Bài viết trình bày nội dung kết quả nghiên cứu tính toán thiết kế máy sàng phân loại lạc giống trong dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp.
ISSN 2354-0575 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY SÀNG PHÂN LOẠI LẠC GIỐNG TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN LẠC GIỐNG QUY MÔ CÔNG NGHIỆP Nguyễn Văn Tiến1, Nguyễn Đình Tùng1, Đỗ Chí Dũng2 Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp-RIAM (Bộ Công Thương) Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Ngày tòa soạn nhận báo: 05/02/2018 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 08/03/2018 Ngày báo duyệt đăng: 15/03/2018 Tóm tắt: Bài báo trình bày nội dung kết nghiên cứu tính tốn thiết kế máy sàng phân loại lạc giống dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp Kết tính tốn thiết kế đưa ngun lý cấu tạo, hoạt động mẫu máy tìm thơng số sau: Sàng phân loại hai tầng; lỗ sàng tầng ϕ1 = 13mm; lỗ sàng tầng ϕ2 = 5mm; bề rộng sàng B = 1090mm; chiều dài sàng L = 1830mm; biên độ lắc e = 16mm; tần số lắc n = 375 vịng/phút; cơng suất sàng N1 = 3kW; suất máy sàng Q = 1,2 tấn/h; quạt làm với lưu lượng khoảng Q’ = 2500m3/h; áp suất khoảng h = 60-80mmH2O; cơng suất quạt N2 = 2,2kW Từ khóa: Thiết kế máy sàng phân loại; sàng phân loại lạc; lạc giống Đặt vấn đề Lạc công nghiệp, thực phẩm có giá trị kinh tế cao thích nghi với điều kiện khí hậu nước ta Trong số có dầu hàng năm, lạc ln nằm nhóm đầu diện tích gieo trồng sản lượng hàng năm [1-3] Trước năm 2012, sản lượng lạc hàng năm tăng diện tích gieo trồng, sau năm 2012 sản lượng lạc tăng chủ yếu phụ thuộc vào suất Năng suất lạc Việt Nam tăng dần từ năm 2012 đến cải tiến đồng thời giống kỹ thuật canh tác Các giống lạc vừa cho suất vừa chống chịu với điều kiện bất lợi môi trường phù hợp với cấu mùa vụ nước ta [1-2] Được Đảng Nhà nước xác định lạc lương thực chủ chốt kim ngạch xuất khẩu, mang lại ngoại tệ cho đất nước, góp phần làm tăng tích lũy cho người nơng dân trồng lạc Tuy nhiên sản xuất lạc phải đặt yêu cầu đạt suất cao, giảm chi phí tăng lợi nhuận Bên cạnh cịn phải đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe mẫu mã, chất lượng giá người tiêu dùng Song tập quán canh tác bao đời người nông dân sản xuất chủ yếu dựa vào kinh nghiệm truyền thống, chậm áp dụng tiến khoa học kỹ thuật nên suất lạc thấp, đặc biệt chất lượng lạc chưa cao Ngày nay, lạc có đủ cho nhu cầu nước có dư để xuất vị trí giống lạc chất lượng cao ngày quan trọng Vì việc chọn giống xử lý giống cần tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng, sở sấy chế biến lạc giống đảm bảo độ ẩm phải đảm bảo độ sạch, độ đồng giống Chính 18 lạc giống sau sấy đạt tiêu chuẩn cần phân loại làm tạp chất Do việc nghiên cứu tính tốn thiết kế máy sàng phân loại/làm lạc giống dây chuyền chế biến lạc giống quy mơ cơng nghiệp cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn, đáp ứng yêu cầu sản xuất đòi hỏi Nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Nội dung nghiên cứu Khảo sát, đánh giá lựa chọn nguyên lý làm việc mẫu máy phân loại làm phù hợp với nguyên liệu lạc củ sau sấy Đưa sở lý thuyết tính tốn sàng lắc song phẳng kết hợp với phân loại khí động, từ tính tốn thơng số máy sàng phân loại/làm lạc giống dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trong báo 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 nghiên cứu bàn luận 3.1 Nghiên cứu xác định nguyên lý cấu tạo hoạt động máy sàng phân loại lạc giống Đối với nguyên liệu lạc giống sau sấy đảm bảo độ ẩm cho phép, từ thực nghiệm nghiên cứu thăm dò kiểm tra vận tốc lơ lửng củ lạc lép, đánh giá hệ số ma sát, đánh giá nhóm kích thước Khoa học & Cơng nghệ - Số 17/Tháng - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 hạt (có củ “lép” có kích thước lớn củ “mẩy”), đánh giá khối lượng riêng chúng Ở dựa theo tài liệu [4-11] cho thấy nguyên liệu cần phân loại dạng hạt/cục tương tự củ lạc, nguyên lý thiết bị máy sàng làm phân loại lạc giống quy mô công nghiệp phù hợp (tối ưu hơn) lựa chọn kiểu khí động kết hợp với kích thước Hình Với ngun lý phân loại củ lạc khác kích thước có trọng lượng (phân loại theo nguyên lý kích thước), và/hoặc kích thước khác trọng lượng (phân loại theo nguyên lý khí động) Từ đó, thành phẩm thu đạt độ độ đồng đáp ứng nhu cầu làm giống xuất Kết nguyên liệu lạc giống với tạp chất < 3%, độ đạt ≈ 98% cấu tạo phù hợp đáp ứng yêu cầu đặt nêu Nguyên lý kết cấu phễu cấp liệu mơ tả Hình Hình Ngun lý phận cấp liệu 1- Phễu nạp liệu vào sàng; 2- Bộ phận điều chỉnh dòng liệu; 3- Bộ phận lưới sàng Lượng nguyên liệu cung cấp vào sàng chuyển động theo hướng “zigzac” Hình 2, lượng ngun liệu cấp vào khơng bị dồn cục mà dàn bề mặt sàng nên khả phân loại/làm tốt hơn, hiệu suất phân loại sàng cao Hình Sơ đồ nguyên lý, kết cấu máy phân loại/làm lạc giống Với nguyên lý cấu tạo hoạt động sơ đồ Hình sàng thiết kế tầng sàng, chuyển động nhờ cấu lệch tâm cụm cấu hình bình hành, sàng nhận chuyển động lắc song phẳng, hỗn hợp nguyên liệu chuyển động trượt mặt sàng, trình trượt vật liệu, vật có kích thước nhỏ lỗ lưới sàng chui xuống gọi sản phẩm lưới (sản phẩm loại I), loại vật liệu có kích thước lớn lỗ lưới sàng nhỏ lỗ lưới sàng di chuyển dần theo mặt sàng (sản phẩm loại II) Bụi tạp chất có khối lượng riêng nhỏ quạt hút qua đường ống, sản phẩm làm triệt để Trong trình phân loại chất lượng làm việc máy sàng phụ thuộc nhiều vào lượng nguyên liệu cung cấp vào sàng (lượng cung cấp), yếu tố ảnh hưởng tới độ đồng sản phẩm, hiệu suất phân loại sàng Bởi phễu cấp liệu cần phải có nguyên lý Khoa học & Công nghệ - Số 17/Tháng - 2018 3.2 Nghiên cứu động học sàng Trên sở nghiên cứu nguyên lý hoạt động máy sàng phân loại lạc giống Hình nhóm tác giả nhận thấy nguyên lý động học sàng chuyển động theo cấu hình bình hành đưa sơ đồ động học máy sàng lược hóa trình bày Hình a) Journal of Science and Technology 19 ISSN 2354-0575 b) Hình Sơ đồ động học sàng [2,8,11] a) Sơ đồ cấu tay quay truyền để truyền chuyển động cho sàng; b) Sự chuyển động hạt sản phẩm lưới sàng nghiêng dao động ngang Từ kết Hình 3a sơ đồ mơ hình hóa cho phận tạo nên chuyển động lắc cho sàng dạng khâu, khớp cấu hình bình hành từ làm sở khoa học để tính tốn kích thước truyền, biên độ dao động sàng góc nghiêng đặt sàng,… Trên sở nghiên cứu mối quan hệ ma sát trượt vật liệu (củ lạc) với bề mặt lưới sàng, kết Hình 3b làm sở khoa học để tính toán động học vận tốc, gia tốc chuyển động sàng vật liệu trượt sàng 3.3 Cơ sở lý thuyết phân loại khí động [5,8,11] Quá trình phân loại khí động dựa sở vận tốc lơ lửng (nguyên lý Hình 4) hệ số cản củ lạc so với tạp chất khác có thành phần hỗn hợp Lạc giống sau sấy đến W= 10÷ 12% phân loại làm để tách tạp chất (củ lạc “lép”, củ lạc “vỡ”, râu, rễ, cát sạn…) luồng khơng khí Phương trình chuyển động thẳng đứng nguyên liệu mơi trường khí viết dạng: dv (1) m dt + R = G Trong đó: m - Khối lượng củ lạc (kg.c2/m) dv dt - Gia tốc củ lạc t - thời gian chuyển động củ lạc (s) R - Lực cản dịng khơng khí G - Trọng lượng (kg) Lực cản dịng khí xác định theo cơng thức: R= K.ρ.s.v2 (2) Trong đó: K - Hệ số cản v - Vận tốc dòng khí c t = g - Khối lượng đậm đặc dịng khí s - diện tích hình chiếu củ lạc lên mặt phẳng vng góc với phương chuyển động Như theo (2) củ lạc nằm trạng thái lơ lửng: R = K.ρ.s.Vk2 = G (3) G Từ (4) Vk = KtS Vk - Vận tốc lơ lửng củ lạc Đối với củ lạc vận tốc lơ lửng đo Vk = 6,1m/s Từ giá trị vận tốc xác định quạt gió quạt ly tâm No4 có số hiệu Д4 – 70No4 với lưu lượng Q’= 2500m3/h, áp suất h = 60-80mmH2O[7] Hình Cơ sở lý thuyết phân loại khí động [8] 20 Khoa học & Công nghệ - Số 17/Tháng - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 3.4 Cơ sở tính tốn sàng song phẳng a) Xác định kích thước mặt sàng [4-6, 8-11] Kích thước lỗ trịn xác định theo phương trình: Sàng trên: Dk $ M + 3σ (5) Sàng dưới: M – 1,5σ < Dn < M - 2σ (6) Trong đó: M - kích thước trung bình đặc tính phân ly củ lạc σ – Sai số bình phương trung bình b) Xác định góc nghiêng sàng (Hình 5) Theo [4, 8-11] Góc nghiêng sàng song phẳng α: α = - 170 Thông thường sàng song phẳng mặt sàng đặt nghiêng góc α phía trượt xuống củ lạc Góc nghiêng phải nhỏ góc ma sát củ lạc so với mặt sàng để sàng đứng n củ lạc khơng tự trượt mặt sàng Qua nghiên cứu khảo sát thực tế nhóm tác giả xác định góc nghiêng sàng α = 50 Q = q.B (7) Trong đó: q - lượng cấp liệu (lượng cung cấp) cho đơn vị chiều rộng mặt sàng, q phụ thuộc vào mục đích phân loại loại vật liệu Đối với lạc phân loại để chế biến làm giống q = 110kg/dm.h [5-6, 8-11] B - Bề rộng mặt sàng, B = 1090mm d) Xác định chiều dài sàng Theo [5-6, 8-11] để xác định chiều dài sàng theo công thức thực nghiệm: Q L = B.q (8) r Trong đó: L – Chiều dài lưới sàng; Q – Năng suất máy sàng; qr: Năng suất riêng (năng suất đơn vị diện tích mặt sàng) (qr = 6kg/dm2.h) Q 1200 L = B q = 10, 18, 3dm = 1830mm r e) Ảnh hưởng thông số truyền động [46, 8-11] Thông thường sàng phân loại song phẳng dùng để phân loại loại hạt (lạc, ngơ, đậu, lúa ) người ta tính theo chế độ làm việc lớn nhất: rn l ~2 e = 900 0, 011n2 e (9) Trong đó: ω – Vận tốc góc trục lệch tâm e – Biên độ lắc (lệch tâm) n – Tần số lắc (vận tốc quay) lệch tâm (vòng/phút) Đối với sàng song phẳng lỗ tròn ~2 e = 0, 011n2 e = + 0, 11q (10) Từ ta chọn e = 16mm [6, 9-10] Từ xác định n = 375 vịng/phút Hình Góc nghiêng sàng song phẳng [4] 8-11] c) Xác định suất sàng phân loại [4-6, Năng suất sàng phân loại: 3.5 Thiết kế chế tạo sàng phân loại lạc giống Từ kết tính tốn thiết kế sàng phân loại lạc giống dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp với thông số Bảng Bảng Kết tính tốn máy sàng phân loại/làm lạc giống TT Tên gọi thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi Quạt làm Lưu lượng Q’ m3/h 2500 Áp suất h mmH2O 60-80 Công suất lắp đặt N1 kW 2,2 Khoa học & Công nghệ - Số 17/Tháng - 2018 Journal of Science and Technology 21 ISSN 2354-0575 Sàng phân loại theo kích thước tầng * Sàng (tầng trên) Rộng B1 mm 1090 Dài L1 mm 1830 Lỗ tròn Φ1 mm 13 Rộng B2 mm 1090 Dài L2 mm 1830 Lỗ tròn Φ2 mm Tần số lắc n Vịng/phút 375 Biên độ lắc Năng suất Cơng suất lắp đặt e Q N2 mm Tấn/h kW 16 1,2 * Sàng (tầng dưới) Từ kết tính tốn lý thuyết ta có thơng số kỹ thuật Bảng để làm sở xây dựng vẽ thiết kế cho mẫu thiết bị sàng phân loại làm lạc giống quy mô công nghiệp mô tả Hình Hình Kết thiết kế máy sàng phân loại lạc giống quy mô công nghiệp 22 Khoa học & Công nghệ - Số 17/Tháng - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Kết luận - Đã tính tốn, thiết kế đưa ngun lý cấu tạo hoạt động mẫu máy sàng phân loại/làm lạc giống theo nguyên lý kích thước kết hợp khí động để ứng dụng dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp đáp ứng yêu cầu sở sản xuất giống - Xác định thơng số máy: biên độ lắc 16mm, tần số lắc 375 vòng/phút, lưu lượng quạt 2500m3/h, cơng suất động 3kW, kích thước sàng (dài x rộng) 1830 x 1090 mm, kích thước lỗ sàng 13mm, lỗ sàng 5mm suất máy sàng 1,2 tấn/h Tài liệu tham khảo [1].http://www.vietrade.gov.vn/tin-tuc/tinh-hinh-san-xuat-va-xuat-nhap-khau-mot-so-nong-sancua-viet-nam-quy-2-nam-2017-phan-1 [2] Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Đình Tùng cộng sự, Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế, chế tạo máy sàng làm phân loại lạc giống suất 1-1,2 tấn/h dây chuyền sấy lạc giống quy mô công nghiệp Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nơng nghiệp, 2017, tr 26-62 [3] Nguyễn Đình Tùng, Nghiên cứu sấy lạc máy sấy dòng cắt Tạp chí Cơng nghiệp nơng thơn, 2015, số 20, tr 8-13 [4] Tôn Thất Minh Máy thiết bị chế biến lương thực, NXB Bách khoa, Hà Nội, 2010, tr 26-61 [5] Ьутаков С Е, Возgухопровозы и вемтиляторы Машгиз, 1958, cтp 430-434 [6] Глазков Н.Г, зерноочистительные масиины Машгиз, 1950, cтp 486-493 [7] Nguyễn Văn May Bơm, quạt, máy nén NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1997, tr 106-126 [8] Mathias Stiess, Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 3Aufl Springverlag, 2013 [9] Stark, U, Mechanische Verfahrenstechnik Vorlesung-Kap.9, Universitaet – Weimar, 2011 [10] TOMAS, J, Mechanische Verfahrenstechnik Skript zur Vorlesung, Universität Magdeburg, Deutschland, 2015 [11] BOHNET, M, Mechanische Verfahrenstechnik Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA, Weinheim 2004 RESEARCH RESULTS ON CALCULATION AND DESIGN OF PEANUTS SORTING MACHINE FOR INDUSTRIAL SCALE PEANUT SEEDS PROCESSING LINE Abstract: In this paper, we study about a result computational design of peanuts sorting machine for industrial scale peanut processing The results computational design indicate that the structure and operation principle and some main parameters was found as follows: double layer of screen; the hole sieve in the higher layer ϕ1 = 13mm; the hole sieve in the lower layer ϕ2 = 5mm; the working width B = 1090mm; the working length L = 1830mm; the shaking amplitude e = 16mm; the shaking frequency n = 375 rpm; the power capacity of a screen N1 = 3kW; the productivity Q = 1,2 ton/h; the air flow ratio fan Q’ = 2500m3/h; pressure is about h = 60-80mmH2O; the power capacity of fan N2 = 2,2kW Keywords: Sorting machine design, Peanut sorting machine/equipment, peanut seeds Khoa học & Công nghệ - Số 17/Tháng - 2018 Journal of Science and Technology 23 ... suất sàng phân loại: 3.5 Thiết kế chế tạo sàng phân loại lạc giống Từ kết tính tốn thiết kế sàng phân loại lạc giống dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp với thông số Bảng Bảng Kết tính. .. * Sàng (tầng dưới) Từ kết tính tốn lý thuyết ta có thơng số kỹ thuật Bảng để làm sở xây dựng vẽ thiết kế cho mẫu thiết bị sàng phân loại làm lạc giống quy mô công nghiệp mô tả Hình Hình Kết thiết. .. hoạt động mẫu máy sàng phân loại/ làm lạc giống theo nguyên lý kích thước kết hợp khí động để ứng dụng dây chuyền chế biến lạc giống quy mô công nghiệp đáp ứng yêu cầu sở sản xuất giống - Xác định