NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP TÁCH NƯỚC PHỤ PHẨM BÃ BIA LÀM THỨC ĂN GIA SÚC

  BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP TÁCH NƯỚC PHỤ PHẨM BÃ BIA LÀM THỨC ĂN GIA SÚC Họ tên sinh viên: PHẠM NGỌC HƯNG Ngành : CƠ KHÍ NƠNG LÂM Niên khóa: 2007 – 2011 Tháng / 2011     NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP TÁCH NƯỚC PHỤ PHẨM BÃ BIA LÀM THỨC ĂN GIA SÚC Tác giả PHẠM NGỌC HƯNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành khí nơng lâm Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ: NGUYỄN HẢI TRIỀU Tháng 07 năm 2011 ‐  i ‐      CẢM TẠ Đầu tiên em xin cảm ơn thầy nhà trường nói chung thầy khoa khí cơng nghệ trường Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh nói riêng, thời gian qua dạy cho em kiến thức đại cương chuyên ngành, nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu học tập sau em Và đề tài thành phần kiến thức mà em học tập trường năm qua Trong thời gian thực đề tài “nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy ép tách nước phụ phẩm bã bia làm thức ăn gia súc” này, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đề tài Thạc sỹ NGUYỄN HẢI TRIỀU, thầy giúp đỡ tận tình kiến thức, vật chất, kinh nghiệm tinh thần lúc khó khăn để em hoàn thành đề tài thời gian cho phép Cuối em xin gởi lời cảm ơn tới thành viên lớp DH07CK bạn bè động viên giúp đỡ lúc khó khăn để hồn thành đề tài ‐  ii ‐      TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy ép tách nước phụ phẩm bã bia làm thức ăn gia súc” tiến hành khoa khí cơng nghệ trường đại học Nông Lâm TPHCM, thời gian từ ngày 14 tháng 03 năm 2011 đến ngày 23 tháng 05 năm 2011 Đề tài thực theo tiến trình sau: 1) Nêu lên tính cấp thiết đề tài nguồn nguyên liệu sản lượng sản phẩm bán thị trường Từ lựa chọn phương án thiết kế hợp lí 2) Nêu nguyên lí cấu tạo nguyên lí làm việc hệ thống 3) Tính tốn, thiết kế sở lí thuyết để đưa thơng số chế tạo tương đối xác với thực tế - Lựa chọn cách thành lập sơ đồ thuỷ lực - Vẽ sơ đồ môi trường Festo Fluidsim để mô hoạt động - Phân tích, tính tốn theo số liệu dự kiến trước để chọn thành phần hệ thống - Lựa chọn cách bố trí khung máy ép, sau tính toán bền cho khung - Thiết kế thùng ép, số dựa vào kinh nghiệm để chọn khảo nghiệm thực tế rút kết luận xác 4) Tiến hành chế tạo mơ hình với hệ số chế tạo chọn trước 0,2 Khảo nghiệm mơ hình từ số liệu khảo nghiệm tính tốn lại để chọn hợp lí số liệu chế tạo máy ép thực tế ‐  iii ‐      MỤC LỤC Trang TRANG TỰA i CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix Chương MỞ ĐẦU .1 Chương TỔNG QUAN .3 2.1 Quá trình sản xuất bia Việt Nam 2.2 Giá trị bã bia 2.3 Phương pháp bảo quản bã bia .7 2.4 Tổng quan máy ép thuỷ lực .10 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 3.1 Nội dung 11 3.2 Phương pháp nghiên cứu .12 3.2.1 Thiết kế 12 3.2.2 Khảo nghiệm 13 3.2.2.1 Mục đích .13 3.2.2.2 Điều kiện khảo nghiệm 13 3.2.2.3 Thiết bị 14 3.2.2.4 Khảo nghiệm .16 3.2.2.5 Cách tính tốn kết khảo nghiệm 19 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 4.1 4.1.1 Kết 20 Mô tả cấu tạo 20 ‐  iv ‐      4.1.2 Mơ tả ngun lí hoạt động .21 4.1.3 Các thành phần hệ thống thuỷ lực .23 4.1.3.1 Xilanh thuỷ lực .23 4.1.3.2 Bể dầu 24 4.1.3.3 Bơm dầu 25 4.1.3.4 Bộ lọc dầu .25 4.1.3.5 Van áp suất 26 4.1.3.6 Van đảo chiều .26 4.1.3.7 Van tiết lưu 27 4.1.3.8 Ống dẫn dầu khớp nối 27 4.1.4 Sơ đồ nguyên lí 28 4.1.5 Tính toán hệ thống thuỷ lực 29 4.1.5.1 Tính tốn xy lanh ép với P = 29 4.1.5.1.1 Phương trình cân lực cụm xilanh ép hành trình cơng tác .30 4.1.5.1.2 Tính lưu lượng qua xilanh .34 4.1.5.2 Tính toán xilanh xả 36 4.1.5.2.1 Phương trình cân lực cụm xilanh xả hành trình cơng tác .36 4.1.5.2.2 Đối với hành trình lùi .37 4.1.5.2.3 Tính lưu lượng 38 4.1.5.3 Tính chọn thông số bơm 38 4.1.5.4 Tính tốn ống dẫn 39 4.1.5.5 Chọn van 41 4.1.6 Tính toán khung máy 41 4.1.6.1 4.1.7 4.2 Tính bền kết cấu 41 Khảo nghiệm máy ép .45 Thảo luận .45 4.2.1 Lực ép 45 4.2.2 Năng suất ép .46 4.2.3 Thời gian ép .47 4.2.4 Kết cấu .47 ‐  v ‐      Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48 5.1 Kết luận .48 5.2 Đề nghị 48 PHỤ LỤC: .51 ‐  vi ‐      DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang   Hình Sản lượng bia nước .4  Hình 2 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia 4  Hình Một số kiểu máy ép .10  Hình Bản vẽ máy ép thử 15  Hình 3 Máy sấy mẫu 15  Hình Cân điện tử xác 0,01g 16  Hình Hộp chứa mẫu để sấy 16  Hình Cân đồng hồ hộp chứa mẫu thí nghiệm 16  Hình Đổ vật liệu vào thùng 17  Hình Ép bã bia 17  Hình 10 Lấy mẫu mẫu 18  Hình 11 Bã bia 18  Hình Chu trình hoạt động hệ thống ép 22  Hình Máy ép vị trí ban đầu 22  Hình Máy ép vị trí ép cuối hành trình 23  Hình 4 Máy ép vị trí xả 23  Hình Xi lanh thủy lực CDH1MT4 24  Hình Kết cấu bể dầu 24  Hình Kết cấu nguồn thuỷ lực (gồm thùng dầu) 25  Hình Bơm cánh gạt 25  Hình Lọc dầu 26  Hình 10 Màng lọc sợi thuỷ tinh 26  Hình 11 Kết cấu van giảm áp kí hiệu 26  Hình 12 Van đảo chiều điều khiển điện 26  Hình 13 Van tiết lưu 27  Hình 14 Khớp nối 27  Hình 15 Sơ đồ mô mạch thuỷ lực máy ép Festo Fluidsim 28  Hình 16 Sơ đồ mô mạch điện điều khiển Festo Fluidsim 28  Hình 17 Giản đồ trạng thái 29  Hình 18 đồ hệ thống thủy lực 29  Hình 19 Các lực tác dụng lên cụm xilanh ép 30  Hình 20 Đồ thị biểu diễn tương quan kích thước 33  Hình 21 Kiểu lắp MT4 34  Hình 22 Sơ đồ mạch thủy lực xilanh xả 36  ‐  vii ‐      Hình 23 Các lực tác dụng lên cụm xilanh xả 36  Hình 24 Đồ thị biểu diễn tương quan kích thước 37  Hình 25 Quy ước đường ống .40  Hình 26 Kết cấu khung máy 41  Hình 27 Biểu đồ mơmen 42  Hình 28 Mặt cắt ngang thép hình chữ I .43  ‐  viii ‐      DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng Lượng bã hèm phát sinh sản xuất hectolít (100 lít) bia 5  Bảng 2 Thành phần dinh dưỡng bã bia từ ngũ cốc (g/kg vật chất khô) 5  Bảng Thành phần hóa học giá trị bã bia (% vật chất khô) 6  Bảng Thành phần axit amin bã bia (g/100 g protein) 6  Bảng Một số hỗn hợp thức ăn bổ sung cho đàn bò tiết sữa .7 Bảng Số liệu tính tốn đường ống cho cụm xilanh ép xilanh xả .40  Bảng Bảng thép hình chữ I với số hiệu IN010 43  Bảng Bảng thép hình chữ I với số hiệu IN010 44  Bảng 4 Bảng số liệu cho mẫu bã bia trước ép 45  Bảng Bảng số liệu cho mẫu bã bia sau ép 45  Bảng Số liệu thu 46  ‐  ix ‐      Hình P2 18 Nguyên tắc điều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt a Nguyên lí kí hiệu; b Điều chỉnh xo; c Điều chỉnh lưu lượng thuỷ lực - Bơm cánh gạt đơn: loại bơm trục quay vòng, thực chu trình làm việc bao gồm lần hút nén Lưu lượng điều chỉnh cách thay đổi độ lệch tâm.  - Bơm cánh gạt kép: trục quay vòng, thực hai chu trình bao gồm hai lần hút hai lần nén Hình P2 19 Bơm cánh gạt kép d Bơm piston Bơm piston thường dùng hệ thống dầu ép với áp suất cao va lưu lượng lớn như: máy xúc, máy nén cơng suất lớn… ‐  60 ‐      Hình P2 20 Ngun lí làm việc hình ảnh thực tế bơm piston   Hình P2 21 Ngun lí làm việc bơm piston trục chéo   Hình P2 22 Hình ảnh thực tế bơm piston trục chéo 4) Bộ lọc dầu a Nhiệm vụ ‐  61 ‐      Trong trình làm việc, dầu không tránh khỏi nhiễm bẩn chất bẩn từ bên vào, thân dầu tạo nên Những chất bẩn gây kẹt, gây nên trở ngại, hư hỏng hoạt động hệ thống Do dầu ép diều dùng lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên cấu, phần tử ép b Phân loại Theo kích thước lọc chia lọc: lọc thơ, lọc trung bình, lọc tinh lọc đặc biệt Theo kết cấu ta phân loại lọc dầu sau: lọc lưới, lọc giấy, lọc lá, lọc nỉ, lọc nam châm …  Bộ lọc lưới thường dùng để lọc thô, phải lắp thêm lọc tinh dầu bơm, loại không sử dụng rộng rãi khó bảo dưỡng hay bảo dưỡng không tốt  Bộ lọc lá, sợi thuỷ tinh: loại lọc sử dụng phổ biến hệ thống thuỷ lực dễ bảo dưỡng tẩy chất bẩn, khỏi phải dùng máy tháo lọc Ngày phần lớn sử dụng lọc sợi thuỷ tinh, độ bền lọc cao có khả chế tạo dễ dàng, đặc tính vật liệu khơng thay đổi nhiều q trình làm việc ảnh hưởng hố dầu Hình P2 23 Màng lọc sợi thuỷ tinh 5) Van áp suất a Nhiệm vụ Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức cố định tăng, giảm trị số áp suất hệ thống điều khiển thuỷ lực b Phân loại ‐  62 ‐       Van tràn van an tồn Van có tác dụng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng hệ thống khỏi vượt trị số qui định Van tràn làm việc thường xun an tồn làm việc tải  Van giảm áp.  Van giảm áp dùng trường hợp hệ thống có bơm dầu cung cấp lượng cho nhiều cấu chấp hành khác Lúc ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn dùng van giảm áp đặt trước cấu chấp hành nhằm giảm áp suất đến giá trị cần thiết Hình P2 24 Kết cấu van giảm áp kí hiệu  Van cản Van cản có nhiệm vụ tạo nên sức cản hệ thống  hệ thống ln có dầu bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập ‐  63 ‐      Hình P2 25 Kí hiệu mạch thuỷ lực có lắp van cản  Rơle áp suất (áp lực) Rơle áp suất thường dùng hệ thống thuỷ lực Nó dùng cấu phòng q tải, áp suất hệ thống vượt giới hạn định, rơle áp suất ngắt dòng điện  Bơm dầu, van hay phận khác ngưng hoạt động 6) Van đảo chiều a Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng mở ống dẫn để khởi động cấu bến đổi lượng, dùng để đảo chiều chuyển động cấu chấp hành b Các khái niệm - Số cửa: số lỗ để dẫn dầu vào hay - Số vị trí: số định vị trượt van Kí hiệu: 4/3 số cửa số vị trí Loại van có vị trí hoạt động, vị trí vị trí dừng Loại dùng hệ thống tự động yêu cầu có chế độ dừng cần thiết  Các loại van vị trí thường dùng hệ thống không phức tạp - Van 2/2: Thường dùng loại van hệ thống có chức đóng mở dòng lưu chất ‐  64 ‐      Hình P2 26 Hình ảnh thực tế ngun lí làm việc van đảo chiều 2/2 dạng đĩa - Van 3/2 thường dùng tốt hệ thống có xilanh tác dụng đơn lùi nhờ lò xo Hình P2 27 Hình ảnh – ngun lí kí hiệu van 3/2 - Van 5/2: thường dùng tốt hệ thống hoạt động với xilanh tác dụng chiều, thường lưu chất hệ thống khơng khí để xar thẳng ngồi Hình P2 28 Ngun lí van 5/2 ‐  65 ‐       Các loại van vị trí: số cửa tương tự loại vị trí, loại vị trí thường dùng hệ thống phức tạp, có tính chất nguy hiểm Đối với hệ thống hoạt động với nguồn lưu chất dầu thủy lực thường chọn loại van 4/3, loại khơng để dầu xả ngồi van cửa mà xả thùng dầu Ngồi dừng cưỡng hệ thống c Phân loại phạm vi sử dụng Van solenoid: Dùng để đóng mở (như van phân phối thông thường), điều khiển nam châm điện Được dùng mạch logic Van tỷ lệ van servo: Là phối hợp hai loại van phân phối van tiết lưu (gọi van đóng, mở nối tiếp), điều khiển vô cấp lưu lượng qua van Được dùng mạch điều khiển tự động 7) Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để diều chỉnh lưu lượng dầu, điều chỉnh vận tốc cấu chấp hành hệ thống thuỷ lực Van tiết lưu có hai loại: tiết lưu cố định tiết lưu thay đổi Hình P2 29 Van tiết lưu thay đổi lưu lượng ‐  66 ‐      PHỤ LỤC 3: Tính tốn cụm xilanh xả  Phương trình cân lực cụm xilanh xả hành trình cơng tác Viết phương trình cân lực cụm piston hành trình cơng tác (hành trình xả liệu) p1 A1  p2 A2  Fmsp  Fmsc  Fmst  Fqt  Ft   p1  p2 A2  Fmsp  Fmsc  Fmst  Fqt  Ft (4.6) A1 Trong đó: p1 : áp suất dầu buồng công tác P2 : áp suất dầu buồng chạy khơng A1 : diện tích xilanh buồng cơng tác, A1  D A2 : diện tích xilanh buồng chạy không, A2   D  d  Ft : tải trọng công tác Ft = 19,62KN Fmsp : lực ma sát piston xilanh Fmsc : lực ma sát cần piston vòng chắn khít Fmst : lực ma sát ép thùng Fqt : lực quán tính sinh giai đoạn piston bắt đầu chuyển động Tính tốn thành phần lực phương trình (4.6)  Lực ma sát piston xilanh: Fmsp  .N (4.7) Trong đó: ‐  67 ‐      µ: hệ số ma sát Đối với cặp vật liệu thép v vũng gng bng gang thỡ = (0,09 ữ 0,15), chọn µ = 0,1 N: lực vòng găng tác động lên xilanh tính: N   D.b p  p k    D.b z  1 p k (4.8) D: đường kính piston (cm), theo dãy đường kính tiêu chuẩn để đặt hàng nhanh chọn D = (cm) b: bề rộng vòng găng, chọn b = (cm) p2: áp suất buồng mang cần piston, chọn p2 = (KG/cm2) z: số vòng găng, chọn z = pk: áp suất tiếp xúc ban đầu vòng găng xilanh, pk  0,7  1,4 (KG/cm2), chọn pk = 1(KG/cm2)  D.b p2  pk  : lực vong găng  D.b z  1 p k : lực tiếp xúc vòng găng Thay vào cơng phương trình ta N = 3,14 (5 + 1) + 3,14 (3 – 1) = 125,7 (KG) Suy ra: Fmsp = 0,1 125,7 = 12,57(KG)  Lực ma sát cần piston vòng chắn khít Fmsc = 0,15.f.π.d.b.p (4.8) f: hệ số ma sát cần vòng chắn, vật liệu làm cao su f = 0,5D d: đường kính cần piston, chọn theo giá trị tiêu chuẩn để đặt hàng nhanh chọn d = 3,5 (cm) b: chiều dài tiếp xúc vòng chắn với cần, chọn b = d = 3,5 (cm) p: áp suất tác dụng vào vòng chắn, áp suất p2 = (KG/cm2) 0,15: hệ số kể đến giảm áp theo chiều dài vòng chắn  Fmsc = 0,15 3,14 0,5 3,5 3,5 = 14,43 (KG)  Lực ma sát ép thùng Lực bỏ qua để đảm lắp ghép hoạt động nên lực kha nhỏ bỏ qua ‐  68 ‐       Lực quán tính F qt  G.v g t o (4.9) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) G: khối lượng phận chuyển động, G = 60 (KG) s t v: vận tốc lớn cấu chấp hành, vmax   1200  40 (mm/s) 30 (quãng đường xả S = 1200(mm), thời gian xả t = 30s) to: thời gian độ piston đến chế độ xác lập, to = (0,01÷ 0,5)(s), chọn to = 0,1(s)  Fqt  60.40.10 3  2,45 (KG) 9,81.0,1 Thay giá trị vừa tính vào phương trình (4.6)ta p1  5.9,62  12,57  14,43  2,45  2000  106 (bar) 19,63 ‐  69 ‐      PHỤ LỤC 4: Tính lưu lượng cụm xilanh xả  Xét hành trình cơng tác Lưu lượng qua buồng công tác Q 21ct = v ct A ct = v ct  Q 21ct = 40.10 -6.60 D 3,14.50  4,7 (l/ph) Lưu lượng dầu từ xilanh thùng dầu Q 21 v = v ct A v = v ct  Q 21v = 40.10 -6.60  D  d    3,14 50  35  2,4 (l/ph) Trong đó: Q21ct: lưu lượng cần cung cấp cho q trình cơng tác [l/ph] Q21v: lưu lượng dầu xả thùng [l/ph] vct: vận tốc chuyển động hành trình cơng tác [mm/s] D: đường kính xilanh [mm] d: đường kính cần xilanh [mm]  Xét hành trình lùi (tương tự hành trình cơng tác) Lưu lượng dầu qua buồng cơng tác Q 22ct = v lv A = v lv  Q 22ct = 40.10 -6.60  D  d  3,14.50  35   2,4 (l/ph) Lưu lượng dầu từ xilanh thùng dầu Q 22 v = v ct A v = v ct  Q 22v = 240.10 -6.60 D 3,14.50  4,7 (l/ph) Ở hành trình lùi có: Qng đường S = 1200(mm) ‐  70 ‐      Thời gian t = 30 (s) Suy vận tốc lùi là: v s 1200   40mm / s  t 30 ‐  71 ‐      PHỤ LỤC 5: Tính sức bền khung  Tính phản lực hai gối đỡ A B Xét mômen cân A m A 0  F 0,5  YB   YB  F 0,5 24525.0,5   12262,5N  1 Xét cân lực theo phương ngang Y A  F  YB   YA  F  YB  YA  24525  12262,5  12262,5N   Tính lực cắt mômen cắt Xét mặt cắt – có  z1  0.5mm  QY  Y A  12262,5 (N) M x1  YA z1 Khi: z1 =  M x1  ‐  72 ‐       z1 = 0,5 M x1  12262,5.0,5  6131 Nm  Xét mặt cắt – có 0,5  z  1mm  Q y  Y A  F  12262,5  24525  12262,5 N  M x  Y A z  F  z  0,5  Khi M x  Y A  F .z  0,5F z2 = 0,5  M x  Y A 0,5  12262,5.0,5  6131Nm  z2 =300  M x  1Y A0,5 F  0( Nmm) Từ biểu đồ ta thấy mặt cắt nguy hiểm mặt cắt đặt lực tập trung có Qmax = 12262,5(N) Mxmax = 6131(Nm) Ứng suất pháp lớn mặt cắt nguy hiểm có trị số: k  Từ đó: W x  M x max k  M x max  206 MN / m Wx     ‐  73 ‐      6131  3,8.10 5 m  38 cm 160.10   PHỤ LỤC Tính tốn lại lưu lượng bơm lần ép thử Hành trình ép L = 200(mm) Thời gian ép t = giây Suy vận tốc ép: v   L 200   66,7 mm s t  Đường kính xilanh: D = 60 (mm) Lưu lượng dầu cần thiết là: Q  v  D  66,7.60.10 6 ‐  74 ‐    3,14.60  11,3l / ph  ... tính khung ta chọn kết cấu khung trước sau tiến hành tính bền cho kết cấu Khung máy chứa thùng ép xilanh (xilanh ép đặt đứng xilanh xả đặt ngang) giới hạn hành trình Nên lựa chọn kết cấu khung... cần thiết phải làm khung chịu lực bên ngồi, mặt lưới đảm bảo khơng bị ăn mòn hóa học thành phần bã bia Thiết kế cửa xả thùng ép gồm cấu xả bền kết cấu Chọn kết cấu khung máy, khung máy cần đảm bảo... inox khung chịu lực (lưới dày 1mm, đục lỗ Ø1mm để thoát nước, với tổng diện tích lỗ tổng diện tích mặt lưới 0,25), mặt hàn cố định vào khung máy  Hai mặt hơng lại cấu tạo gồm lưới inox khung