Một số kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo máy băm củ sắn tươi năng suất siêu cao 10-20 tấn/h

Bài viết trình bày tóm lược kết quả nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy băm/thái củ sắn tươi năng suất siêu cao 10-20 tấn/h. Kết quả xác định được nguyên lý cấu tạo, hoạt động của mẫu máy và tìm được các thông số chính như sau: Năng suất máy băm Q= 20 tấn/h.

BÀI BÁO KHOA HỌC MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM CỦ SẮN TƯƠI NĂNG SUẤT SIÊU CAO 10-20 TẤN/H Nguyễn Đình Tùng1, Nguyễn Văn Tiến1 Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm lược kết nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo máy băm/thái củ sắn tươi suất siêu cao 10-20 tấn/h Kết xác định nguyên lý cấu tạo, hoạt động mẫu máy tìm thơng số sau: suất máy băm Q= 20 tấn/h, đường kính đĩa băm D=1400mm, số vịng quay đĩa băm n=168 vòng/phút, số lượng dao băm Z=6 dao, góc nghiêng đĩa băm  =35độ, góc đặt dao β =10 độ, góc mài dao σ= 22 độ, cơng suất động N=7,5kW Từ khóa: Máy băm sắn củ; suất cao; củ sắn tươi ĐẶT VẤN ĐỀ * Theo số liệu sơ Tổng cục Thống kê, tính đến hết tháng 12 năm 2018 diện tích sắn nước đạt khoảng 515 nghìn ha, tổng lượng cung nguyên liệu sắn năm 2018 lên tới 11,04 triệu củ tươi Khoảng 70% sản lượng sắn sản xuất nước đưa vào chế biến phục vụ xuất khẩu, với sản phẩm sắn lát tinh bột (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018) Ở nước ta hầu hết sản xuất theo phương thức nhỏ lẻ chất lượng thấp, khó có hội để cạnh tranh xuất so với mặt hàng tương tự nước khu vực Vì sắn lát sấy khô Việt Nam muốn “giữ” chỗ đứng thị trường xuất bắt buộc phải đầu tư công nghệ, thiết bị vào công đoạn chế biến quy mô công nghiệp để giảm giá thành, đặc biệt khâu băm/thái có khả đáp ứng sản lượng, chất lượng giá thành sản phẩm Cho nên công đoạn băm/thái cần phải giải máy quy trình chế biến sắn khô (sắn băm) chất lượng cao Bởi nghiên cứu chế tạo đưa thị trường mẫu thiết bị/máy băm (thái) củ sắn tươi suất cao cần thiết Chính việc nghiên cứu, tính tốn, thiết kế máy băm/thái củ sắn tươi suất cao 1020 tấn/h để làm sở chế tạo mẫu thiết bị ứng dụng vào thực tế sản xuất giải vấn đề cấp bách (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018; Nguyễn Đình Tùng cs, 2018) Viện nghiên cứu Thiết kế chế tạo máy Nông nghiệpRIAM (Bộ Công Thương) 144 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Khảo sát, phân tích, lựa chọn nguyên lý làm việc mẫu máy băm/thái củ sắn tươi Đưa kết tính tốn lý thuyết máy băm/thái sắn củ, từ xây dựng vẽ thiết kế cho mẫu máy Và chế tạo thành công thiết bị theo tiêu tính tốn thiết kế ban đầu 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trong báo tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin, tham khảo tài liệu tin cậy có hàm lượng khoa học cao nhiều tác giả nước Ngoài kết hợp sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết để giải vấn đề đặt KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết nghiên cứu xác định nguyên lý hoạt động máy băm/thái sắn củ Trên sở nghiên cứu tìm hiểu cơng nghệ thiết bị ngồi nước q trình nghiên cứu thăm dị viện RIAM (nghiên cứu vận tốc cắt thiết bị; nghiên cứu góc cắt, nghiên cứu đánh giá độ đồng chiều dài, độ dập nát/vỡ,…) tác giả định hướng sơ đồ nguyên lý, kết cấu máy băm/thái củ sắn tươi suất cao 10-20 tấn/h ứng dụng dây chuyền sấy sắn cơng nghiệp hình (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018; Nguyễn Đình Tùng cs, 2018) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 3.2 Kết tính tốn thiết bị 3.2.1 Tốc độ quay đĩa dao (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018; Nguyễn Như Thung cs, 1987) v Số vòng quay đĩa là: n   2,8 vòng/s 2 R = 168 vịng/phút Trong đó: R bán kính cắt (là điểm lấy dao) 3.2.2 Năng suất lý thuyết máy cắt thái (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018; Nguyễn Như Thung cs, 1987; A.la Xokolov, 1976) Công thức tính suất cho máy băm/ thái sắn củ: Q  Vt n. 60 (tấn/h) (1) Hình Sơ đồ nguyên lý máy băm/ thái củ sắn tươi suất 10-20 tấn/h (Nguyễn Đình Tùng cs, 2018) 1- Động cơ, 2-Bộ truyền động đai, 3- Gối đỡ, 4- Trục máy, 5- Lò xo, 6- Máng dẫn liệu, 7- Phễu nhận liệu, 8- Đĩa cắt/thái, 9- Phễu trung gian, 10- Băng tải Nguyên lý kết cấu hoạt động thiết bị sau: thơng qua truyền động đai (02) nhận chuyển động từ động (01) làm cho trục (04) quay tạo chuyển động cho đĩa cắt (08) quay Nguyên liệu đưa vào qua máng dẫn (06) nhờ phận phễu cấp rung (05) làm cho nguyên liệu đưa tới phễu nhận liệu (07), nguyên liệu liên tục rơi xuống đĩa cắt (08), trình cắt diễn hình thành sản phẩm Sản phẩm qua phễu trung gian (09) rơi xuống băng tải (10) đưa vào máy sấy (Nguyễn Đình Tùng cs, 2018) Khi đĩa cắt máy băm đặt nghiêng góc α = 30  450 so với phương ngang có ưu điểm liệu nạp vào tự “bị rút” góc nêm tạo thành mặt nghiêng đĩa với chiều hướng liệu nạp vào/cấp vào, theo nguyên lý nguyên liệu cấp vào liên tục, đảm bảo suất cắt thái, giảm tỉ lệ dập vỡ sản phẩm Bởi sơ đồ nguyên lý máy băm/thái củ sắn tươi suất cao 10-20 tấn/h hình lựa chọn để thiết kế, chế tạo ứng dụng dây chuyền chế biến sắn quy mô công nghiệp Trong đó: Vt - Thể tích củ sắn dao thái ứng với vòng quay đĩa, m3 ; n- Số vòng quay đĩa phút ;  - Khối lượng 1m3 củ sắn thái, tấn/m3; Trị số Vt phụ thuộc vào: số dao Z; chiều dày lát thái h; hệ số sử dụng dao k; hệ số k1 tính đến chỗ trống củ sắn coi tỷ số toàn chiều dài lưỡi dao với phần chiều dài lưỡi dao có cắt thực tế; diện tích hữu ích đĩa dao  ( R  r ) , hay nói cách khác diện tích dao vạch quay vịng; máy thái kiểu đĩa, R r bán kính đầu ngồi đầu dao Vậy máy thái kiểu đĩa: Vt   ( R  r ).h.k k1 Z , (m3) (2) Và suất: Q   ( R  r ).h.k k1.Z n. 60 (tấn/h) (3) Chú ý: - Hệ số k thường 0,3÷0,4 - Hệ số k1 tính tỷ số khối lượng thể tích  củ sắn khối lượng riêng  ' nó: k1    0, 75  0,85 ' 3.2.3 Công suất cần thiết (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018; Nguyễn Như Thung cs, 1987; A.la Xokolov, 1976) Công suất cần thiết cho máy thái củ tính theo cơng thức: N tc  N1  N  N  N (4) Trong : N1- Cơng suất cần thiết để thái củ sắn; N2- Công suất thắng ma sát củ sắn với mặt đĩa dao; KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 145 N3- Cơng suất chi phí cho truyền động; N4- Cơng suất văng hất lát thái ngồi; Cơng suất tiêu thụ để thái tính theo cơng thức: N1  p.L.k.k1.v (kW) 1000 (5) p- Lực cản cắt thái riêng, N/cm; L- Chiều dài lưỡi dao, cm; v- Vận tốc cắt thái, m/s Công suất N2 để khắc phục ma sát củ sắn vào mặt đĩa dao có bán kính r coi lực ma sát đặt điểm cắt tâm quay đoạn cánh tay đòn r, vậy: G f r. v (6) N2  n (kW) 30.1000 f- Hệ số ma sát G- Áp lực củ sắn vào mặt đĩa, tính theo cơng thức sau : G  Q sin  cos (N) (7) Q- Trọng lượng củ sắn thùng phễu nạp liệu, (N); - Góc nghiêng thành sau thùng phễu nạp liệu với mặt thẳng đứng Cơng suất N3 chi phí cho truyền động tính hiệu suất truyền động m Công suất N4 dùng để hất văng lát thái ngồi thường lấy sơ theo thực nghiệm Thơng thường ta có: N1  N4  60% Ntongcong ( N tc ) ; (8) N  10  15% N tc ; N  25  30% N tc ; Với Z số dao gá lên mâm dao (thường gá đối xứng để dễ dàng cân chế tạo mâm quay) Do vậy, số dao gá lên mâm dao xác định: (10) 3.2.4 Số dao gá đĩa băm/thái (mâm dao) (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018) Với nguyên lý máy hình 1, dao gá lên đĩa băm/thái (mâm dao) (hình 2) quay mâm dao để tạo vận tốc cắt Liệu phễu nạp liệu cấp vào giữ định hướng để dao thực trình cắt (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018) Hình Đĩa băm/thái (mâm dao) Như vậy, mâm dao quay với tốc độ n(vòng/phút), vận tốc liệu vào V (mm/phút) để đạt chiều dài băm danh nghĩa Ld (mm), chúng phải thỏa mãn quan hệ sau: n.Z Ld  V (11) (9) Hình Thiết kế dao băm thái Z V n.Ld (12) Với máy băm củ sắn, thường sử dụng dao phẳng Cấu tạo dao băm cho máy thể hình Kết tính tốn thơng số máy băm sắn củ cho bảng Bảng Kết tính tốn số thông số thiết bị TT 146 Tên gọi thông số Năng suất băm Đường kính đĩa Số vịng quay đĩa Số lượng dao cắt Góc nghiêng đĩa cắt Kí hiệu Q D n Z  Đơn vị Tấn mm Vòng/phút Cái Độ Giá trị 20 1400 168 35 Phụ ghi KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC TT Tên gọi thơng số Góc đặt dao Góc mài dao Công suất động 3.3 Kết thiết kế, chế tạo Bản vẽ thiết kế cho mẫu thiết bị máy băm/thái củ sắn tươi suất cao hình xây Kí hiệu β σ N Đơn vị Độ Độ kW Giá trị 10 22 7,5 Phụ ghi dựng từ thông số kỹ thuật bảng Tiếp theo sau làm sở chế tạo mẫu thiết bị hình Hình Kết thiết kế hệ thống máy băm/thái củ sắn (Nguyễn Văn Tiến cs, 2018) Hình Kết chế tạo thiết bị (Nguyễn Đình Tùng cs, 2018; Ng Văn Tiến cs, 2018) KẾT LUẬN Đã lựa chọn, đưa nguyên lý cấu tạo hoạt động mẫu máy băm/thái sắn củ suất siêu cao 10-20 tấn/h để ứng dụng dây chuyền chế biến sắn quy mô công nghiệp đáp ứng yêu cầu sở sản xuất quy mô cơng nghiệp Đã tính tốn, thiết kế, chế tạo thành công đưa KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 147 vào ứng dụng hệ thống máy băm với thơng số kỹ thuật máy: suất băm 20 tấn/h; đường kính đĩa băm 1400mm; số vòng quay đĩa băm 168 vòng/phút; số lượng dao băm dao; góc nghiêng đĩa băm 35độ; góc đặt dao 10 độ; góc mài dao 22 độ; cơng suất động 7,5kW TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Đình Tùng cs (2018), Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy băm/thái củ sắn tươi suất cao 10-20 tấn/h ứng dụng dây chuyền sấy sắn công nghiệp, Báo cáo đề tài cấp Bộ Nguyễn Đình Tùng, Nguyễn Văn Tiến (2018), “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số kết cấu máy băm/thái củ sắn tươi suất cao 10-20 tấn/h mơ hình quy hoạch hóa thực nghiệm”, Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V – VCME 2018, ngày 05/10/2018, tr 1045-1053 Nguyễn Như Thung cộng (1987), Máy thiết bị chế biến thức ăn chăn nuôi, Nxb Khoa học kỹ thuật A.la Xokolov Cơ sở thiết kế máy sản xuất thực phẩm, NXB Khoa học kỹ thuật, 1976 Abstract: SOME RESEARCH RESULTS DESIGNING AND MANUFACTERING OF HIGH PRODUCTIVITY FRESH CASSAVA MINERS/SLICERS OF 10-20TON/H This paper presents the research results, calculations, design, and manufacture of high-power fresh cassava miners/slicers of 10-20 tons/h The results determined the principles of structure and operation of the model and found the following main parameters: hash machine productivity Q = 20 tons/h, the diameter of the hash disk D = 1400mm, the number of revolutions of the disk hash n = 168 rpm, hash number Z = knives, tilt angle of hash plate  = 35 degrees, tool angle β = 10 degrees, knife sharpening angle σ = 22 degrees, engine power N = 5kW Keywords: Cassava root hash machine; High productivity; Fresh cassava tubers Ngày nhận bài: 21/5/2019 Ngày chấp nhận đăng: 26/6/2019 148 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC ... thể hình Kết tính tốn thơng số máy băm sắn củ cho bảng Bảng Kết tính tốn số thông số thiết bị TT 146 Tên gọi thông số Năng suất băm Đường kính đĩa Số vịng quay đĩa Số lượng dao cắt Góc nghiêng... tục, đảm bảo suất cắt thái, giảm tỉ lệ dập vỡ sản phẩm Bởi sơ đồ nguyên lý máy băm/ thái củ sắn tươi suất cao 10-20 tấn/h hình lựa chọn để thiết kế, chế tạo ứng dụng dây chuyền chế biến sắn quy mô... Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế, chế tạo máy băm/ thái củ sắn tươi suất cao 10-20 tấn/h ứng dụng dây chuyền sấy sắn công nghiệp, Báo cáo đề tài cấp Bộ Nguyễn Đình Tùng, Nguyễn Văn Tiến (2018), “Nghiên