2(1 + 0 ) tan θ ⇒ Q 2 = ρ 2 bW 2 L2 ⇒W5 = Wg Wg ⇒ Q 2 = ρ 2bW 2 9W 2 2 tan θ 2 tan θ 2Q 2 tan θ 9ρ 2 g ⇒W = 5 2Q 2 tan θ 5 2 x1.42 x tan 35 = = 0.042 m = 42 mm 9ρ 2 g 9 x500 2 x9.81 L = 3W = 3x42 = 126 mm. Vậy để đảm bảo được năng suất cấp liệu là 5 tấn/h thì ngõ ra của hệ thống cấp liệu phải có kích thước tối thiểu là: 42x126 (mm2). c. Tính toán kích thước phễu cân: Hình 5.15: Phễu cân. - Bước 1: chọn chu kỳ lấy mẫu khi cân: ∆T =20s. - Bước 2: chọn góc nghiêng của phễu θ = 350. - Bước 3: Xác định khối lượng cần chứa trong chu kỳ xả là ∆T =20s theo công thức. M = Qx∆T = 1.4 x 20 = 28 kg. - Bước 4: xác định thể tích cần chứa của vật liệu ứng với khối lượng M theo công thức: V= M 28 = = 0.056 m3 ρvl 500 - Bước 5: chọn các kích thước ban đầu: o Chiều dài phần thân: a1 = 0.4 m. o Chiều rộng phần thân:a2 = 0.4 m. o Chiều dài phần miệng phễu: b1 = 0.23 m. o Chiều rộng phần miệng phễu: b2 = 0.15 m. - Bước 6: tính toán chiều cao của phễu theo công thức: Hp = (a2 − b2 ) 0.4 − 0.15 = = 0.18 m. 0 2 x tan 35 2 x tan 350 - Bước 7: tính toán phần thể tích chứa của phễu theo công thức: Vp = ( a1 xa2 + b1 xb2 ) xH p 2 = (0.4 x0.4 + 0.23 x0.15) x0.18 = 0.0175 m3. 2 - Bước 8: tính toán phần thể tích chứa của thân theo công thức: Vt = V − Vp = 0.056 − 0.0175 = 0.0385 m3. - Bước 9: tính toán chiều cao của thân theo công thức: Ht = Vt 0.0385 = = 0.24 m. a1 xa2 0.4 x0.4 - Bước 10: chọn lại chiều cao thân. Do còn phải lắp loadcell nên ta chọn Ht = 0.3 m - Bước 11: chọn chiều cao cuống phễu Hcp = 0.1 m 5.7.3.1.4 Thiết kế phễu chứa liệu: Ngõ ra của phễu chứa được thiết kế phù hợp đồng thời phải chứa được lượng nguyên liệu lớn hơn phễu cân để duy trì dòng lưu lượng liên tục trong quá trình xả liệu. Hình 5.16: Phễu chứa liệu 5.7.3.2 Tính toán thiết kế máng nghiêng chảy liệu: 5.7.3.2.1 Kích thước máng nghiêng: Chiều rộng của máng nghiêng phải phù hợp vơi chiều dài của rulo cao su là 254mm. Do đó ta chọn chiều rộng máng nghiêng bằng 248mm, vật liệu làm máng là tole 3mm. Chiều dài, chiều cao máng ta chọn tương ứng với kết cấu thân máy và chiều cao lớp vật liệu. Ta có kích thước máng nghiêng cấp liệu LxBxh = 640x248x30 mm. 5.7.3.2.2 Chọn động cơ servo: Lực tác dụng lên máng nghiêng: F = m.g Trong đó: m = mthóc + mmáng + mthóc: Khối lượng lớp vật liệu trong máng mthóc = ρthóc LBh = 500 x0.64 x0.248 x0.03 = 2.4kg + mmáng: Khối lượng máng mmáng = ρthep LBδ = 7850 x 0.64 x0.248 x0.003 = 4.8kg Vậy m = mthóc + mmáng = 2.4 +4.8 = 7.2kg Chọn vít me theo tiêu chuẩn có các thông số kỹ thuật: • Đường kính dvít me = 12 mm • Chiều dài Lvít me = 35 mm • Bước Svít me = 1.75 mm Momen xoắn tác dụng lên động cơ M = F.dvít me = 72.12 = 864 Nmm = 0.864 Nm Chọn động cơ có công suất 200W, moment cực đại 1,91Nm. 5.7.3.3 Tính toán thiết kế máng rung cấp liệu: 5.7.3.3.1 Chọn động cơ rung: Năng suất cấp liệu của cụm cấp liệu dạng rung được tính theo công thức: Q = 120π .B.h.e.n.ρ .µ . tan α , (tấn/h). Trong đó: • Q : Năng suất cấp liệu của sàng rung, (tấn/giờ). • B : Chiều rộng của sàng rung,(m). • h : Chiều cao lớp vật liệu, (m). • e : Biên độ dao động của sàng rung, (m). • n : Tốc độ vòng quay của động cơ rung, (vòng/phút). • ρ : Trọng lượng riêng của vật liệu, (tấn/m3). • µ : Hệ số tơi của vật liệu, khoảng 0,6 – 0,7. • α : Góc nghiêng của máng rung, khoảng 15 - 300 Thiết kế máng rung cho hệ thống cấp liệu của máy bóc vỏ có năng suất là 5 (tấn/giờ). - Chiều rộng máng nghiêng phải phù hợp với chiều rộng của máng nghiêng đi xuống máy bóc vỏ là 0.254 m. Vậy ta chọn B = 0.24 m. - Trọng lượng riêng của lúa: ρ = 0.5 (tấn/m3). Chọn: • Tốc độ vòng quay của động cơ rung: n = 3000 (vòng/phút). • Biên độ dao động của sàng rung: e = 0,003 (m). • Hệ số tơi của vật liệu: μ = 0,6. • Góc nghiêng của sàng rung:α = 250. Vậy chiều cao của lớp vật liệu được tính theo công thức: h= Q 120.π .B..e.n.ρ .µ . tan α ⇒h= 5 = 0.044 m. 120 xπ x 0.24 x0.003 x3000 x0.5 x0.6 x tan 250 Chọn h = 0.044 m = 44 mm. Tính toán lại năng suất cấp liệu của máng rung: Q = 120 xπ x0.24 x 0.044 x 0.003x3000 x0.5 x0.6 x tan 250 = 5.1 tấn/giờ. Như vậy chiều cao h là phù hợp. Chọn chiều cao máng rung là H = 200 mm. Chọn: Chiều dài máng rung là 0.68m. Kích thước cửa nạp liệu của máng rung: 0.24x0.16 (m3) Vật liệu làm máng là tole δ = 3 mm. Tính toán công suất động cơ: N= Mn 3 e 2 1.08 x108 Trong đó: M : Tổng trọng lượng tác dụng lên động cơ và được tính theo công thức: M = mthóc + mmáng + mvlp + mmáng : trọng lượng của máng. mm = ρthep LBδ = 7850 x0.68 x0.5 x0.003 = 8 kg + mthóc : trọng lượng của thóc trong máng. mvlm = ρthoc LBh = 500 x0.68 x0.24 x 0.044 = 4 kg. + mvlp : trọng lượng của vật liệu trong phễu: mvlp = ρthoc Lp B p H p = 500 x 0.72 x0.15 x0.2 = 11 kg. ⇒ M = 8 + 4 + 11 = 23 kg Công suất động cơ rung: 23 x30003 x0.0032 N= = 0.05 kW 1.08 x108 Chọn động cơ rung có công suất 0.18 kW = 180 W tần số f = 50 (Hz). 5.7.3.3.2 Tính toán lò xo của máng rung cấp liệu: + Xác định đường kính lò xo và đường kính dây lò xo: Chọn vật liệu làm lò xo thép có hàm lượng cacbon trung bình với ứng suất bền cho phép là: σ b = 1500 ÷ 1700 MPa. Khi uốn các dây lò xo thành lò xo xoắn ốc thì ứng suất trên mặt trong lò xo lớn hơn ứng suất mặt ngoài. Độ cong của lò xo đóng vai trò quan trọng trong thiết kế lò xo. Nếu kể đến ảnh hưởng của ứng suất uốn thì ứng suất lớn nhất được xác định theo công thức sau: Ta có τ max = 8 Fmax K w D πd 3 Trong đó: K w : hệ số Wahl và được xác định theo công thức: Kw = ( 4c − 1) + 0.615 ( 4c − 4) c c: chỉ số của lò xo và được xác định theo công thức : c= ⇒ Kw = D =7 d ( 4 x7 − 1) + 0.615 = 1.21 ( 4 x7 − 4) 7 d: đường kính dây lò xo. D:đường kính của lò xo. Fmax: tải trọng làm việc của lò xo. Độ bền lò xo sẽ được đảm bảo khi ứng suất xoắn lớn nhất sinh ra ở thớ biên phía bên trong của lò xo thỏa mãn điều kiện: τ max = 8 Fmax K w D ≤ [τ ] πd 3 d ≥ 1.6 K w Fmax c [τ x ] Trong đó: Ứng suất cho phép [τ ] của lò xo được xác định như sau: [τ ] = (0.4 ÷ 0.5)σ b Fmax = ( M + mdc ) g ( 23 + 9) x9.81 = = 78,5 N 4 4 Đường kính dây lò xo: d ≥ 1.6 K w Fmax c 1.21x 78,5 x6 = 1.6 = 1,8 mm. [τ x ] 450 Chọn d theo tiêu chuẩn d = 4 mm. Chọn lại giá trị D = cd = 7 x 4 = 28 mm. Chọn D = 30 mm theo tiêu chuẩn Chọn lại giá trị c = 30 = 7.5 4 + Chuyển vị và độ cứng của lò xo: Chuyển vị của lò xo được tính theo công thức: λ= - 8Fc 3 Gd Chuyển vị lớn nhất của lò xo: λ max = - 8 Fmax c 3 8 x78,5 x7.5 3 = = 3.7 mm Gd 8 x10 4 x 4 Chuyển vị lớn nhỏ nhất của lò xo: λmin = 8Fmin c 3 8 x 40 x7.53 = = 0.4 mm Gd 4 x8 x10 4 Số vòng làm việc của lò xo: n= ( λmax − λmin ) Gd = ( 3.7 − 0.4) x8 x10 4 x 4 = 7.6 vòng 8c 3 ( Fmax − Fmin ) 8 x 7.53 ( 350 − 40) Chọn n = 8 vòng. Chiều dài dây quấn các vòng làm việc của lò xo: l = πDn = 3.14 x30 x8 = 754 mm Độ cứng của lò xo: k= Gd 8 x10 4 x 4 = = 11 N/m = 11000N/mm. 8c 3 n 8 x 7.53 x8 5.8 Thiết kế cụm căng đai: 5.8.1 Công dụng: Điều chỉnh căng đai khi đai bị chùng. 5.8.2 Kết cấu: Hình 5.17: Kết cấu cụm căng đai. 1. Núm chỉnh; 2. Lò xo; 3. Bulong; 4. Tay quay; 5. Thân máy chính; 6. Trục cố định; 7. Puly căng đai. Khi đai bị chùng ta căng đai bằng cách vặn núm vặn (1) để nén lò xo (2) và kéo bulong (3) về bên trái, khi đó tay quay (4) quay xung quanh trục cố định (6) đồng thời kéo theo puly (7) về bên trái để căng đai. Các chi tiết được thiết kế phù hợp với kết cấu thân máy và được trình bày qua bản vẽ chi tiết. 5.9 Thiết kế cụm điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su: 5.9.1 Công dụng: Điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su khi bị mòn. 5.9.2 Kết cấu: Hình 5.18: Cụm điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su 1. Trục cao su di động; 2. Càng trục động ; 3. Trục cao su cố định ; 4. Xylanh khí nén. Sau một thời gian làm việc, trục cao su bị mòn, khi đó ta phải thay đổi áp lực khí nén trong xylanh (4) để ép trục cao su động (2) vào trục cao su cố định (3) duy trì khe hở giữa hai trục cao su, đảm bảo năng suất và tỷ lệ bóc vỏ theo yêu cầu. 5.10 Thiết kế thân máy chính: 5.10.1 Công dụng : Đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy. 5.10.2 Kết cấu: Hình 5.19: Kết cấu thân máy chính. Bảng 5.4: Kích thước thân máy chính: Tên gọi Chiều dày: thân hộp, δ Đường kính: Biểu thức tính toán δ = 10 mm Bulong nền, d1 d1 = 15 mm Vít ghép nắp đậy trụcd2 d2 = 10 mm Bulong ghép thùng cấp liệu và thân, d3 d3 = 6 mm Bulong ghép giá đỡ động cơ và thân, d4 d4 = 12 mm Bulong ghép giá đỡ xy lanh và thân, d5 Kích thước gối trục: d5 = 12 mm Đường kính các lỗ gối trục trên thân được xác định theo đường kính trục Khe hở giữa các chi tiết: Giữa mặt đầu trục cao su với thân Δ = 16÷24 mm Giữa mặt bên trục cao su với thân Δ1 = 100 mm Giữa cặp trục cao su Δ2 = 0,5÷1 mm Số lượng bulong nền Z Z=4 5.11 Thiết kế hệ thống truyền động khí nén: 5.11.1 Đặc điểm của hệ thống khí nén: 5.11.1.1 Ưu điểm: - Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ. - Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể tích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. - Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển. - Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn cũng không đe dọa bị nhiễm bẩn. - Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẳn đường dẫn khí nén. - Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp. - Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van, ...) có cấu tạo đơn giản và giá thành không đắt. - Các van khí nén phù hợp một đối với các chức năng vận hành logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức hợp. 5.11.1.2 Nhược điểm: - Lực để truyền đến cơ cấu chấp hành thấp. - Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. - Dòng khí thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn. Với các ưu nhược điểm trên, trong máy bóc vỏ, các xylanh khí nén được sử dụng gồm: + Xylanh đóng mở cửa xả liệu. + Xylanh đóng mở cửa phễu cân. + Xylanh nén trục cao su. 5.11.2 Sơ đồ hệ thống khí nén: Sơ đồ hệ thống khí nén của máy được thể hiện ở hình 5.20 Hình 5.20: Sơ đồ hệ thống khí nén máy bóc vỏ. 1- Bộ lọc dầu; 2- Van an toàn; 3- Van một chiều có trở lực lò xo. 4- Các van phân phối; 5,6,7 - Các xy lanh khí nén; 8 – Van giảm áp 5.11.3 Tính toán và lựa chọn xy lanh khí nén: Các thông số ban đầu yêu cầu để đảm bảo cho hệ thống xy lanh khí nén có thể họat động được là: • Lực ép: F = 100 N. • Áp lực khí nén: p = 6 bar. • Vận tốc ép: v = 2 m/s. • Hành trình ép: 240 mm. + Chọn xylanh đóng mở cửa xả liệu và cửa phễu cân. Lực tác động lên pittong của xylanh được tính toán theo công thức: F= π D2 . p.µ 4 (*) Trong đó: F = 100N : là lực tác động lên pittông. D: đường kính của xylanh (cm2). p = 6bar = 6.105 N/m2 : Áp suất tác động lên piston. μ : hệ số hiệu dụng của xy lanh. Xylanh khí nén làm việc chịu tải trọng động, khi đó do tổn hao về ma sát, do có tính đàn hồi của xylanh khí nén khi chịu tải thay đổi vì vậy hệ số hiệu dụng của xylanh thường chọn bằng 0,5. Từ công thức (*) ta có D= 4F 4.100 = = 0, 0206 m = 20,6 mm π pµ π 6.105.0,5 Tra bảng thông số của xy lanh, chọn xy lanh có các thông số : - Đường kính xy lanh D = 40 mm. - Đường kính đầu ty xy lanh : d = 20 mm. - Hành trình dập D = 240 mm. + Chọn xylanh nén trục cao su • Lực ép: F = 100 N. • Áp lực khí nén: p = 6 bar. • Vận tốc ép: v = 2 m/s. • Hành trình ép: 240 mm. D= 4F 4.100 = = 0, 0282 m = 28,2 mm π pµ π .2.105.0,5 Tra bảng thông số của xy lanh, chọn xy lanh có các thông số : - Đường kính xy lanh D = 40 mm. - Đường kính đầu ty xy lanh : d = 20 mm. - Hành trình dập D = 240 mm. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY BÓC VỎ. 6.1 Các yêu cầu điều khiển của máy bóc vỏ: Hình 6.1: Các đối tượng điều khiển máy bóc vỏ Bảng 6.1: Các yêu cầu và đối tượng điều khiển của máy bóc vỏ. STT Yêu cầu điều khiển 1 Xylanh (2) 2 Xylanh (5) 3 Xy lanh (13) 4 5 Van phân phối Van phân phối Điều khiển ON/OFF ON/OFF Nội dung thực hiện Mở cửa xả liệu xuống phễu cân (4). Mở cửa xả liệu xuống phễu cấp liệu (6). Van phân Tạo lực ép giữa hai trục cao phối su Tín hiệu Xác định vị trí hết liệu trong phễu cấp liệu (6) phản hồi phễu cấp liệu (6). Phản hồi Cân khối nguyên liệu trong khối lượng phễu. Điều khiển Tạo chuyển động rung cho tần số rung máng rung cấp liệu (9). Điều khiển Điều chỉnh vị trí máng vị trí nghiêng cấp liệu (11). Khối lượng nguyên liệu trong phễu cân (4) Động cơ rung 7 Động cơ servo 9 điều khiển Mức nguyên liệu trong Cảm biến 6 8 Đối tượng tiệm cận (8) Loadcell Biến tần Xác định độ mòn của trục Giám sát độ mòn trục Cảm biến Phản hồi độ cao su cố định (16) laser mòn Động cơ trục chính Biến tần Điều khiển Điều chỉnh tốc độ động cơ tốc độ để duy trì vận tốc dài trục cao su, từ đó điều chỉnh các thông số khác. cao su khi bị mòn. 6.2 Cấu hình phần cứng điều khiển máy bóc vỏ: ON/OFF Van khí nén Xylanh (2) Loadcell (3) ON/OFF Màn hình giám sát và điều khiển PLC ON/OFF Van khí nén Xylanh (5) Biến tần Động cơ rung (7) Cảm biến tiệm cận (8) Biến tần Động cơ (10) Van khí nén Xylanh (13) Cảm biến laser (15) Bộ điều khiển động cơ servo Động cơ servo (12) Encoder từ động cơ servo Hình 6.2: Cấu hình phần cứng điều khiển máy bóc vỏ. Hình 6.3: Cấu hình phần cứng điều khiển máy bóc vỏ 6.3 Lựa chọn các thiết bị cho hệ thống điều khiển máy bóc vỏ: 6.3.1 Lựa chọn PLC: PLC dùng để thu nhận các tín hiệu từ các thiết bị điều khiển và xuất tính hiệu đến các cơ cấu chấp hành để vận hành hệ thống điều khiển. Việc lựa chọn PLC dựa vào số lượng và dạng tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra trong hệ thống. Hiện nay có nhiều nhà sản xuất PLC như: Siemens, Omron, Mitsubishi, … Trong trường hợp này chọn loại PLC S7-200 của Siemens đáp ứng được các yêu cầu điều khiển các thiết bị đã đặt ra. Hình 6.4: PLC S7-200 của hãng Siemens. Các thông số kỹ thuật của PLC S7-200 của Siemens: - PLC S7-200, CPU 224.6ES7214-1BD23-0XB0. - Nguồn cung cấp: 220 VAC. - Ngõ vào: 14 DI DC. - Ngõ ra: 10 DO Relay. - Bộ nhớ chương trình: 12 kB. - Bộ nhớ dữ liệu: 8 kB. - Điều khiển PID: Có. - Phần mềm: Step 7 Micro/WIN. - Bit memory/Counter/Timer: 256/256/256. - Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 kHz. - Bộ đếm lên/xuống: Có. 6.3.2 Lựa chọn màn hình giám sát và điều khiển: Màn hình điều khiển và giám sát dùng để chứa và lập trình phần mềm điều khiển đồng thời dùng để cài đặt và hiển thị giá trị năng suất của thiết bị. Chọn loại màn hình giám sát và điều khiển TD200 của hãng Siemens để kết nối và lập trình cho PLC do tương thích với PLC S7-200 như đã lựa chọn ở trên. Hình 6.5: Màn hình giám sát và điều khiển TD200 của hãng Siemens. Các thông số kỹ thuật của màn hình giám sát và điều khiển TD200: - Độ rộng màn hình: 2,2”. - Loại màn hình: TD200. - Kiểu giao tiếp: Phím bấm. - Chuẩn truyền thông: RS485, RS232. - Giao thức truyền thông: MPI, Profielbus DP. - Tương thích PLC: S7-200. 6.3.3 Lựa chọn các cảm biến: a. Cảm biến tải. Cảm biến tải là cảm biến dùng để cân khối lượng của vật liệu dựa vào tín hiệu hiệu điện thế ngõ ra ứng với một tải trọng nhất định. Hình 6.6: Một số loại cảm biến tải. Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cảm biến tải, loại cảm biến tải của hãng VMC được lựa chọn sử dụng trong trường hợp này là hợp lý và kinh tế vì chúng có một số đặc tính kỹ thuật sau: Hình 6.7: Cảm biến tải VLC-132 của hãng VMC. - Mức tải tối đa: 60, 100, 250, 500, 635 kg. - Điện áp biến đổi: 2mV/V ± 10%. - Khoảng nhiệt độ hoạt động: -200C ÷ +600C. - Điện trở vào: 400±15Ω. - Điện trở ra: 300±3 Ω. - Quá tải an toàn: 150%. - Quá tải phá hủy an toàn: 300 %. - Điện áp kích thích: 10 VDC/AC. - Điện áp kích thích tối đa: 15 VDC/AC. b. Cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung dùng để phát hiện sự có mặt của vật liệu là thóc, gạo bên trong hệ thống cấp liệu tự động. Hình 6.8: Một số loại cảm biến điện dung Loại cảm biến điện dung được sử dụng ở đây là loại cảm biến của hãng OMRON vì chúng có một số đặc tính kỹ thuật sau: Hình 6.9: Cảm biến điện dung E2K-C của hãng OMRON. - Đường kính: 34 mm. - Điện áp cấp: 12 ÷ 24 VDC. - Công suất tiêu thụ điện: Tối đa 10 mA ở 12 VDC,Tối đa 15 mA ở 24 VDC. - Loại vật có thể phát hiện: Các vật phi kim loại. - Độ nhạy: Có thể điều chỉnh. - Khoảng cách phát hiện tối đa hiệu quả: 3 ÷ 25 mm. - Tần số đáp ứng: 70 Hz. - Chỉ thị: Chỉ đối tượng (LED đỏ). 0 0 - Nhiệt độ môi trường hoạt động: -25 C ÷ 70 C. - Mức độ chịu rung: 10 ÷ 55 Hz, rung 1,5 mm. - Mức độ chịu sốc: khoảng 50 G's. 6.3.4 Lựa chọn đầu cân: Đầu cân dùng để khuếch đại tín hiệu từ cảm biến tải sau đó truyền tín hiệu về bộ điều khiển PLC Hình 6.10: Một số đầu cân. Việc lựa chọn đầu cân phải phù hợp với tín hiệu ngõ ra của cảm biến tải và phải giao tiếp được với bộ điều khiển PLC. Trong trường hợp này chọn đầu cân của hãng AND là phù hợp. Hình 6.11: Đầu cân AD4401 của hãng AND (Nhật). Các đặc tính kỹ thuật của đầu cân AD4401 của hãng AND: - Màn hình hiển thị: VFD. - Khả năng kết nối loadcell 2 mV/V và 3 mV/V, 4x350 Ω hoặc 8x700 Ω. - Giao tiếp: COM1: RS232/422/485, COM2: RS232/422/485. - Điện áp cung cấp: 100÷240 VAC, 45÷65 Hz, 30 VA. - Tốc độ biến đổi A/D: 20 lần/s. - Tín hiệu ngõ vào: 10 - 15 mV. - Điện áp cung cấp loadcell: 5 VDC. - Nhiệt độ làm việc: -100 C ÷+400 - Độ phân giải hiển thị: 10000 e 6.3.5 Lựa chọn biến tần: Biến tần dùng để thay đổi tần số hoạt động của động cơ từ đó làm thay đổi số vòng quay của động cơ rung. Hình 6.12: Các loại biến tần. Hiện nay có nhiều nhà cung cấp biến tần cho các động cơ hoạt động trong môi trường công nghiệp như: Siemens. ABB, VDF,…Trong trường hợp này sử dụng biến tần của hãng ABB là phù hợp với công suất động cơ yêu cầu. Hình 6.13: Biến tần ACS55-01N-02A2-2 cuả hãng ABB. Các thông số kỹ thuật của biến tần ACS55-01N-02A2-2: - Công suất: 0,75 kW. - Điện áp cấp: 220 V. - Dãy công suất: 0,18…2,2 kW. - Đạt chuẩn IP20. - Dãy tần số: 0-120 Hz - Ba đầu vào số (DI) - Một đầu vào tương tự (AI). - Một đầu ra rờ le (RO) 6.3.6 Lựa chọn động cơ servo và bộ điều khiển động cơ servo : Động cơ servo được điều khiển bởi bộ điều khiển servo thông qua bộ đo tốc độ vòng quay (Encoder). Động cơ servo có các đặc điểm sau: - Điều khiển vị trí chính xác. - Moment lớn. - Thời gian đáp ứng nhanh. - Kết nối được với PLC. Trên thị trường các thiết bị này được cung cấp thành một bộ để tương thích với nhau. Có nhiều nhà cung cấp động cơ và bộ điều khiển servo như: OMRON, Siemens, Mitsubishi,… Trong trường hợp này lựa chọn động cơ và bộ điều khiển servo của hãng OMRON là hợp lý. Hình 6.14: Động cơ Servo AC A10030 và bộ điều khiển servo R7D-AP01H của hãng OMRON. Các thông số kỹ thuật của ĐỘNG cơ Servo AC A10030 và bộ điều khiển servo R7D-AP01H: Động cơ Servo AC A10030: - Công suất: 200 W. - Tốc độ: 3000 vòng/phút. - Moment danh nghĩa: 0,637 N.m. - Moment tối đa: 1,91 N.m. - Tải xoay cho phép: 245N. - Độ phân giải của encoder: 2.000 xung / vòng quay cho pha A và pha B, 1 xung/ vòng quay cho pha Z. - Công suất tiêu thụ: 7 W. - Dòng điện tiêu thụ: 0,29 A. Bộ điều khiển servo R7D-AP01H: - Công suất: 200W. - Dòng điện ra: 2rms. - Dòng điện ra tối đa: 6 rms. - Nguồn cấp: Nguồn 1 pha 200/230 VAC (từ 170 đến 253V) tần số 50/60 Hz. - Phương pháp điều khiển: Điều khiển số. - Phản hồi tốc độ 2000 xung/ vòng quay sử dụng encoder lũy tiến. - Đáp ứng xung điều khiển: 250 kHz. 0 - Nhiệt độ hoạt động: 0 tới 55 C. - Độ ẩm hoạt động tối đa: 90% (không ngưng tụ). - Khả năng chịu rung 10 tới 55 Hz theo các chiều X, Y, Z. - Điện trở cách điện giữa dây nguồn với vỏ: tối thiểu 0,5 MΩ. 6.4 Các giải thuật điều khiển máy bóc vỏ: 6.4.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển máy bóc vỏ: START Yêu cầu chuyển sang chế độ Man để cài cài đặt lại các thông số cho phù hợp YES Chế độ Auto NO Đọc giá trị các Núm chỉnh năng suất, tốc độ, áp suất và hiển thị lên text screen Yêu cầu chọn lựa loại lúa, đo độ ẩm của lúa Người vận hành điều chỉnh năng suất, tốc độ và áp suất. Người vận hành bấm nút mở máy NO Loại lúa/ độ ẩm đã biết YES Lấy các bộ thông số vận hành tương ứng cho loại lúa/ độ ẩm làm tín hiệu đặt vận hành Khởi động máy ở chế độ Man Man Mở xylanh (1.15) NO Xylanh (13) mở YES Khởi động động cơ trục chính (10) Đo độ mòn từ cảm biến (15) Điều khiển đ/cơ (12), chính máng (11) Đóng xylanh (5), Mở Xylanh (2) Chế độ Auto NO Mphễu (4) Mmax YES Khởi động timer đo năng suất Khởi động động cơ rung (7) Đóng xy lanh (13) Đóng xylanh (2), Đọc tín hiệu KL từ loadcell (3) Mở xy lanh (5) YES CB (8) báo có thóc NO 6.4.2 Lưu đồ giải thuật khi vận hành bằng tay Khởi động máy ở chế độ Man Xylanh (13) mở NO Mở xylanh (13) YES Khởi động động cơ trục chính (10) Đo độ mòn từ cảm biến (15) Điều khiển đ/cơ (12) để chỉnh máng nghiêng (11) Đóng xylanh (5), Mở Xylanh (2) NO Mphễu (4) Mmax YES Đóng xylanh (2), Đọc tín hiệu KL từ loadcell (3) Mở xy lanh (5) CB (8) báo có thóc NO YES Khởi động timer đo năng suất / Khởi động động cơ rung (7)/ Đóng xylanh (13) ZZZKhởi động đ/cơ rung ( 1.11) CB (8) báo hết thóc N O Mphễu (4) Mmin Đo độ mòn từ cảm biến (15) N O YES YES Đóng xylanh (5) Mở Xylanh (2) Đọc thời gian từ Timer Khởi động lại Timer Mở Xylanh (5) Mphễu (4) Mmax Chỉnh tốc độ động cơ (10) Chỉnh động cơ servo (12) N O Cập nhật các thông số cài đặt mới của người vận hành YES Tính NS = Mphễu(4) / Ttimer Chỉnh tần số rung của(7) Đóng xylanh (2) Đọc tín hiệu KL từ (3) N O Chế độ Auto YES Yêu cầu ghi nhận thông tin loại gạo/ độ ẩm N O Chế độ Auto N O Chế độ Auto Chế độ Auto Cập nhật các thông tin vận hành cho loại gạo tương ứng vào cơ sở dữ liệu 6.4.3 Lưu đồ giải thuật khi vận hành tự động: Chế độ Auto N O CB (8) báo hết thóc Mphễu (4) Mmin N O YES YES Đo độ mòn từ cảm biến (15) Đóng xylanh (5) Mở Xylanh (2) Đọc thời gian từ Timer Khởi động lại Timer Mở Xylanh (5) Mphễu (4) Mmax Tính NS = Mphễu(4) / Ttimer Chỉnh tần số rung của (7) YES Đóng xylanh (2) Đọc tín hiệu KL từ (3) NO STO P YES Đóng xy lanh (2), Mở xy lanh (5) NO Cảm biến (8) báo hết thóc YES Mở xy lanh (13) Ngắt động cơ rung (7) Ngắt động cơ trục chính (10) END N O Chỉnh tốc độ động cơ (10) Chỉnh động cơ servo (12) + Các thông số đầu vào được nhập vào cơ sở dữ liệu trước khi vận hành bao gồm: kích thước thóc, giá trị độ ẩm, điều chỉnh các núm chỉnh năng suất, vận tốc dài trục cao su, áp suất khí nén ban đầu. + Trong quá trình vận hành kiểm tra giá trị tỷ lệ gãy vỡ và tỷ lệ bóc vỏ bằng thiết bị đo, nếu đạt yêu cầu ghi nhận các giá trị áp suất khí nén, vận tốc dài của trục cao su, vị trí máng nghiêng rãi liệu, tỷ lệ gãy vỡ, tỷ lệ bóc vỏ vào cơ sở dữ liệu. + Từ độ mòn đo được từ cảm biến laser, tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ để đảm bảo duy trì vận tốc dài, và điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệu. + Các bộ thông số được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu: - Các thông số của vật liệu (kích thước thóc, độ ẩm thóc…) . - Các thông số kỹ thuật và vận hành (áp suất khí nén, vận tốc dài, vị trí máng nghiêng rãi liệu). - Các yếu tố mục tiêu (tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ). + Lần vận hành sau thì dựa vào yếu tố mục tiêu yêu cầu đạt và thông số ảnh hưởng đầu vào thì bộ điều khiển tự động lựa chọn thông số vận hành phù hợp với yêu cầu. KẾT LUẬN - Luận văn đã đưa ra các giải pháp cải tiến để nâng cao năng suất, tỷ lệ bóc vỏ, giảm tỷ lệ gãy vỡ. • Thiết kế hệ thống cấp liệu tự động, đảm bảo năng suất cấp liệu ổn định 5 tấn/h. • Đề xuất giải pháp đo độ mòn trục cao su để từ đó điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su, điều chỉnh vận tốc trục cao su, và điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệu. • Đề xuất giải pháp điều chỉnh vận tốc trục cao su. • Đề xuất giải pháp điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệu. - Kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo: Nâng cao mức độ tự động hoá của máy bóc vỏ bằng cách sử dụng các thiết bị đo tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và phản hồi về bộ điều khiển trung tâm để tiến hành điều chỉnh các thông số vận hành của máy. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H.Zareiforoush, M.H. Komarizadeh and M.R. Alizadeh, Effect of moisture content on paddy properties - University of Urmia, Urmia, Iran Rice Research Institute of Iran, Rasht, Iran - 2009 [2] Võ Hùng Anh, Báo cáo : “Những biện pháp nâng cao chất lượng hạt gạo và giảm tổn thất thu hoạch lúa ở ĐBSCL” – Festival lúa gạo tại Hậu Giang – Tháng [3] 12/2009. Phan Hiếu Hiền, Nguyễn Văn Xuân – Báo cáo: “Công nghệ Sau thu hoạch lúa ở [4] ĐBSCL 2008” - Đại Học Nông Lâm – 2009. Phạm Văn Tấn, Tình hình làm khô, bảo quản và chế biến lúa gạo ở ĐBSCL, Báo cáo trong Hội thảo Sau thu họach tại Vũng tàu – tháng 4/2009. [5] Bùi Đức Hợi (chủ biên), Kỹ thuật chế biến lương thực – Tập 1, Nhà xuất bản Khoa [6] học kỹ thuật Hà Nội, 2006. Harry Van Ruiten, Xê Mi Na về kỹ thuật chế biến lúa, Đại học Nông Lâm [7] [8] TP.HCM, 1990. US5873301, Roll type husking apparatus with inclined guide chute. Nitat Tangpinijkul, Rice Milling Systerm, Post-harvest Engineering Research Group Agricultural Engineering Research Institute Department of Agriculture, [9] [10] [11] [12] Thailand, 2008. Cơ sở thiết kế máy sản xuất thực phẩm US7296511, Rice hulling roll driving apparatus in rice huller. F. Garibondi, Rice milling equipment operation and maintenance, FAO, 1988. James E. Wimberly, Technical handbook for the paddy rice postharvest industry in Developing Countries, INTERNATIONAL RICE RESEARCH INSTITUTE LOS [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] BAÑOS, LAGUNA, PHILIPPINES, 1983. Máy chế biến thực phẩm http://www.sinco.com.vn (Công ty cổ phần chế tạo máy SINCO, Việt Nam). US6347579, Husking apparatus. Rice Milling Manual http://huthimex.apps.vn (Công ty TNHH xuất nhập khẩu Hưng Thịnh, Việt Nam). http://www.liangyun-ricemachine.com ( Liang-yung, Trung Quốc. Meas Pyseth, Rubber roll husker – IRRI, 2010. http://www.buivanngo.com.vn (Công ty Bùi Văn Ngọ, Việt Nam). Chuong IV - Thiet bi xay xát va đánh bóng hạt Esmaeil Riahi and Hosahalli S. Ramaswamy, Handbook of postharvest technology, [23] McGill University, Sainte-Anne-de-Bellevue, Quebec, Canada. Srinivas, Sathyendra Rao, Shridhar, Kumaravelu, Computer simulation and control [24] of Rubber roll sheller, CSIR Madras Complex, Taramani, CHENNAL. Nguyễn Văn Xuân, Lê Quang Vinh, Báo cáo: “Đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ lúa ban đầu đến hệ thống nhà máy xay xát kiểu rulô cao su, năng suất 1 tấn/giờ”, Đại [25] [26] học Cần Thơ, tháng 10/2008. http://www.lamico.com.vn (Công ty LAMICO, Việt Nam). Nguyễn Thế Hà, Báo cáo: “Thực hiện nghị quyết 48/NQ-CP về giảm tổn thất sau [27] thu hoạch lúa, năng lực và trách nhiệm”, Festival lúa gạo tại Hậu Giang, 2009. Tôn Thất Minh, “Giáo trình máy và thiết bị chế biến lương thực”, nhà xuất bản Bách Khoa-Hà Nội, 2010 [28] Trịnh Chất-Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1”, Nhà xuất bản giáo duc, 2007 [29] Trịnh Chất-Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 2”, Nhà xuất bản giáo duc, 2007 [30] Vũ Bá Mình, Hoàng Minh Nam – Cơ học vật liệu rời, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2009 [31] Var. Sazandegi, Some engineering properties of paddy, Int. J. Agri. Biol., Vol.9, No. 5, 2007. [32] George G. Chase, SOLIDS NOTES, The University of Akron, Fall 2004 [33] Phùng Chân Thành, Bài giảng thủy lực-khí nén. [...]... cải tiến • Tính toán, thiết kế các chi tiết và bộ phận máy của máy bóc vỏ đảm bảo năng suất 4÷5 tấn/h • Thiết kế hệ thống điều khiển máy bóc vỏ 1.8 Phạm vi nghiên cứu của luận văn Luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu trong các phạm vi sau: - Nghiên cứu, đề xuất các phương án cải tiến máy bóc vỏ nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo tỷ lệ bóc vỏ va tỷ lệ gãy vỡ theo yêu cầu - Tính toán, thiết kế cơ khí máy bóc. .. suất, tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ chưa ổn định 1.5 Những vấn đề cần cải tiến + Vấn đề 1: Năng suất máy bóc vỏ không ổn định + Vấn đề 2: Tỷ lệ bóc vỏ không ổn định + Vấn đề 3: Tỷ lệ gãy vỡ không ổn định 1.6 Mục tiêu của luận văn Nghiên cứu cải tiến máy bóc vỏ nhằm nâng cao năng suất, đạt tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ mong muốn Mức chất lượng Số TT Các chỉ tiêu chất lượng Đơn chủ yếu của máy bóc vỏ vị đo... nhiêu thì tỷ lệ thóc, tấm và cám trong hỗn hợp bóc vỏ nhỏ bấy nhiêu (tỷ lệ gạo lức và tương ứng là tỷ lệ trấu sẽ lớn bấy nhiêu) - Để đánh giá quá trình làm việc của máy bóc vỏ cần thiết phải xác định các yếu tố mục tiêu: Năng suất bóc vỏ, tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ sau khi qua máy + Năng suất bóc vỏ Năng suất lý thuyết máy bóc vỏ kiểu trục : Qlt = 3,6lvδφγ (tấn/h) [27] Trong đó : • l: chiều dài trục,... máy bóc vỏ, đảm bảo năng suất 5 tấn/h CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY BÓC VỎ 2.1 Bản chất của quá trình bóc vỏ: - Mục đích của quá trình bóc là bóc lớp vỏ trấu của thóc để thu gạo lức - Hạt thóc được đặc trưng bởi các tính chất cơ lý sau: Độ bền của mối liên kết giữa vỏ và nhân, khả năng của nhân chống lại các lực tác dụng trong quá trình bóc vỏ Ngoài ra trong quá... vào máy bóc vỏ KB = η1 − η 2 100% η1 Trong đó: η1 - Số hạt thóc trước khi bóc vỏ η2 - Số hạt thóc còn lại sau khi bóc vỏ + Tỷ lệ gãy vỡ KGV Tỷ lệ gãy vỡ đặt trưng về mặt chất lượng cho quá trình làm việc của máy bóc vỏ Nó được xác định bằng tỷ số giữa lượng tấm, cám trên tòan bộ lượng nhân bị bóc vỏ (gạo lức, tấm , cám) Nghĩa là: K GV = T +C K +T +C Trong đó: K, T, C – tương ứng là khối lượng gạo lức... bình của lớp hạt trong vùng làm việc • δ: giá trị khe hở trung bình giữa các trục trong vùng làm việc, m • γ: khối lượng thể tích của sản phẩm trước khi bóc vỏ, tấn/m3 • φ: hệ số nạp đầy thể tích ở vùng xay, φ = 0,5 ÷ 0,6 + Tỷ lệ bóc vỏ KB Tỷ lệ bóc vỏ đặc trưng về mặt số lượng cho quá trình làm việc của máy bóc vỏ Nó được xác định bằng tỷ số lượng thóc được bóc vỏ sau mỗi lần bóc vỏ so với lượng thóc... máy bóc vỏ : 2.2.1 Máy bóc vỏ hai dĩa đá : Dựa theo nguyên lý ma sát Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy bóc vỏ hai dĩa đá 1 Phễu cấp liệu; 2 Tay quay điều chỉnh khe hở; 3 Dĩa cố định 4 Lớp đá nhân tạo; 5 Dĩa quay; 6 Động cơ; 7 Puly truyền động Hình 2.3: Máy bóc vỏ dạng hai đĩa đá Nguyên lý làm việc: Máy gồm hai dĩa bằng thép đặt nằm ngang (3) và (5), trên mặt dĩa có đắp một lớp đá nhân tạo. .. C – tương ứng là khối lượng gạo lức nguyên, tấm, cám, khi qua máy bóc vỏ Tỷ lệ gãy vỡ đánh giá mức độ chính xác của quá trình bóc vỏ Giá trị của hệ số này càng nhỏ thì tỷ lệ tấm và cám càng thấp và như vậy quá trình bóc vỏ tiến hành tốt, hiệu suất công nghệ chung của máy bóc vỏ càng tăng + Kết luận: Những yếu tố mục tiêu của quá trình bóc vỏ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể xếp chúng... Kích thước tổng thể động cơ trục chính máy (DxRxC) kW 7,5 r.p.m 1350 kg - mm 1200x755x1320 + Đặc điểm: - Cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn - Tự động nén trục cao su thông qua xy lanh khí nén - Hai trục cao su nghiêng kết hợp với máng dẫn hướng hạt - Hiệu suất bóc vỏ 85 - 95% - Tỉ lệ gãy vỡ thấp 1.4.3 Máy bóc vỏ do công ty Hưng Thịnh chế tạo Hình 1.7: Máy bóc vỏ lúa HT-PHE 310 + Đặc tính kỹ thuật Kiểu... TỐ MỤC TIỀU CỦA QUÁ TRÌNH BÓC VỎ 3.1 Những yếu tố mục tiêu của quá trình bóc vỏ - Về phương diện lý thuyết có thể coi kết quả của quá trình bóc vỏ là cho ta 2 sản phẩm - gạo lức và trấu Trong thực tế do chịu ảnh hưởng cúa các tính chất cơ lý của hạt và mức độ không hoàn thiện của máy mà hỗn hợp luôn bao gồm các thành phần - gạo lức, thóc, trấu, tấm và cám - Quá trình bóc được tiến hành tốt bao nhiêu ... bao) Ở công đoạn gạo sau trộn cân đóng bao lại * Nhận xét: • Bóc vỏ lúa nằm công đoạn quy trình khâu dây chuyền sản xuất nhà máy chế biến lúa gạo • Công dụng máy bóc vỏ tách vỏ trấu khỏi hạt... bóc vỏ KB Tỷ lệ bóc vỏ đặc trưng mặt số lượng cho trình làm việc máy bóc vỏ Nó xác định tỷ số lượng thóc bóc vỏ sau lần bóc vỏ so với lượng thóc trước cho vào máy bóc vỏ KB = η1 − η 100% η1 Trong. .. đọan 7: Tách lúa (Máy tách lúa) Hỗn hợp gồm: gạo lúa sau qua máy tách sạn đưa qua công đoạn tách lúa để thu gạo lúa riêng biệt Gạo tiếp tục qua công đoạn xát trắng lúa đưa máy bóc vỏ h) Công đoạn