Thiết kế máy ép viên mùn cưa năng suất 1500kg giờ

Một số hoạt động chống biến đổi khí hậu là tìm kiếm và sử dụng nguyên liệu năng lượng mới, chống phá rừng góp phần bảo vệ lá phổi của hành tinh, tiết kiệm năng lượng bằng cách tái sử dụn

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng biết ơn và trân trọng nhất, tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể quýthầy cô của trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt là quý thầy cô của Khoa CơKhí đã tận tình chỉ dạy, cung cấp cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt nhữngnăm học qua giúp tôi có được những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tếcần thiết phục vụ cho quá trình thực hiện luận văn cũng như quá trình làm việc saunày Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn cô Vũ Thị Hạnh đã hướng dẫn, chỉ bảo tậntình cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn Cô đã chỉ cho tôi thấy những thiếu sót

và gợi lên cho tôi nhiều hướng mới

Việc gặp phải sai sót trong thiết kế đầu tay là không thể tránh khỏi, và còn một sốhạn chế như chưa trình bày hệ thống gầu tải,… Để trở thành người kỹ sư thực thụ,tôi còn phải cố gắng học hỏi nhiều hơn nữa Kính mong thầy cô chỉ bảo những khiếmkhuyết, sai sót để tôi có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình Tôi xin chân thànhcảm ơn

Kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe

dễ dàng bảo trì sửa chữa Bao gồm:

_ Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

_ Xây dựng phương án thiết kế

_ Phân tích và lựa chọn phương án

_ Thiết kế động học, động lực học

_ Thiết kế hệ thống điện điều khiển

_ Hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng máy

Trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi thiết sót, tôi rất mong nhận được sự góp

ý và chỉ dẫn của các thầy cô trong bộ môn chế tạo máy

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.1- Sơ đồ nguyên lý phương án trục vít ……….15

Hình 3.2- Sơ đồ nguyên lý phương án khuôn ép phẳng……….………… …………16

Hình 3.3 Nguyên lý truyền động khuôn ép phẳng………17

Hình 3.4- Sơ đồ nguyên lý máy ép viên khuôn trụ ……… 18

Hình 4.1- Sơ đồ động máy ép viên con lăn cối tru……… 20

Hình 4.2- Sơ đồ động khâu trộn mùn cưa ………21

Hình 4.3- Sơ đồ tác dụng lực của con lăn ……….25

Hình 4.4- Sơ đồ góc lấy liệu của con lăn……… 26

Hình 4.5- Sơ đồ lực tác dụng lên lồng khuôn………35

Hình 4.6- Sơ đồ lực tác dụng lên trục chính……… 36

Hình 4.7- Momen tác động lên trục chính ……… 37

Hình 4.8- Sơ đồ lực tác dụng lên trục con lăn ………40

Hình 5.1- Mạch động lực……… 55

Hình 5.2- Mạch điều khiển………56

DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Thông số bộ truyền bánh đai……….……….34

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay vấn đề biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường là vấn đề nan giải, cấp bách, ảnh hưởng đến toàn cầu Đi kèm với vấn đề này là vấn đề tìm kiếm nguồn năng lượng mới và tiết kiệm năng lượng được các nước trên thế giới quan tâm đặc biệt.

Một số hoạt động chống biến đổi khí hậu là tìm kiếm và sử dụng nguyên liệu năng lượng mới, chống phá rừng góp phần bảo vệ lá phổi của hành tinh, tiết kiệm năng lượng bằng cách tái sử dụng các nguyên liệu , phế phẩm nông nghiệp cũng như công nghiệp…

Với sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như việc nguồn tài nguyên càng ngày càng khan hiếm đồng thời cũng làm giảm sự ô nhiễm môi trường thì các phế phẩm của ngành công nghiệp chế biến gỗ đã được tận dụng một các tối đa Vì thế việc tận dụng nguyên liệu dồi dào này là một vấn đề cần bắt tay vào nghiên cứu

và ứng dụng rộng rãi trên khắp cả nước Máy ép viên mùn cưa được nghiên cứu và

áp dụng vào để thực hiện kế hoạch

1.2 Tình hình hiện nay

Việt Nam là nước có ngành sản xuất, chế biến gỗ khá phát triển, theo đó hàng năm cũng sẽ có một lượng lớn mùn cưa, dăm bào Những phế phẩm này hiện chưa được quan tâm, tận dụng để sử dụng.

Trong tình hình giá nhiên liệu dùng cho lò hơi ngày càng tăng thì củi ép từ mùn cưa

là giải pháp kinh tế tiết kiệm hiện nay Từ than đá chuyển sang dùng củi mùn cưa chi phí có thể giảm đến hơn 50% Từ dầu FO chuyển sang củi ép mùn cưa chi phí có thể giảm đến 70%.

Theo tính toán, nếu sản xuất 2,5 tấn mùn cưa thành nhiên liệu đốt trong nước thì Việt Nam đỡ nhập khẩu khoảng 1.000 lít dầu, Nhà nước đỡ phải bù lỗ cho nguồn năng lượng này Việc xuất khẩu mùn cưa không mang lại lợi nhuận lớn cho đất nước, trái lại chúng ta đang xuất khẩu nguồn nguyên liệu rẻ tiền, có lợi cho môi

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

trường để nhập về các nguyên liệu đốt khác đắt tiền, không thân thiện với môi trường.

Chưa kể, sản xuất củi, than sạch với nguyên liệu 100% từ mùn cưa, dăm bào cũng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Bởi nguồn nhiên liệu này có thời gian đốt và nhiệt lượng cao, lượng tro tạo ra lại rất ít, giá thành của các sản phẩm chất đốt từ mùn cưa rẻ, có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất cho các doanh nghiệp phải sử dụng nhiều chất đốt.

1.3 Các ứng dụng của mùn cưa hiện nay

a.Sử dụng làm chất đốt

Từ lâu mùn cưa đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân Chất đốt từ mùn cưa được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt như nấu ăn, nấu thức ăn cho gia súc nhờ những ưu điểm sau:

- Mùn cưa có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt 1Kg mùn cưa khi đốt sinh ra 4200 Kcal bằng 0,5 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn khoảng 20 lần.

- Với nhiều ưu điểm cho nên mùn cưa được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến Trong sinh hoạt người dẫn đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng với chất đốt là mùn cưa, lượng lửa cháy rất nóng và đều, giữ nhiệt tốt và lâu, hiện nay mùn cưa còn sử dụng rộng rãi ở nống thôn Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp

và chăn nuôi, mùn cưa được sử dụng rất thường xuyên Thông thường mùn cưa

là chất đốt dùng cho việc nấu thực ăn nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu.

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Hình 1.1 Lò đốt mùn cưa

b Sử dụng mùn cưa trong trồng trọt và chăn nuôi.

Mùn cưa có công dụng hút ẩm rất tốt nên mùn cưa được sử dụng làm đệm sinh học trong chăn nuôi, sử dụng trong nhiều mô hình trồng nấm như nấm linh chi, nấm rơm,…

c Sử dụng làm vật liệu xây dựng

Gạch siêu nhẹ chống cháy làm bằng nguyên liệu là đất sét và phụ gia mùn cưa, mạt gỗ, các chuyên gia của Đại học Xây dựng Hà Nội đã chế tạo thành công gạch có thể cách nhiệt, chống cháy và chỉ nặng bằng 1/3 gạch thường, thích hợp xây nhà cao tầng.

Do rất nhẹ (chỉ nặng 700-1.000 kg/m2) nên gạch này thích hợp cho các công trình cao tầng (từ tầng 13 trở lên), giúp giảm đáng kể tải trọng công trình và chi phí xây dựng Cấu trúc xốp, nhỏ, kín nên có khả năng cách nhiệt tốt.

d Sản xuất xăng từ mùn cưa.

Các nhà khoa học Bỉ giới thiệu phương pháp xử lý và biến đổi mùn cưa thành sản phẩm trung gian để tạo nhiên liệu sản xuất xăng và các sản phẩm có nguồn gốc

từ dầu mỏ.

Bằng quy trình phản ứng hóa học mới, xenlulo trong mùn cưa đã được biến thành chuỗi hydrocarbon Những chuỗi hydrocarbon này có thể được dùng như một

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

chất phụ gia trong xăng hoặc như một thành phần để sản xuất ra nhựa, túi nylon, cao su, xốp cách nhiệt

e Sử dụng làm bộ lọc nước sạch

Thiết bị lọc trông giống như một chậu hoa Theo đó, đất sét lấy ở địa phương được trộn với mùn cưa và nước theo tỷ lệ thích hợp, ép vào khuôn rồi cho vào lò nung.

Mùn cưa bị cháy trong quá trình nung sẽ để lại những lỗ trống li ti trong cấu trúc bộ lọc gốm Chúng đủ lớn cho phép nước được lọc qua với tốc độ 3 lít/giờ và đủ nhỏ để giữ lại các tạp chất Bên cạnh đó, một phần mùn cưa khi cháy sẽ có tác dụng như than hoạt tính nên khử mùi khá tốt Một lớp tráng nano bạc sẽ làm nhiệm vụ diệt khuẩn để tạo ra sản phẩm cuối là nước sạch.

f Sử dụng làm phân bón

Mùn cưa là vật liệu hữu cơ và có thể được trộn làm phân bón Tuy nhiên hàm lượng lignin cao có thể làm cho quá trình chậm , đôi khi giun đất được sử dụng để đẩy nhanh quá trình, sử dụng vermicomposting kỹ thuật, vỏ có thể được chuyển đổi phân bón trong khoảng bốn tháng.

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Hình 1.2 Phân bón mùn cưa

1.4 Nguồn nguyên liệu mùn cưa

1.4.1 Nguồn nguyên liệu dồi dào

Nguyên liệu đầu vào đa dạng phong phú có thể là trấu, mùn cưa, bã mía, vỏ đậu phộng, vỏ cà phê, vỏ sắn,bã sắn… Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu tấn lúa, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long sản xuất hơn 20 triệu tấn Việt Nam đứng thứ hai trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo chỉ sau Thái Lan Mỗi năm trong cả nước thải ra hơn 8 triệu tấn khi xay xát, riêng đồng bằng sông Cửu Long thải ra hơn

4 triệu tấn trấu Việt Nam cũng là một nước có ngành chế biến, xuất nhập khẩu gỗ phát triển, vì vậy sản lượng mùn cưa, dăm gỗ, gỗ phế thải tương đối nhiều Đây là nguồn năng lượng lớn và ổn định có khuynh hướng tăng đều mỗi năm.

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

1.4.2 Lợi ích mang lại khi sử dụng nguồn nguyên liệu

Nhiều năm trước mùn cưa cũng là một vấn nạn gây ô nhiễm môi trường, vì bán không ai mua cho không ai lấy Đến khi những viên mùn cưa ra đời thì nó lại là một nguồn năng lượng xanh có thể thay thế những nguồn năng lượng khác.

Để tận dụng nguồn nguyên liệu quý giá nói trên mùn cưa được ép dưới dạng ống gọi là củi thanh, rất tiện trong việc làm chất đốt thay cho than đá và các loại nhiên liệu khác Công nghệ sản xuất viên mùn cưa với nhiều ưu điểm vượt trội đã được kiểm nghiệm, mùn cưa viên dễ cháy, cho nhiệt lượng cao Có thể thay thế cho than đá với hiệu quả kinh tế cao Với nguồn nguyên liệu dồi dào, với các công nghệ sản xuất tiên tiến sẽ giúp giải quyết các vấn đề nan giải về chất đốt, tiết kiệm năng lượng đồng thời góp phần bảo vệ môi trường Sản phẩm củi thanh hay viên nén được sản xuất từ 100% nguyên liệu là mùn cưa được thải ra từ các nhà máy chế biến gỗ, nó có thể phục vụ cho dạng bếp nhỏ cho nhà hàng và gia đình vì không khói

và tạo ra lửa gas Còn dạng viên nén có thế dùng để sưởi ấm vì khi đốt nó tỏa nhiệt cao, ít khói Mùn cưa viên có thế thay thế cho than đá, dầu DO, FO hoặc củi than củi dùng để đốt lò hơi công nghiệp, phục vụ cho lò sấy, lò nhuộm vải, dệt sợi, công nghệ sản xuất giấy, may mặc, chế biến thủy sản, nông sản, thực phẩm,… việc thay nhiên liệu đốt bằng trấu viên rất tiện lợi vì có thế sử dụng ngay lò đốt than đá mà không cần thay đổi thiết kế ban đầu Ngoài ra mùn cưa viên xốp sản xuất bằng công nghệ đặc biệt có thể tạo ra nhiều khoảng rỗng rất nhỏ bên trong nên có khả năng hút ẩm

và hút mùi khá tốt dùng để lót chuồng nuôi gia cầm hoặc thú cưng Khi thu dọn định

kỳ mùn cưa viên đã qua sử dụng được chôn xuống đất làm phân bón rất tốt cho cây trồng Khả năng phân hủy nhanh và không làm ô nhiễm môi trường Với tỉ lệ pha trộn thích hợp và công nghệ sản xuất đặc biệt mùn cưa được dùng để sử dụng làm giá thể cho các loại nấm, cây trồng, các loài hoa phong lan.

1.5 Sản phẩm viên ép mùn cưa

1.5.1 Các dạng sản phẩm và thông số kỹ thuật của sản phẩm

Có hai dạng có thể sản xuất sản phẩm dạng củi thanh hoặc củi viên Với thành phần nguyên liệu từ mùn cưa được sản xuất bằng cách ép lấy vít xoắn để tạo thanh củi hình trụ đường kính từ 85-90 mm, có thể dài 20-40cm.

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Thông số kỹ thuật : Đường kính: 85 – 90 mm Chiều dài: 20 – 40 cm

Độ ẩm: tối đa 8%

Nhiệt lượng: 4.300 – 4.600 kcal/kg Hàm lượng tro: max 2%

Hình 1.3 Củi mùn cưa thanh

Viên mùn cưa được sản xuất 100% từ mùn cưa hoặc có thể có thêm chất kết dính, sau khi trộn đều ở máy trộn được chuyển đến máy nén với áp suất cao Mùn cưa được ép thành viên Sau khi làm nguội và sàng loại các viên không đạt tiêu chuẩn Các viên đạt độ nén và kích thước được đóng gói đưa vào sử dụng Toàn bộ

hệ thống sản xuất này đều được qua dây chuyền tự động hóa từ lúc cho mùn cưa vào bồn cho đến khi cho ra sản phẩm.

Thông số kỹ thuật:

Đường kính : 6-8 mm Chiều dài viên nén : 40 mm max

Độ ẩm toàn phần : 10.8%

Độ ẩm : < 8% max Nhiệt lượng: 4200÷4800 kcal/kg

Độ tro : 2.0% max Hàm lượng lưu huỳnh : 0.1% (m/m) Hàm lượng Nitơ : 0.28% (m/m)

Hình 1.4 Củi mùn cưa viên

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

1.5.2 Thành phần hóa học và tính chất vật lí của sản phẩm

Mùn cưa viên có thể xem là nguồn năng lượng mới có thể thay thế cho than đá, nếu sử dụng trong lĩnh vực sản xuất nhiệt điện, lượng nhiệt sinh ra đủ lớn cho mục đích phát điện liên tục và có thành phần cháy như sử dụng năng lượng truyền thống.

Chất hữu cơ chứa chủ yếu xenluloza, lignin và hemixenluloza chiếm đến 90%, ngoài

ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ 10% hemixenluloza 25% Lignin chiếm khoảng 15-30% và xenlulozơ chiếm khoảng 40-50%

15-1.5.3 Một số hình ảnh về sản phẩm viên ép các loại

Trấu ép viên Cùi ngô ép viên

Bã sắn ép viên Than bùn ép viên

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Lá thông Gỗ thông Cành cây Cây tùng

1.6 Một số loại máy ép trên thị trường

Máy ép viên (pellet mill) được nghiên cứu và chế tạo đã khá lâu ở các nước phương tây gắn với những tên tuổi lớn như: Bliss (Mĩ), La Meccanica (Ý), Buchumer (Đức), VanAarsen (Hà Lan)…hay như một số nước ở Châu á như: Trung Quốc ( Chính Xương, Mynhang…), Thái Lan (CPM) Máy ép viên được sử dụng cho rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho người và gia súc đến ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cưa…) hay rác thải…ở mỗi một đối tượng khác nhau lại đòi hỏi các thiết bị ép viên phù hợp.

Hình 1.5 Máy ép viên của hãng Bliss

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Hình 1.6 Máy ép viên của hãng Myang

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Hình 1.7Máy ép viên Kahl

Các sản phẩm của các nước Tư Bản thường có chất lượng tốt, năng suất cao.Tuy vậy giá thành của nó lại quá đắt, không phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ, đi kèm với đó là những điều kiện sau bán hàng không được đảm bảo như: thời gian giao hàng, điều kiện về bảo hành, bảo trì… Thời gian gần đây một số hãng của Trung Quốc (Chính Xương, Mynhang) cũng đi sâu vào phát triển các dòng máy ép viên, tuy vậy chất lượng máy của các hãng này nhập về Việt Nam thường không rõ nguồn gốc, không ổn định, chất lượng khó kiểm soát do đó cũng gây nhiêu khó khăn

cho người sử dụng.

Chương 2 Xây dựng nguyên lý phương án thiết kế

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Sự kết dính trong viên ép

Quá trình sản xuất viên mùn cưa không cần hóa chất bên ngoài hoặc các chất phụ gia Đây là do ở trong gỗ có một chất tự nhiên gọi là lignin mà là như một chất kết dính Hơn nữa, viên mùn cưa được sản xuất từ mùn cưa sạch và tinh khiết và chip gỗ đảm bảo không có bụi đất và làm cho nó rất sạch

Là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp,

vô định hình, chiếm 15% đến 30% thành phần của gỗ Lignin không phải là carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật.

Từ kết quả thí nghiệm trường đại học khoa học nông nghiệp của Thụy Điển có kết quả như bảng dưới: Theo bảng 4[6, trang 31].

Chương 2 Xây dựng nguyên lý phương án thiết kế

Với thông số kỹ thuật ta lựa chọn cho viên ép độ ẩm 8%, khối lượng riêng 1,1g/cm 3

từ bảng ta tra được áp suất ép cần thiết để ligin có thể kết dính lại với nhau ở áp suất ép 350Mpa.

2.2 Mục đích và yêu cầu kỹ thuật của máy ép

a Mục đích của quá trình ép

Ép tạo hình sản phẩm là quá trình tác động lực cơ học vào vật liệu để liên kết các phần tử vật thể ở dạng rời rạc thành những sản phẩm đạt yêu cầu về hình dạng, kích thước, khối lượng và sức bền theo yêu cầu để có thể bảo quản hoặc vận chuyển

b Yêu cầu kỹ thuật

Máy phải đảm bảo các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng như năng suất, hiệu quả cao, đảm bảo độ tin cậy cao, khả năng làm việc tốt, an toàn trong sử dụng cũng như

dễ vận hành, đảm bảo tính công nghệ và kinh tế.

Sản phẩm phải đảm bảo được các tiêu chuẩn về kích thước, khối lượng, độ chặt, độ bền đồng thời phải tạo ra hình dáng đẹp, mới lạ nhằm kích thích nhu cầu và thị hiếu của người dùng.

2.3 Các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm

Việc tạo hình sản phẩm có thể tiến hành thủ công với những công cụ đơn giản Trong công nghiệp, việc tạo hình cho sản phẩm thường được cơ khí hóa và tự động hóa Dựa trên yêu cầu về thành phẩm và trạng thái vật lý của nguyên liệu người ta

có thể chọn một trong các nguyên tắc tạo hình sau đây:

+ Nguyên tắc nén ép: Dùng áp lực để nén ép nguyên liệu thành hình dạng nhất định hoặc thành băng dải rồi cắt viên.

Chương 2 Xây dựng nguyên lý phương án thiết kế

+ Nguyên tắc dập khuôn: Dùng khuôn có hình mẫu được lựa chọn dập xuống khối sản phẩm chia chúng thành từng phần có hình dạng nhất định.

Khi nén ép hoặc dập khuôn, để liên kết được các phần tử vật liệu dạng bột rời, dạng bột nhuyễn, dạng rắn lỏng, tùy thuộc vào độ ẩm của nguyên liệu mà trị số áp lực ép khác nhau và độ ẩm đạt tối thiểu là 20(30)% Trong một số trường hợp để giảm áp lực ép người ta có thể gia nhiệt ở nhiệt độ cao trên điểm nóng chảy của hỗn hợp Dưới tác dụng của nhiệt độ cao hỗn hợp chuyển từ pha rắn sang pha lỏng có độ nhớt cao, khi hạ nhiệt độ chúng lại chuyển từ pha lỏng về rắn.

Về cấu tạo bộ phận ép chủ yếu là vít xoắn, piston, trục cán, bộ phận chứa tải là khuôn có dạng trụ, phẳng, cầu…

Phương pháp ẩm: hỗn hợp nguyên liệu có độ ẩm 35-50% với độ ẩm ban đầu

12-14%, được làm ẩm bằng nước nóng 70-80 độ C khi nguyên liệu được ép hay đùn ra khỏi khuôn ép sẽ có độ ẩm tới 17%, Nhiệt độ tới 80 độ C Sauk hi ép, các viên phải được làm lạnh và khô, tới nhiệt độ 50-60 độ C và độ ẩm nhỏ hơn 14%.

Phương pháp khô: có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp ẩm, không cần sấy

viên Kích thước các viên thường có dạng cầu, trụ,…với đường kím 3-20mm, hình trụ có bề cao 10-30mm, khối lượng riêng 1000-1300kg/m3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép có thể chia ra 2 nhóm:

Nhóm 1: Những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm.

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

Hệ số áp suất bền, là tỷ số giữa áp suất bề mặt bên của vật liệu ép với áp suất

Chương 2 Xây dựng nguyên lý phương án thiết kế

Hình dạng bánh ép và tương quan kích thước của nó.

Chế độ ép, có thể là chu kỳ hay liên tục.

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

2.4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất viên ép trấu

+ Phơi, sấy: mùn cưa sau khi xay ra thường có độ ẩm 13% Nhưng không được sử dụng ngay, hay gặp mưa làm độ ẩm tăng cao Vì vậy phải sấy để mùn cưa đạt độ ẩm thích hợp trước khi ép <15%.

+ Gia nhiệt: Tùy vào phương pháp ép mà có hoặc không có gia nhiệt Mục đích của gia nhiệt là giải phóng lignin có sẵn trong mùn cưa hoặc làm tăng tính kết dính của mùn cưa lại với nhau.

+ Cắt : Là quá trình cắt, tách rời sản phẩm thành từng đoạn theo yêu cầu.

Sàng lọc và làmnguội

CắtĐịnh lượng và

Chương 3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.1 Xây dựng phương án thiết kế

3.1.1 Phương án 1: Máy ép sử dụng trục vít tải có bước vít thay đổi và khuôn ép

tạo viên.

a. Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương án trục vít

1 Phễu cấp liêu 4 Khuôn

2 Thân máy 5 Dao cắt

3 Trục vít 6 Trục mang dao cắt

b Nguyên lý hoạt động

Mùn cưa với độ ẩm thích hợp được nạp qua cửa nạp liệu (1), đồng thời động

cơ điện truyền động cho trục vít ép (3) có bước vít thay đổi được tạo ra lực ép, ép nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn(4) theo hình dạng nhất định trên khuôn Khi nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn, bị dao cắt(5) tạo thành những viên có chiều dài cố định nhờ

cơ cấu tạo cho dao cắt quay tròn quanh trục mang dao (6)

c Ưu nhược điểm

Chương 3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo.

+ Nhược điểm:

Năng suất không cao.

Máy có áp lực lớn dễ bị hư hỏng vì vít tải có sự ma sát giữa vật liệu với vít tải rất lớn làm cho mặt vít và vỏ bị mòn nhiều.

3.1.2 Phương án 2: Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn phẳng

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương án khuôn phẳng

1 Đĩa hứng viên 4 Mùn cưa

2 Gân cắt viên 5 Con lăn ép

3 Khuôn ép

Chương 3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Hình 3.3 Nguyên lý truyền động khuôn ép phẳng

c Ưu nhược điểm

+ Ưu điểm

Dễ dàng trong công tác vệ sinh, làm sạch bề mặt khuôn.

Dễ dàng tháo lắp, thay đổi con lăn, bộ khuôn,

Khối lượng nhỏ, nhẹ, phù hợp quy mô sản xuất công xuất nhỏ

Dễ dàng quan sát bên trong máy trong quá trình máy hoạt động để có thể điều chỉnh chất lượng của sản phẩm

+ Nhược điểm

Năng suất không cao

Chất lượng, dung sai về kich thước viên nén không cao.

Chương 3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

3.1.3 Phương án 3: Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn trụ

có công dụng ép lớp mùn cưa đồng đều vào khuôn ép (3) có những lỗ được định hình sẵn sau đó được dao cắt (1) cắt thành những viên đều nhau.

c Ưu nhược điểm

+ Ưu điểm:

Luôn đảm bảo khoảng cách giữa con lăn ép với bề mặt khuôn

Chế tạo được công suất lớn

Lực ma sát tạo lức ép khuôn nhỏ, tiêu năng lượng nhỏ

Chương 3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Chất lượng viên nén tốt.

+ Nhược điểm:

Chế tạo phức tạp hơn, giá thành cao.

Kết cấu phức tạp, quá trình lắp ráp sửa chữa khó khăn.

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa trên yêu cầu về khả năng công nghệ, đặc biệt về năng suất, ưu nhược điểm của từng phương án để chọn ra phương án tối ưu, em quyết định chọn phương án 3 là máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn trụ vì đảm bảo năng suất, dễ cơ khí tự động, thích hợp cho sản xuất lớn Các phương án còn lại năng suất thấp, chất lượng viên không cao.

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

4.1 Động học máy ép viên con lăn cối trụ

Hình 4.3 Sơ đồ động máy ép viên con lăn cối tru.

1 Động cơ 3.Con lăn ép

2 Bộ truyền đai 4 Khuôn ép

Nguyên lý hoạt động:

Động cơ điện (1) quay truyền động cho khuôn ép (4) quay theo nhờ bộ truyền đai(2) Trục con lăn (4) được cố định vào thành máy, khi khuôn (4) quay làm cho con lăn(3) quay cùng chiều nhờ lực ma sát giữa vật liệu cà con lăn Nên nguyên liệu được épqua các lỗ trên khuôn

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

4.2 Thiết kế động học máy tải, trộn trấu

Hình 4.2 Sơ đồ động khâu trộn mùn cưa.

nó còn có thể có cửa độ nạp nước ấm (6) để trộn trấu đạt độ ẩm yêu cầu phục vụ chokhâu ép kế tiếp, máy trộn dùng cánh đảo làm việc liên tục có các cánh nằm ngang vàhướng tâm, mùn cưa được trộn và thoát ở cửa xả liệu (8) đi đến máy ép

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

4.3 Động lực học máy ép viên con lăn khuôn trụ.

Việc tính chọn các thông số của con lăn cần căn cứ vào việc tạo ra sản phẩm và từng loại nguyên liệu đưa vào con lăn Để hỗn hợp sản phẩm không bị kẹt trong khuôn cối ép nguyên liệu và được đẩy hết ra khuôn theo đúng chu kỳ thì năng suất

hệ thống ép phải phù hợp với năng suất làm ra sản phẩm

Ta chọn thông số đầu vào:

Chiều rộng của con lăn : L= 110mm

Đường kính trong khuôn ép: D k = 450mm

Đường kính lỗ ép viên trấu: d= 6mm

Chiều dài của viên trấu: 30mm

Năng suất máy ép trấu: 1500kg/h

a.Tính toán các thông số ép của khuôn ép

Trong sản xuất các sản phẩm dạng viên, dạng hạt như viên trấu, mùn cưa, thức ăn gia súc… thường dùng khuôn ép có dạng một tấm kim loại hay hợp kim có khoan lỗ để ép viên qua đó, nó có thể có nhiều hình dạng khác nhau, hoặc giống nhau trên cùng một khuôn tùy theo mục đích như hình thang, hình trụ…

Số lượng lỗ được phân bố trên khuôn ép phụ thuộc vào kích thước cối, năng suất, cách phân bố các lỗ trên…

Ta chọn đường kính lỗ là 6mm khoảng cách giữa các tâm lỗ làm 10 mm, trên khuôn gồm 6 dãy lỗ, với đường kính lồng như trên ta tính được số lỗ trên lồng:

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

Trong đó:

p max : Áp suất nén lớn nhất , Mpa.

S: Tiết diện ngang của khuôn, m 2

C: Chu vi của khuôn, m

Vậy chiều dài lỗ ép phải lớn hơn 46,875mm

Ta chon chiều dài lỗ ép bằng 47mm.

Vận tốc trấu bị ép qua lỗ ép ta có thể tính theo công thức 2.314[1, trang 164]

v: Vận tốc nguyên liệu bị ép qua lỗ, m/s.

Q: Năng suất lý thuyết của máy ép, kg/h.

Tiết diện tổng các lỗ ép trên khuôn ép:

Chon H= 10mm ( chiều cao từ thanh gạt đến đường kính trong lồng)

Khi con lăn qua 1 lần chiều dài viên sẽ dài thêm

10

2, 73,6

H

mm

λ = =

Khi đĩa quay một vòng tạo ra viên ép có chiều dài tăng thêm l≈5mm

ta thu được thể tích các viên trấu là:

So với điều kiện tốc độ quay của vòng khuôn :

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

Nếu như số vòng quay của vòng khuôn bé, thì vật liệu sẽ rơi vào phần dưới của vòng khuôn,như vậy theo chiều quay của vòng khuôn thì con lăn thứ 2 như không tham gia vào quá trình ép Để thỏa mãn điều kiện này

Theo công thức 6.31 [2, trang 117] ta có : 1

v≥ gR

m/s (4.4) Trong đó : R 1 – bán kính vòng khuôn

Suy ra:

1,5

m/s Vậy với n= 250 vòng/phút thỏa điều kiện.

b Lực tác dụng lên khối vật liệu trong lỗ ép:

Hình 4.3 sơ đồ tác dụng lực của con lăn

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

Vậy áp lực ép cần thiết:

2

.6 350 9800

Hình 4.4 Kích thước con lăn

Hai con lăn được lắp trên trục chọn chiều dài Lr = 110mm và đường kính Dr Nguyên liệu ép liên tục được cấp từ trên xuống & bám vào bề mặt con lăn Do chuyển động quay của trục 2 từng lớp nguyên liệu bị ép vào các lỗ ép Áp suất lớn được sinh ra do lực ép và ma sat Áp suất này giúp nén chặt các hạt nguyên liệu lại với nhau Quá trình này làm những viên ép bị đẩy ra khỏi khuôn.

Lực ép sinh ra từ con lăn Fr cũng đồng thời là lực ly tâm vậy :

2

r r

m v F R

r

R L v R R

d Điều kiện để quá trình ép viên xảy ra.

Nguyên liệu bột bị con lăn đưa vào vùng ép, biến dạng chủ yếu là dựa vào ma sát giữa bề mặt khuôn ép và con lăn khi xét trạng thái lực nhận được của nguyên liệu bột trên từng đoạn nhỏ của vùng cấp liệu gần với vùng ép biến dạng.

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

Bề mặt ngoài của con lăn sẽ kéo nguyên liệu vào điểm giới hạn của vùng biến dạng đường cắt tại A ở con lăn và với mặt trong của khuôn ép tại A1 Hai đường tiếp tuyến tại A của con lăn và tại A1 của khuôn ép cắt nhau tại C.

- Phân tích lực nhận được của nguyên liệu Xét ∆ACA1 lấy C làm gốc dựng hệ trục xoy với CA1 là trục X lập sơ đồ.

Theo hình vẽ góc ACA 1 = DAO = β (β đặt là góc lấy liệu) xác định điều kiện của β tức là xác định điều kiện của ép viên.

Trong ∆AC A 1 : N là áp lực nhận được của quả lô ép.

F : là lực ma sát lô với bột

Q : là áp lực nhận được của khuôn.

T : lực ma sát khuôn với bột.

Nsinβ : là lực cản của bột tiến vào vùng biến dạng.

Lực nguyên liệu nhận được để đưa nguyên liệu vào vùng biến dạng

Fcosβ + T

Mà F = N f => Fcosβ + T = f.Ncosβ + f.Q (4.7)

T = Q f

Trong đó f là hệ số ma sát giữa quả lô khuôn với vật liệu bột.

Điều kiện để bột tiến vào khu vực ép biến dạng là :

fNcosβ + f.Q ≥ N.sinβ Trong đó Q là áp lực nhận được của khuôn do lực N của con lăn và lực T do

ma sát khuôn với bột.

Q = Ncosβ + f Nsinβ Thay Q vào phương trình trên ta được

f.Ncosβ + f.Ncosβ + f 2 Nsinβ ≥ Nsinβ

2 f.Ncosβ + f 2 Nsinβ ≥ Nsinβ

2 f.cosβ + f 2 sinβ ≥ sinβ

= >

2

21

f tg

f

β ≤

− (4.8)

Chương 4 Thiết kế động học, động lực học

Từ đó có thể thấy góc β và hệ số ma sát f trở thành quan hệ tỉ lệ với thành phần của nguyên liệu Hệ số ma sát f giữa lô, khuôn và nguyên liệu khác nhau thì góc lấy liệu β cũng khác nhau Giữa nguyên liệu bột không giống nhau thì sự khác

của góc β là tương đối rõ rệt nếu điều kiện

2

21

f tg

Với hệ số ma sát f = 0,2 giữa thép và mùn cưa



0

22

β≤

Từ sơ đồ ta có góc ACA 1 = OAO 1 = 22 0

Hình 4.7 Sơ đồ tính toán chiều cao cần thiết của lớp nguyên liệu khi ép

Từ O 1 dựng đoạn thẳng vuông góc với OA.

Xét ∆ADO 1

Vậy với chiều cao h=10mm tính toán năng suất máy ở trên thỏa yêu cầu ép viên.

e Tính toán công suất trong quá trình ép

Công suất tiêu hao của máy ép chủ yếu khắc phục các ma sát lăn, ma sát trượt

ở con lăn và sức cản của các tấp gạt liệu, cũng như ma sát ở trong các gối trục Theo công thức 6.56 [2, trang 125] ta có:

N= N 1 +N 2 +N 3 (4.9)

Trong đó:

N 1 : Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát lăn của con lăn với vật liệu, W.

N 2 : Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát trượt của con lăn với vật liệu, W.

N 3: Công suất tiêu hao cho tấm gạt vật liệu, W.

Tính N1 : Dựa vào công thức 6-48 [2, trang 122]

0,01.9800.5,9.2

11119 104.10

Tính N 2 : Dựa vào công thức 6-50 [2, trang 122]

[ ]2

N = f P Z v W

(4.10) f: Hệ số ma sát trượt, thường f = 0,1 ÷0,2 Chọn f=0,2

Z:Số lượng con lăn.

Dựa vào bảng P1.3 [3, trang 237]

ta chọn động cơ 4A280S6Y3 có công suất 75 kW, số

vòng quay của trục chính 980 (vòng/phút), cosφ = 0,89 η

= 0,92 ,

ax

m dn

T T

= 1,9

Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động:

Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động:

4.4 Thiết kế bộ truyền đai thang

Theo hình 4.22[4,trang 153], dựa vào công suất 75kW và số vòng quay n 1 = 980 vòng/phút Ta chọn được loại đai là: D

Dựa vào bảng 4.3 [4,trang 128],, ta có bảng sau: