Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nghiền bột ngô của máy nghiền dạng đĩa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- NGUYỄN DUY TRƯỜNG ĐỀ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

NGUYỄN DUY TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG

NGHIỀN BỘT NGÔ CỦA MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Phạm Văn Lang

THÁI NGUYÊN 11 - 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG

NGHIỀN BỘT NGÔ CỦA MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA

Học viên: Nguyễn Duy Trường Lớp: Cao học K13 – CNCTM Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

SAU ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH Phạm Văn Lang

HỌC VIÊN

Nguyễn Duy Trường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Duy Trường, học viên lớp Cao học K13 – CN CTM

Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc

biệt là sự giúp đỡ của GS.TSKH Phạm Văn Lang, thầy giáo hướng dẫn tốt

nghiệp của tôi, và các thầy cô trong phòng thí nghiệm của trường Giao thông vận tải, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu các yếu tố

ảnh hưởng đến chất lượng nghiền bột ngô của máy nghiền dạng đĩa”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Phạm Văn Lang và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

NGƯỜI CAM ĐOAN

Nguyễn Duy Trường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn GS.TSKH Phạm Văn Lang - Thầy

hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn của thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn

Tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên phòng thí nghiệm công trình của trường ĐH Giao thông vận tải, cảm ơn thầy Phạm Ngọc Liên nguyên cán bộ Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm, thực nghiệm để hoàn thành luận văn này

Tôi cũng muốn cảm ơn các thầy cô khoa sau đại học trường ĐH KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này

Tác giả

Nguyễn Duy Trường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

BẢNG KÝ HIỆU VÀ NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 11

LỜI MỞ ĐẦU 12

Chương 1: 16

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA 16

1.1 Tầm quan trọng, xu thế phát triển của chế biến thức ăn gia súc và máy nghiền 16

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trong và ngoài nước 20

1.2.1 Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy nghiền trong nước 21

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy nghiền nước ngoài 23

1.3 Phân loại máy nghiền đĩa 25

1.3.1 Phân tích nguyên lý : 25

1.3.2 Phân loại: 26

1.3.3 So sánh hiệu quả của máy nghiền đĩa với các loại máy nghiền khác 26 1.3.4 Chọn nguyên lý làm vỡ hạt ngô thành hạt mảnh 28

Kết luận chương 1 29

Chương 2 31

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Đối tượng nghiên cứu 31

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu 32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.3.1 Nghiên cứu ứng dụng cơ sở lý thyết quy hoạch thực nghiệm 32

2.3.1.1 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 32

2.3.1.2 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 36

2.3.1.3 Xử lý kết quả – Xác định mô hình toán phương án bậc 1 41

2.3.1.4 Xác định mô hình toán bậc 2 43

2.3.1.5 Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố hàm mục tiêu: 47

2.3.2 Cơ sở của lý thuyết đồng dạng – mô hình – phép phân tích thứ nguyên 47

2.3.2.1 Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và mô hình trong phương pháp nghiên cứu về máy móc cơ điện 47

2.3.2.2 Mô hình, bản chất và các dạng mô hình 48

2.3.2.3 Chuẩn số đồng dạng 51

2.3.2.4 Lý thuyết thứ nguyên 51

2.3.2.5 Nguyên lý của lý thuyết đồng dạng – Định lý đồng dạng 53

2.3.2.6 Phương pháp xác định chuẩn số đồng dạng 54

Kết luận chương 2 57

Chương 3 58

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BỘ PHẬN NGHIỀN 58

3.1 Cơ sở lý thuyết: 58

3.2 Tính toán một số bộ phận của máy 60

3.2.1 Bộ phận nghiền 60

3.2.1.1 Tính đường kính đĩa nghiền 60

3.2.1.2 Tính năng suất máy nghiền 61

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.2.1.3 Tính công suất của máy 62

3.2.1.4 Tính chuyển động đai 63

3.2.2 Bộ phận nạp liệu (Trục vít tải ) 66

3.2.2.1 Năng suất của vít tải: 66

3.2.2.2 Công suất vít tải: 67

3.2.2.3 Tính chuyển động đai của trục vít tải: 68

Kết luận chương 3 73

Chương 4 74

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG NGHIỀN CỦA MÁY NGHIỀN NGÔ DẠNG ĐĨA 68

4.1 Cơ lý tính của nguyên liệu thí nghiệm 74

4.2 Phương pháp xác định độ nhỏ của hạt nghiền và chi phí năng lượng riêng 75

4.3 Giới thiệu mô hình thí nghiệm 76

4.3.1 Các thông số cơ bản: 78

4.3.2.Thiết bị đo 79

4.4 Các bước thực hiện thí nghiệm 79

4.4.1 Chọn giá trị của các thông số đầu vào 79

4.4.2 Mục đích của thí nghiệm 80

4.4.3.Tiến hành thí nghiệm 80

4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng nghiền 81

4.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng 83

4.7 Ảnh hưởng của tốc độ đĩa nghiền x1 và tốc độ trục vít tải x2 đến chi phí năng lượng riêng Yk 88

Kết luận chương 4 95

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

KẾT LUẬN CHUNG 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

BẢNG KÝ HIỆU VÀ NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

K 1 Hệ số giữa đường kính ngoài và đường kính trong của đĩa

K 2 Hệ số thực nghiệm

φ Hệ số điền đầy thể tích

𝐾 Hệ số phụ tải

𝛼 Góc nghiêng của vít tải đối với phương nằm ngang độ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

W 0 Hệ số dẫn suất của trở lực chuyển động sản phẩm

D Kích thước cạnh quy về khối lập phương mm

Ψ Hệ số dạng cầu hạt ngô

μ Hệ số ma sát

K ph Hệ số phục hồi

TN Mã số thí nghiệm

tg Tổng thời gian của từng thí nghiệm s

NL Năng lượng tiêu hao của động cơ cho quá trình nghiền Wh

NL/tg Năng lượng trung bình trên một giây của từng thí nghiệmWh/s

X 1 Biến mã tốc độ quay của trục đĩa nghiền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

X 2 Biến mã khối lượng mẻ nghiền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Tình hình sản xuất lương thực và chăn nuôi trong các năm qua Bảng 1.2: Thức ăn công nghiệp tiết kiệm nhiều so với thức ăn truyền thống Bảng 1.3: Số lượng gia súc trong thời gian đến năm 2015 và 2020

Bảng 1.4: Tổng sản lượng thức ăn công nghiệp ở nước ta so với các nước Châu Á Bảng 1.5: Số lượng thức ăn gia súc trong kế hoạch năm 2010 và dự báo đến năm 2020

Bảng 2.1: Kế hoạch toàn phần n = 2

Bảng 4.1: Khối lượng hạt vào phễu trong từng thí nghiệm

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm lần 1

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm lần 2

Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm lần 3

Bảng 4.5: Danh sách các thí nghiệm thực hiện

Bảng 4.6: Tổng hợp số liệu thí nghiệm

Bảng 4.7: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ đĩa nghiền x1 và

tốc độ trục vít tải x2 đến chi phí năng lượng riêng YK

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 3.1: Đĩa nghiền được chọn dùng trong thí nghiệm

Hình 3.2: Bánh đai lắp trên trục đĩa nghiền

Hình 3.3: Bánh đai lắp trên trục vít tải

Hình 4.1: Sơ đồ thí nghiệm

Hình 4.2: Bản vẽ tổng thể máy nghiền đĩa

Hình 4.3: Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính Hình 4.4: Mối quan hệ giữa thời gian nghiền và hữu công

Hình 4.5: Nhập số liệu vào Minitab

Hình 4.6: Phân tích tìm hệ số hồi quy

Hình 4.7: Đồ thị phương trình hồi quy

Hình 4.8: Điểm tối ưu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nền kinh tế nước ta đang dần đi vào ổn định, tiếp tục tăng trưởng Sản xuất nông nghiệp đạt nhiều thành tựu to lớn Sản xuất lương thực từ chỗ thiếu ăn nay đã có đủ tiêu dùng, dự trữ và suất khẩu Do đó đã tạo điều kiện thuận lợi cho ngành chăn nuôi và chế biến nông sản phát triển

Với yêu cầu phát triển mạnh ngành chăn nuôi nên lượng thức ăn gia súc trong các năm tới sẽ phát triển với tốc độ nhanh hơn Ngành chế biến thức

ăn gia súc cần chuyển biến kịp thời để đáp ứng với đòi hỏi của sản suất Một trong những tiêu chuẩn đánh giá trình độ chăn nuôi là tỉ lệ sử dụng thức ăn gia súc công nghiệp trong tổng số thức ăn chăn nuôi Như vậy để phát triển ngành chăn nuôi, đảm bảo khối lượng hàng hóa lớn, chất lượng sản phẩm cao có khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới cần đẩy mạnh công nghiệp sản xuất chế biến thức ăn gia súc

Việc chế biến thức ăn hỗn hợp cho gia súc ở nước ta cũng như trên thế giới đã và đang trở thành một mạng lưới sản xuất rộng rãi từ trung ương tới địa phương Những công cụ và máy móc chính mà ngành sản xuất này đòi hỏi bao gồm thái, nghiền, định mức, trộn Trong đó máy nghiền thức ăn thô là nhu cầu phổ biến nhất

Nghiền là nguyên công chiếm chi phí năng lượng lớn nhất của công đoạn chế biến thức ăn Vì vậy việc nghiên cứu hoàn thiện các mẫu máy nghiền theo nguyên lý đã có sẽ mang ý nghĩa rất lớn tới việc thay đổi giá thành thức ăn chăn nuôi Chế tạo được các mẫu máy nghiền có chi phí năng lượng riêng nhỏ, cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ để hạ giá thành sản phẩm luôn

là mục tiêu phấn đấu của các nhà nghiên cứu máy nghiền trong và ngoài nước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Việc nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến chất lượng cũng như chi phí năng lượng riêng của máy nghiền hạt ngô, là một việc làm cần thiết nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm và hiệu quả về kinh tế

Vì vậy đề tài được lựa chọn là: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng

đến chất lượng nghiền bột ngô của máy nghiền dạng đĩa”

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Bổ sung cơ sở khoa học và xác định một số thông số chính cho tính toán thiết kế, lựa chọn chế độ sử dụng thiết bị máy nghiền đĩa , ứng dụng trong sản xuất thức ăn gia súc tại các cụm nông hộ ở nông thôn Tăng hiệu quả sử dụng thiết bị và giảm giá thành chi phí

3 Nội dung nghiên cứu:

- Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến tính năng làm việc của máy nghiền ngô dạng đĩa

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình làm việc của bộ phận nghiền

- Xác định một số tính chất cơ lý của vật liệu nghiền (hạt ngô)

- Xác định được ảnh hưởng của các thông số chính tới chất lượng làm việc và chi phí năng lượng riêng

- Thiết kế chế taọ đĩa nghiền trong buồng nghiền theo nguyên lý đã xác định, đảm bảo máy nghiền có kết cấu gọn nhẹ, phù hợp với điều kiện chế tạo và sản xuất trong nước

- Nghiên cứu đánh giá máy trong điều kiện sản xuất

- So sánh với các kết quả đã được công bố và đưa ra kết luận và những

ý kiến đề xuất

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp xử lý số liệu thống kê, đánh giá kết quả thu được thông qua chương trình tính toán hồi qui

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng, phép phân tích thứ nguyên

- Mô hình thực nghiệm: Xây dựng mô hình thực nghiệm, xác định các

thông số “đầu vào – đầu ra” tìm mối quan hệ phụ thuộc thông số hợp lý của máy

- Phương pháp đo:

+ Phương pháp xác định độ đồng đều của vật liệu nghiền trên cơ sở của các phương pháp thông dụng

+ Phương pháp đo và điều khiển một số thông số chính

+ Phương pháp đo xác định cơ lý tính nguyên liệu và sản phẩm + Phương pháp đo xác định chi phí năng lượng

+ Phương pháp xác định thông số đầu vào, đầu ra của máy

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a Ý nghĩa khoa học

- Xác định được quy luật chuyển động của hạt nghiền trong máy nghiền dạng đĩa

- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nghiền, tiêu thụ năng lượng trong quá trình nghiền

- Khắc phục các nhược điểm do hiện tượng lưu chuyển và phân lớp các hạt nghiền

b Ý nghĩa thực tiễn

- Đúc kết, lựa chọn xác định các thông số hợp lý của máy nghiền dạng đĩa đang sử dụng trong ngành sản xuất thức ăn gia súc

- Đề tài nghiên cứu một giải pháp thiết kế mới cho buồng nghiền để cải thiện quá trình công nghệ trong buồng nghiền nhằm mục tiêu giảm chi phí năng lượng riêng, nâng cao năng suất và chất lượng bột nghiền Làm cơ sở

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

cho việc thiết kế chế tạo buồng nghiền trong quy trình nghiền khép kín và máy nghiền cỡ nhỏ phục vụ cụm nông hộ ở nông thôn hiện nay

6 Bố cục luận văn:

Ngoài phần mở đầu , kết luận chung Kết cấu đề tài gồm:

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu máy nghiền dạng đĩa

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán bộ phận nghiền

Chương 4: Kết quả thực nghiệm để xác định ảnh hưởng của một số

thông số đến chất lượng nghiền của máy nghiền ngô dạng đĩa Đạt được kết quả trên luận văn đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của Viện

cơ điện nông nghiệp , các cơ sở chế tạo, sản xuất chế biến thức ăn gia súc và chăn nuôi đã chế tạo , ứng dụng mẫu máy mới Đặc biệt là thầy hướng dẫn : Giáo sư, tiến sĩ khoa học, Phạm Văn Lang đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ nhiệt tình nhằm đạt hiệu quả trong nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn và mong rằng sẽ được sự giúp đỡ , đóng góp ý kiến để cho luận văn cũng như mẫu máy hoàn thiện , góp phần phục vụ sản xuất tốt hơn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chương 1:

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA

1.1 Tầm quan trọng , xu thế phát triển của chế biến thức ăn gia súc và máy nghiền

Nền kinh tế đất nước đang dần dần đi vào ổn định , tiếp tục tăng trưởng Sản suất nông nghiệp đạt nhiều thành tựu to lớn Trong 5 năm qua tốc độ tăng

trưởng hàng năm là 4,5% Sản xuất lương thực từ chỗ thiếu ăn nay đã có đủ

tiêu dùng, dự trữ và xuất khẩu Do tăng lương thực đã tạo điều kiện thuận lợi

cho ngành chăn nuôi và chế biến nông sản phát triển[2]

Tình hình sản xuất lương thực và chăn nuôi trong các năm qua: 2001 – 2010

Bảng 1.1

Năm Sản lượng lúa cả năm

( triệu tấn )

Sản lượng lương thực quy ra thóc ( triệu tấn )

Lương thực bình quân đầu người (kg/ng)

Đàn trâu (triệu con )

Đàn bò

(Triệu con )

Đàn lợn (Triệu con )

Tỉ trọng của ngành chăn nuôi trong tổng số sả n lượng nông nghiệp đã

tăng 29 % năm 2001, 38 % 2010, ước tính 40% năm 2012 Nhu cầu thịt trứng

sữa trong nước tiếp tục được tăng cao trong những năm tới, trong khi đó ở các

nước trong khu vực lại có xu thế giảm khối lượng thịt xuất khẩu do giá công

lao động cao , các nước này giảm dần mức trợ giá đối với sản phẩm nông

nghiệp Đây là cơ hội tốt để nước ta có thể đẩy nhanh tốc độ phát triển chăn nuôi Tuy nhiên hiện nay ngành chăn nuôi đ ang gặp khó khăn và hạn chế là :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Năng suất và chất lượng thấp ,giá thành chăn nuôi cao…khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới còn yếu

Chế biến thức ăn gia súc để sản xuất t hức ăn công nghiệp từ các nông sản và các thành phần bổ sung nhằm đả m bảo đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho từng loài , từng lứa tuổi vật nuôi tạo điều kiện cho gia súc hấp thụ tốt, tăng nhanh trọng lượng , chất lượng s ản phẩm, tiết kiệm thức ăn , thuânj tiện cho việc chăm sóc và sử dụng cơ giới hóa trong khâu chăn nuôi

Dùng thức ăn công nghiệp có thể tiết kiệm một lượng thức ăn rất lớn Theo số liệu nghiên cứu của Trung Q uốc, dùng thức ăn công nghiệp tiết kiệm nhiều so với thức ăn truyền thống [7], [10] ( Bảng 1.2)

Bảng 1.2

TT Sảnphẩm

chăn nuôi

Lượng thức ăn truyền thống (kg)

Lượng thức ăn công nghiệp (kg)

Theo số lượng thống kê và dự báo của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn thì số lượng gia sú c trong thời gian đến năm 2015 và

2020 sẽ là (Bảng 1.3):

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 1.3

Yêu cầu phát triển mạnh ngành chăn nuôi do đó lượng thức ăn gia súc

trong các năm tới phát triển với tốc độ nhanh hơn Chế biến thức ăn gia súc

cần chuyển biến kịp thời để đáp ứng với đòi hỏi của sản xuất Theo số liệu

thống kê trong năm 2010 các xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc chế biến được

hơn 1.000.000 tấn, các xí nghiệp đầu tư vốn nướ c ngoài sản xuất được gần

550.000 tấn thức ăn công nghiệp , do đó chưa đáp ứng kị p cho ngành chăn

nuôi

So với một số nước châu Á, tổng sản lượng thức ăn công nghiệp ở nước

ta còn quá ít [2] Xem bảng 1.4

2010 Kế hoạch Dự báo

2012 2013 2015 2020 Đàn lợn Triệu con 27,24 29,8 32,6 35 38,3 9,5

Thịt lợn hơi Nghìn tấn 2874 3132 3445 3789 4167 10

Gia cầm Triệu con 293 328 367 411 460 12

Thịt gia cầm hơi Nghìn tấn 416 456 500 549 602 9,8

Đàn bò Triệu con 7,18 8,2 9,3 10,5 12 13

Đàn trâu Triệu con 3,07 3,1 3,2 3,3 3,4 0,8

Thịt trâu, bò hơi Nghìn tấn 387 447 514 591 680 13

TT Tên nước Đơn vị

Sản lượng thức ăn công nghiệp

So sánh (%)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Lượng thức ăn côn g nghiệp của nước ta năm 2010 cũng mới có gần 2 triệu tấn Một trong những tiêu chuẩn đánh giá trình độ chăn nuôi là tỉ lệ sử dụng thức ăn gia súc công nghiệp trong tổng số thức ăn chăn nuôi Tỉ lệ thức

ăn công nghiệp của nước ta mới dùng có 18 – 19% ( các nước chăn nuô i phát triển là > 70%) Như vậy để phát triển ngành chăn nuôi phải đảm bảo khối lượng hàng hóa lớn , chất lượng cao có khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới Cần đẩy mạnh công nghiệp sản xuất chế biến thức ăn gia sú c Trên cơ sở số lượng thức ăn gi a súc trong kế hoạch năm 2010 và dự báo đến năm 2015 lượng thức ăn gia súc sẽ là: ( Bảng 1.5) [2]

Bảng 1.5

Sản lượng thức ăn chăn nuôi ( triệu tấn )

Tăng so với năm 2010 ( % )

2 Thức ăn giàu protein cho lợn 1,7 2,39 40,7

3 Thức ăn tinh bột cho gia cầm 0,86 1,2 39,53

4 Thức ăn giàu protein cho gia cầm 0,31 0,44 41,9

Như trên đã nêu, để phát triển chế biến nông sản cần phải trang bị máy nghiền Năm 1985 số lượng máy nghiền được trang bị mới là 3010 chiếc, năm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1994 đã là 15157 chiếc, tằng gấp 5 lần, trong đó 97,8% số máy là cho người làm dịch vụ ( máy nghiền cỡ nhỏ ) [16] Với tốc độ tăng trưởng của ngành chăn nuôi, trong những năm tới số lượng máy nghiền sẽ tăng nhanh Các loại máy nghiền đang sử dụng ở nước ta chi phí năng lượng riêng còn rất cao ( 20 – 30 kwh/tấn) Do đó việc nghiên cứu cá c yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nghiền, nghiên cứu tạo ra các mẫu máy nghiền giảm chi phí năng lượng riêng mang tính thiết thực và hiệu quả Có được các mẫu máy nghiền chi phí năng lượng riêng nhỏ, cấu tạo đơn giản gọn nhẹ luôn là mục tiêu phấn đấu của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trong và ngoài nước

Máy nghiền đã được chế tạo và ứng dụng trong các ngành kinh tế từ lâu Trước tiên nó được sử dụng trong ngành địa chất để nghiền quặng, sau đó là phục vụ chăn nuôi , chế biến nông sản , và tiếp tục mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác Năm 1830 lần đầu tiên trên thế giới Schitko Jozef giáo sư Viện hàn lâm địa chất Budapest đã đề xuất lý thuyết nghiền , với phương pháp kiểm tra dựa trên cơ sở công làm vỡ hạt và chi phí năng lượng riêng để nghiền Năm

1867 tại Berlin Rittinger Peter đã hệ thống hóa , nâng cao phương pháp lý thuyết làm cơ sở cho việc nghiên cứu đánh giá máy nghi ền Cho đến nay lý thuyết “Diện tích bề mặt mới tạo thành” của Rittinger rất quen thuộc và được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đánh giá máy nghiền Từ lý thuyết này , năm 1874 Kirpicsov và năm 1885 Kick đã xây dựng lý thuyết nghiền “thể tích” , P.A.Rebinde xây dựng lý thuyết “thể tích về bề mặt”, F.C.Bon và A K.Runvist dựa trên quan điểm này đẻ tính chi phí năng lượng Ngày nay, cùng với việc phát triển khoa học kỹ thuật, với trang thiết bị hiện đại, nghiên cứu lý thuyết , thiết kế, chế tạo các mẫu máy nghiền luôn cải tiến và hoàn thiện không ngừng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của sản xuất [3], [17]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.2.1 Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy nghiền trong nước

Từ những năm 60 nước ta đã nhập một số máy nghiền từ Liên Xô cũ và Trung Quốc trang bị cho các nông trường quốc doanh để nghiền nông sản , chế biến thức ăn gia súc Trên cơ sở các mẫu máy nghiền này các viện nghiên cứu của ngành nông nghiệp và công nghiệp nước ta đã nghiên cứu cải tiến , thiết kế, chế tạo phù hợp với khả năng công nghệ của ta Là một loại máy phổ biến trong sản xuất , với nhiều nguyên lý làm việc khác nhau , nhưng máy nghiền của ta làm việc chưa thạt ổn định , tiếng ồn lớn , bụi nhiều ảnh h ưởng tới sức khỏe người sử dụng, chi phí năng lượng riêng cao Năm 1967 Uỷ ban Khoa Học Kỹ Thuật Nhà Nước và sau đó năm 1973 Uỷ ban Nông Nghiệp Trung ương đã tổ chức khảo nghiệm bình tuyển để chọn ra những mẫu máy nghiền tốt giới thiệu , phổ biến vào sản xuất Qua các đợt khảo nghiệm bình tuyển các mẫu máy nghiền đã được lựa chọn làm mẫu chính thức phổ biến tiến bộ kỹ thuậ t, chế tạo hàng loạt và đưa vào ứng dụng trong sản suất và đã đáp ứng được cho sản xuất đó là:

1 NB-60 ( Nhà máy cơ khí 1-5 Ninh Bình)

+ Năng suất nghiền: 500- 600 kg/h + Công suất động cơ: 14KW

2 ND – 500( Nhà máy cơ khí 2- 9 Thái Bình)

+ Năng suất nghiền: 400- 500 kg/h + Công suất động cơ: 10KW

3 NG-72 hay là NDQ – 02 ( Tổng cục hậu cần, sau bình tuyển giao cho

cơ khí hà tây chế tạo)

+ Năng suất nghiền: 200- 300 kg/h + Công suất động cơ: 7,5KW Từ đó đến nay , các nhà nghiên cứu vẫn bền bỉ cải tiến các mẫu máy nghiền nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy , giảm chi phí năng lượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

riêng [11],[12], [13], [15] Viện thiết kế máy nông nghiệp ( Bộ Cơ Khí và Luyện Kim) đã nghiên cứu cải tiến máy nghiền ND – 500A và ND – 500B đưa sản phẩm lên cao để lắp đặt vào hệ thống dây chuyền chế biến thức ăn gia súc 0,5 – 1 tấn/h Trường ĐH Nông nghiệp I đã nghiên cứu thiết kế máy nghiền N -500 A với nguyê n lý trục đứng có sàng bao quanh 3600

và ở mặt đáy buồng nghiền đã mở rộng diện tích mặt sàng , tăng khả năng lọc và giảm chi phí năng lượng riêng Viện Cơ Điện Nông Nghiệp đã thiết kế cải tiến máy nghiền NT-02 với tấm đập đứng để hạn chế hiện tượng lưu chuyển và phân ly của nguyên liệu trong buồng nghiền , giảm được chi phí năng lượng riêng , máy có năng suất 250-300kg/h công suất động cơ 7kw; Máy nghiền NT-1 có xiclon lắng bột và đường h ồi lưu khí trang bị cho các cơ sở chế biến thức ăn gia súc, năng suất máy 200kg/h, công suất động cơ 4,5kw Máy nghiền NC-4 có kết cấu trộn quạt , năng suất máy 100kg/h, công suất động cơ 2,8 kw Các nhà máy cơ khí , các cơ sở s ản xuất cũng tự nghiên cứu chế tạo các máy nghiền cỡ nhỏ phỏng theo các mẫu máy mà qua khảo nghiệm bình tuyển quốc gia đã đạt được các kết quả tốt

Các mẫu máy nghiền trên đã được phổ biến , tham gia vào mạng lưới chế biến thức ăn gia súc và đáp ứng một phần nhu cầu ngày càng tăng của ngành chăn nuôi Vì được nghiên cứu kỹ về lý thuyết , kết hợp với thực tế sản xuất ở Việt Nam , cùng với việc tham khảo các mẫu máy nhập ngoại đang được sử dụng ở trong nước nên các mẫu máy mới ở trên có khả năng làm việc rộng hơn, các thông số thiết kế được lựa chọn phù hợp , hạn chế được nhược điểm của các mẫu máy nghiền cũ, giảm được 5-10% chi phí năng lượng riêng Nhưng cũng như các máy nghiền của nước ta và nước ngoài đang được sử dụng phổ biến trong sản xuất hiện nay Đặc biệt là máy nghiền búa và máy nghiền đĩa Hoạt động với nguyên lý búa quay , hay đĩa nghiền quay với tốc

độ cao, va đập, trà sát vào nguyên liệu trong buồng nghiền Có nhược điểm là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Hiện tượng lưu chuyển của nguyên liệu : lớp hạt và bột chuyển động trong buồng nghiền theo chiều quay của búa hay đĩa nghiền với tốc độ khá cao, làm giảm đáng kể vận tốc và số lần va đập , chà sát của búa và đĩa vào hạt, làm tiêu tốn năng lượng vô ích để chuyển động khối nguyên liệu , nguyên liệu trà sát vào thành vỏ máy làm nóng sản phẩm gây tiêu hao năng lượ ng và giảm chất lượng của sản phẩm

+ Hiện tượng phân ly của nguyên liệu : Lớp hạt và bột chuyển động trong buồng nghiền với tốc độ cao nên sinh ra lực ly tâm do đó các hạt có kích thước lớn chuyển động ở phía ngoài sát với sàng, còn các hạt nhỏ chuyển động ở phía trong làm cho khả năng lọc cũng như khả năng đập , nghiền nhỏ

bị hạn chế (Các hạt to chuyển động bên ngoài sát với sàng làm cho các hạt nhỏ ở trong thoát ra ngoài khó khăn , đồng thời ít được va đập cho nên khả năng đập bị hạn chế ) Mặt khác cac hạt nhỏ ở phía trong với kích thước đạt yêu cầu chưa thoát ra , tiếp tục bị đập thêm tăng độ nhỏ không cần thiết , tiêu tốn thêm năng lượng , tăng cao nhiệ t độ và từ đó giảm chất lượng sản phẩm Đó là nguyên nhân dẫn tới chi phí năng lượng riêng của máy các máy nghiền trong nước còn cao

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy nghiền nước ngoài

Trên thế giới máy nghiền đượ c ứng dụng trong sản xuất chế biến nông sản và thứ ăn gia súc là loại máy nghiền búa và máy nghiền đĩa Có bộ phận lọc sản phẩm bằng sàng đặ t ở trong buồng nghiền để đ ảm bảo kích thước độ nhỏ sản phẩm theo yêu cầu

Ở các nước phát triển , máy nghiền đã được tập trung nghiên cứu kỹ cả lý thuyết cũng như các máy cụ thể , máy nghiền được cơ khí hóa , tự động hóa

để nâng cao hiệu quả làm việc và tiện lợi cho người sử dụng và theo 2 công đoạn chính

a) Công đoạn nghiền nhỏ nguyên liệu:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Quá trình nghiền nhỏ sản phẩm trong buồng nghiền bao gồm

- Chà sát của đĩa nghiền vào nguyên liệu

- Va đập của nguyên liệu vào thành máy

- Va đập giữa nguyên liệu với nhau

b) Công đoạn sàng lọc sản phẩm:

Các kết quả nghiên cứu trước đây cho ta thấy khả năng sàng lọc của sản phẩm phụ thuộc vào:

- Kích thước mặt sàng

- Kích thước hình dạng lỗ sàng

- Hệ số thoáng của sàng

- Chiều dầy của sàng

Đối với các máy sàng , khả năng sàng lọc tỉ lệ thuận với diện tích mặt sàng, khi tăng diện tích sàng lọc khả năng lọc sản phẩm tăng lên Kích thước lỗ sàng càng lớn , khả năng lọc cũng tăng theo đồng thời tăng kích thước sản phẩm Chiều dầy sàng càng lớn , khả năng lọc càng giảm và kích thước sản phẩm cũng nhỏ lại Hệ số thoáng của sàng càng lớn , khả năng lọc sản phẩm tăng, kích thước sản phẩm tăng nhưng không đáng kể , tuy nhiên nó làm giả m độ bền của sàng Theo Friedrich khe hở tốt nhất là 8 mm, còn theo Sub là 20

mm Các tài liệu nghiên cứu khác nhận định khe hở tăng (trong giới hạn nhất định) khả năng lọc tăng lên đồng thời kích thước sản phẩm tăng theo

Nghiên cứu hai quá trình chính của máy nghiền , các nhà nghiên cứu đã xác định nhược điểm chính của nguyên lý nghiền là do hiện tượng lưu chuyển (lớp nguyên liệu chuyển động trong buồng nghiền theo chiều quay của đĩa làm giảm vận tốc va đập , giảm khả năng đập nhỏ của máy ) và hiện tượng phân lớp (các hạt nguyên liệu có kích thước lớn hơn cần phải được đập nhiều hơn do tác dụng của lực li tâm lại chuyển động ở phía ngoài nên ít bị va đập và cản trở các hạt nhỏ thoát ra Còn các hạt nhỏ hơn thì ngược lại bị va đập

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhiều làm cho quá bé, tăng nhiệt độ gây lãng phí năng lượng, giảm chất lượng sản phẩm)

Để nâng cao hiệu quả làm việc của máy nghiền cần kết hợp hài hòa hai công đoạn đập nhỏ nguyên liệu và sàng lọc sản phẩm Nhiều công trình nghiên cứu đã cố gắng khắc phục, hạn chế hiện tượng lưu chuyển và phân lớp của nguyên liệu , tìm ra các kết cấu phù hợp , các thông số t ối ưu để máy nghiền ngày càng hoàn thiện hơn

Nhằm giảm hiện tượng lưu chuyển và phân lớp người ta đã tạo ra các hốc trong buồng nhiệt để khi các lớp nguyên liệu vận chuyển qua đó bị cản lại và đảo trộn làm tăng vận tốc va đập dẫn tới tăng hiệu quả đập nguyên liệu

Để tăng khả năng sàng lọc sản phẩm thường tăng diện tích sàng trên toàn bộ bề mặt làm việc , tăng hệ số thoáng của sàng (hệ số thoáng của nước ngoài ≥ 30%, còn ở nước ta chỉ đạt 10-15%)

Để máy nghiền có tính năng kỹ thuật cao , các nhà nghiên cứu đã tạo ra các mẫu máy đáp ứng yêu cầu của sản xuất đa dạng , nhiều chủng loại thức ăn, yêu cầu mức độ nghiền khác nhau với việc sử dụng các nguyên lý , cấu tạo riêng biệt nhằm năng cao hiệu quả làm việc của máy

1.3 Phân loại máy nghiền đĩa

1.3.1 Phân tích nguyên lý

Để đập vỡ, làm nhỏ nguyên liệu, vật liệu người ta thường sử dụng một

số nguyên lý sau:

a) Nguyên lý va đập:

Bộ phận nghiền gồm có các búa lắp vào đĩa nghiền hoặc trống quay với vận tốc 40 – 100 m/s Xung quanh có tấm sàng lắp 3600

hay 1800 (có loại không sàng) với các lỗ khác nhau tùy theo yêu cầu độ nghiền nhỏ Nguyên lý

này thường dùng làm nhỏ nguyên liệu thành bột

b) Nguyên lý chà sát:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bộ phận làm việc chính là các thớt cố định và di động Có các rãnh khía cong hay thẳng úp mặt vào nhau và quay tương đối với nhau Điều chỉnh độ nghiền nhỏ bằng cách điều chỉnh khe hở giữa hai đĩa Nguyên lý này thường dùng làm vỡ nguyên liệu

c) Nguyên lý ép dập:

Là dạng máy nghiền kiểu hai trục hoặc các cặp trục quay ngược chiều nhau với các tốc độ bằng nhau ( v1 = v2) Nguyên liệu được quấn vào khe hở giữa hai trục và được ép, dập Nguyên lý này cho năng suất thấp, chế tạo phức tạp Nguyên lý này thường dùng làm vỡ dập nguyên liệu

1.3.2 Phân loại

Việc phân loại máy nghiền đĩa thường phụ thuộc vào những đặc trưng kết cấu, có thể phân loại máy nghiền đĩa theo số lượng đĩa quay và đĩa không quay hoặc theo chiều trục của đĩa

- Phân loại theo đĩa:

+ Máy nghiền một đĩa (một đĩa quay, một đĩa cố định)

+ Máy nghiền hai đĩa ( một đĩa giữa quay, hai đĩa cố định 2 bên)

+ Máy nghiền nhiều đĩa ( là máy có các cặp đĩa quay và không quay bố trí xen kẽ nhau từng đôi một)

- Phân loại theo chiều trục:

+ Máy nghiền đĩa dạng trục đứng

+ Máy nghiền đĩa dạng trục nằm ngang

1.3.3 So sánh hiệu quả của máy nghiền đĩa với các loại máy nghiền khác

Trong những năm gần đây, máy nghiền đĩa được sử dụng rộng rãi trong ngành chế biến thức ăn gia súc nước ta Hầu hết các cơ sở sản xuất thức ăn quy mô nhỏ đã thay thế các máy nghiền búa sang máy nghiền đĩa Thiết bị nghiền đĩa được chế tạo từ Trung Quốc , trong nước hay các hãng sản xuất thiết bị nổi tiếng trê n thế giới như Voith , Andritz Sprout -Bauer…thiết bị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nghiền đĩa có các tính năng ưu việt hơn các thiết bị nghiền khác nhất là với

máy nghiền búa được chỉ ra dưới đây:

a) Mức tiêu hao điện năng

Ở trạng thái không tải , khi xác địn h tiêu hao năng lượng thường được

coi là trạng thái tới hạn nhất , bởi khi đó năng lượng tiêu hao không giống

nhau và phụ thuộc hoàn toàn vào kết cấu bên trong của chúng Ví dụ như: cấu

tạo và chế độ làm việc của cơ cấu khở i động , đặc tính của động cơ

điện…Trong các đặc tính của động cơ điện thì số vòng quay (n) là yếu tố

quan trọng hơn cả , nó ảnh hưởng nhiều tới việc tiêu hao công suất Trong

thực tế và trên lý thuyết , khi tính công suất đ ộng cơ điện cho máy nghiền thì

công suất yêu cầu thường thay đổi như một hàm số tốc độ quay Tiếp đến là

hiệu suất hoạt động của động cơ điện , vì nó biến động mạnh khi hoạt động

không tải Nhìn chung ở trạng thái làm vi ệc không tải ở vận tốc cao , mức tiêu

hao điện năng ở máy nghiền búa tăng lên 15% so với máy nghiền đĩa

Khi nghiền ngô (trạng thái có tải ) theo kinh nghiệm ở trong nước cũng

như ở nước ngoài với các chủng loại ngô ở các chế độ nghiền khác nhau thì

mức tiêu hao năng lượng ở các máy nghiền đĩa thấp hơn rõ rệt so với các máy

nghiền kiểu búa

b) Các điểm ưu việt của máy nghiền ngô dạng đĩa so với các máy nghiền khác

Máy nghiền đĩa có kết cấu đơn giản và gọn gàng, trong sử dụng thì tiện

lợi, chính xác và phạm vi sử dụng rộng Tiêu hao điện năng thấp cho quá trình

nghiền Có thể nghiền với sản lượng lớn và công suất nghiền lớn

Với khả năng thay đổi dễ dàng bộ đĩa và kích thước khác nhau , cho

phép người sử dụng linh hoạt trong thay đổi về phương án công nghệ phù hợp

với từng mặt hàng cụ thể Đặc biệt là kinh tế hơn hẳn so với máy nghiền búa

về mặt vốn đầu tư thiết bị tính trên một đơn vị sản phẩm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Với các đặc điểm chiếm ưu thế hơn hẳn về phương diện kỹ thuật cũng như về tính kinh tế của máy nghiền đĩa so với các loại máy nghiền búa khác , cho phép ta lựa chọn một phương án tối ưu về công nghệ nghiền ngô trên máy nghiền đĩa Sự lựa chọn thông minh này đã và đang phát huy trên nhiều dây chuyền thiết bị hiện đại trong nước cũng như ở nước ngoài

1.3.4 Chọn nguyên lý làm vỡ hạt ngô thành hạt mảnh

Với mục tiêu là nghiền hạt ngô làm thức ăn gia súc cho hộ chăn nôi gia đình, thức ăn cho các loại chim Đặc biệt việc nghiền hạt ngô mảnh sẽ phục vụ thiết thực cho đồng bào Mèo Vì ngô mảnh là nguyên liệu chính để làm mèn mén, món ăn chủ yếu của dân tộc Mèo

Ngô là dạng hạt nông sản có độ ẩm khi làm vỡ < 15% Qua phân tích các dạng nguyên lý trên ta thấy hạt ngô không cần đập nhỏ thành bột mà chỉ cần đập thành mảnh vỡ Nên máy nghiền dạng đĩa là thích hợp

Trong quá trình hoạt động của máy Các rãnh khía (thanh dao) của 2 mặt đĩa sẽ chà xát làm vỡ hạt ngô thành từng mảnh Máy theo nguyên lý này dễ chế tạo, sử dụng chi phí năng lượng riêng thấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Kết luận chương 1

Qua tìm hiểu về quá trình nghiên cứu , cải tiến máy nghiền của các tác

giả đi trước, có thể rút ra một số kết luận sau

1 Thiết kế , chế tạo mẫu máy nghiền giảm được chi phí năng lượng riêng là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của sản xuất và mang tính hiệu quả kinh tế thiết thực

2 Quá trình công nghệ trong buồng nghiền kiểu kín đã được nghiên cứu khá kỹ Từ đó đã phát hiện một số nhược điểm chính của nó như sau:

- Hiện tượng lưu chuyển trong buồng nghiền khi làm việc làm tăng chi phí năng lượng riêng, làm tăng độ bụi bột và tăng nhiệt độ sản phẩm nghiền

- Vật liệu bị phân thành lớp trên bề mặt trong của buồng nghiền với lớp hạt to ở ngoài, hạt bé ở trong Điều này dẫn tới giảm sác xuất trà sát và va đập của đĩa với những hạt to và làm giảm khả năng thoát bột đủ nhỏ ra khỏi buồng nghiền

- Đó là nguyên nhân chính dẫn tới chi phí năng lượng riêng ở máy nghiền kiểu này còn quá cao , chất lượng hạt nghiền chưa đồng đều , nhiều bụi bột

- Vận tốc đĩa nghiền là một yếu tố quan trọng trong quá trình làm việc của máy nghiền dạng đĩa Để máy làm việc có hiệu quả , vận tốc của đĩ a phải đảm bảo không nhỏ hơn vận tốc cần thiết để phá hủy vật liệu nghiền Nhưng vận tốc đĩa nghiền cao sẽ làm tăng chi phí năng lượng riêng , tăng độ phức tạp và tốn kém trong chế tạo

3 Các nghiên cứu mới đây chủ yếu đ i theo hướng đưa ra những giải pháp thiết kế hoặc những thiết kế phụ nhằm hạn chế một phần các nhược điểm nói trên Tuy nhiên vẫn còn tồn tại những vấn đề lớn sau:

- Vận tốc va đập , trà sát trong các máy nghiền đĩa vẫn chỉ dừng lại ở mức nhỏ hơn hoặc bằng vận vận tốc của đĩa Để máy làm việc được thì vận

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tốc của đĩa thường rất lớn Đây là một trong những nguyên nhân chính làm chi phí năng lượng riêng tăng

- Hiện tượng lưu chuyển khố i hạt , bột trong buồng nghiền về cơ bản vẫn chưa được khắc phục

- Mật độ hạt, bột trong buồng nghiền quá cao và không ổn định sẽ làm giảm hiệu suất va đập và chà sát trong máy nghiền đĩa

- Các nguyên lý máy nghiền khôn g sàng hiện thay thực chất là sàng ngoài Một máy nghiền hoàn toàn không sàng chưa thực sự được đề cập tới

4 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của máy nghiền đĩa để trên cơ sở đó tính toán xác định một số thông số cơ bản có ảnh hưởng đến chất lượng nghiền của máy nghiền ngô dạng đĩa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Khung khảo nghiệm:

Trên cơ sở nguyên lý máy và các thông số nghiên cứu được xác định, thiết kế, chế tạo khung khảo nghiệm Khung khảo nghiệm có khả năng thay đổi các thông số trong phạm vi nghiên cứu Để xác định được các chỉ tiêu đánh giá và chế độ làm việc tối ưu của máy

- Máy nghiền dạng đĩa:

Thiết kế chế tạo một số bộ phận chính của máy nghiền dạng đĩa và khảo nghiệm, ứng dụng trong điều kiện sản xuất

- Nguyên liệu:

Ngô hạt làm nguyên liệu để nghiên cứu cơ bản , các loại nguyên liệu khác dùng để xác định khả năng và phạm vi sử dụng của máy

- Địa điểm nghiên cứu:

Nghiên cứu tại Viện Cơ Điện Nông Nghiệp , thực nghiệm tại Đại học Giao thông vận tải và các cơ sở chế biến thức ăn gia súc ở Hà Nội , Thái Nguyên

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở khoa học , xác định các yếu tố ảnh hưởng của cơ cấu bộ phận nghiền nhằm mục tiêu giảm chi phí năng lượng riêng , nâng cao năng suất và chất lượng nghiền Xác định một số thông số cơ bản về cấu tạo cho kết cấu đã đề xuất, làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo buồng nghiền trong quy trình nghiền , và máy nghiền cỡ nhỏ phục vụ cụm nông hộ ở nông thôn hiện nay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu ứng dụng cơ sở lý thyết quy hoạch thực nghiệm

Trong quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

nghiền của máy nghiền ngô dạng đĩa tác giả đã áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố Với phương pháp này cần xác đ ịnh được các khoảng nghiên cứu , các mức biến thiên , khoảng biến thiên thích hợp Vì vậy cần phải áp dụng kết quả thực nghiệm đơn yếu tố, trên nguyên tắc chung là cố định các yếu tố khác và thay đổi một yếu tố để xác đ ịnh ảnh hưởng của yếu tố biến thiên đó tới thông số mục “đầu ra” Qua đó thăm dò được khoảng nghiên cứu cho phép của yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trị của hàm mục tiêu

2.3.1.1 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu

thực nghiệm đơn yếu tố

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nghiền và chi phí năng lượng riêng của máy nghiền ngô dạng đĩa , trước hết cần chọn các yếu tố ảnh hưởng Đó là các yếu tố:

- Thời gian nghiền

- Tốc độ của trục đĩa nghiền

- Tốc độ của trục nạp liệu

- Khối lượng của một mẻ nghiền

- Kích thước, cấu tạo của bộ phận nghiền

- Độ nhỏ của nguyên liệu

- Độ ẩm của nguyên liệu…

Để lựa chọn các yếu tố chính , ta có thể dùng phương pháp tìm hiểu thu thập thông tin qua các tài liệu tham khảo và ý kiến của các chuyên gia, nhờ đó có thể loại bỏ bớt những yếu tố không cần thiết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trong điều kiện và khôn khổ của luận văn , tác giả c họn những thông số ảnh hưởng chính đến độ nhỏ , đồng đều của hạt cũng như chi phí năng lượng riêng đó là:

+ Tốc độ của đĩa nghiền ( v/ ph )

+ Tốc độ nạp liệu ( v/ph)

Trên cơ sở các yếu tố được chọn , tiến hành nghiên cứ u thực nghiệm đơn yếu tố để xác định mức ảnh hưởng của các yếu tố này , đồng thời tìm được khoảng biến thiên

Kí hiệu các yếu tố như sau:

- X1: Tốc độ của đĩa nghiền

- X2: Tốc độ trục vít tải ( tốc độ nạp liệu )

- YK: Độ nhỏ của sản phẩm

- YN: Chi phí năng lượng riêng

Từ thực nghiệm đơn yếu tố sẽ xác định được ảnh hưởng của từng yếu tố đến thông số YK, YN

Ví dụ: YK = f1(x1); YN = f2(x1) với mức và khoảng biến thiên của x 2được chọn sơ bộ và không đổi Khi đó có được giá trị YK(x1), YN(x1), sẽ chấp nhận sơ bộ trị số x 1 ứng với giá trị tương đôi tốt cho cả Y K hoặc YN, hoặc chọn mức x1 cho YK, YN phải chấp nhận một cách tương đối

Khi tiến hà nh xác định YK = f1(x2); YN = f2(x2) với mức cố định x 1 đã chọn sơ bộ , ta sẽ chọn được trị số x 2 làm mức trung tâm Nếu trị số x 2 trên tương đối gần với trị số x2 mà ta đã chọn và giữ cố định khi xác định Y K(x1),

YN(x1) thì thuận lợi Nếu trị số x2 khác xa so với trị số đã chọn và nằm ngoài vùng nghiên cứu thì phải tiến hành lại thí nghiệm để xác định lại Y K(x1),

YN(x1)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Từ đó sẽ xác định được các trị số x 1, x2 làm các mức trung tâm c ho phương pháp quy hoạch thực nghiệm , xác định lại khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu của các mức yếu tố cho phương pháp này

* Phương pháp gia công số liệu

- Các đại lượng đo được lặp 2 – 3 lần, đảm bảo xác suất tin cậ y của dụng cụ thí nghiệm α = 0,9 – 0,95

- Số lần lặp lại thí nghiệm n = 3, vì đối với máy nghiền xác suất tin cậy là α = 0,8 – 0,9

- Sau thí nghiệm, xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới các thông số yK và yN, đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ thực sự các ảnh hưởng khác đối với thông số nghiên cứu là không đáng kể hoặc không có Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất như sau:

* Tính tổng bình phương các sai lệch giữa giá trị tổng thể của y K và yN

( ký hiệu là 𝑦 ) với tổng giá trị của y K và yN ở mỗi lần đo ký hiệu là y ij ứng với mỗi lần lặp lại với mỗi mức của yếu tố x

Xác định phương sai tổng thể

𝑆𝑡𝑡2 = (𝑦𝑖𝑗 − 𝑦 )

𝑘 1

𝑛 1

𝑁 − 1 2 − 1 Trong đó:

N: tổng số lần đo và N = nk = 3.2 = 6

n – số lần đo lặp lại

k – số mức biến thiên

N – 1: bậc tự do

Phương sai tổng thể gồm hai loại : phương sai yếu tố và phương sai thí nghiệm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Tổng bình phương sai lệch ở từng thí nghiệm giữa giá trị trung bình tổng thể 𝑦 với giá trị trung bình của y ứng với mỗi mức yếu tố x ( ký hiệu là

𝑦 j) Xác định phương sai yếu tố S2yt với bậc tự do k-1

𝑆𝑦𝑡2 = ( 𝑦.𝑗 − 𝑦 )2

𝑘 1

𝑘 − 1 (2 − 2) Tổng bình phương các sai số giữa giá trị trung bình 𝑦 của y ứng với 𝑖𝑗mỗi mức của yếu tố x và giá trị yij ứng với mỗi lần lặp lại thí nghiệm với mỗi mức yếu tố Xác định phương sai thí nghiệm như sau (với mỗi bậc tự do N-k)

𝑆𝑡𝑛2 = ( 𝑦𝑖𝑗 − 𝑦 .𝑗)

2 𝑛

𝑘

𝑗 =1

𝑘(𝑛 − 1) (2 – 3 ) Sau đó dùng tiêu chuẩn Fisher đánh giá tỷ số F = S2yt/S2tn để kiểm nghiệm “giả định không” xem hai phương sai đó bằng nhau hay khác nhau (ít hay nhiều) Nếu khác nhau nhiều, nghĩa là so sánh F với trị số Fb (tra

trong bảng tiêu chuẩn Fisher với α =0,5, 2 bậc tự do k-1 và N-k) Nếu F

> Fb thì không chấp nhận giả định không và phương sai S2yt là không đáng kể, nghĩa là ảnh hưởng của yếu tố được tin cậy

Để đánh giá tính thuần nhất của phương sai, ta cần tính từng phương sai thí nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm ở mỗi mức biến thiên của yếu tố, ký hiệu là S2j theo công thức:

𝑆𝑗2 = ( 𝑦𝑖𝑗 − 𝑦 .𝑗)

2 𝑛

𝑛 (2 − 5) Phương sai của giá trị trung bình của thông số y sẽ bằng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

𝑆𝑦2 = 𝑆𝑡𝑛2

𝑛 (2 − 6) Sau đó vì số thí nghiệm lớn hơn 2, áp dụng chuẩn Cochran để đánh giá xem tỉ số G giữa phương sai cực đại 𝑆𝑗𝑚𝑎𝑥2 với tổng phương sai 𝑆𝑗2 có đảm bảo không vượt quá tiêu chuẩn Gb theo số liệu tra bảng với 2 bậc tự do là n-1 và k ( với độ tin cậy 0,95 tức α = 0,05; hai bậc tự do n-1 = 2 và k = 5)

𝐺 = 𝐺𝑗𝑚𝑎𝑥2

𝑆𝑘1 𝑗2 ≤ 𝐺𝑏 (2 - 7 ) Như vây các phương sai của thí nghiệm được coi là đồng nhất , không

có phương sai nào quá lớn, vượt quá nhiều so với phương sai khác

2.3.1.2 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

Ưu điểm quan trọng của phương pháp quy hoạch thực nghiệm là giảm được nhiều số lần thí nghiệm , xác định đầy đủ ảnh hưởng của các yếu tố đến thông số cần nghiên cứu , đề xuất mô hình toán thích hợp từ đó xác định điều kiện tối ưu của quá trình xảy ra và giá trị tối ưu của các thông số

a) Xác định các thông số chính ảnh h ưởng đến máy nghiền ngô dạng đĩa

Thông qua tài liệu tham khảo và kết quả áp dụng phương pháp thực

nghiệm đơn yếu tố , sơ bộ đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến hai

thông số tối ưu là chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng , đã xác định được các yếu tố chính ảnh hưởng , tức là các thông số vào “hộp đen” máy nghiền đĩa theo mô hình dưới đây:

x 1 : Tốc độ trục đĩa nghiền

x 1 : Tốc độ trục vít tải

Máy nghiền

( hộp đen )

y N : Chất lượng sản phẩm

y K : Chi phí năng lượng

riêng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chọn mức biến thiên của các yếu tố và vùng thí nghiệm gồm có các mức trung bình , mức cơ sở , khoảng thí nghiệm và các mức biến thiên đối xứng qua mức cơ sở gọi là mức dưới và mức trên , xác định khoảng biến thiên

ε, nếu mô hình tuyến tính , chỉ chọn 2 mức trên và dưới , nếu mô hình phi tuyến, phải thêm các mức bổ sung

Các giá trị thực xi của các mức đối với mỗi yếu tố được mã hóa thành

  

it

x , xid -mức trên và mức dưới

Như vậy xit , xid , xiocó giá trị mã hóa bằng 1, -1, 0

b) Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

* Kế hoạch trung tâm hợp thành

Kế hoạch này gồm 3 phần:

- Phần 1: phần cơ sở ( còn gọi là phần hạt nhân ) là thực nghiệm toàn phần 2n

hoặc thực nghiệm rút gọn 2n-p đã nêu trong quy hoạch tuyến tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Yêu cầu này đặt ra khi xây dựng phần cơ sở phải tính được các hệ số hồi quy tuyến tính (bi) và tương tác cặp đôi (bij) một cách riêng biệt Tác động của chúng không bị trộn lẫn vào nhau

Yêu cầu này khống chế mức rút gọn có thể được , trong đề tài này do có hai thông số đầu vào n = 2, n ≤ 4, p= 0 tức là chỉ có thực nghiệm toàn phần 2n

- Phần 2: các điểm sao nằm ở vị trí cách tâm thực nghiệm một k hoảng

± α

Số thí nghiệm của phần này là Nα = 2n

- Phần 3: phần tâm bao gồm các thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch , tại đó giá trị mã của các thông số bằng không Số thí nghiệm N0 ≥ 1

Các giá trị α, N0 được xác định tùy theo sự lựa chọn các chuẩn tối ưu của thực nghiệm hồi quy Do đó người ta chia ra hai loại kế hoạch : trực giao và tâm xoay Trong đề tài này tác giả tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao

* Kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao

Các kế hoạch loại này được xây dựng theo chuẩn trực giao Ma trận thông tin Fisher ϕ là ma trận đường chéo Để có được điều đó phải có các biện pháp đặc biệt , đảm bảo tr ực giao cặp của các cột trong ma trận các hàm

cơ sở, ứng với các thành phần tự do b0 và bij