THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN máy ép VIÊN gỗ (WOOD PELLETING)

Với nguyên liệu đầu vào đa dạng: gỗ thải, mạt cưa, thân cây lúa, vỏ lạt, rác thải rắn đô thị (bao bì, quần áo,…), cùng công nghệ phân loại, tái chế để trở thành các nguồn năng lượng tái tạo có ích khác. Và điển hình cho nguồn năng lượng tái tạo đó, là những viên gỗ nén mạt cưa. Viên gỗ nén đáp ứng được các đòi hỏi về kỹ thuật như nhiệt lượng trong khi giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các nguyên liệu truyền thống như Dầu DO, FO, Than Đá, hay khí Gas. Và hơn hết, đây là sản phẩm rất thân thiện với môi trường, vì không thải ra khí lưu huỳnh và NxOy

Bộ môn: Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN: HÀ NGUYỄN THUẬN TÂM MSSV: 1413409

- Thiết kế Hệ thống Điều khiển máy ép viên gỗ

- Tính toán các thông số cơ bản của máy ép viên

- Lập trình điều khiển bằng PLC Siemens S7-1200

- Kết nối màn hình HMI để cài đặt và thay đổi các thông số cơ bản

3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 22/01/2018

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 18/05/2018

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN Trải qua hơn bốn năm học tập và nghiên cứu ở trường Đại Học Bách Khoa

TPHCM là khoảng thời gian quý giá và đầy ý nghĩa cho cuộc đời của em Lời đầu tiên,

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến Quý Thầy Cô, những người đã từng giảng dạy trực tiếp hay gián tiếp em, đặc biệt là Quý Thầy Cô Bộ Môn Cơ Điện Tử, Khoa Cơ Khí đã tận tình dạy bảo, truyền đạt những kiến thức chuyên môn và những kinh nghiệm quý báu của Quý Thầy Cô Cảm ơn Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện tốt nhất có thể về cơ sở vật chất và trang thiết bị để chúng em có thể tiếp cận công nghệ

và học tập

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành đến Thầy Võ Anh Huy, người đã

trực tiếp hướng dẫn em đề tài tốt nghiệp Thầy đã tận tình chỉ bảo, góp ý để em hoàn thiện đề tài tốt nhất có thể Em xin chúc Thầy luôn dồi dào sức khỏe, thành công trong công việc giảng dạy và nghiên cứu

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các Anh và các Chị đang làm việc tại công

ty cơ điện tử Quang Huy BK, đã hỗ trợ điều kiện và thiết bị cho việc nghiên cứu, sử dụng trong đề tài

Cuối cùng con/em xin cảm ơn Ba, Mẹ, Anh, Chị, Em những người thân trong gia đình đã luôn động viên, là chỗ dựa tinh thần cho chúng con/em trong những lúc gặp khó khăn để có được như ngày hôm nay, học tập tốt và hoàn thành luận văn này

TP.HCM, Ngày tháng năm

Sinh viên

Hà Nguyễn Thuận Tâm

i

Lời cảm ơn

TÓM TẮT ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Trong những năm gần đây, rất nhiều nước đã đi sâu vào nghiên cứu các loại thiết bị tạo viên như các hãng BENGA, CPM (Mĩ), TINDER,MYNHIANG(Trung Quốc) và một số nước như Thái Lan, Hà Lan, Ấn Độ…

Với nguyên liệu đầu vào đa dạng: gỗ thải, mạt cưa, thân cây lúa, vỏ lạt, rác thải rắn đô thị (bao bì, quần áo,…), cùng công nghệ phân loại, tái chế để trở thành các nguồn năng lượng tái tạo có ích khác Và điển hình cho nguồn năng lượng tái tạo đó,

là những viên gỗ nén mạt cưa

Viên gỗ nén đáp ứng được các đòi hỏi về kỹ thuật như nhiệt lượng trong khi giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các nguyên liệu truyền thống như Dầu DO, FO, Than Đá,hay khí Gas Và hơn hết, đây là sản phẩm rất thân thiện với môi trường, vì không thải

ra khí lưu huỳnh và NxOy

Và trong đề tài này, em xin đề cập đến cách tính toán, thiết kế và điều khiển máy

ép viên gỗ Đồng thời xây dựng giao diện SCADA giúp tương tác với người dùng, trợ giúp người dùng trong quá trình vận hành hệ thống qua màn hình HMI

Các từ khóa: Pellet mill, PLC Siemens, Tia Portal,, WinCC SCADA

i

Mục lục

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT ĐỀ TÀI LUẬN VĂN iii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xiv

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1

1.1 Giới Thiệu 1

1.2 Sơ lược tình hình nghiên cứu các máy ép viên ở nước ngoài: 2

1.3 Sơ lược tình hình viên nén gỗ ở nước ta 5

1.4 Tiêu chuẩn đạt yêu cầu của viên nén gỗ 5

1.5 Công dụng của viên nén gỗ 6

1.6 Ưu điểm - nhược điểm của viên nén gỗ 7

1.6.1 Ưu điểm viên nén gỗ 7

1.6.2 Nhược điểm của viên nén gỗ 7

1.7 Sơ đồ công nghệ và qui trình sản xuất viên nén gỗ 8

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY ÉP VIÊN NÉN VÀ THIẾT KẾ CÁC CỤM MÁY 12

2.1 Phân tích lựa chọn phương án 12

2.1.1 Phương án 1 : Máy ép viên kiểu trục vít đùn 12

2.1.2 Phương án 2 : Máy ép viên kiểu 2 trục cán 13

2.1.3 Phương án 3 : Máy ép trục ngang kiểu khuôn vòng 14

2.1.4 Phương án 4 : Máy ép trục đứng khuôn ngang 15

Mục lục

2.2 Thiết kế các cụm chi tiết máy ép viên trục đứng khuôn ngang 17

2.2.1 Tham khảo thiết kế 17

2.2.2 Thiết kế sơ bộ các cụm máy : 19

2.2.2.1 Thiết kế khuôn : 19

2.2.2.2 Thiết kế cụm con lăn ép 20

2.2.2.3 Thiết kế cụm đầu vào thủy lực 21

2.2.2.4 Thiết kế cụm điều chỉnh khoảng cách giữa con lăn và khuôn ép: 23

2.2.2.5 Thiết kế cụm cắt và xả thành phẩm 24

2.2.2.6 Thiết kế bộ phận truyền động 26

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH LỰC 29

3.1 Phân tích lực ép : 29

3.1.1 Lực ép trên 1 lỗ khuôn : 29

3.1.2 Phân tích lực tác dụng lên lớp liệu : 31

3.1.3 Phân tích lực trên bộ truyền trục vít - bánh vít 34

3.1.4 Phân tích lực trục chính : 35

3.2 Năng suất : 36

3.3 Tính momen xoắn trên trục chính : 37

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY 41

4.1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang : 41

4.2 Tính toán thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít : 44

4.3 Tính toán thiết kế trục 48

4.3.1 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các trục : 48

4.3.2 Tính toán thiết kế trục I: 50

Mục lục

4.3.2.1 Chọn vật liệu làm trục vít : 50

4.3.2.2 Vẽ biểu đồ momen và chọn đường kính đoạn trục 50

4.3.3 Tính toán thiết kế trục II : 52

4.3.3.1 Chọn vật liệu làm trục II : 52

4.3.3.2 Vẽ biểu đồ momen và chọn đường kính đoạn trục II : 52

4.4 Chọn then và kiểm nghiệm then : 54

4.4.1 Chọn và kiểm nghiệm then bằng 54

4.4.2 Chọn và kiểm nghiệm then hoa trên trục II : 55

4.4.3 Kiểm nghiệm độ bền trục : 55

4.5 Chọn ổ lăn và kiểm nghiệm tải trọng : 57

4.5.1 Chọn ổ lăn và kiểm nghiệm tải trọng trục I 57

4.5.2 Chọn ổ lăn và kiểm nghiệm tải trọng trục II 59

4.6 Kiểm tra bền cho bu lông truyền mômen xoắn 60

4.7 Tính toán thủy lực : 61

4.8 Tính toán cụm điều chỉnh khoảng cách 62

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC 63

5.1 Mạch thủy lực : 63

5.2 Nguyên lý hoạt động: 64

5.3 Tính toán và chọn các thiết bị thủy lực: 65

5.3.1 Các thông số thiết kế: 65

5.3.2 Tính chọn van 66

5.3.2.1 Chọn van phân phối 66

5.3.2.2 Chọn van an toàn 68

Mục lục

5.3.2.3 Chọn van tỷ lệ giảm áp: 69

5.3.2.4 Chọn van tiết lưu: 70

5.3.2.5 Chọn van cân bằng-Mạch giảm chấn: 71

5.3.3 Mô phỏng bằng Automation Studio 5.0: 72

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐIỆN 75

6.1 Phân tích và lựa chọn động cơ điện 75

6.1.1 Động cơ điện một chiều 75

6.1.2 Động cơ xoay chiều 75

6.1.2.1 Động cơ đồng bộ 75

6.1.2.2 Động cơ cảm ứng ( không đồng bộ): 76

6.2 Hệ thống điện cho mạch động lực 77

6.3 Giới thiệu, phân tích và lựa chọn phương án điều khiển 79

6.3.1 Mạch điều khiển dùng Rơle 79

6.3.2 Mạch dùng vi xử lý (Processor): 80

6.3.3 Mạch dùng Vi điều khiển ( Micro Controller): 81

6.3.4 Mạch điều khiển bằng PLC (Programable Logic Control) 82

6.4 Tính toán hệ thống điện 84

6.4.1 Chọn bộ chuyển đổi điện áp Phoenix TRIO-PS 10A: 84

6.4.2 Cảm biến xoay MAIHAK MBA 220 85

6.4.3 Transmitter nhiệt độ Pt100 ra dòng 4-20 mA 87

6.4.4 Cảm biến nhiệt độ: 88

6.4.5 Cảm biến dòng điện A82-30-500: 89

6.4.6 Cảm biến đo áp suất: 90

Mục lục

6.4.7 Công tắc dòng chảy HD2F: 91

6.4.8 Biến tần: 91

CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 93

7.1 Mục tiêu điều khiển: 93

7.2 Lý thuyết điều khiển: 93

7.3 Giới thiệu về PLC Siemens S7-1200: 93

7.4 Giới thiệu về màn hình HMI TP700-Comfort: 95

7.5 Giới thiệu về Scada-Wincc: 98

7.5.1 Phần mềm Wincc-7.2: 98

7.5.2 Mô phỏng dây chuyền sản xuất viên nén gỗ: 98

7.6 Lưu đồ giải thuật: 100

7.6.1 Chương trình chính: 100

7.6.2 Chương trình Auto Mode: 101

7.6.3 Chương trình Manual Mode: 102

7.6.4 Chương trình làm việc chính: 103

7.7 Mô phỏng Matlab: 105

7.8 Mô phỏng giải lập dây chuyền máy ép viên gỗ: 106

7.8.1 Danh sách các chân tín hiệu và các Module dùng: 106

7.8.2 Danh sách các Tag sử dụng: 107

7.9 Các chế độ vận hành và hướng dẫn dùng bảng điều khiển: 109

7.9.1 Chế độ tự động-Auto Mode: 109

7.9.1.1 Khởi động và dừng hệ thống trong chế độ tự động: 109

7.9.2 Chế độ điều khiển bằng tay-Manual Mode: 110

Mục lục

7.9.2.1 Bật, tắt trong chế độ tự điều khiển: 110

7.9.2.2 Menu Manual mode của thiết bị tải liệu: 111

7.9.2 Chế độ dịch vụ- Service Mode: 113

7.9.2.1 Cài đặt áp suất ban đầu: 113

7.9.2.2 Chế độ dịch vụ của thiết bị thủy lực dầu ép: 113

7.9.3 Hướng dẫn tổng quát dùng bảng điều khiển: 116

7.9.3.1 Menu chính: 116

7.9.3.2 Menu EAPR controller : 117

CHƯƠNG 8: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 120

8.1.Kết quả đạt được 120

8.2.Hạn chế 120

8.3.Hướng phát triển 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

Danh sách hình ảnh

DANH SÁCH HÌNH Ả

Hình 1.1 Viên nén gỗ 1

Hình 1.2 Máy ép viên của hãng Bliss ( Mỹ) 3

YHình 1.1 Viên nén gỗ 1

Y Hình 1.1 Viên nén gỗ 1

Hình 1.1 Viên nén gỗ Hình 1.1 Viên nén Hình 2.15 Mô hình cụm cắt ……… ……….… 25

Hình 2.16 Bộ truyền trục vít 22

Hình 2.17 Mô hình lắp các cụm chi tiết 28

Hình 3.1 Lực ép trên lộ khuôn 24

Hình 3.2 Phân tích lực tác dụng lên lỗ khuôn 30

Hình 3.3 Phân tích lực khi con lăn tác dụng vào lớp liệu 31

Hình 3.4 Phân tích chi tiết các lực tác dụng vào liệu 32

Hình 3.5 Chiều dày lớp liệu 33

YHình 3.6 Phân tích lực trên bộ truyền trục vít - bánh vít.……… 34

Hình 3.7 Phân tích lực trên tác dụng lên máy ép 35

Hình 3.8 Thông số tính toán năng suất 32

Hình 3.9 Phân tích lực tác dụng lên con lăn 33

Hình 3.10 Thông số của loại động cơ đã chọn 40

9

Danh sách hình ảnh

YHình 4.1 Phân tích lực tác động giữa trục vít và bánh vít.……….48

Hình 4.2 Phân tích lực trên trục vít 49

Hình 4.3 Phân tích lực trên bánh vít 49

Hình 4.4 Biểu đồ Momen trên trục vít 51

Hình 4.5 Biểu đồ Momen trục chính 53

Hình 4.6 Phân tích lực tại các ổ lăn 57

Hình 4.7 Thông số ổ lăn đã chọn theo catalog SKF 58

Hình 4.8 Thông số ổ chặn đã chọn 60

Hình 4.9 Phân tích lực tác dụng lên nhóm bu lông 60

YHình 4.10 Lực tác dụng lên 1 bu long ……….….60

Hình 4.11 Đai ốc thủy lực 61

Hình 4.12 Cơ cấu chêm điều chỉnh khoảng cách 62

10

Danh sách hình ảnh

Hình 5.1 Sơ đồ mạch thủy lực 63

Hình 5.2 Đai ốc thủy lực 66

Hình 5.3 Van phân phối 3/2 67

Hình 5.4 Van an toàn 68

Hình 5.5 Van tỷ lệ giảm áp 69

Hình 5.6 Van tiết lưu 70

Hình 5.7 Mạch giảm chấn 71

Hình 5.8 Van cân bằng tự động DN300 72

Hình 5.9 Cài đặt áp suất an toàn cho hệ thống 73

Hình 5.10 Chế độ 1 73

Hình 5.11 Chế độ 2: Xả áp tạm thời 74

Hình 6.1 Sơ đồ mạch điện khởi động động cơ chính 77

Hình 6.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển các động cơ khác 78

Hình 6.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ vít tải, vít trộn 78

Hình 6.4 Rơle điện 79

Hình 6.5 Vi xử lý 80

Hình 6.6 Vi điều khiển 81

Hình 6.7 PLC Siemens S7-1200 82

Hình 6.8 Bộ chuyển đổi Phoenix TRIO-PS 10A 84

Hình 6.9 Sơ đồ mạch điện của Phoenix TRIO-PS 10A 84

Hình 6.10 Cảm biến xoay 85

Hình 6.11 Sơ đồ đấu dây dùng cho dòng điện DC 24V 86

Hình 6.12 Transmitter nhiệt độ Pt100 ra dòng 4-20ma 87

11

Danh sách hình ảnh

12

Danh sách hình ảnh

Hình 6.13 Sơ đồ đấu dây 87

Hình 6.14 Thiết lập thông số để dùng 88

Hình 6.15 Cảm biến nhiệt độ Pt100 88

Hình 6.16 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ Pt100 89

Hình 6.17 Cảm biến dòng 89

Hình 6.18 Cảm biến áp suất 90

Hình 6.19 Công tắc dòng chảy 91

Hình 6.20 Bảng đo vận tốc 91

Hình 6.21 Biến tần MM440 92

Hình 7.1 PLC S7 1200 ( CPU 1214C AC/DC/RLY) 94

Hình 7.2 Danh sách module 94

Hình 7.3 Màn hình HMI thực tế 95

Hình 7.4 Màn hình TP700 Comfort 96

Hình 7.5 Sơ đồ nối cáp 96

Hình 7.6 Giao diện thiết kế HMI của TIA PORTAL 97

Hình 7.7 Module giao tiếp RS232 97

Hình 7.8 Cửa sổ làm việc của WinCC 98

Hình 7.9 Cửa sổ Graphics Designer 99

Hình 7.10 Cửa sổ Tag Management 99

Hình 7.11 Chương trình chính 100

Hình 7.12 Chương trình khởi động ở chế độ tự động 101

Hình 7.13 Chương trình khởi động bằng tay Manual Mode 102

Hình 7.14 Chương trình chế độ làm việc 103

13

Danh sách hình ảnh

14

Danh sách hình ảnh

Hình 7.15 Hình 3D mô phỏng hệ thống cấp liệu của máy ép viên 104

Hình 7.16 Sơ đồ khối khảo sát động cơ khi có tải 110

Hình 7.17 Đồ thị cường độ dòng điện theo thời gian 111

Hình 7.18 Đồ thị tốc độ quay động cơ theo thời gian 112

Hình 7.19 Sơ đồ Momen điều khiển động cơ 114

Hình 7.20 Menu “Display of the drive utilization” 110

Hình 7.21 Cài đặt áp suất ban đầu 111

Hình 7.22 Tổng quan về menu chính 112

Hình 7.23 Bảng điều khiển với sơ đồ hệ thống 114

Hình 7.24 Menu điều khiển chất lỏng 116

15

Danh sách bảng biểu

16

Danh sách bảng biểu

DANH SÁCH

Bảng 2.1 Bảng đánh giá 16

YBảng 2.2 Thông số chính máy 3A4KW 17

YBảng 2.3 Thông số chính máy hang KAHL 18

YBảng 2.4 Thông số chính khuôn 19

YBảng 2.5 Thông số chính của cụm con lăn 20

YBảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật 40

YBảng 4.1 Thông số hình học trục vít - bánh vít 46

Bảng 4.2 Kiểm nghiệm bền the Bảng 4.3 Kết quả tính toán bền trục 56

YBảng 5.1 Chế độ điều khiển cụm thủy lực 64

YBảng 5.2 Thông tin về Van 3/2 67

Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật van an toà Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật của van giảm áp 69

YBảng 5.5 Thông số kỹ thuật của van tiết lưu 70

YBảng 5.6 Thông số kỹ thuật của van cân bằng 72

Bảng 6.1 So sánh các phươn Bảng 6.2 Các thông số của bộ chuyển đổi điện áp AC/DC 85

YBảng 6.3 Nguồn điện cho phép 87

YBảng 6.4 Các thông số của Transmitter 88

YBảng 7.1 Tín hiệu vào/ra sử dụng trên PLC 105

YBảng 7.2 Cờ sử dụng trên PLC 106

YBảng 7.3 Ngõ vào/ra Analog 107

YBảng 7.4 Các chức năng khả dụng tùy theo thiết lập 110

17

Danh sách bảng biểu

YBảng 7.5 Nút nhấn khởi động / tắt 112

YBảng 7.6 Màn hình nhập xuất áp 113

YBảng 7.7 Tổng quát về các chức năng 114

YBảng 7.8 Trạng thái động cơ 115

YBảng 7.9 Bộ điều khiển chất lỏng 116

YBảng 7.10 Bộ điều khiển liệu 117

18

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Giới Thiệu

Viên nén mùn cưa (wood pellets) còn được gọi là viên gỗ nén, là một viên nén nhiên liệu sinh khối (được xem là nguồn năng lượng tái tạo, là dạng vật liệu sinh học lấy từ sự sống, mà vật liệu chính là cây trồng và thực vật) làm bằng mùn cưa được ép với vận tốc ly tâm cao và tác động mạnh của nhiệt độ và áp suất, chất gắn tự nhiên, liên kết nguyên liệu thành viên gỗ nén

sử dụng ở nước ta, không đảm bảo thời gian yêu cầu cung cấp,

không thích hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ…

Chương 1: Tổng quan.

Trong lĩnh vực công nghiệp, thì viên nén mùn cưa là một nhiên liệu thay thế quan trọng trong các hoạt động là ủi ở xưởng may; dùng trong công đoạn thanh trùng, hấp, sấy tại các doanh nghiệp sản xuất đồ uống, thực phẩm; trong

hệ thống xông hơi, mát xa;…

Một công dụng quan trọng phải nhắc đến là làm chất đốt trong các lò sưởidân dụng Đây cũng là lý do mà chúng được xuất khẩu đến thị trường của nhiềunước có khí hậu lạnh Bởi lượng nhiệt mà chúng tỏa ra gấp hơn hai lần so với

gỗ, mà lượng tro sinh ra cũng thấp hơn, không có nhiều khói, có thể tận dụng tro để làm phân bón, mà loại phân bón này cũng hoàn toàn sạch nên khá thân thiện với môi trường

Bên cạnh đó, những viên nén mùn cưa này cũng có vai trò quan trọng choviệc bảo vệ rừng Viên nén mùn cưa chính là nguồn năng lượng mới thay thế khá hiệu quả cho gỗ, điều đó sẽ hạn chế việc giảm diện tích rừng đáng kể với việc chặt cây làm củi như trước đây Nguyên liệu chính từ mạt cưa thì sản phẩm viên nén gỗ này sẽ là động lực trong việc phát triển nghề trồng rừng trong thời gian sắp tới khi mà nhu cầu về sản phẩm này ngày càng tăng đáng kể

cả thị trường trong và ngoài nước

1.2 Sơ lược tình hình nghiên cứu các máy ép viên ở nước ngoài:

Hiện nay trên thế giới có xu hướng sử dụng nguyên liệu sạch từ các phế phẩm của các nhà máy cưa, nhà máy xay xát

và các nhà máy chế biến gỗ… để làm nguyên liệu sưởi ấm, đunnấu, hay phát điện…

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

20

Chương 1: Tổng quan.

Xương, Mynhang…), Thái Lan (CPM) Máy ép viên được sử dụngcho 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 1.2: Máy ép viên của hãng Bliss ( Mỹ)

21

Chương 1: Tổng quan.

Hình 1.3: Máy ép viên của hãng Myang (Trung Quốc)

22

Chương 1: Tổng quan.

Hình 1.4: Máy ép viên của hãng Kahl (Đức)

23

Chương 1: Tổng quan.

1.3 Sơ lược tình hình viên nén gỗ ở nước ta

Theo số liệu của của Câu lạc bộ gỗ viên nén miền Nam, năm 2012-2013, ngành này chỉ có khoảng 150 doanh nghiệp và tới năm 2014 đã lên tới 400 doanh nghiệp, với tổng công suất sản xuất từ 200.000 đến 300.000 tấn gỗ viên nén mỗi tháng

Tính đến tháng 9 năm 2014, Việt Nam đã xuất khẩu sang Hàn Quốc đạt gần 500.000 tấn với giá xuất khẩu trung bình hơn 170 đô la Mỹ/tấn Tuy nhiên,

từ tháng 9 - 2014 tới nay thị trường Hàn Quốc đóng cửa, số doanh nghiệp sản xuất chết dần, bán lỗ, giải thể nhưng chưa có số liệu thống kê số doanh nghiệp còn tồn tại tới thời điểm này

Riêng thị trường châu Âu, thị trường lớn nhất hiện nay với mức tiêu thụ lên tới 19 triệu tấn gỗ viên năm 2013, chiếm khoảng 75% thị phần tiêu thụ gỗ viên nén trên toàn thế giới, các doanh nghiệp cần có chiến lược tiếp cận phù hợp, chú ý đến các yếu tố kỹ thuật

Nhiều doanh nghiệp cho rằng, thị trường nội địa cũng là một thị trường thay thế rất lớn Theo ông Nguyễn Khánh Hà, Chủ tịch Hiệp hội gỗ viên nén, ước tính Việt Nam có ít nhất 20 triệu bếp đun hộ gia đình, trong đó bếp củi và than tổ ong chiếm khoảng 50-60%, tương đương 12 triệu bếp đun Nếu thay thếbếp củi và bếp than tổ ong độc hại bằng bếp đun viên gỗ nén với tỉ lệ thay thế khoảng 20% thì thị trường cần khoảng 2,4 triệu bếp đun

Với mức tiêu thụ trung bình 30kg/bếp/tháng thì nhu cầu tiêu thụ gỗ viên nén có thể lên tới 1 triệu tấn, chưa kể tới việc sử dụng gỗ viên nén cho các bếp công nghiệp “Đây là thị trường rất lớn và tiềm năng của gỗ viên nén,” -ông Hànói

1.4 Tiêu chuẩn đạt yêu cầu của viên nén gỗ

Để đánh giá viên nén gỗ, cần dựa vào các tiêu chuẩn sau:

 Khối lượng riêng và đường kính trung bình của viên nén

24

Chương 1: Tổng quan.

 Độ bền cơ học và khả năng chống lại lực va đập khi vận chuyển

 Lượng bụi và lượng tro của viên nén (Màu viên càng tối so với bình thường thì lượng tro càng cao, do có lẫn vỏ cây trong quá trình sản xuất)

 Độ ẩm và nhiệt trị (giá trị nhiệt lượng của viên nén tạo ra)

25

Chương 1: Tổng quan.

1.5 Công dụng của viên nén gỗ

 Lót chuồng trại, trang trại (làm ổ nằm cho gà, ngựa, bò, dê )

 Dùng trong hệ thống thiết bị sưởi ấm như lò sưởi (thay thế điện, than đá, dầu, củi )

 Dùng trong thiết bị đốt trong các ngành công nghiệp, dân dụng

 Giặt là trong xưởng may

 Hấp, sấy, thanh trùng, tiệt trùng trong các nhà máy thực phẩm, đồ uống

 Nhà máy bánh kẹo, nhà máy giấy, dệt nhuộm

 Sấy gỗ, sấy xốp, sấy bột cá thức ăn gia súc, hấp mây tre đan

 Hệ thống nồi nấu rượu

 Hệ thống nấu ăn, bếp ăn công nghiệp

 Bể bơi nước nóng bốn mùa, mạng nước nóng cho khu vui chơi và nhà hàng khách sạn, trường học, khu phục hồi chức năng

 Hệ thống xông hơi, mát xa

 Hệ thống làm bánh phở, bún, bánh ướt và các loại thực phẩm khác

 Làm nhiên liệu cho bếp đun viên nén mùn cưa

Hình 1.5 Viên nén dùng làm chất đốt trong bếp ăn gia đình

26

Chương 1: Tổng quan.

1.6 Ưu điểm - nhược điểm của viên nén gỗ

1.6.1 Ưu điểm viên nén gỗ

- Ưu việt vượt trội về hiệu quả sử dụng:

+ Viên gỗ nén đáp ứng được các đòi hỏi về kỹ thuật như nhiệt lượng trong khi giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các nguyên liệu truyền thống như Dầu DO, FO, Than Đá, hay khí Gas

- Là nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường:

+ Viên gỗ nén được sản xuất trên dây truyền hiện đại, được xử lý rất kỹ, hơn thế hoàn toàn không sử dụng các chất phụ gia trong quá trình sản xuất, nênchúng được xem là năng lượng sạch thân thiện với môi trường

+ Hơn thế nữa, viên gỗ nén không thải ra khí lưu huỳnh và NxOy nên không có hại cho môi trường như than đá, than tổ ong ( giá cả cũng thấp hơn).+ Là nguồn nhiên liệu tái tạo carbon trung tính trước sau gì cũng thay thế nhiên liệu hóa thạch cho thế giới

+ Có giá trị kinh tế, môi trường và kỹ thuật vượt trội

+ Tro ít, không đóng xỉ, giảm thiểu chất thải ra môi trường và chi phí xử

lý rác thải đối với đơn vị sử dụng

+ Sau khi sử dụng viên nén, tro của chúng còn có thể sử dụng làm phân bón rất hiệu quả

1.6.2 Nhược điểm của viên nén gỗ

- Yêu cầu về không gian lớn:

Với không gian 1m3 chứa khoảng 650 kg viên nén gỗ và cung cấp năng lượng khoảng 3120 kWh Trong khi đó, 1m3 dầu cung cấp năng lượng khoảng

9800 kWh

27

Chương 1: Tổng quan.

1.7 Sơ đồ công nghệ và qui trình sản xuất viên nén gỗ

- Nghiền nguyên liệu : Đối với nguyên liệu sản xuất viên củi nén có yêu cầu kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 5 mm như mùn cưa trong tinh chế, cưa xẻ

gỗ, mùn cưa từ tre nứa và dăm bào Vì vậy đối với gỗ vụn, cành cây, thân cây

có kích thước lớn sẽ được đưa vào hệ thống nghiền để nghiền thành mùn cưa

có kích thước phù hợp, khi mùn cưa đạt kích thước đồng đều sẽ tạo ra viên củi nén đẹp và tỷ trọng cao

- Sàng, sấy: Các liệu thô sau khi được nghiền sẽ được chuyển qua cụm sàng sấy với nhiệt độ thích hợp để đảm bảo liệu được sấy khô, đạt độ ẩm quy định trước khi qua khâu tạo độ ẩm cho mùn cưa

- Tạo độ ẩm cho mùn cưa : Độ ẩm của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến thành phẩm, độ ẩm nguyên liệu tốt nhất cho sản xuất viên nén gỗ là 10-14% Đa số các loại mùn cưa trong cưa xẻ gỗ thường được xẻ từ cây còn tươi, mùn cưa trong khi sử dụng máy nghiền gỗ vụn, cành cây tạo ra thường có độ

ẩm cao độ ẩm thường từ 18-35% Do vậy để đảm bảo mùn cưa có độ ẩm thích hợp và đồng đều thì cành cây, thân cây, dăm bào sau khi nghiền sẽ được đưa lên băng tải vào hệ thống sấy, mùn cưa sau khi qua hệ thống sấy đạt độ ẩm thích hợp sẽ được đưa lên băng tải vào hệ thống nén để tạo hình sản phẩm Ngoài ra, chất kết dính sẽ được thêm vào, nhằm tạo độ dính cho mùn cưa

28

Tạo độ ẩm chomùn cưaSàng, sấy

Nghiền nguyên

liệu

Tạo hình viênnén, ép viên

Làm nguội viênnénĐóng gói

Chương 1: Tổng quan.

- Tạo hình viên nén : Mùn cưa sau khi đạt được độ ẩm thích hợp sẽ được đưa vào miệng nạp nguyên liệu của máy ép viên thông qua băng tải, vít tải, hệ thống này sẽ cung cấp nguyên liệu một cách đều đặng vào miệng nạp nguyên liệu của máy nén viên nguyên liệu sau khi được nén với áp suất cao sẽ cho ra viên có kích thước đồng đều và cứng mà không cần dùng đến phụ gia, hay hóa chất

- Làm nguội viên nén : viên nén gỗ ngay sau khi được tạo ra có nhiệt độ cao sẽ được đưa vào hệ thống làm mát bằng các băng tải, máy làm mát sẽ làm giảm nhiệt độ của viên nén

- Đóng gói : viên nén gỗ sau khi được làm mát sẽ được đưa vào phễu của máy đóng gói và sau đó sẽ được đóng kín bằng bao PE từ 15 - 25 Kg/bao tùy theo yêu cầu của khách hàng

Hình 1.6: Bao đóng gói viên nén gỗ

 Ví dụ một qui trình sản xuất viên nén gỗ sau khi đã nghiền mịn mùn gỗ:

29

Chương 1: Tổng quan.

Gỗ sau khi nghiền mịn → Thùng chứa (1)→ Vít trộn cấp liệu (2) → Vít trộn tạo độ ẩm (3) → Máy ép viên (4)→ Máy làm nguội (5)→ Máy sàng (6)→ Thành phẩm

Riêng các viên ép lỗi (VD: viên nén bị cắt vụn, chưa đạt yêu cầu về độ dài

và khối lượng,…) được sàng lọc ở máy sàng (6) sẽ được đưa về lại thùng chứa

để tiếp tục quy trình Bộ lọc xoáy (7) làm nhiệm vụ hút liệu quá mịn để đưa lại thùng chứa

30

Chương 1: Tổng quan.

Hình 1.7 Sơ

đồ qui trình sản xuất viên nén

2 – Vít trộn và cấp liệu 6 – Máy sàng

3 – Vít trộn tạo độ ẩm 7 - Cyclone-Bộ lọc xoáy

4 – Máy ép viên nén

31

Chương 1: Tổng quan.

32

Chương 2 : Phân tích lựa chọn máy ép viên nén và thiết kế các cụm máy

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY ÉP VIÊN NÉN VÀ THIẾT

KẾ CÁC CỤM MÁY

2.1 Phân tích lựa chọn phương án

2.1.1 Phương án 1 : Máy ép viên kiểu trục vít đùn

3 - Đầu vào liệu

+ Thiết kế đơn giản

+ Khả năng tự động hóa cao

Chương 2 : Phân tích lựa chọn máy ép viên nén và thiết kế các cụm máy

- Nhược điểm :

+ Năng suất không cao

+ Do trục vít vừa làm nhiệm vụ cấp liệu vừa dùng để ép nên lực ép không đều trên diện tích khuôn

+ Không có cơ cấu cắt viên nén gỗ

2.1.2 Phương án 2 : Máy ép viên kiểu 2 trục cán

1 - Trục cán 2 - Viên ép gỗ 3 - Mùn gỗ

Hình 2.2 Máy ép viên kiểu trục cán

- Nguyên lý hoạt động : Liệu được cấp vào từ trên xuống vào giữa 2 trục cán, ép liệu ở giữa vào các lỗ nhỏ trên mặt trụ của trục cán tạo thành viên nén

- Ưu điểm:

+ Năng suất cao

+ Cơ cấu cấp phôi đơn giản

+ Tự động hóa cao

Chương 2 : Phân tích lựa chọn máy ép viên nén và thiết kế các cụm máy

- Nhược điểm :

+ Kích thước máy lớn

+ Chế tạo trục cán tương đối phức tạp

2.1.3 Phương án 3 : Máy ép trục ngang kiểu khuôn vòng

1 - Khuôn ép 3 - Viên nén

Hình 2.3 Máy ép viên kiểu khuôn vòng

- Nguyên lý hoạt động : Mùn gỗ được cấp vào trong khuôn, khuôn quay mang theo liệu, hai quả lô đứng yên, liệu được ép qua các lỗ trên khuôn ép

Chương 2 : Phân tích lựa chọn máy ép viên nén và thiết kế các cụm máy

2.1.4 Phương án 4 : Máy ép trục đứng khuôn ngang

1 - Con lăn ép 3 - Khuôn ép 5 - Viên nén gỗ

2 - Trục quay con lăn ép 4 - Mùn gỗ

Hình 2.4 Máy ép viên kiểu trục đứng

- Nguyên lý hoạt động : Liệu được cấp từ trên xuống sẽ rớt xuống mâm khuôn Các con lăn ép lăn đều quanh bề mặt khuôn, ép liệu xuống khuôn tạo thành viên nén

gỗ Các con lăn ép xoay nhờ trục truyền động 2

- Ưu điểm :

+ Cấp liệu đơn giản

+ Khuôn ép dễ chế tạo hơn so với máy ép kiểu khuôn vòng

+ Năng suất cao

- Nhược điểm :

+ Với kiểu lăn ép như vậy máy phải có công suất lớn

Chương 2 : Phân tích lựa chọn máy ép viên nén và thiết kế các cụm máy

2.2 Thiết kế các cụm chi tiết máy ép viên trục đứng khuôn ngang

2.2.1 Tham khảo thiết kế

- Các mẫu thiết kế có sẵn trên thị trường

* Máy ép viên 3A4KW

1 - Phễu cấp liệu 3 - Hộp số 5 - Động cơ

2 - Thân máy 4 - Khớp nối trục

Hình 2.5 Máy ép viên 3A4KWBảng 2.2 Thông số chính máy 3A4KW:

Tốc độ trục chính 1450 vòng / phút

Kích thước máy 830 x 450 x 980 mm

* Máy ép viên của hãng KAHL

1 - Đai ốc thủy lực 2 - Con lăn ép 3 - Khuôn ép