Nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ thống sản xuất thức ăn bột dạng viên và sấy thành phẩm

TỔNG QUAN VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong điều kiện ngành chăn nuôi đang phải đối mặt với dịch bệnh, đầu ra, thì ngành sản xuất, chế biến thức ăn chăn nuôi cũng đang mắc phải nhiều khó khăn, thách thức Ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi (TACN) của nước ta có tốc độ phát triển khá nhanh nhưng giá luôn cao hơn 10-15% so với các nước trong khu vực nên tính cạnh tranh không cao Bên cạnh đó, sản xuất không đáp ứng nổi nhu cầu tiêu dùng trong nước, hàng năm phải nhập khẩu khoảng 20 -30% về khối lượng, chiếm tới 45% tổng giá trị nguyên liệu sản xuất TACN Tăng cường năng lực cho ngành sản xuất TACN sẽ làm tăng khả năng sản xuất trong nước đáp ứng tốt nhu cầu tiêu thụ của thị trường và ổn định giá cả góp phần phát triển nhanh chóng ngành chăn nuôi ở Việt nam.

Các nguyên liệu bột cá 60% đạm, vi khoáng, amino acid các nhà sản xuất cũng phải nhập khẩu toàn bộ vì trong nước chưa sản xuất được Vì vậy, giá thức ăn chăn nuôi của Việt Nam luôn cao hơn so với các nước trong khu vực từ 10 - 20%. Bên cạnh đó, tốc độ tăng trưởng nhanh của ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi thời gian qua cũng đi kèm với tồn tại trong công tác giám sát, kiểm định chất lượng Chất lượng thức ăn không đạt yêu cầu nêu trên đã gây thiệt hại cho người chăn nuôi Giá cả không thể cạnh tranh mà chất lượng cũng chưa chắc bảo đảm tốt hơn sản phẩm của nước ngoài, bởi vậy hiện hay, hơn 50% lượng thức ăn chăn nuôi đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ trong nước vẫn phải nhập từ các nước khác về.

Nhìn tổng thể về chăn nuôi, dù gia súc hay gia cầm thì đặc điểm chung cả nước vẫn là nuôi phân tán, chủ yếu lấy công làm lời, chưa phải là một nền chăn nuôi chuyên nghiệp, quy mô lớn để giảm giá thành, tăng mức cạnh tranh trên thị trường. Đối mặt với tình trạng trên, để giải quyết vấn đề thức ăn chăn nuôi cho nhưng hộ gia đình, hay trang trại chăn nuôi nhỏ lẻ thì việc cần thiết chế tạo ra những chiếc máy chế biến thức ăn từ nguyên liệu sẵn có trở nên cấp thiết.

1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN

Tạo điều kiện để sinh viên có cơ hội được nghiên cứu kiến thức một cách chuyên sâu, được áp dụng các kiến thức và kỹ năng đã được rèn luyện trong suốt quá trình học tập tại trường vào việc thực hiện một sản phẩm khoa học, giúp ích cho đời sống và xã hội.

Nghiên cứu và chế tạo được một thiết bị, máy móc có ích cho đời sống Đặc biệt là việc giúp cho các hộ nuôi gia đình, các trang trại nuôi tiết kiệm được thời gian, giảm chi phí thuê nhân công,cung cấp nguồn thức ăn rẻ và đảm bảo dinh dưỡng góp phần nhỏ vào phát triển kinh tế xã hội.

Nghiên cứu, tìm hiểu các mô hình, sản phẩm đã có sẵn trên thị trường Từ đó vẫn dụng những kiến thức đã học tập và rèn luyện tại trường để tính toán, sửa đối, thiết kế lại một chiếc máy đạt được yêu cầu của đề tài

Trong thiết kế các chi tiết máy, để giảm bớt thời gian tính toán, thiết kế và chế tạo Nhóm đã nghiên cứu và lựa chọn các chi tiết đã có bán sẵn trên thị trường sao cho phù hợp với ý định thiết kế, sau đó lấy các thông số của các chi tiết đó để tính toán cho các chi tiết khác.

1.4.2 Phương pháp mô hình hóa:

Từ các ý tưởng, tài liệu nghiên cứu ban đầu, thực hiện mô hình hóa các ý tưởng trên phần mềm 2D, 3D Từ đó chọn ra được phương pháp phù hợp nhất, sau đó nghiên cứu, điều chỉnh thêm các chi tiết, bộ phận khác nhằm tối ưu nhất cho máy.

1.4.3 Phương pháp phân tích, tổng hợp:

Tổng hợp tất cả những ý kiến, ý tưởng mà nhóm thu thập được từ các phương pháp nghiên cứu trên Từ đó phân tích các ý tưởng, ý kiến để chọn ra phương án phù hợp và tối ưu nhất so với mục tiêu ban đầu mà nhóm đề ra, loại bỏ đi các yếu tố dư thừa Phương áp cuối sau khi lựa chọn và lược bỏ sẽ được triển khai theo kế hoạch.

Khi máy đã hoàn thành sơ bộ Thực nghiệm trực tiếp trên máy Nhằm đưa ra những số liệu chuẩn xác nhất Quan sát và chỉnh sửa những điều bất cập nhằm hoàn thiện sản phẩm trước khi nộp đề tài.

1.5 CÁC ĐỀ TÀI LIÊN QUAN

 Máy ép cám viên trục ngang

Máy đùn cám hay còn gọi là máy ép cám trục ngang, vì máy hoạt động chủ yếu dựa trên sự chuyển động của trục vít nằm ngang Khi vận hành máy, động cơ điện chuyển động truyền lực qua dây đai đến trục ép Tại đây, trục xoắn ép kiểu xoắn quay tròn, thực hiện nhiệm vụ nghiền các loại nguyên liệu đồng thời đẩy nguyên liệu về phía trước ép, nén chặt qua mặt sàng tạo thành viên.

Hình 1.1: Máy ép cám viên trục ngang 3A3Kw không đầu cắt

 Máy ép cám viên trục đứng

- Khi máy ép cám viên trục đứng hoạt động, trục máy sẽ làm nhiệm vụ kéo sàng

=> sàng sẽ quay và nghiền ép nguyên liệu với con lô để tạo ra viên cám Sau đó viên cám sẽ được cắt nhỏ ra theo độ dài khác nhau bằng dao cắt và xả ra ở cửa xả nguyên liệu (độ dài của viên cám tùy thuộc vào bà con điều chỉnh sao cho phù hợp)

Hình 1.2 máy ép cám viên trục đứng

 Thiết Bị Sấy Thùng Quay

Hình 1.3 Máy sấy thùng quay

Nguyên lý hoạt động: Sau khi nguyên liệu ẩm được đưa vào thùng quay, máy bắt đầu quay tròn và các cánh bên trong làm nhiệm vụ đảo đều nguyên liệu Nguyên liệu được đảo đều như vậy sẽ tiếp xúc với khí nóng làm bay hơi ẩm Ưu điểm: Phù hợp cho sấy các loại hạt, sản phẩm sấy dạng rời và bột hoặc bột nhảo Có thể sấy ngay các dạng hạt như: cà phê, thóc ướt còn bết dính cho ra sản phẩm là cà phê, thóc rời có độ ẩm tuỳ theo yêu cầu Vật liệu sấy được sấy đều, chất lượng sản phẩm tốt Quá trình sấy liên tục, năng suất sấy có thể đạt được lớn, mức độ tự động hoá cao, phù hợp với quy mô công nghiệp, tập trung Nhược điểm: Không sấy được vật liệu sấy dạng khối, vật liệu dễ dập vỡ vì có thể bị dập nát trong quá trình quay Chi phí đầu tư khá lớn, hiệu suất nhiệt không cao Năng lượng tiêu hao, chi phí vận hành lớn, đòi hỏi công nhân vận hành có tay nghề Không phù hợp với quy mô hộ gia đình, năng suất sấy nhỏ, yêu cầu có nhiều hệ thống phụ trợ đi kèm.

 Thiết Bị Sấy Băng Tải

Hình 1.4 Máy sấy băng tải

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu cần sấy được trải đều lên bề mặt lưới băng tải thông qua một thiết bị tiếp liệu cơ khí chuyên dụng Khi sấy, gió nóng được thổi vào khu vực nguyên liệu từ trên xuống phía dưới băng tải, tạo nên sự gia nhiệt đồng đều cho toàn bộ nguyên liệu cần sấy Toàn bộ vùng tiếp xúc với gió nóng tăng nhiệt nhanh. Hàm ẩm trong nguyên liệu được giảm, và hiệu suất sấy tăng nhanh Thiết bị sấy phù hợp cho sấy các nguyên liệu có hình dạng xác định, khi đã lựa chọn loại máy sấy này thì người sử dụng yên tâm về tính năng cũng như sự ổn định của máy Hình ảnh về máy sấy băng tải được thể hiện trên hình 1-81.4 Ưu điểm: Băng tải sấy dạng khay di chuyển phù hợp với vật liệu dạng tấm, miếng, không cần đảo trộn trong quá trình sấy. Băng tải sấy chịu nhiệt được vận hành một cách đơn giản, chế độ an toàn cao nhờ các hệ thống an toàn đi kèm như rơle, còi báo… Cấu tạo máy sấy băng tải thực sự tiết kiệm nhiên liệu nhờ mặt thoáng tiếp xúc nhiệt cao làm giảm đáng kể lượng tiêu hao nhiên liệu sấy Nhiệt độ sấy được điểu chỉnh tự động phù hợp với vật liệu sấy Băng tải sấy dạng lật, phù hợp vật liệu sấy dạng hạt, ép viên cần được đảo trộn trong quá trình sấy So với thiết bị sấy thùng quay, hệ thống băng tải sấy có không gian lắp đặt nhỏ, gọn Đặc biệt hệ thống băng tải sấy là loại thiết bị sấy tiết kiệm nhiên liệu nhất nhờ mặt thoáng tiếp xúc nhiệt cao làm giảm đáng kể lượng tiêu hao nhiên liệu sấy.

Nhược điểm: Có hao hụt vật liệu vận chuyển do rơi vãi trên quãng đường vận chuyển có thể tác động đến môi trường Khi vận chuyển ở những khoảng cách dài và không thẳng đòi hỏi phải có thêm trạm trung chuyển gây tốn kém Dòng khí phải xuyên qua hết chiều dày của lớp vật liệu, quá trình sấy mới được hoàn thành.

1.6 SẢN PHẨM CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT THỨC ĂN BỘT DẠNG VIÊN

CÁC ĐỀ TÀI LIÊN QUAN

2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1.1 Cơ sở chọn phương án thiết kế

Máy được thiết kế ra khi làm việc phải có độ tin cậy cao, năng suất cao, hiệu suất làm việc lớn, tuổi thọ cao, chi phí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và thay thế thấp nhất. Ngoài ra còn phải chú ý đến yêu cầu về đặc điểm nơi máy phục vụ, kết cấu máy không quá phức tạp, dễ sử dụng, tiếng ồn nhỏ và hình dáng của máy có tính thẩm mỹ.

2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật chung của máy khi thiết kế

 Đơn giản trong kết cấu và khả năng vận hành dễ dàng

 Tiêu thụ ít năng lượng nhưng vẫn mang lại năng suất cao

 Giá cả phù hợp với người tiêu dùng

 Khả năng di chuyển thuận tiện

 Dễ sửa chữa và bảo trì

 Hình thức đẹp, gọn nhẹ

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy ép cám với cấu tạo, hình thức khác nhau Tuy nhiên điểm khác nhau nổi bật ở các loại máy này là về phương pháp ép với năng suất cao Phương pháp ép cám viên trục đứng Đĩa lổ được gắn cố định trên trục thẳng đứng, và được siết chặt vào trục bằng đai ốc Trên trục có đĩa quay 4 đem cám ra khỏi miệng Khi nguyên liệu được đưa vào người sử dụng 2 vít điều chỉnh tạo lực ép F con lô ép vào mặt sàn đĩa lỗ lúc đó thực hiện quá trình ép nguyên liệu vào đĩa lỗ tạo ra viên 7 làm gãy bằng tay gạt và đi ra theo miệng Chúng ta có thể thay đổi kích thước của thức ăn bằng cách thay đĩa lỗ khác nhau và điều chỉnh tay gạt 8.

THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY

Chọn phương án thiết kế

2.1.1 Cơ sở chọn phương án thiết kế

Máy được thiết kế ra khi làm việc phải có độ tin cậy cao, năng suất cao, hiệu suất làm việc lớn, tuổi thọ cao, chi phí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và thay thế thấp nhất. Ngoài ra còn phải chú ý đến yêu cầu về đặc điểm nơi máy phục vụ, kết cấu máy không quá phức tạp, dễ sử dụng, tiếng ồn nhỏ và hình dáng của máy có tính thẩm mỹ.

2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật chung của máy khi thiết kế

 Đơn giản trong kết cấu và khả năng vận hành dễ dàng

 Tiêu thụ ít năng lượng nhưng vẫn mang lại năng suất cao

 Giá cả phù hợp với người tiêu dùng

 Khả năng di chuyển thuận tiện

 Dễ sửa chữa và bảo trì

 Hình thức đẹp, gọn nhẹ

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy ép cám với cấu tạo, hình thức khác nhau Tuy nhiên điểm khác nhau nổi bật ở các loại máy này là về phương pháp ép với năng suất cao Phương pháp ép cám viên trục đứng Đĩa lổ được gắn cố định trên trục thẳng đứng, và được siết chặt vào trục bằng đai ốc Trên trục có đĩa quay 4 đem cám ra khỏi miệng Khi nguyên liệu được đưa vào người sử dụng 2 vít điều chỉnh tạo lực ép F con lô ép vào mặt sàn đĩa lỗ lúc đó thực hiện quá trình ép nguyên liệu vào đĩa lỗ tạo ra viên 7 làm gãy bằng tay gạt và đi ra theo miệng Chúng ta có thể thay đổi kích thước của thức ăn bằng cách thay đĩa lỗ khác nhau và điều chỉnh tay gạt 8.

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy ép cám trục thẳng đứng bằng quả lô và đĩa lỗ

A Ưu nhược điểm của phương án:

- Có thùng chứa liệu nên an toàn khi vận hành

- Thức ăn đa dạng hóa về kích thước

- Bề mặt làm việc của quả lô nhanh mòn

Qua quá trình khảo sát và kiểm nghiệm chúng em quyết định chọn phương án ép bằng con lăn và đĩa lỗ Với năng suất cao phù hợp với một trang trại hoặc từng hộ gia đình tiết kiệm được không gian, điện năng, làm việc an toàn.

C Chọn phương án truyền động

2.1.4.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy

Hình 2.2 Bộ phận chính của nguyên lý tạo cám viên

Chuyển động của con lăn 4 đè ép lên mặt đĩa lỗ 4 được thực hiện bằng động cơ điện thông qua một bộ truyền đai một bộ truyền bánh răng Khi trục quay làm đĩa lỗ 4 quay dân tới quả lô quay Ép cám xuống từng lỗ được tay gạt gạt đứt và đĩa quay đem thức ăn ra khỏi miệng

 Ưu nhược điểm của máy

- Đa dạng hóa kích thước thức ăn + Nhược điểm:

- Bề mặt làm việc nhanh mòn

Qua quá trình phân tích ưu, nhược điểm và cơ sở chọn phương án thiết kế Ta thấy phương án thiết kế máy với trục thẳng đứng sử dụng động cơ điện xoay chiều 1 pha có nhiều ưu điểm : thiết kế đơn giản, sử dụng dễ dàng trong mạng lưới điện gia đình, an toàn và gon nhẹ, giá thành thấp.

Tính toán động học cho máy

Công suất yêu cầu của động cơ được xác định theo công thức:

N ycdc =N h η t (kw) Nlv: Công suất làm việc của dao cắt (kw) ηtt : Hiệu suất hệ thống.

Tính công suất làm việc của máy (dao cắt) được xác định theo công thức:

1000 (kw) Ptt: lực cắt tác dụng nên dao cắt Ptt = N V

V:vận tốc dài của dao quay V= 15 m/s

Vậy công suất làm việc của máy là:

Bảng 2.1: Thông số động cơ

Vận tốc quay (v/ph) cos⁡φ T max

2.2.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỷ số truyền động chung: i= Ndc ÷Nct

Tính các thông số trên trục

 Xác định công suất trên các trục:

Công suất trên trục động cơ N1= Ndc=3 (kw)

Công suất trên trục chủ động N1 = Ndc = 3 (kw).

Công suất trên trục bị động Nbd = ηt1-2.N1 = 0.95.3 =2.85 (kw)

 Xác định số vòng quay

Số vòng quay động cơ: nđc 50 (vòng/phút)

Số vòng quay của trục bị động là: nbd= ndc ÷ i= 1450 ÷3.89 72 (vòng/phút)

 Xác định mômen xoắn trên trục

Mômen xoắn trên trục động cơ:

Mômen xoắn trên trục bị động:

Bảng 2.2: Kết quả tính toán động học của máy

Trục Động cơ Trục bị động

Thiết kế bộ truyền bánh răng côn thẳng

Vì bộ truyền bánh răng ở đây là bộ truyền kín được bôi trơn tốt nên dạng hỏng chủ yếu là tróc rỗ bề mặt răng Do đó, ta tiến hành tính toán thiết kế theo ứng suất tiếp xúc.

 Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn Chọn thép 40Cr được tôi cải thiện. Theo bảng 6.13 độ rắn của thép 40Cr là HB 180 ÷ 350 Để bộ truyền bánh răng có khả năng chạy mòn tốt thì độ rắn của bánh dẫn H1 và bánh bị dẫn H2 phải theo quan hệ: H1 ≥ H2 + (10 ÷ 15) HB

Do đó, đối với bánh dẫn chọn độ rắn trung bình HB1 = 250, đối với bánh bị dẫn chọn độ rắn trung bình HB2 = 228.

 Ứng suất uốn cho phép

Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức

Trong đó: 𝜎 – 1: là giới hạn mỏi của vật liệu n: Hệ số an toàn k: hệ số tập trung ứng suất

Kn hệ số chu kỳ ứng suất uốn

Hệ số an toàn của bánh răng nhỏ n=1.5

Hệ số tập trung ứng suất k =1.8

Kn hệ số chu kỳ ứng suất uốn Kn =1.4

Giới hạn mỏi của thép 𝜎-1 = 0,42.550 #1 N/mm 2

 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K=1.4

 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng = 0.3

 Tính chính xác hệ số tải trọng K và chiều dài nón L

Hệ số tải trọng K được xác định theo công thức

K = Ktt.Kđ = 1.1,45 = 1,45 khác với dự đoán trên là 1.4

Tính chính xác chiều dài nón

 Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng Điều kiện σ F1 =2T 1 ⋅K F ⋅Y ε ⋅Y β ⋅Y F1

Trong đó: m m modun pháp tuyến trung bình

D m1 đường kính trung bình của bánh chủ động

Y hệ số trùng khớp của răng

Y β hệ số kể đến độ nghiêng của răng

K F hệ số tải trọng khi tính về uốn

3,54 Mpa. σ F1 rMpa