THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 20 kgh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THANH PHONG THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 20 kg/h LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 03/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THANH PHONG THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 20 kg/h Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 60 52 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: TS LÊ ANH ĐỨC Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 03/2012 THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 20 kg/h NGUYỄN THANH PHONG Hội đồng chấm luận văn: Chủ tịch: PGS TS TRẦN THỊ THANH Đại học Nông Lâm TP HCM Thư ký: TS BÙI NGỌC HÙNG Đại học Nông Lâm TP HCM Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Đại học SPKT TP HCM Phản biện 2: TS NGUYỄN NHƯ NAM Đại học Nông Lâm TP HCM Ủy viên: TS LÊ HIẾU GIANG Đại học SPKT TP HCM i LÝ LỊCH CÁ NHÂN Tôi tên Nguyễn Thanh Phong sinh ngày 17 tháng 02 năm 1984 huyện Cần đước, tỉnh Long An Con Ông Nguyễn Văn Bảnh Bà Nguyễn Thị Thia Tốt nghiệp phổ thông trung học Trường Trung học phổ thông Cần Đước, tỉnh Long An năm 2002 Tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí chế biến bảo quản nơng sản thực phẩm hệ qui Đại học Nơng Lâm, Thành Phố Hồ Chí Minh năm 2007 Năm 2007 làm giảng viên trường Đại học Nông Lâm Tp HCM Tháng 09 năm 2009 theo học Cao học ngành Cơ Khí nơng nghiệp đại học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Tình trạng gia đình: có vợ gái, năm kết hôn 2009 Địa liên lạc: 248 Ấp Đông, Xã Long Hựu Đông, Huyện Cần Đước, Tỉnh Long An Điện thoại: 0938.095.340 Email: ntphong@hcmuaf.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công bố luận văn trung thực phần đề tài cấp mã số B2009-12-84 T.S Lê Anh Đức làm chủ nhiệm Những số liệu luận văn phép công bố với đồng ý chủ nhiệm đề tài quan giao nhiệm vụ (duyệt đề tài cấp kinh phí) Nguyễn Thanh Phong iii LỜI CẢM TẠ Tơi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc đến: Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, Trưởng khoa Cơ Khí Cơng Nghệ, TS Lê Anh Đức, Giám Đốc trung tâm công nghệ thiết bị nhiệt lạnh trường Đại Học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, tận tình hướng dẫn động viên tơi suốt q trình thực luận văn Ban giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại học, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Cơng Nghệ trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Tập thể giảng viên khoa Cơ Khí Cơng Nghệ trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu cho tơi suốt q trình tơi học Cao Học Tập thể học viên lớp cao học Cơ Khí Khóa 2009 giúp đỡ tơi q trình học tập thực đề tài iv TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế chế tạo xác định chế độ làm việc máy bóc vỏ lụa nhân hạt điều suất 20 kg/h” tiến hành thiết kế chế tạo trung tâm công nghệ thiết bị nhiệt lạnh trường đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh thực nghiệm công ty TNHH Sản Xuất Thương Mại Thành Được, xã Phước Tân, huyện Bù Gia Mập, tỉnh Bình Phước, thời gian từ tháng năm 2011 đến tháng 12 năm 2011 Mục tiêu đề tài tính tốn thiết kế mơ hình máy bóc vỏ lụa nhân hạt điều suất 20 kg/h khảo nghiệm xác định thông số hoạt động tối ưu máy Nội dung nghiên cứu đề tài xác định tiêu tối ưu với thơng số tối ưu hố mơ hình máy phương pháp qui hoạch thực nghiệm cực trị Phương pháp nghiên cứu đề tài ứng dụng kế thừa lý thuyết bóc vỏ, nguyên lý làm việc máy bóc vỏ lụa nhân điều tồn nước, giới, để xây dựng mơ hình máy bóc vỏ lụa nhân điều có suất 20 kg/h Nghiên cứu mơ hình máy phương pháp qui hoạch thực nghiệm cực trị tối ưu Thí nghiệm bố trí dạng bậc II kiểu Box –Hunter Bài tốn tối ưu hóa giải theo thuật tốn ngẫu nhiên kết hợp dò tìm trực tiếp Kết chế độ tối ưu máy sau: vận tốc phận xát vtư = 0,79 m/s, khe hở trống phận xát etư = 5,72mm, thời gian lưu vật liệu buồng bóc vỏ khí nén ttư = 8,9 s, áp suất khí nén ptư = 5,4 kG/cm2 Các tiêu tối ưu đạt tỷ lệ bóc vỏ lụa Y3max = 82,4%, tỷ lệ nhân vỡ Y4min = 8% v SUMMARY Thesis “Design – manufaction and determation of the working mode of cashew peeling machine for productivity 20 kg/h” was engineered, manufactured at the center for technology and equipment of cold heat, Nong lam university and conducted exprerimental worth at limited liability company production and trade Thanh Duoc, Phuoc Tan quarter, Bu Gia Map district, Binh Phuoc province From January 2011 to December 2011 The target of the thesis is to calculate – design the model of the cashew peeling machine with productivily 20 kg/h and of the topic to determine optimal operation parameters of the model Research contents include: determine the optimal targets along with the parameters optimization of the model of cashew peeling machine by experimental planning method The research method of the thesis is application and inherit about theory of peeled, the principle of work of cashew peeling machines in the country and the world to build model of cashew peeling machine with productivily 20 kg/h Model is Researched by optimum extreme experimental planning method The experiment was arranged as a level II type of Box-Hunter Optimization problems are solved according to the algorithm randomly combine direct search The results of the optimal mode are follows: optimal speed of part chafing v = 0,79, m/s, distance between the chafing drum and part of chafing e = 5,72mm, materials pass the work part of pneumatic equipment with optimum time is t = 8,9s, and pneumatic pressure optimization is p = 5,4 kG/cm2 The target is to achieve optimal: the rate of the peeled silk is Y3max = 82,4% and the rate of the fracture is Y4min = 8% vi MỤC LỤC TRANG LÝ LỊCH CÁ NHÂN ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT v SUMMARY vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii MỞ ĐẦU Chương 1.TỔNG QUAN 1.1.Giới thiệu chung điều 1.2.Giới thiệu hạt điều thô .3 1.2.1 Cấu tạo hạt điều thô 1.2.2 Giá trị dinh dưỡng nhân hạt điều .5 1.2.2.1 Các chất béo 1.2.2.2 Chất đạm (prôtein) 1.2.2.3 Chất bột – đường thành phần khác 1.2.2.4 Muối khoáng 1.2.2.5 Sinh tố (Vitamin) 1.3 Cơ lý tính nhân hạt điều 1.4 Quy trình cơng nghệ sản xuất hạt điều 1.4.1 Phân cỡ .9 1.4.2 Hấp .9 1.4.3 Tách vỏ cứng 10 1.4.4 Sấy khô nhân điều 11 1.4.5 Bóc vỏ lụa 11 vii 1.4.6 Phân cấp 12 1.4.7 Đóng gói 12 1.4.8 Bảo quản 12 1.5 Tiêu chuẩn Việt Nam nhân hạt điều (Cashew Kernel) TCVN 4850:1998 13 1.5.1 Yêu cầu chung nhân điều sau bóc vỏ lụa 13 1.5.2 Phân hạng 14 1.6 Lý thuyết bóc vỏ hạt 16 1.6.1 Cơ sở lý thuyết 16 1.6.2 Nguyên lý làm việc 17 1.6.2.1 Va đập nhiều lần 17 1.6.2.2 Nén ma sát 17 1.6.2.3 Dịch trượt 17 1.6.2.4 Ma sát 18 1.6.2.5 Khí nén 18 1.6.2.6 Ma sát kết hợp khí nén 19 1.7 Những yếu tố ảnh hưởng đến trình bóc vỏ lụa nhân hạt điều 20 1.8 Kết nghiên cứu nước 21 1.8.1 Tình hình chung .21 1.8.2 Các thiết bị bóc vỏ lụa nhân điều 22 1.8.2.1 Dây chuyền máy bóc vỏ lụa nhân điều Italia sản xuất .22 1.8.2.2 Máy bóc vỏ lụa nhân điều ông Phạm Văn Chổi chế tạo 23 1.8.2.3 Máy bóc vỏ lụa hạt điều kỹ sư Nguyễn Mạnh Thản chế tạo 24 1.8.2.4 Dây chuyền máy bóc vỏ lụa nhân điều Công ty TNHH Sản Xuất - Thương Mại – Dịch Vụ Khuôn Máy Việt 25 1.9 Đề xuất cơng nghệ bóc vỏ lụa nhân điều 26 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Nội dung nghiên cứu 27 viii R-squared = 0.655652 R-squared (adj for d.f.) = 0.540869 P.1.3.2 Kết xử lý số liệu phân tích phương sai hàm tỷ lệ vỡ nhân Y2 có số hạng chéo P.1.3.2.1 Kết xử lý số liệu phân tích phương sai hàm tỷ lệ vỡ nhân Y2 có số hạng chéo lần I ANOVA for Y2 - factor study Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value A:x1 1.690000 1.690000 25.22 0074 B:x2 11.560000 11.560000 172.54 0002 AB 040000 040000 60 4906 Lack-of-fit 6.650889 6.650889 99.27 0006 Pure error 268000 067000 Total (corr.) 20.2088889 R-squared = 0.657631 R-squared (adj for d.f.) = 0.45221 P.1.3.2.2 Kết xử lý số liệu phân tích phương sai hàm tỷ lệ vỡ nhân Y2 có số hạng chéo lần II ANOVA for Y2 - factor study Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value A:x1 1.690000 1.690000 25.22 0074 B:x2 11.560000 11.560000 172.54 0002 Lack-of-fit 6.690889 3.345444 49.93 0015 Pure error 268000 067000 Total (corr.) 20.2088889 R-squared = 0.655652 P2 Thực nghiệm theo phương án bậc II R-squared (adj for d.f.) = 0.540869 P.2.1 Ma trận thí nghiệm kết thực nghiệm dạng mã hóa STATC1 run factor study Page 1-1 x1 (m/s) 0.000000 x2 (mm) -0.000000 Y1 (%) 41.4 Y2 (%) 3.5 0.000000 0.000000 40.8 3.6 -1.414214 0.000000 19.2 3.2 0.000000 0.000000 42.6 3.9 1.000000 1.000000 32.4 4.1 0.000000 0.000000 43.1 3.4 PL-3 -1.000000 -1.000000 24.5 6.2 1.000000 -1.000000 53.6 7.7 0.000000 1.414214 17.5 2.5 10 -1.000000 1.000000 21.2 3.0 11 0.000000 -1.414214 44.1 7.5 12 1.414214 0.000000 43.3 5.8 13 0.000000 0.000000 39.5 3.2 P.2.2 Ma trận thí nghiệm kết thực nghiệm dạng thực STATC3 run factor study Page 1-1 v (m/s) 0.8000000 e (mm) -5.000000 Y1 (%) 41.4 Y2 (%) 3.5 0.8000000 7.828427 17.5 2.5 0.6000000 3.000000 24.5 6.2 1.0000000 3.000000 53.6 7.7 0.6000000 7.000000 21.2 3.0 0.8000000 5.000000 40.8 3.6 1.0000000 7.000000 32.4 4.1 0.8000000 5.000000 42.6 3.9 1.0828427 5.000000 43.3 5.8 10 0.5171573 5.000000 19.2 3.2 11 0.8000000 5.000000 43.1 3.4 12 0.8000000 2.171573 44.1 7.5 13 0.8000000 5.000000 39.5 3.2 P.2.3 Kết xử lý số liệu cho hàm tỷ lệ bóc vỏ lụa Y1 P.2.3.1 Kết xử lý số liệu phân tích phương sai ANOVA for Y1 - factor study Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value A:x1 691.59541 691.59541 334.59 0001 B:x2 482.33199 482.33199 233.35 0001 AB 80.10250 80.10250 38.75 0034 PL-4 AA 149.77113 149.77113 72.46 0010 BB 164.64852 164.64852 79.66 0009 Lack-of-fit 33.56260 11.18753 5.41 0682 Pure error 8.26800 2.06700 Total (corr.) 1574.04769 12 R-squared = 0.973425 R-squared (adj for d.f.) = 0.954443 P.2.3.2 Kết xử lý số liệu tính tốn hệ số hồi quy dạng mã hóa Regression coeffs for Y1 - factor study constant = 41.48 A:x1 = 9.29782 B:x2 = -7.76476 AB = -4.475 AA = -4.64 BB = -4.865 - P.2.3.3 Kết xử lý số liệu tính tốn hệ số hồi quy dạng thực Regression coeffs for Y1 - factor study constant = -125.696 A:v = 288.027 B:e = 17.2301 AB = -11.1875 AA = -116 BB = -1.21625 - P.2.4 Kết xử lý số liệu cho hàm tỷ lệ nhân vỡ Y2 P.2.4.1 Kết xử lý số liệu phân tích phương sai lần I ANOVA for Y2 - factor study Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value A:x1 4.925021 4.925021 73.51 0010 B:x2 24.050815 24.050815 358.97 0000 AB 040000 040000 60 4906 AA 2.631130 2.631130 39.27 0033 BB 5.205043 5.205043 77.69 0009 Lack-of-fit 654164 218055 3.25 1421 Pure error 268000 067000 Total (corr.) 36.9276923 12 R-squared = 0.975028 R-squared (adj for d.f.) = 0.957191 P.2.4.2 Kết xử lý số liệu phân tích phương sai lần II ANOVA for Y2 - factor study Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value A:x1 4.925021 4.925021 73.51 0010 B:x2 24.050815 24.050815 358.97 0000 AA 2.631130 2.631130 39.27 0033 PL-5 BB 5.205043 5.205043 77.69 0009 Lack-of-fit 694164 173541 2.59 1895 Pure error 268000 067000 Total (corr.) 36.9276923 12 R-squared = 0.973945 R-squared (adj for d.f.) = 0.960917 P.2.4.3 Kết xử lý số liệu tính tốn hệ số hồi quy dạng mã hóa Regression coeffs for Y2 - factor study constant = 3.52 A:x1 = 0.784619 B:x2 = -1.73388 AA = 0.615 BB = 0.865 - P.2.4.4 Kết xử lý số liệu tính tốn hệ số hồi quy dạng thực Regression coeffs for Y2 - factor study constant = 19.9625 A:v = -20.6769 B:e = -3.02944 AA = 15.375 BB = 0.21625 - P.3 Kết tính tóan nhận dạng đồ thị P3.1 Kết tính tốn nhận dạng đồ thị cho hàm tỷ lệ bóc vỏ lụa Y1 Y = 41,48 + 9,29782.x - 7,76476.x - 4,475.x x - 4,64.x - 4,865.x 1 λ − (b11 + b22 ).λ + (b11 b22 − 0,25.b 2 12 )= 2 ⇔ λ − (− 4,64 − 4,865).λ +  − 4,64 * (−4,865) − 0,25.(- 4,475)2  =   ⇔ λ + 9,505.λ + 17,5672 = λ = −2,512 ⇔ λ = −6,993  P3.2 Kết tính tốn nhận dạng đồ thị cho hàm tỷ lệ nhân vỡ Y2 Y = 3,52 + 0,784619.x - 1,73388.x + 0,615.x + 0,865.x 2 λ − (b11 + b22 ).λ + (b11 b22 − 0,25.b12 ) = 2 ⇔ λ2 − (0,615 + 0,865).λ +  0,615 * 0,865 − 0,25.(0))  =  ⇔ λ − 1,48.λ + 0,532 = PL-6  λ1 = +0,865 ⇔ λ = +0,615  P4 Kết giải toán tối ưu P4.1 Xử lý tối ưu hàm Y1 Target Cell (Max) Cell $C$5 Name Original Value Y1 (%) Final Value 41,47985 55,51385238 Adjustable Cells Cell $C$3 $C$4 Name Original Value v (m/s) e (mm) Final Value 0,8 1,08 2,17 Constraints Cell $C$4 $C$3 $C$3 $C$4 Name Cell Value e (mm) v (m/s) v (m/s) e (mm) Formula 2,17 1,08 1,08 2,17 $C$4=2.17 Status Slack Not Binding Binding Not Binding Binding P4.2 Xử lý tối ưu hàm Y2 Target Cell (Min) Cell $C$5 Name Original Value Y2 (%) Final Value 3,52003 2,400890143 Adjustable Cells Cell $C$3 $C$4 Name Original Value v (m/s) e (mm) Final Value 0,8 0,672419124 7,004482519 Constraints Cell $C$4 $C$3 $C$3 $C$4 Name Cell Value e (mm) v (m/s) v (m/s) e (mm) Formula 7,004482519 0,672419124 0,672419124 7,004482519 $C$4=2.17 Status Not Binding Not Binding Not Binding Not Binding P4.3 Xử lý tối ưu hàm đa mục tiêu Target Cell (Max) Cell $B$9 Name Original Value Y1 (%) Thực tế 41,47985 Final Value 37,97515178 Adjustable Cells Cell Name Original Value PL-7 Final Value Slack 0,825517481 0,407580876 0,152419124 4,834482519 5,66 0,56 $B$7 $C$7 $C$11 v (m/s) e (mm) Mục tiêu MAX(Y1) MIN(Y2) Giá trị tốt 0,8 0,797872618 5,719389648 0,66457606 Constraints Cell $B$9 $F$9 $F$10 $B$10 $B$7 $C$7 $B$7 $C$7 Name Y1 (%) Thực tế Y1 (%) đến trọng số Y2 (%) đến trọng số Y2 (%) Thực tế v (m/s) e (mm) v (m/s) e (mm) Cell Value Formula Status 37,97515178 $B$9