Hệ thống cấp liệu đầu vào phải đảm bảo ổn định năng suất cấp liệu đầu vào và phải điều khiển được năng suất cấp liệu để đảm bảo năng suất bóc vỏ mong muốn.
Ngoài ra, cấp liệu cho cặp trục cao su rất quan trọng. Lớp hạt từ phễu chứa liệu chảy xuống, qua máng dẫn liệu phải được tạo thành một lớp mỏng và đều suốt chiều dài trục. Nếu lớp liệu dồn vào giữa hoặc ra hai đầu trục thì ở đó mặt cao su sẽ mòn nhanh hơn, tạo khe hở không đều trên chiều dài trục, dẫn đến có chỗ bóc vỏ không triệt để, có chỗ hạt bị chèn gãy nhiều, làm giảm năng suất máy, tăng tỷ lệ gãy vỡ. Đồng thời trục cao su mau chóng phải thay vì mòn không đều.
3.2.2.2 Kích thước cặp trục cao su
Kích thước trục cao su càng lớn thì năng suất càng cao, tuy nhiên trục không nên quá lớn, trục quá lớn sẽ gây mất cân bằng, rung động [5].
Các thông số kích thước trục cao su trong các tài liệu tham khảo như sau: Bảng 3.1: Kết quả thống kê về đường kính và chiều dài của trục cao su
STT Đường kính trục cao su (mm) Chiều dài trục cao su (mm) Năng suất (Tấn/h) Tài liệu 1 254 254 5 [7], [16] 2 254 Không có Không có [14], [15] 3 227-232 Không có Không có [5] 4 310 320 3-4 [17] 5 355,6 (14 inch) 4-4.8 [18] 6 200-260 100-260 Không có [11]. 7 220 100 1,25 [12] 220 150 1,9 254 254 3,8 8 180-225 180-250 2,5 [13] 9 150 64 Không có [8] 220 76 Không có 250 250 Không có 10 150-250 60 - 254 Không có [19] 11 200 Không có Không có [9] 12 250 Không có Không có [6] 13 254 254 4 [25] 152 (6 inch) 152 2,5 - 3 [25] 300 (12 inch) 300 5-6 [25]
Với kết quả thống kê về kích thước của cặp trục cao su của máy bóc vỏ, giá trị đường kính cặp trục trục cao su nằm từ 150 – 300mm, và chiều dài cũng từ 150 – 300 mm tùy theo giá trị năng suất của máy.
Kết luận: Chọn kích thước cặp trục cao su của máy bóc vỏ là 254x254 mm vì với các kết quả thống kê được thì với kích thước này sẽ đảm bảo được năng suất là
4-5 tấn/ giờ.
3.2.2.3 Vận tốc dài và chênh lệch vận tốc dài của cặp trục cao su.
Để máy bóc vỏ có thể bóc được lớp vỏ trấu của hạt thóc thì hai trục cao su phải có vận tốc khác nhau và ngược chiều. Sự chênh lệch vận tốc là nguyên nhân gây nên lực dịch trượt bóc vỏ hạt. Chênh lệch vận tốc ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và năng suất của máy. Vận tốc càng lớn thì năng suất của máy càng cao. Chênh lệch vận tốc càng lớn hiệu suất bóc vỏ càng cao, nhưng tỷ lệ gãy vỡ càng lớn và trục cao su nhanh mòn. Do đó cần chọn đường kính, vận tốc dài, chênh lệch vận tốc dài của cặp trục cao su hợp lý để đạt được tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ theo yêu cầu. Trong máy bóc vỏ, trục cao su cố định sẽ có vận tốc dài lớn hơn trục cao su di động [5], [7].
Bảng 3.2: Thống kê giá trị vận tốc cặp trục cao su từ các tài liệu.
STT Thông tin từ tài liệu thu được
Vận tốc trục cao su cố định (m/s) Vận tốc trục cao su di động (m/s) Chênh lệch vận tốc (m/s) Chênh lệch vận tốc (%) Tài liệu 1 9,6-10,6m/s 11 - 13 9,6-10,6 1,4 – 2,4 15-18% [7] 2 2-3m/s 15-17 12,5 - 15 2-3 m/s 16 – 20% [5] 3 14m/s 14 10,5 3,5 25% [8] 1320-900 v/ph 10,36 7,06 3 30% 1200-900 v/ph 13,8 10,5 3,3 25% 1000-740 v/ph 13,1 9,7 3,4 26%
4 (12,5 – 15)
(8,7-10,5) m/s 12,5 - 15 8,7-10,5 3,5 – 4,5 28 - 32 [9] 5 22 – 23% Không có Không có Không có 22 – 23% [10] 6 0.75-0.8 Không có Không có Không có 20 – 25 [11]
7 25% Không có Không có Không có 25 [12]
8 1.15 - 1.25 lần 7-13 5 – 10,4 2-2,6 15 – 25 [13] Qua bảng thống kê các giá trị của vận tốc trục cao su, thì vận tốc trục cao su cố định thường dao động từ 10 – 14 m/s và vận tốc trục cao su di động dao động từ
7 - 10 m/s.
Kết luận: Chọn độ chênh lệch vận tốc là khoảng 2-3 m/s, với độ chênh lệch khoảng 20% giữa trục cao su nhanh và chậm. Thông qua các bài báo, các Patents, các Ebook, … thì với độ chênh lệch vận tốc trên thì hiệu suất bóc vỏ là cao nhất.
- Vận tốc dài trục cao su cố định: 12 m/s. - Vận tốc dài trục cao su di động: 9 m/s.
3.2.2.4 Khe hở giữa cặp trục cao su:
Khe hở giữa hai trục cao su quyết định đoạn đường hạt chịu tác dụng nén và xé (trường tác dụng) lớn hay nhỏ, và do đó ảnh hưởng rõ rệt đến tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ. Khe hở càng nhỏ, tỷ lệ bóc vỏ càng cao nhưng đồng thời tỷ lệ gãy vỡ lớn. Khe hở này giảm đến mức nào đó thì hiệu suất bóc vỏ không tăng lên tương ứng nữa, bởi vì khi đó chênh lệch vận tốc đã bị giảm. Do đó ta phải điều chỉnh khe hở sao cho tỷ lệ bóc vỏ cao nhất có thể và tỷ lệ gãy vỡ đạt yêu cầu.
Bảng 3.3: Thống kê giá trị khe hở giữa cặp trục cao su trong các tài liệu.
STT Khe hở trục cao su Tài liệu
1 0,5 mm [7], [19]
2 Nhỏ nhất có thể [15]
3 0,45 - 0,5 mm [5]
4 Không cài đặt ban đầu [20]
5 Nhỏ hơn bề dày hạt lúa [12]
6 0,4-0,75mm [21], [13]
7 0,8 – 1mm [16]
8 0,35 – 1mm [9]
Thực
Với giá trị trong các tài liệu hiện có, ta thấy rằng đa số các tài liệu đều lựa chọn có khe hở của cặp trục cao su dao động trong khoảng 0,5 – 1 mm để đảm bảo được tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và duy trì tuổi thọ của cặp trục cao su.
Kết luận: Chọn khe hở của cặp trục cao su là 0,8 mm vì theo quá trình nghiên cứu các tài liệu, các patents, các bài báo,…cho thấy khe hở của cặp trục cao su phải hợp lý để tránh hiện tượng mài mòn cao su làm giảm đến tuổi thọ của cao su và làm gãy vỡ hạt, đồng thời khe hở phải nhỏ hơn đường kính hạt thóc để đảm bảo hiệu suất bóc vỏ là tốt nhất.
3.2.2.5 Phương pháp điều chỉnh khe hở giữa cặp trục cao su :
Khe hở của cặp trục cao su quyết định đoạn đường hạt chịu tác dụng nén lớn hay nhỏ, và ảnh hưởng đến tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ. Trong quá trình vận hành, trục cao su bị mòn, làm cho khe hở của đôi trục cao su lớn lên, ảnh hưởng đến hiệu suất bóc vỏ. Do đó, trong quá trình vận hành cần phải điều chỉnh khe hở cặp trục cao su để duy trì khe hở theo yêu cầu và đảm bảo hiệu suất bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ theo yêu cầu [5].
Các phương pháp điều chỉnh khe hở cặp trục cao su: a. Dùng xylanh khí nén.
b. Dùng động cơ bước. c. Điều chỉnh thủ công.
Bảng 3.4: Thống kê các cơ cấu điều chỉnh khe hở trong các tài liệu.
STT Cơ cấu điều chỉnh khe hở Tài liệu
1 Dùng xylanh khí nén [20], [14], [17], [22] Và một số các hãng sản xuất máy bóc vỏ khác. 2 Dùng động cơ [23] 3 Dùng vít me vặn tay [11], [8] Thực trạng Dùng xylanh khí nén, điều chỉnh áp lực khí nén. LAMICO
Với các tài liệu tìm hiểu về cơ cấu điều chỉnh khe hở cặp trục cao su thì đa số các tài liệu đều nêu ra phương pháp là dùng hệ thống khí nén, tuy nhiên trong các tài liệu tìm được,
đều không nêu rõ phương pháp điều chỉnh mà chỉ nêu là thay đổi giá trị áp lực khí nén dễ dàng để đảm bảo khe hở cặp trục để tỷ lệ bóc vỏ là cao nhất với tỷ lệ gãy vỡ là thấp nhất.
Kết luận: Dùng xylanh khí nén để điều chỉnh khe hở giữa cặp trục cao su.
3.2.2.6 Vị trí của máng nghiêng cấp liệu
- Nếu rải liệu ở cách xa khe hở giữa hai trục cao su, hạt sẽ va đập nhiều lần trên trục cao su làm tăng tỷ lệ gãy vỡ [7].
Hình 3.3: Quá trình rơi của thóc khi rãi liệu ở xa.
- Nếu hướng rải liệu vuông góc với đường nối tâm 2 trục cao su và cách khe hở giữa hai trục cao su càng nhỏ thì hiệu suất bóc vỏ càng cao và tỷ lệ gãy vỡ càng nhỏ do giảm số lần va đập.
Hình 3.4: Quá trình rơi của thóc khi rãi liệu vào giữa khe hở cặp trục cao su. Bảng 3.5: Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của vị trí cấp liệu [7]
STT Vị trí cấp liệu (mm) Trọng lượng (g) T.Tấm (g) Thóc chưa bóc vỏ (g) Tỉ lệ bóc vỏ (%) TL bóc vỏ TB (%) Tỉ lệ gãy vỡ (%) TL gãy vỡ TB (%) 1 - 15 mm 96,01 9,05 5,42 96,04 96,3% 8,61 8,4% 2 - 15 mm 101,32 8,93 4,89 96,57 8,10
3 - 10 mm 103,89 3,17 4,89 96,47 96,6% 2,96 2,9% 4 - 10 mm 103,41 3,04 4,57 96,68 2,86 5 - 5 mm 104,43 3,36 5,99 95,74 96,2% 3,12 2,9% 6 - 5 mm 104,2 2,96 4,73 96,59 2,76 7 0 mm 104,79 2,8 6,62 95,31 95,6% 2,6 3% 8 0 mm 101,94 3,47 5,67 95,87 3,29 9 + 5 mm 105,33 3,48 3,64 97,39 96,4% 3,2 3,6% 10 + 5 mm 98,27 3,96 6,2 95,37 3,38 11 +10 mm 102,34 3,66 5,13 96,27 96,5% 3,45 3,5% 12 +10 mm 104,02 3,9 4,52 96,76 3,61 13 +15 mm 103,25 9,05 5,42 96,04 96,2% 3,84 7,2% 14 +15 mm 100,92 8,93 4,89 96,57 7,62
Từ kết quả thực nghiệm, vị trí cấp liệu đạt tỉ lệ gãy vỡ thấp nhất là tại vị trí giữa khe hở của cặp trục cao su với khoảng sai số cho phép là ±10 mm. Trong quá trình hoạt động, trục cao su bị mòn, do đó, cần điều chỉnh máng cấp liệu sao cho vị trí cấp liệu nằm trong khoảng cho phép giữa khe hở của cặp trục cao su.
3.2.2.7 Độ cứng của trục cao su.
Độ cứng của cao su có ảnh hưởng đến tỷ lệ bóc vỏ, tỷ lệ gãy vỡ và thời gian làm việc của trục cao su. Trục cao su có độ cứng thấp, gạo gãy ít, nhưng tỷ lệ bóc vỏ không cao và cao su dễ bị mòn. Trục cao su có độ cứng cao thì tỷ lệ bóc vỏ cao, trục lâu mòn nhưng tỷ lệ gãy vỡ lớn. Hiện nay phổ biến là dùng trục cao su có độ cứng khoảng 85-90 độ (đơn vị độ cứng cao su). Trong quá trình bóc vỏ, do ma sát giữa trục cao su và thóc, nhiệt độ của cao su tăng lên, do đó độ cứng của cao su giảm xuống và mau mòn [5].
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN KHẮC PHỤC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN.
4.1 Phân tích những vấn đề cần khắc phục :4.1.1 Vấn đề 1: Năng suất máy không ổn định. 4.1.1 Vấn đề 1: Năng suất máy không ổn định.
Hình 4.1: Sơ đồ phân tích nguyên nhân năng suất không ổn định. Từ sơ đồ trên ta thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề năng suất không ổn định là do:
• Chưa có hệ thống cấp liệu tự động, năng suất cấp liệu không ổn định. • Không kiểm soát được năng suất cấp liệu đầu vào dẫn đến năng suất máy
không ổn định.
• Việc vận hành hệ thống cấp liệu hoàn toàn phụ thuộc vào tay nghề của người nông dân.
4.1.2 Vấn đề 2: Tỷ lệ bóc vỏ không ổn định :
Hình 4.2: Sơ đồ phân tích nguyên nhân tỷ lệ bóc vỏ không ổn định. Từ sơ đồ trên ta thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề tỷ lệ bóc vỏ không ổn định là do:
• Chưa giám sát được độ mòn của trục cao su. • Chưa điều chỉnh vị trí máng rãi liệu theo độ mòn. • Chưa điều chỉnh vận tốc trục cao su theo độ mòn.
• Phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người công nhân, cài đặt áp suất khí nén không chính xác.
Hình 4.3: Sơ đồ phân tích nguyên nhân tỷ lệ gãy vỡ không ổn định. Từ sơ đồ trên ta thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề tỷ lệ gãy vỡ không ổn định là do:
• Chưa giám sát được độ mòn của trục cao su.
• Chưa điều chỉnh vị trí máng nghiêng rãi liệu theo độ mòn. • Phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người công nhân.
4.2 Đề xuất các giải pháp cải tiến :4.2.1 Hệ thống cấp liệu tự động : 4.2.1 Hệ thống cấp liệu tự động :
4.2.1.1 Đề xuất các phương án cấp liệu : a. Cấp liệu kiểu vít tải.
Hình 4.4: Thiết bị cấp liệu kiểu vít tải. • Ưu điểm:
+ Chi phí thấp.
+ Điều chỉnh năng suất cấp liệu đầu vào một cách dễ dàng bằng cách thay đổi vận tốc quay trục vít.
• Nhược điểm:
+ Năng suất cấp liệu không hoàn toàn đồng đều theo thời gian do cấu tạo của vít và tính chất khó chảy thành dòng liên tục của vật liệu rời.
+ Kết cấu cồng kềnh.
b. Cấp liệu bằng máng rung :
Hình 4.5: Thiết bị cấp liệu bằng máng rung. • Ưu điểm:
+ Kết cấu nhỏ gọn.
+ Năng suất cấp liệu cao và ổn định.
+ Điều chỉnh năng suất cấp liệu dễ dàng bằng cách thay đổi tốc độ động cơ rung. • Nhược điểm:
+ Chi phí cao.
c. Cấp liệu định lượng dạng băng tải
• Ưu điểm:
+ Cân liên tục dòng nguyên liệu. + Độ chính xác cao.
+ Phù hợp với nhiều loại vật liệu rời có độ ẩm cao có tính kết dính. • Nhược điểm:
+ Giá thành cao. + Kết cấu cồng kềnh.
d. Cấp liệu định lượng gián đoạn
Hình 4.7: Qui trình định lượng từng phần. • Ưu điểm:
+ Tự động điều khiển năng suất theo yêu cầu. + Độ chính xác cao.
• Nhược điểm:
+ Cần có phễu trung gian để vật liệu được cấp vào liên tục trong khi điền đầy phễu cân.
4.2.1.2 Lựa chọn phương án hợp lý
+ Từ những phương án trên ta thấy phương pháp cấp liệu định lượng gián đoạn là phương án thích hợp để thiết kế hệ thống cấp liệu tự động.
+ Đồng thời sử dụng máng rung cấp liệu để đảm bảo năng suất cấp liệu đầu vào và ổn định đi vào máy bóc vỏ.
4.2.1.3 Yêu cầu của hệ thống cấp liệu tự động :
- Năng suất hệ thống cấp liệu 5 tấn/h.
- Sử dụng máng rung được điều khiển bằng động cơ rung.
- Điều khiển năng suất cấp liệu của hệ thống cấp liệu bằng cách điều chỉnh tần số rung của động cơ rung.
4.2.2 Giải pháp đo độ mòn trục cao su :
Hình 4.8: Nguyên lý đo độ mòn trục cao su
Trục cao su cố định quay với vận tốc cao hơn trục cao su di động, do đó trục cao su cố định sẽ mòn nhanh hơn. Vì vậy để kiểm soát độ mòn của trục cao su để từ đó điều chỉnh các thông số khác, ta chỉ cần đo khoảng cách giữa trục cao su cố định và cảm biến.
0.05 – 0.1 mm.
Bảng 4.1: Đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến đo độ mòn.
Phương
án Mô tả phương án Độ chính xác Độ tin cậy Giá
1
Sử dụng cảm biến siêu âm độ chính xác cao, đo khoảng cách của bề mặt trục cao su so với vị trí của đặt cảm biến
0.172mm Rất Tốt 22.000.000đ
2
Sử dụng cảm biến laser, đo khoảng cách của bề mặt trục cao su so với vị trí đặt cảm biến
0.016mm Tốt (đòi hỏi lau chùi định kỳ) 14.000.000đ
3
Lắp cơ cấu con lăn tiếp xúc với bề mặt trục di động, sử dụng cảm biến biến trở đo
góc đo dịch chuyển góc do
cánh tay đòn con lăn gây ra
Sai số lớn, tùy