Nghiên cứu cải tiến máy bóc vỏ lúa

TỔNG QUAN VỀ MÁY BÓC VỎ LÚA

Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới

Lúa gạo là một trong những nguồn lương thực chính và quan trọng nhất trên thế giới, nổi bật với năng suất cao và dễ trồng Các nước Đông Nam Á, nhờ vào khí hậu nóng ẩm và lượng mưa dồi dào, sở hữu diện tích trồng lúa lớn nhất toàn cầu, tạo điều kiện thuận lợi cho việc canh tác loại cây lương thực này.

Dự báo sản lượng lúa gạo toàn cầu năm 2011 đạt 721 triệu tấn, tương đương 481 triệu tấn gạo, tăng 3% so với năm 2010 Diện tích thu hoạch cũng tăng 2,2% lên 164,6 triệu ha, với năng suất tăng 0,8%, đạt 4,38 tấn/ha Sự gia tăng này diễn ra bất chấp sản lượng lúa gạo tại các quốc gia như Thái Lan, Pakistan, Philippines, Campuchia và Lào.

Myanmar bị ảnh hưởng do thời tiết không thuận lợi, song Châu Á vẫn chiếm tới 90,3%, tức

651 triệu tấn (hay 435 triệu tấn gạo) trong tổng sản lượng lúa gạo toàn cầu năm 2011, tăng

3% so với sản lượng năm 2010 Kết quả này có được chủ yếu nhờ sản lượng tăng mạnh tại

Trong giai đoạn 2002-2011, sản lượng và diện tích thu hoạch lúa toàn cầu cho thấy Việt Nam đạt 25,53 triệu tấn, đứng cùng với các quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ và Pakistan.

Tổ chức FAO cũng nâng mức dự báo sản lượng lúa gạo tại Châu Phi lên 26 triệu tấn

Sản lượng gạo của Ai Cập đạt 17 triệu tấn, tăng 3% so với năm 2010, cho thấy dấu hiệu phục hồi trong ngành sản xuất gạo tại quốc gia này Bên cạnh đó, sản lượng gạo cũng gia tăng ở nhiều quốc gia khác trong khu vực.

Tây Phi đã bù đắp những thiếu hụt do sự sụt giảm tại một nước ở Đông và Nam Phi

Hình 1 1 Sản lượng và diện tích thu hoạch lúa toàn cầu năm 2002-2011

Triển vọng sản lượng lúa gạo tại Châu Mỹ Latinh và vùng Ca-ri-bê vẫn ổn định ở mức 29,6 triệu tấn, tương đương 19,8 triệu tấn gạo, tăng 12% so với năm 2010 Sự gia tăng này chủ yếu nhờ vào sản lượng tăng tại các quốc gia lớn như Brazil và Argentina.

Uruguay đạt sản lượng thu hoạch kỷ lục bất chấp điều kiện thời tiết bất lợi, giống như Colombia, Guyana, Paraguay và Venezuela Trong khi đó, sản lượng lúa gạo tại Ecuador và Peru lại ghi nhận sự sụt giảm nhẹ.

Tại Úc, lượng mưa dồi dào đã giúp mùa màng thu hoạch đạt kết quả tốt Đồng thời, sản lượng lúa gạo của Italia trong EU cũng đang có dấu hiệu phục hồi.

Năm nay, Nga đạt được một vụ mùa bội thu, trong khi sản lượng lúa gạo tại Hoa Kỳ giảm xuống mức thấp nhất kể từ năm 1998 do điều kiện thời tiết không thuận lợi.

Theo đánh giá sơ bộ, thương mại gạo thế giới năm 2012 dự kiến giảm nhẹ xuống còn 33,8 triệu tấn, so với 34,3 triệu tấn năm 2011, do sản lượng gạo tăng tại một số quốc gia nhập khẩu truyền thống Xuất khẩu gạo giảm chủ yếu ở nhóm thị trường thấp hơn của Thái Lan, do chính sách tăng giá gạo của chính phủ nhằm bảo đảm thu nhập cho nông dân, tạo cơ hội cho gạo hoa nhài.

Việt Nam thay thế Thái Lan trên thị trường toàn cầu khi giá gạo trắng sẽ tăng khoảng từ 540

USD/tấn lên khoảng 800 USD/tấn và giá gạo hoa nhài có giá hiện nay khoảng 1.100

Giá gạo hoa nhài Việt Nam dự kiến sẽ tăng lên 1.400 USD/tấn, nhờ vào việc mở rộng thị phần toàn cầu, đặc biệt tại các thị trường như Hồng Kông và Singapore Tại Hồng Kông, gạo Thái Lan đang phải cạnh tranh với gạo hoa nhài Việt Nam, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của sản phẩm này trên thị trường quốc tế.

Trước đây, Thái Lan chiếm 80% thị phần gạo hàng năm, nhưng con số này đang giảm dần, nhường chỗ cho Việt Nam với 35% thị phần Tại Singapore, thị phần gạo của Thái Lan từng gần như đạt 100% với 200.000 tấn, nhưng hiện nay gạo Việt Nam đã chiếm 20% thị phần.

Các nước có lượng xuất khẩu lớn trên thế giới được thể hiện trong biều đồ hình 1.2 [13]

Hình 1 2 Lượng gạo xuất khẩu của một số nước xuất khẩu chính năm 2011

Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam

Từ năm 2005 đến 2010, xuất khẩu gạo của Việt Nam đã ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ cả về giá trị và khối lượng, với tổng lượng xuất khẩu đạt gần 32 triệu tấn và trị giá 12 tỷ đô la Mỹ Năm 2010, Việt Nam xuất khẩu gần 6,7 triệu tấn gạo, và dự kiến năm 2011 sẽ vượt qua 7 triệu tấn Đặc biệt, năm 2009, lượng gạo xuất khẩu đã vượt 6 triệu tấn, cao hơn nhiều so với dự đoán ban đầu chỉ 5 triệu tấn, chiếm 41% về số lượng và 56% về kim ngạch xuất khẩu trong giai đoạn 1989-2010.

Nếu tiếp tục đà tăng 2%/năm (mức trung bình giai đoạn 2006-2010), đến năm 2015 Việt

Việt Nam có khả năng sản xuất từ 44 đến 45 triệu tấn lúa, nhờ vào những cải tiến đáng kể trong các khâu sau thu hoạch trong hai năm qua, điều này đã góp phần tăng cường lượng gạo thương phẩm đưa ra thị trường.

Triển vọng gia tăng sản lượng gạo trong những năm tới có thể dẫn đến khối lượng xuất khẩu đạt 9 triệu tấn trong 3-4 năm tới Thị trường gạo dự báo vẫn ổn định trong trung hạn nhờ vào nhu cầu toàn cầu tăng cao, điều kiện thời tiết phức tạp và sản lượng lúa gạo của các nước nhập khẩu chưa có sự thay đổi đáng kể Năng suất lúa Việt Nam trong những năm gần đây cũng đã được ghi nhận.

Hình 1 3 Năng suất lúa Việt Nam giai đoạn 2005-2011

Ngành công nghiệp chế biến lúa gạo tại Việt Nam và toàn cầu cần một hệ thống dây chuyền chế biến hiện đại, có năng suất và hiệu suất cao, nhằm đáp ứng nhu cầu xuất khẩu gạo ngày càng tăng Để đảm bảo chất lượng gạo thành phẩm đạt yêu cầu của khách hàng, việc đầu tư vào công nghệ chế biến là rất quan trọng.

Ngày 29-11-2011, trong khuôn khổ Festival lúa gạo Việt Nam, tại Hậu Giang diễn ra hội thảo “Lúa gạo Việt Nam-Xuất khẩu và hội nhập” Hội thảo có sự tham gia của đại diện Bộ

Công thương, Phòng Thương mại và Công nghiệp Việt Nam (VCCI) tại Cần Thơ, Hiệp hội

Lương thực Việt Nam cùng các chuyên gia nước ngoài của Viện Lúa nghiên cứu quốc tế và tổ chức FAO

Tại hội thảo, nhiều đại biểu đã phân tích và nhận định về thực trạng sản xuất lúa gạo của

Việt Nam là một trong những quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu thế giới, với thị trường lúa gạo trong nước và quốc tế đang phát triển mạnh mẽ Phân tích chuỗi ngành hàng lúa gạo cho thấy tầm quan trọng của thương hiệu và tính cạnh tranh trên thị trường Để phát triển bền vững ngành hàng lúa gạo, cần có những chính sách khuyến nghị phù hợp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng thị trường xuất khẩu.

Giá trị hạt gạo Việt Nam đã được nâng cao trên thị trường quốc tế trong những năm qua Thứ trưởng Bộ Công thương Nguyễn Thành Biên nhấn mạnh rằng việc tăng năng suất và giảm thất thoát sau thu hoạch là yếu tố quan trọng giúp ngành lúa gạo phát triển ổn định và bền vững Mục tiêu chính của ngành lúa gạo là cải thiện đời sống cho nông dân.

Quy trình công nghệ chế biến gạo tại Việt Nam

Trong bài viết này, thuật ngữ “lúa” được sử dụng phổ biến ở các tỉnh phía Nam, trong khi “thóc” là cách gọi thường thấy ở phía Bắc Hai thuật ngữ này sẽ được xem là tương đương nhau trong bối cảnh nghiên cứu.

Hiện nay, lúa được chế biến thủ công và một phần được cơ khí hóa, với tỉ lệ thu hồi đạt khoảng 65-70% Các công ty chế biến lúa gạo chất lượng cao và xuất khẩu đang sử dụng dây chuyền thiết bị đồng bộ, giúp nâng cao tỉ lệ tổng thu hồi sản phẩm.

70%, thường thu được loại gạo 15% tấm

Tại Việt Nam, một số công ty đã phát triển thiết bị chế biến lúa gạo, trong đó nổi bật là Công ty Chế tạo máy Sinco Hiện nay, chỉ còn hai đơn vị chủ chốt tiếp tục hoạt động trong lĩnh vực này.

Bùi Văn Ngọ và Công ty Cổ phần Cơ khí Chế tạo máy Long An (LAMICO) chuyên sản xuất các dây chuyền thiết bị chế biến lúa gạo đồng bộ hoặc thiết bị đơn lẻ theo nhu cầu của khách hàng.

Mặc dù các thiết bị chế biến gạo hiện tại có công nghệ tiên tiến, nhưng vẫn gặp phải một số vấn đề như tỉ lệ thu hồi gạo thấp, tiêu hao năng lượng lớn và chất lượng gạo không đạt yêu cầu, với nhiều hạt gạo bị gãy vỡ Quy trình này chủ yếu phụ thuộc vào việc điều khiển thủ công các thông số đầu vào và đầu ra, dẫn đến năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào tay nghề và kinh nghiệm của người vận hành.

LAMICO được thể hiện ở hình 1.4

Hình 1 4 Qui trình công nghệ chế biến gạo

Quy trình chế biến gạo bắt đầu từ nguyên liệu đầu vào là lúa được thu mua từ thị trường, và đầu ra là gạo đã được đóng bao Các công đoạn và thiết bị liên quan sẽ được mô tả chi tiết dưới đây, bắt đầu với công đoạn 1: Cân.

Cân khối lượng lúa đầu vào b) Công đ o ạ n 2: Ch ứ a vào thùng (Thùng ch ứ a)

Sau khi hoàn tất quá trình cân nhập liệu, lúa sẽ được chuyển vào thùng chứa Tiếp theo, trong công đoạn làm sạch, lúa từ thùng chứa sẽ được đưa qua máy làm sạch để loại bỏ các tạp chất như đá, sạn, dây bao, cát bụi và rơm Những tạp chất này có kích thước khác với hạt lúa nguyên liệu và sẽ được phân ly qua lỗ sàng Kết quả của công đoạn này là lúa đã được làm sạch thô.

Cân đóng bao d) Công đ o ạ n 4: Bóc v ỏ lúa (Máy bóc v ỏ )

Sau khi lúa nguyên liệu được làm sạch thô, chúng sẽ được đưa vào máy bóc vỏ để loại bỏ lớp vỏ trấu bên ngoài Quá trình này tạo ra một hỗn hợp bao gồm gạo, lúa, trấu, tấm, cám và sạn Công đoạn 5 trong quy trình sản xuất là tách trấu bằng máy tách trấu.

Hỗn hợp gồm gạo, lúa, trấu, tấm, cám và sạn sau khi được bóc vỏ sẽ được đưa qua máy tách trấu để loại bỏ trấu Kết quả thu được từ máy tách trấu sẽ bao gồm gạo, lúa, tấm và sạn Công đoạn tiếp theo là tách sạn bằng máy tách sạn.

Hỗn hợp gồm gạo, lúa, trấu, tấm, cám và sạn sau khi qua công đoạn tách trấu vẫn còn lẫn sạn và một số tạp chất khác Giai đoạn làm sạch lúa nguyên liệu chỉ thực hiện làm sạch thô, vì vậy cần tách sạn thêm ở công đoạn này Kết quả thu được ở ngõ ra bao gồm gạo và lúa Công đoạn 7: Tách lúa bằng máy tách lúa.

Hỗn hợp gạo và lúa sau khi được tách sạn sẽ được phân loại để thu được gạo và lúa riêng biệt Gạo tiếp tục được xát trắng, trong khi lúa sẽ được chuyển đến máy bóc vỏ để hoàn thiện quy trình chế biến.

Sau khi gạo được tách lúa ở công đoạn 7, nó sẽ được đưa qua máy xát trắng để loại bỏ lớp cám trên bề mặt và làm trắng gạo Sản phẩm của công đoạn này là gạo trắng tinh khiết Tiếp theo, công đoạn 9 là đánh bóng gạo bằng máy đánh bóng để tăng thêm độ sáng bóng cho sản phẩm.

Gạo sau khi xát trắng sẽ được đưa vào máy đánh bóng để tạo ra sản phẩm gạo bóng Công đoạn này giúp cải thiện chất lượng gạo, mang lại sản phẩm cuối cùng là gạo đã được đánh bóng.

Trong quá trình đánh bóng gạo, hơi nước được sử dụng để tạo lớp hồ áo, dẫn đến việc gạo có một lượng ẩm nhất định Do đó, cần thực hiện quá trình sấy để điều chỉnh độ ẩm của gạo Sau khi sấy, gạo sẽ được làm mát để giảm nhiệt độ trước khi tiếp tục các công đoạn tiếp theo.

Gạo sau khi được làm bóng sẽ được qua máy chọn hạt nhằm phân loại ra các loại hạt gạo có kích thước khác nhau l) Công đ o ạ n 12: Tr ộ n g ạ o (Máy tr ộ n g ạ o)

Công đoạn trộn gạo nhằm tạo ra sản phẩm gạo đạt chất lượng mong muốn Sau khi trộn, gạo sẽ được cân và đóng bao để đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

Tình hình nghiên cứu và chế tạo máy bóc vỏ trên thế giới

Máy bóc vỏ có hiệu suất lên tới 80 ÷ 90%, mang lại năng suất cao với tỉ lệ gãy vỡ chỉ khoảng 4 ÷ 5% Ưu điểm nổi bật của loại máy này là khả năng bóc vỏ hiệu quả và tỉ lệ hạt bị gãy vỡ thấp.

Hình 1 6 Máy bóc vỏ lúa

1 Thân máy; 2 Phễu cấp liệu; 3,4 Trục cao su; 5.Van của bộ phận cấp liệu; 6.Cơ cấu đưa trục cán ra; 7.Rãnh hút; 8.Bộ dẫn động của động cơ điện

Cặp trục cao su quay ngược chiều nhau với vận tốc khác nhau tạo ra lực kéo và nén, giúp bóc vỏ hạt hiệu quả Trục quay nhanh thường được lắp trên ổ trục cố định, trong khi trục quay chậm được đặt trên ổ di động.

Khi điều chỉnh kích thước khe hở giữa hai trục cao su, tâm của trục chậm sẽ dịch chuyển, giúp hạt lúa được cuốn vào vùng tác dụng để bóc vỏ Chiều dài vùng tác dụng phụ thuộc vào đường kính trục, bề dày hạt và kích thước khe hở Vùng tác dụng lớn hơn sẽ nâng cao hiệu suất bóc vỏ Khi kích thước hạt và khe hở không thay đổi, đường kính trục lớn hơn sẽ tạo ra vùng tác dụng dài hơn, nhưng không thể quá lớn Do đó, để tăng hiệu suất bóc vỏ, cần điều chỉnh khe hở giữa hai trục cao su nhỏ lại.

Trên thế giới hiện có một số hãng chế tạo thiết bị bóc vỏ, chẳng hạn như các hãng Re

Pietro (Ý); Alvan Blanch (Anh); Zhejiang QiLi Machinery Co., Ltd, Hunan Changde Rice

Milling Machinery Co., Ltd (Trung Quốc); Millmore Engineering Private Ltd, Rice

Engineering Supply Co., Ltd (Thái Lan); Hyundai High Tech Co Ltd, Bio Resource

Công ty TNHH Quốc tế (Hàn Quốc), Agro-Industrial Supplies Sdn Bhd (Malaysia) và hãng Satake (Nhật Bản) nổi tiếng tại Châu Á đều có quy trình công nghệ tương đồng, với sự khác biệt chủ yếu ở mức độ tự động hóa và công nghệ giám sát trong quá trình chế biến.

Đến nay, đã có nhiều nghiên cứu và bằng sáng chế trên toàn cầu liên quan đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bóc vỏ và phương pháp điều chỉnh khe hở cặp trục cao su.

Công trình “Effect of moisture content on paddy properties “ của H.Zareiforoush, M.H

Komarizadeh và M.R Alizadeh (University of Urmia, Urmia, Iran Rice Research Institute of

Nghiên cứu tại Rasht, Iran vào năm 2009 chỉ ra rằng độ ẩm của lúa có ảnh hưởng lớn đến chất lượng gạo trong quá trình bóc vỏ Để đạt được năng suất cao hơn, cần duy trì độ ẩm ổn định, với giá trị tối ưu từ 14-15% Việc sử dụng lúa với độ ẩm khác nhau sẽ dẫn đến sự khác biệt về chất lượng gạo, trong đó lúa có độ ẩm cao thường cho chất lượng gạo thấp hơn sau khi bóc vỏ.

Công trình “Computer simulation and control of Rubber roll sheller “ của Srinivas,

Sathyendra Rao, Shridhar và Kumaravelu [15] đã tiến hành nghiên cứu về cơ cấu điều chỉnh khe hở cặp trục cao su bằng khí nén Nghiên cứu này nhằm duy trì sự ổn định của khe hở giữa hai trục trong quá trình bóc vỏ, từ đó nâng cao hiệu suất bóc vỏ.

Patent số US 6, 193, 179 B1, 27-12-2001 Jouchim Behrmann nghiên cứu về máy xay xát các hạt ngũ cốc, đặc biệt là gạo

Patent số US7296511 Rice hulling roll driving apparatus in rice huller nghiên cứu về hệ thống rải liệu và chênh lệch vận tốc giữa hai trục cao su

Patent số US7669524 Hulled rice distribution device in rice huller nghiên cứu về hệ thống rải liệu và lớp lúa cấp liệu

Patent số US5678477 Husking apparatus nghiên cứu về hệ thống máng nghiêng rải liệu và cơ cấu điều chỉnh lưu lượng, lớp lúa cấp liệu

Patent số US4295420 Automatic control system for hulling machine nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho máy bóc vỏ

Patent số US4377110 Auto-control equipment of hull-removing roll in rice-hulling machines nghiên cứu về thiết bị tự điều khiển của trục bóc vỏ

Patent số US4392421 Rice hulling machine and sorting device nghiên cứu về máy bóc vỏ

Patent số US4066012 Roll type huller nghiên cứu về hệ thống truyền động, cơ cấu điều chỉnh khe hở bằng cơ khí

Patent số US2282718 Rice hulling machine nghiên cứu về kết cấu máy bóc vỏ và chọn giá trị khe hở giữa cặp trục cao su

Patent số US3835766 Device for husking grains nghiên cứu về kết cấu máy bóc vỏ và hệ thống điều chỉnh lưu lượng

Patent số US4066012 Roll type huller nghiên cứu về hệ thống truyền động và cơ cấu điều chỉnh khe hở bằng cơ khí

Patent số US4577552 Rice-hulling apparatus nghiên cứu về hệ thống cấp liệu bằng máng nghiêng, cơ cấu điều chỉnh lưu lượng và lớp lúa cấp liệu

Patent số US5873301 Roll type husking apparatus with inclined guide chute nghiên cứu về kết cấu máy bóc vỏ, hệ thống cấp liệu bằng máng nghiêng

The patent US4441412 details a driving mechanism for a sorting cylinder utilized in rotary rice hulling and sorting devices, focusing on the belt transmission system and the inclined chute for material distribution.

Patent số US6347579 Husking apparatus nghiên cứu về cơ cấu điều chỉnh cấp liệu, hệ thống cấp liệu bằng máng nghiêng, vận tốc cấp liệu.

Tình hình nghiên cứu và chế tạo máy bóc vỏ lúa tại Việt Nam

Đến đầu thập niên 1990, nghiên cứu về công nghệ chế biến lúa gạo ở miền Bắc Việt Nam còn hạn chế, trong khi miền Nam, đặc biệt là Đồng bằng Sông Cửu Long, đã phát triển mạnh mẽ ngành chế biến lúa gạo từ trước năm 1975 với đa dạng hình thức và quy mô sản xuất Khu vực này có ít bão và hạ tầng nhà xưởng kiên cố, tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà máy xay xát Máy móc chế biến được chia thành hai nhóm: thiết bị có năng suất cao chủ yếu nhập khẩu từ Nhật Bản, trong khi thiết bị quy mô nhỏ thường do các nhà sản xuất trong nước cung cấp Ngành sản xuất cơ khí nội địa chủ yếu đảm nhận việc sản xuất thiết bị cho các dây chuyền có năng suất dưới 2,5 tấn/h, trong đó hãng YANMAR của Nhật Bản đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất máy xay lúa gạo mang thương hiệu Bông Lúa.

Một thành viên VINAPPRO) có quy mô năng suất từ 300 – 600 kg/h nổi tiếng khắp miền

Các cơ sở cơ khí nhỏ ở Thành phố Hồ Chí Minh và các đô thị Nam Bộ đã sản xuất máy xay lúa gạo với năng suất từ 1 – 2 tấn/h Nhờ sản xuất hàng loạt, chất lượng máy đạt yêu cầu và giá cả cạnh tranh, sản phẩm nội địa đã vượt qua hàng nhập khẩu Các mẫu máy xay chủ yếu là kiểu trục cao su và cối côn đứng Từ sau năm 1975, ngành cơ khí chế biến lúa gạo tiếp tục phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu sang các nước trong khu vực.

Cuối những năm 1980, Công ty Lương thực Thành phố Hồ Chí Minh đã nhập khẩu dây chuyền chế biến lúa gạo từ hãng SATAKE (Nhật Bản) và lắp đặt tại huyện Bình.

Dây chuyền chế biến lúa gạo tại Chánh Thành phố Hồ Chí Minh có năng suất 5 tấn/h, đánh dấu sự chuyển mình trong ngành chế biến lúa gạo Việt Nam Trước đây, thị trường yêu cầu gạo đạt 95% nguyên và 5% tấm, nhưng ngành chế biến không đáp ứng được Với công nghệ và thiết bị tiên tiến, dây chuyền này đã hoàn toàn thỏa mãn các tiêu chuẩn khắt khe về chất lượng gạo Sự đổi mới này đã thu hút sự quan tâm từ các nhà khoa học, doanh nghiệp, trường Đại học và Viện nghiên cứu, nhằm cải tiến thiết bị và công nghệ chế biến lúa gạo, vốn đã chậm phát triển trong nhiều năm qua.

Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Công ty Giống và Cây trồng miền Nam, Nha Nông Cơ (nay là

Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch), Công ty SINCO, Công ty Bùi

Văn Ngọ đã tiến hành các nghiên cứu nhằm tìm hiểu và chép mẫu để thiết kế cải tiến các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào các khâu sàng và phân loại lúa, gạo.

Hiện nay, nhiều doanh nghiệp cơ khí trong nước đã sản xuất thành công máy bóc vỏ với năng suất đa dạng từ 1 đến 5 tấn/h.

Ba công ty gồm Công ty SINCO, Công ty Bùi Văn Ngọ và LAMICO đã phát triển thành công máy bóc vỏ với năng suất từ 4 – 5 tấn/h Dưới đây là một số mẫu máy bóc vỏ tiêu biểu tại Việt Nam.

1.5.1 Máy bóc vỏ của Công ty TNHH MTV Động cơ và máy nông nghiệp Miền

Máy bóc vỏ RH – 700 (hình 1.8) a Đặc tính kỹ thuật:

+ Năng suất: 0,7÷1 (tấn/h) + Công suất cần thiết: 3.5 (kW)

+ Đường kính pu ly trục chính: 150 x 2B (mm) + Số vòng quay trục chính: 1100 (vòng/phút)

+ Kích thước : dài x rộng x cao = 480 x 400 x 635 (mm) + Trọng lượng: 52 (kg)

+ Trục cao su: Chiều dài x đường kính = 4 x 7 ( inch) b Đặc điểm:

+ Cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn

+ Điều khiển, di chuyển và bảo trì dễ

+ Áp lực không đổi bằng cách thay đổi áp lực lò xo để điều chỉnh tỉ lệ gạo vỡ thấp nhất

+ Có bộ phận vỏ che kín nhằm tránh bui bẩn khi làm việc

Hình 1 7 Máy bóc vỏ RH – 700

Máy bóc vỏ HW – 60A a Đặc tính kỹ thuật:

+ Công suất cần thiết: 3.5 (kW)

+ Số vòng quay trục chính: 1100 (vòng/phút)

+ Kích thước trục cao su : dài x đường kính = 6 x 8 3/4 (inch)

+ Kích thước: dài x rộng x cao = 1428 x 857 x 1504 (mm)

Hình 1 8 Máy bóc vỏ HW – 60A b Đặc điểm:

+ Trang bị cơ cấu điều chỉnh xác đạt mức độ bóc vỏ theo yêu cầu

+ Bóc vỏ lúa bằng trục cao su thích hợp cho tất cả các loại lúa

+ Hạt gạo dữ nguyên vẹn, không bị mẻ đầu

+ Hộp số hoàn toàn kín khít, không bị rỉ dầu

1.5.2 Máy bóc vỏ của Công ty TNHH Cơ khí Công nông nghiệp Bùi Văn Ngọ

Máy bóc vỏ CLI – 600A a Đặc tính kỹ thuật:

+ Công suất cần thiết: 7,5 (kW)

+ Kích thước : dài x rộng x cao = 1020 x 755 x 1320 (mm)

Hình 1 9 Máy bóc vỏ CLI – 600A b Đặc điểm:

+ Cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn

+ Điều khiển, di chuyển và bảo trì dễ

+ Có bộ phận vỏ che kín nhằm tránh bui bẩn khi làm việc

1.5.3 Máy bóc vỏ của Công ty Cổ phần Cơ khí chế tạo máy Long An

Máy bóc vỏ HSA20 có các đặc tính kỹ thuật và đặc điểm như sau (hình 1.11): a Đặc tính kỹ thuật:

+ Công suất cần thiết: 5,5 (kW)

+ Trọng lượng đóng gói: 460 (kg)

+ Kích thước : dài x rộng x cao = 1200x700x1380 (mm)

+ Kích thước đóng gói: dài x rộng x cao = 1400 x 900 x 1500 (mm)

Hình 1 10 Máy bóc vỏ HSA20 b Đặc điểm:

- Máy được dùng để tách vỏ lúa ra khỏi hạt lúa

- Hiệu suất bóc vỏ đến 90 %

- Tỉ lệ gãy vỡ khoảng 5%

- Có quạt làm mát trục cao su để kéo dài tuổi thọ của máy

- Trục cao su tháo lắp, thay thế dễ dàng Sử dụng hai trục cao su cỡ 10”x10”

- Hệ thống điều khiển dùng khí nén nên vận hành đơn giản, an toàn (đóng mở van lúa, nén ép trục cao su, …)

- Tự động nén hoặc tách trục cao su khi đủ hoặc thiếu nguyên liệu thông qua hệ thống cảm biến báo đầy hoặc báo cạn

- Truyền động băng tải nên máy hoạt động êm, dễ thay thế và bảo trì

Qua khảo sát các nghiên cứu và tình hình sử dụng máy bóc vỏ trên thế giới và Việt

Nam, máy bóc vỏ còn có những nhược điểm sau:

- Năng suất bóc vỏ thấp

- Tỉ lệ gãy vỡ còn cao

- Tỉ lệ bóc vỏ còn thấp

Từ đó xác định các mục tiêu của luận văn cần giải quyết.

Mục tiêu của luận văn

Nghiên cứu cải tiến máy bóc vỏ nhằm tăng năng suất và tỉ lệ bóc vỏ, đồng thời giảm tỉ lệ gãy vỡ so với các thiết bị hiện có tại Công ty Cổ phần Cơ khí Chế tạo máy.

Nội dung của luận văn

Để đạt được mục tiêu này, luận văn cần thực hiện những nội dung sau đây:

- Tổng quan về máy bóc vỏ lúa

- Khảo sát những vấn đề cần cải tiến

- Phân tích và lựa chọn các giải pháp

- Thiết kế cải tiến máy bóc vỏ

- Vận hành thử nghiệm máy bóc vỏ lúa

- Phân tích các kết quả.

Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để thực hiện các nội dung nêu trên:

Để thu thập dữ liệu, chúng tôi đã tiến hành điều tra và khảo sát thực tế tại các doanh nghiệp chế biến gạo cũng như các công ty sản xuất máy xay xát gạo.

- Phương pháp thống kê: Thống kê và xử lý thông tin đã thu thập

• Xác định các vấn đề cần cải tiến

• Đo lường xác định những thông số của vấn đề cần cải tiến

• Cải tiến các vấn đề đã phân tích

• Kiểm soát các nội dung cải tiến

Phương pháp thiết kế ngược được áp dụng để cải tiến máy bóc vỏ thế hệ mới, dựa trên việc tham khảo các mẫu máy hiện có của Lamico cũng như các mẫu máy khác đang sử dụng trong nước và quốc tế.

Luận văn nghiên cứu cải tiến máy bóc vỏ có cặp trục cao su, đang được chế tạo tại

Công ty Cổ phần Cơ khí chế tạo máy Long An

Chương này xác định mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu và phạm vi của luận văn, từ đó làm cơ sở cho việc xác định các vấn đề cần cải tiến cho máy bóc vỏ trong chương 2.

XÁC ĐỊNH NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN CẢI TIẾN

Giới thiệu máy bóc vỏ và nguyên lý hoạt động

Bóc vỏ là một bước quan trọng trong quy trình chế biến lúa gạo, nhằm tách lớp vỏ trấu khỏi thóc để thu được gạo lức Hạt thóc có những đặc điểm cơ lý như độ bền của liên kết giữa vỏ và nhân, cùng khả năng của nhân chống lại lực tác dụng trong quá trình bóc vỏ Ngoài ra, các yếu tố vật lý như độ ẩm, hình dáng, kích thước, độ đồng nhất, trọng lượng 1000 hạt, trọng lượng riêng, độ rạn nứt và độ trắng cũng ảnh hưởng đến quá trình này Trong điều kiện bình thường, việc tách vỏ trấu khỏi nhân không phải là điều dễ dàng, do đó cần áp dụng lực cơ học đủ lớn để thực hiện.

Máy bóc vỏ trấu hạt thóc hoạt động thông qua các bộ phận làm việc, tạo ra áp lực nén, xé và ma sát lên lớp vỏ trấu Quá trình này dẫn đến sự biến dạng phức tạp, làm phá vỡ mối liên kết giữa vỏ trấu và nhân, từ đó tách biệt vỏ trấu ra khỏi hạt thóc.

Quá trình bóc vỏ chủ yếu nhằm phá vỡ liên kết giữa vỏ và nhân hạt một cách tối đa trong mỗi lần hạt đi qua máy, đồng thời cần tránh làm hạt bị vỡ Để đạt được điều này, cần điều chỉnh chế độ làm việc của máy sao cho lực bóc vỏ lớn nhất nhưng không vượt quá giới hạn bền của nhân, vì nếu không sẽ làm giảm hiệu suất công nghệ của máy.

Quá trình bóc vỏ hiệu quả sẽ làm tăng tỉ lệ thóc, tấm và cám trong hỗn hợp, đồng nghĩa với việc tỉ lệ gạo lức và trấu cũng sẽ tăng lên Để đánh giá hiệu suất của máy bóc vỏ, cần xác định tỉ lệ thóc, tỉ lệ gạo lức, tỉ lệ tấm và cám trong mẫu nguyên liệu trước và sau khi xử lý, từ đó tính toán năng suất của máy.

Nguyên lý ho ạ t độ ng:

Thóc được đưa vào qua phễu cấp liệu và chuyển xuống sàng rung, với lưu lượng điều chỉnh nhờ trục rải liệu và vít chỉnh tấm rải liệu Nguyên liệu tạo thành lớp đều trên chiều dài của hai trục cao su quay ngược chiều, chênh lệch về vận tốc nhờ động cơ truyền động Quá trình nén diễn ra thông qua xy lanh khí nén, kết hợp với lực tác động lên hạt từ sự phối hợp của lực nén và sự trượt, giúp hạt trong vùng làm việc giữa hai trục chịu biến dạng và ứng suất, dẫn đến việc phá huỷ lớp vỏ ngoài, đó chính là quá trình bóc vỏ.

Hỗn hợp đầu ra từ máy bao gồm gạo, tấm, thóc, cám, sạn và trấu Trong quá trình hoạt động, các trục cao su liên tục bị mòn, dẫn đến sự biến động trong năng suất đầu vào và các thông số đầu ra như tỉ lệ bóc vỏ và tỉ lệ gãy vỡ.

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ với cặp trục cao su hiện nay

1 Hệ thống cấp liệu; 4 Trục cao su di động;

2 Động cơ; 5 Trục cao su cố định

Các khái niệm

Năng suất máy bóc vỏ được xác định là khối lượng thóc đầu vào máy bóc vỏ trong một đơn vị thời gian

Tỉ lệ bóc vỏ: được xác định bằng tỉ số giữa lượng thóc được bóc so với lượng thóc vào máy bóc vỏ

Tỉ lệ gãy vỡ: được xác định bằng tỉ số giữa lượng tấm so với lượng thóc đã được bóc vỏ.

Phương pháp DMAIC

Phương pháp DMAIC, bao gồm các bước Xác định vấn đề, Đo lường, Phân tích, Cải tiến và Kiểm soát, là một công cụ quan trọng trong hệ thống quản lý chất lượng 6 Sigma, giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả công việc.

Phương pháp này gồm các bước như sau:

Bước này liên quan đến việc xác định các quá trình có nhu cầu cải tiến của máy bóc vỏ

Cải tiến năng suất, tỷ lệ gãy và tỷ lệ bóc vỏ là những vấn đề quan trọng cần được chú trọng Việc xác định các vấn đề cần cải tiến không chỉ dựa trên yêu cầu của khách hàng mà còn là tiêu chí tự đặt ra cho công ty chế tạo, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn được nâng cao và đáp ứng nhu cầu thị trường.

Bước này liên quan đến việc đo lường các thông số quan trọng của quá trình hoặc sản phẩm cần cải tiến Quá trình đo lường bao gồm việc thu thập thông tin về hiện trạng sản phẩm và xác định các thông số trước và sau khi thực hiện cải tiến.

Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình cải tiến, cần tiến hành đo lường và kiểm soát các thông số liên quan đến năng suất, tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ trước và sau khi thực hiện các cải tiến.

Bước này bao gồm việc phân tích các hiện tượng và số liệu để xác định nguyên nhân cần khắc phục Cần tìm ra nguyên nhân gây ảnh hưởng đến năng suất không ổn định, tỷ lệ bóc vỏ thấp và tỷ lệ gãy vỡ cao.

Bước này tập trung vào việc lựa chọn giải pháp khắc phục những nguyên nhân đã được phân tích ở bước 3 Từ đó, các biện pháp cải tiến cụ thể sẽ được đưa ra nhằm loại bỏ những yếu tố ảnh hưởng tiêu cực.

2.3.5 B ướ c 5: Ki ể m soát Ở bước này cần thực hiện việc vận hành thử từ đó đưa ra các giá trị, thông số chuẩn để kiểm soát quá trình Đảm bảo máy móc thiết bị hoạt động ổn định theo các yêu cầu đã đề ra

Trong quá trình thu thập thông số, nếu không đáp ứng yêu cầu, cần có biện pháp khắc phục để hoàn thiện và đánh giá năng lực thực hiện lâu dài Dựa trên kết quả thu thập, có thể xem xét lại một hoặc nhiều bước trước đó để cải tiến quy trình.

Để duy trì các chỉ tiêu đã đạt được trong quá trình hoạt động, cần can thiệp linh hoạt và hiệu quả vào quá trình hoạt động của máy bóc vỏ.

Dựa trên các khái niệm và phương pháp DMAIC, việc khảo sát vận hành máy bóc vỏ giúp xác định các vấn đề cần cải tiến như năng suất bóc vỏ, tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ Để cụ thể hóa các vấn đề này, cần tiến hành đo lường các thông số liên quan đến năng suất, tỷ lệ gãy vỡ và tỷ lệ bóc vỏ.

2.4 Đo lường các thông số cần cải tiến của máy bóc vỏ Đo lường các thông số cần cải tiến là năng suất bóc vỏ, tỉ lệ bóc vỏ, tỉ lệ gãy vỡ của gạo sau quá trình bóc vỏ qua các số liệu thực tế thu thập tại nhà máy sản xuất lúa gạo

Việc đo lường được thực hiện bằng cách thu thập số liệu về các thông số của máy bóc vỏ trong lô máy sản xuất trước cải tiến Số liệu được ghi nhận từ thực tế chế biến gạo tại Doanh nghiệp Năm Điều, sử dụng máy do công ty Lamico chế tạo, với ba thông số chính là năng suất máy, tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gãy vỡ Kết quả đo được được trình bày trong bảng 2.1.

B ả ng 2 1 Bảng đo lường các chỉ tiêu chất lượng của máy bóc vỏ ứng với lúa ẩm độ 17%, trích từ Phụ lục[4]

STT Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng chủ yếu Đơn vị đo Giá trị đạt được

Công suất động cơ kW 11 11

Phương pháp điều chỉnh các thông số - Thủ công Tự dộng

Tỉ lệ bóc vỏ % 76,2 Tăng 10%

Tỉ lệ gãy vỡ % 5,7 Giảm 1%

Để nâng cao hiệu quả sản xuất, cần cải tiến ba vấn đề chính: tăng năng suất thiết bị, nâng cao tỷ lệ bóc vỏ và giảm tỷ lệ gãy vỡ.

Hiện nay, năng suất máy bóc vỏ đối với lúa có độ ẩm 17% chỉ đạt 4,7 tấn/giờ, thấp hơn so với nhu cầu mong muốn Do đó, cần thực hiện cải tiến để tăng năng suất lên 10%.

• Tỉ lệ bóc vỏ hiện nay là 76,2% thấp so với nhu cầu mong muốn, cần tăng lên 10%

• Tỉ lệ gãy vỡ hiện nay là 5,7% cao so với nhu cầu mong muốn cần giảm 1%

Dựa trên số liệu thực tế và nhu cầu sử dụng máy bóc vỏ, nhiệm vụ hiện tại là tìm ra giải pháp cho ba nội dung quan trọng Các vấn đề này sẽ được phân tích và lựa chọn giải pháp cụ thể trong chương 3.

PHÂN TÍCH VẤN ĐỀ VÀ LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP

Phân tích nguyên nhân gốc rễ

3.1.1 N ă ng su ấ t máy bóc v ỏ th ấ p

Cây nguyên nhân gốc rễ được trình bày ở hình 3.1

Năng suất máy bóc vỏ thấp

Vị trí tương đối của máng cấp liệu và đường giao tuyến của hai trục cao su thay đổi

Trục cao su di động di chuyển ra vào liên tục Năng suất không ổn định

Máng cấp liệu không được điều chỉnh kịp thời so với độ mòn liên tục của cao su

Lượng liệu vào bị gián đoạn Người vận hành điều khiển van thường xuyên

Khả năng bóc vỏ của cặp trục cao su giảm liên tục

Vận tốc dài của trục cao su giảm liên tục Đường kính của trục cao su giảm liên tục

Cặp trục cao su bị mòn liên tục Năng suất cấp liệu không liên tục

Hình 3 1 Cây phân tích nguyên nhân gốc rễ năng suất bóc vỏ thấp

Từ sơ đồ phân tích trên cho thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề năng suất thấp là do:

- Chưa có hệ thống cấp liệu tự động, năng suất cấp liệu không ổn định

- Máng cấp liệu không được điều chỉnh kịp thời với độ mòn liên tục của cao su

- Cặp trục cao su bị mòn liên tục làm giảm vận tốc dài

3.1.2 Tỉ lệ bóc vỏ thấp

Trong sản xuất, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tỉ lệ bóc vỏ, bao gồm tốc độ trục cao su, chất lượng và độ cứng của cao su Tuy nhiên, các yếu tố quyết định tỉ lệ bóc vỏ được thể hiện rõ trong cây nguyên nhân góc rễ, như mô tả trong hình 3.2.

Hình 3 2 Cây phân tích nguyên nhân gốc rễ tỉ lệ bóc vỏ thấp

Dựa trên các phân tích cho thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề tỉ lệ bóc vỏ thấp là do:

- Trong quá trình làm việc trục cao su bị mòn không đều có dạng tang trống hay yên ngựa gây ra tỉ lệ bóc vỏ thấp

Tỉ lệ bóc vỏ thấp

Khả năng bóc ỏ không ổn định

Khả năng nén, trượt của trục cao su tác động đến lớp lúa giảm

Vận tốc dài giảm Độ chênh lệch vận tốc giảm

Vận tốc dài của trục cao su thay đổi và giảm

Hai trục cao su bị mòn

Khe hở giữa hai trục cao su không đều

Trục cao su mòn dạng yên ngựa, tang trống

Trục cao su mòn không đều

Lực nén giữa hai trục cao su không phù hợp

Chưa cài đặt lực nén hai trục cao su theo loại lúa, ẩm độ

Lực ép của hai trục cao su được điều chỉnh không chính xác

Khi lớp cao su bị mòn, bán kính trục cao su giảm, dẫn đến việc số vòng quay (n) giữ nguyên nhưng vận tốc dài (v) lại giảm Sự thay đổi này làm tăng sự chênh lệch vận tốc giữa hai trục cao su, từ đó dẫn đến tỷ lệ bóc vỏ giảm.

- Lực ép của hai trục cao su được điều chỉnh không chính xác

Cây nguyên nhân gốc rễ giúp xác định các vấn đề cần khắc phục của tỉ lệ gãy vỡ trong máy bóc vỏ, hình 3.3

Hình 3 3 Cây phân tích nguyên nhân gốc rễ tỉ lệ gãy vỡ cao

Việc có định lực ép giữa hai trục cao su không phù đối với chủng loại và ẩm độ lúa

Hạt lúa rơi vào thân cao su gây va đập và xáo trộn

Hạt lúa đi vào khe hở của hai trục cao su ở những tư thế khác nhau

Tương ứng với mỗi chủng loại và ẩm độ khác nhau cần lục ép khác nhau

Lực ép của hai cao su được điều chỉnh không chính xác tương ứng với loại và độ ẩm của thóc đầu vào

Dòng chảy của lớp liệu không rót vào giao tuyến của hai trục cao su

Trục cao su bị mòn làm cho vị trí của máng nghiêng và giao tuyến hai cao su liên tục thay đổi

Hạt lúa vào giao tuyến của hai trục cao su không theo phương chiều dài

Hạt lúa không được định hướng trong quá trình cấp liệu

Dựa trên các phân tích cho thấy nguyên nhân gốc rễ của vấn đề tỉ lệ gãy vỡ cao là do:

Lực ép hai trục cao su cần được điều chỉnh tự động theo từng loại lúa và độ ẩm, vì việc điều chỉnh dựa vào kinh nghiệm của người vận hành thường không đảm bảo độ ổn định cao.

Trục cao su bị mòn dẫn đến việc vị trí của máng cấp liệu không được điều chỉnh kịp thời, gây ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc Việc theo dõi độ mòn của cao su là cần thiết để đảm bảo sự hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống.

- Hạt lúa không được định hướng trong quá trình cấp liệu đầu vào.

Lựa chọn các giải pháp

Để nâng cao hiệu quả hoạt động của máy, cần triển khai các giải pháp cụ thể nhằm khắc phục từng nguyên nhân gây ra vấn đề, như đã được nêu trong bảng 3.1.

B ả ng 3 1 Tóm tắt các vấn đề, nguyên nhân và giải pháp khắc phục

Vấn đề Nguyên nhân gốc rễ Giải pháp Cơ cấu thực hiện

Trục cao su cố định bị mòn làm vận tốc dài giảm

-Đo và giám sát độ mòn trục cao su

-Thay đổi tốc độ vòng quay trục cao su cố định sao cho vận tốc dài luôn đạt giá trị mong muốn

-Cảm biến biến trở tuyến tính để đo độ mòn

-Biến tần để thay đổi tốc độ động cơ chính

-Năng suất của máng cấp liệu không được điều chỉnh thường xuyên, kịp thời tương ứng với độ mòn thay đổi liên tục của các cao su

-Giám sát và điều chỉnh liên tục năng suất cấp liệu

- Van solenoid để điều chỉnh xy lanh khí nén đóng mở miệng các phễu

- Loadcell cân khối lượng thóc vào máy để giám sát năng suất

-Dòng liệu đi vào chưa ổn định -Hệ thống cấp liệu tự động -Máng cấp liệu rung

Hai trục cao su bị mòn -Đo và giám sát độ mòn trục cao su

-Thay đổi tốc độ vòng quay hai trục cao su sao cho vận tốc dài luôn đạt giá trị mong muốn

-Biến tần để thay đổi tốc độ động cơ chính

Trục cao su bị mòn không đều có hình dạng như tang trống hoặc yên ngựa Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần giám sát và điều chỉnh liên tục vị trí tương đối giữa miệng máng nghiêng và giao tuyến của hai trục cao su.

-Điều chỉnh lượng liệu phân bố đều

-Cảm biến biến trở tuyến tính để giám sát độ mòn và động cơ servo cùng với cơ cấu chấp hành để điều chỉnh vị trí miệng máng nghiêng

-Máng cấp liệu rung để phân bố đều dọc theo chiều dài giao tuyến

Tỉ lệ bóc vỏ thấp

-Lực ép của hai trục cao su điều chỉnh không chính xác

- Giám sát và duy trì ổn định áp lực bóc vỏ

- Sử dụng bộ điều áp kết hợp với cơ cấu xylanh khí nén

-Lực ép của hai trục cao su được điều chỉnh không chính xác tương ứng với loại và độ ẩm của thóc đầu vào

-Giám sát và duy trì áp lực ép của hai trục cao su sao cho phù hợp với loại và độ ẩm của thóc đầu vào

-Bộ điều chỉnh áp suất để cài đặt áp suất xylanh như mong muốn và duy trì áp lực ép

-Trục cao su bị mòn làm cho vị trí của máng nghiêng và giao tuyến hai trục cao su liên tục thay đổi

-Giám sát và điều chỉnh liên tục vị trí tương đối của miệng máng nghiêng và giao tuyến hai trục cao su

-Cảm biến biến trở tuyến tính để giám sát độ mòn và động cơ servo cùng với cơ cấu chấp hành để điều chỉnh vị trí miệng máng nghiêng

Tỉ lệ gãy vỡ cao

-Hạt lúa không được định hướng trong quá trình cấp liệu đầu vào

-Hệ thống cấp liệu tự động -Máng cấp liệu rung

Phân tích nguyên nhân gốc rễ của ba vấn đề chính trong sản xuất, bao gồm năng suất bóc vỏ thấp, tỉ lệ bóc vỏ không đạt yêu cầu và tỉ lệ gãy vỡ cao, cho thấy cần thực hiện các công việc cụ thể để cải thiện tình hình.

Thiết kế hệ thống cấp liệu tự động dạng rung cho máy bóc vỏ nhằm đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu và phân bố đều trên bề mặt trục cao su.

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển tự động nhằm điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng biến tần, giúp duy trì vận tốc dài và giảm thiểu chênh lệch vận tốc giữa hai trục cao su khi độ mòn của cặp trục này thay đổi.

- Sử dụng động cơ servo điều chỉnh vị trí máng nghiêng rải liệu khi trục cao su mòn

- Sử dụng bộ điều áp kết hợp với cơ cấu xylanh khí nén duy trì ổn định áp lực bóc vỏ

Hệ thống điều khiển tự động được thiết kế để điều chỉnh các thông số vận hành dựa trên tín hiệu phản hồi từ độ mòn của cặp trục cao su và thông số nguyên liệu.

Chương này tiến hành phân tích nguyên nhân gốc rễ để lựa chọn giải pháp và cơ cấu thực hiện nhằm khắc phục ba nhược điểm chính: năng suất thấp, tỷ lệ bóc vỏ không đạt yêu cầu, và tỷ lệ gãy vỡ gạo Những kết quả này sẽ là cơ sở quan trọng cho việc thiết kế và cải tiến máy bóc vỏ trong chương 4.

THIẾT KẾ CẢI TIẾN MÁY BÓC VỎ LÚA

Một số công việc cần khắc phục

Công việc 1 gặp phải vấn đề về năng suất cấp liệu vào máy bóc vỏ, thường không ổn định Công việc 2 cho thấy vận tốc dài và chênh lệch vận tốc giữa hai trục cao su thay đổi theo độ mòn của chúng Công việc 3 chỉ ra rằng vị trí của máng nghiêng rải liệu và khe hở giữa hai trục cao su cũng thay đổi theo độ mòn của cặp trục này Công việc 4 liên quan đến áp lực bóc vỏ không ổn định, trong khi Công việc 5 nhấn mạnh rằng chất lượng đầu ra phụ thuộc vào khả năng của người vận hành.

Mục tiêu cần đạt

Tỉ lệ bóc vỏ KB

Tỉ lệ bóc vỏ là chỉ số quan trọng trong quá trình hoạt động của máy bóc vỏ, được xác định bằng tỷ lệ giữa số lượng thóc đã được bóc vỏ sau mỗi lần so với số lượng thóc đầu vào.

Công thức tính toán tỉ lệ bóc vỏ như sau:

Trong đó: η1 - Số hạt thóc trước khi bóc vỏ η2 - Số hạt thóc còn lại sau khi bóc vỏ

Tỉ lệ gãy vỡ KGV

Tỉ lệ gãy vỡ là chỉ số quan trọng phản ánh chất lượng hoạt động của máy bóc vỏ Tỉ lệ này được tính bằng cách so sánh khối lượng tấm với tổng khối lượng nhân đã được bóc vỏ, bao gồm cả gạo lức và tấm.

Công thức tính toán tỉ lệ gãy vỡ như sau:

K – Là khối lượng gạo lức nguyên qua máy bóc vỏ

T – Là khối lượng tấm qua máy bóc vỏ

Tỉ lệ gãy vỡ càng nhỏ sẽ dẫn đến tỉ lệ tấm thấp hơn, từ đó cải thiện quá trình bóc vỏ và nâng cao hiệu suất công nghệ chung của máy bóc vỏ.

Các yếu tố mục tiêu cần đạt được trình bày trong bảng 4.1

B ả ng 4 1 Các yếu tố mục tiêu cần đạt

Tên sản phẩm cụ thể và chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của sản phẩm Đơn vị đo Mức chất lượng cần đạt

Công suất động cơ kW 11

Phương pháp điều chỉnh các thông số - Tự động theo tín hiệu phản hồi

Tỉ lệ bóc vỏ % Tăng 10

Tỉ lệ gãy vỡ % Giảm 1

4.3.3 Các thông s ố ả nh h ưở ng đế n y ế u t ố m ụ c tiêu

Vận tốc dài và chênh lệch vận tốc dài của cặp trục cao su là yếu tố quan trọng trong quá trình bóc vỏ trấu hạt thóc Để máy bóc vỏ hoạt động hiệu quả, hai trục cao su cần có vận tốc khác nhau và ngược chiều, tạo ra lực dịch trượt cần thiết để bóc vỏ Sự chênh lệch vận tốc ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ lệ bóc vỏ, tỉ lệ gãy vỡ và năng suất của máy; vận tốc càng lớn thì năng suất càng cao Tuy nhiên, chênh lệch vận tốc lớn sẽ làm tăng hiệu suất bóc vỏ nhưng cũng dẫn đến tỉ lệ gãy vỡ cao và làm mòn trục cao su nhanh chóng Do đó, việc lựa chọn đường kính, vận tốc dài và chênh lệch vận tốc của cặp trục cao su là rất quan trọng để đạt được tỉ lệ bóc vỏ và tỉ lệ gãy vỡ mong muốn Trong máy bóc vỏ, trục cao su cố định thường có vận tốc dài lớn hơn trục cao su di động.

B ả ng 4 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)

5 22 – 23% Không có Không có Không có 22 – 23% [7]

6 0.75-0.8 Không có Không có Không có 20 – 25 [24]

7 25% Không có Không có Không có 25 [25]

Vận tốc trục cao su cố định thường dao động trong khoảng 10 đến 14 m/s, trong khi vận tốc trục cao su di động dao động từ 7 đến 10 m/s.

Kết luận: Chọn độ chênh lệch vận tốc là khoảng 2 ÷ 3 m/s, với độ chênh lệch khoảng

Độ chênh lệch 20% giữa trục cao su nhanh và chậm cho thấy hiệu suất bóc vỏ đạt mức cao nhất, theo các nghiên cứu từ bài báo, bằng sáng chế và ebook.

- Vận tốc dài trục cao su cố định: 13 m/s

- Vận tốc dài trục cao su di động: 10 m/s

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 tỉ lệ gãy vỡ [6]

Hướng rải liệu vuông góc với đường nối tâm của hai trục cao su và việc giảm khe hở giữa chúng sẽ nâng cao hiệu suất bóc vỏ, đồng thời giảm tỷ lệ gãy vỡ do giảm số lần va đập.

Hình 4 3 Quá trình rơi của thóc khi rải liệu ở xa

Hình 4 4 Quá trình rơi của thóc khi rải liệu vào giữa cặp trục cao su

B ả ng 4 3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của vị trí cấp liệu [6]

Kết quả thực nghiệm cho thấy vị trí cấp liệu hiệu quả nhất là giữa khe hở của cặp trục cao su với sai số cho phép ±10 mm, giúp giảm thiểu tỉ lệ gãy vỡ Trong quá trình hoạt động, trục cao su bị mòn nên cần điều chỉnh máng cấp liệu để duy trì vị trí này Độ cứng của trục cao su ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ lệ bóc vỏ, tỉ lệ gãy vỡ và thời gian làm việc; trục có độ cứng thấp giúp giảm gãy vỡ nhưng dễ mòn và có tỉ lệ bóc vỏ thấp, trong khi trục cứng hơn có tỉ lệ bóc vỏ cao nhưng dễ gãy Hiện nay, trục cao su có độ cứng khoảng 85-90 độ được sử dụng phổ biến Tuy nhiên, trong quá trình bóc vỏ, ma sát giữa trục và thóc làm tăng nhiệt độ, dẫn đến giảm độ cứng và tăng tốc độ mòn của cao su.

Các giải pháp cải tiến

Giải pháp cho công việc 1 là thiết kế một hệ thống cấp liệu tự động dạng rung cho máy bóc vỏ, nhằm đảm bảo cung cấp đủ và rải đều nguyên liệu trên bề mặt của trục cao su.

Giải pháp cho công việc 2 là nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển tự động nhằm điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần Hệ thống này giúp duy trì vận tốc dài và chênh lệch vận tốc giữa hai trục cao su, đặc biệt khi độ mòn của cặp trục cao su thay đổi Để giám sát độ mòn của trục cao su, hệ thống sử dụng cảm biến điện trở tuyến tính.

- Giải pháp cho công việc 3: Sử dụng động cơ servo để điều chỉnh vị trí của máng nghiêng rải liệu khi trục cao su bị mòn

- Giải pháp cho công việc 4: Sử dụng bộ điều áp kết hợp với cơ cấu xylanh khí nén để duy trì ổn định áp lực bóc vỏ

Giải pháp cho công việc 5 là thiết kế một hệ thống điều khiển tự động, có khả năng điều chỉnh các thông số vận hành dựa trên tín hiệu phản hồi về độ mòn của cặp trục cao su, áp lực bóc vỏ và các thông số nguyên liệu như loại thóc và độ ẩm của nguyên liệu.

Tính toán thiết kế cải tiến phần cơ khí

4.5.1 C ả i ti ế n ph ầ n h ệ th ố ng c ấ p li ệ u t ự độ ng

Hệ thống phễu cung cấp vật liệu xuống thiết bị công tác bên dưới thông qua sàng rung, với chuyển động rung được truyền từ động cơ rung.

Kết cấu hệ thống cấp liệu (hình 4.5)

Hình 4 5 Kết cấu cụm cấp liệu

1 Động cơ servo; 2 Máng rung; 3 Phễu cấp liệu; 4 Loadcell;

5 Thùng chứa liệu; 6 Xylanh; 7 Phễu cân; 8 Xylanh;

9 Động cơ rung; 10 Máng nghiêng cấp liệu

Thiết kế kích thước hệ thống phễu cấp liệu

• Tính toán kích thước phễu cân

Xác đị nh góc ph ễ u cân

Góc nghiêng của phễu quyết định đến khả năng tạo thành dòng chảy của khối vật liệu

Góc phễu liên quan chặt chẽ đến góc ma sát giữa vật liệu và thành phễu, cũng như giữa các vật liệu cấu tạo phễu Dựa vào đồ thị, ta có thể xác định góc phễu cần thiết để đảm bảo dòng chảy vật liệu được xả ra hiệu quả Hình 4.6 minh họa mối quan hệ giữa góc ma sát của vật liệu với thành phễu (φ), góc ma sát trong của vật liệu (δ) và góc nghiêng của phễu (θ).

Hình 4 6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của các góc ma sát và góc phễu có kết ngõ ra dạng đối xứng

Từ đồ thị trên (hình 4.6) ta tra được góc phễu chứa liệu với:

- Hệ số ma sát trong của thóc với thóc: 0,70 ÷ 0,85 [31] Vậy góc ma sát giữa thóc và thóc δ = 40 0

- Hệ số ma sát nghỉ giữa thóc – thép 0,3057 ÷ 0,3249 [31] Vậy góc ma sát nghỉ thóc

Tra đồ thị bên trên ta được giá trị của góc phễu θ = 35 0

• Kích thước cửa xả liệu của phễu cân

Lưu lượng xả liệu lớn nhất của dòng chảy dạng cả khối đối với vật liệu rời là [30] :

- Q: Năng suất cấp liệu, kg/s

- ρ b : Khối lượng riêng của hạt kg/m 3

- A : Diện tích mặt cắt ngang của cửa xả

A = π đối với cửa xả có hình tròn, A = WL đối với cửa xả hình chữ nhật, m 2

Với: W: Bề rộng của cửa xả

- B : Đường kính hay bề rộng cửa xả, m

- m = 1 Đối với phễu dạng côn, m = 0 đối với dạng đối xứng

- θ: Góc của phễu được đo theo phương thẳng đứng,

Tính toán sơ bộ kích thước miệng phễu với năng suất cấp liệu là 5 tấn/h = 1,39 kg/s, khối lượng riêng của thóc ở độ ẩm 14 % là 500kg/m 3 , góc nghiêng θ = 35 0

Vậy để đảm bảo được năng suất cấp liệu là 5 tấn/h thì ngõ ra của hệ thống cấp liệu phải có kích thước tối thiểu là: 42 x 126 (mm 2 )

Chọn các kích thước ban đầu của cửa xả:

Kích thước phần miệng phễu: 0,17 x 0,17 m

Chọn chiều cao cửa xả h = 0,11 m

• Kích th ướ c thân ph ễ u cân

Năng suất làm việc của máy đánh bóng N = 5 tấn/giờ = 1,39 kg/s

Năng suất làm việc của máy bóc vỏ N = 5 tấn/giờ = 1,39 kg/s

Hệ thống cấp liệu tự động được thiết kế dựa trên nguyên lý làm việc nhằm đảm bảo năng suất tối ưu và thể tích chứa đủ lớn, ngăn chặn hiện tượng liệu tràn ra ngoài khi gầu tải vận chuyển từ bồn chứa lên phễu.

Dựa theo năng suất yêu cầu thì thể tích chứa của phễu chứa liệu phải lớn hơn thể tích của phễu cân

- Theo (i), năng suất cửa cấp liệu của hệ thống được tính toán theo công thức:

N = (kg/s) = (tấn/giờ) m : khối lượng nguyên liệu trong phễu cân trong một lần đo (kg)

T : Chu kỳ hoạt động của hệ thống (s) ệ Sai số năng suất một lần đo:

∆N = (tấn/giờ) ệ ∆N = (tấn/giờ) ≤ 0,005 (tấn/giờ) Ù T ≥ = = = 7,2s (ii)

- Từ (ii), chọn chu kỳ hoạt động của hệ thống là 10s

- Năng suất yêu cầu của máy đánh bóng là N = 5 tấn/giờ = 1,39 kg/s

- Khối lượng chứa ở phễu cân trong một lần cân là: m = N x T = 1,39 x 10 = 13,9 kg (<

50 Kg, Loadcell chọn hợp lý)

- Thể tích của phễu cân sẽ là : V = = = 0,0278 m 3 = 27.800.000 mm 3

- Kết cấu của phễu cân có dạng hình 4.7

- Theo [9], [10], [11], góc nghỉ của gạo là 40 0 , Góc ma sát của gạo và thép là 35 0

Hình 4 7 Kết cấu phễu cân

- Góc nghỉ của gạo 40 0 , suy ra: h0 = = 0,41955 a

- Thể tích chứa gạo của phễu là V = a 2 h1 + a 3 + h2 (a 2 + 170 2 + a.170) Đặt: V0 = a 3 + h2(a 2 + 170 2 + a.170)

Để tính toán chiều cao phễu tối ưu, chúng ta sử dụng công thức 1÷1000, a = 2h2 + 170, và h1 = (V - V0)/a² Dựa vào bảng số liệu, các kích thước phễu được chọn nhằm đạt chiều cao tối thiểu là: a = 440 mm, h1 = 0 mm và h2 = 182 mm.

Chiều cao của phễu H10s = 470 mm

Hình 4 8 Kích thước phễu cân

Thiết kế kích thước phễu chứa liệu

Phễu chứa liệu cần có kích thước lớn hơn phễu cân để đảm bảo năng suất cấp liệu hiệu quả và ngăn ngừa tình trạng liệu bị tràn ra ngoài khi gầu tải hoạt động.

Ta có kích thước phễu chứa liệu

Hình 4 9 Kích thước phễu chứa liệu

Kích thước phễu cấp liệu được thiết kế để đảm bảo năng suất cấp liệu tối ưu và phù hợp với cấu trúc của phễu cân và sàng rung, như thể hiện trong hình 4.10.

Hình 4 10 Kích thước phễu cấp liệu

Thiết kế kích thước sàng rung

• Tính toán kích thước sàng rung cho máy bóc vỏ

Thiết kế máng rung cho hệ thống cấp liệu của máy bóc vỏ có năng suất là 5 (tấn/giờ)

Năng suất cấp liệu của cụm cấp liệu dạng rung [29] được tính theo công thức sau: α μ ρ tan

- Q : Năng suất cấp liệu của sàng rung, (tấn/giờ)

- B : Chiều rộng của sàng rung, (m)

- h : Chiều cao lớp vật liệu, (m)

- e : Biên độ dao động của sàng rung, (m)

- n : Tốc độ vòng quay của động cơ rung, (vòng/phút)

- ρ : Trọng lượng riêng của vật liệu, (tấn/m 3 )

- μ: Hệ số tơi của vật liệu, khoảng 0,6 – 0,7

Để đảm bảo rằng vật liệu không bị rơi ra ngoài khi chuyển từ sàng rung xuống máng rải liệu, góc nghiêng của máng rung cần được điều chỉnh hợp lý Bên cạnh đó, bề rộng của máng rải liệu phải nhỏ hơn bề rộng của sàng rung để giữ cho vật liệu được ổn định trong quá trình vận chuyển.

Ta có bề rộng của máng rải liệu là: 0,305 m

Vậy ta chọn bề rộng của sàng rung là: B = 0,29 m

Vị trí lắp đặt sàng rung cần được xác định sao cho không ảnh hưởng đến hệ thống phễu cấp liệu Cần đảm bảo rằng sàng rung cắt một cửa hình chữ nhật được đặt đúng cách, đồng thời kích thước ngõ ra của phễu cấp liệu phải được chú ý để tối ưu hóa hiệu suất.

150x230 mm chọn kích thước miệng của sàng rung là: 25x200 mm

Trọng lượng riêng của thóc: ρ = 0,5 (tấn/m 3 )

Chọn sơ bộ thông số đầu vào của bộ phận rung là:

- Tốc độ vòng quay của động cơ rung: n = 3000 (vòng/phút)

- Hệ số tơi của vật liệu: μ = 0,7

- Góc nghiêng của sàng rung: α = 15 0

- Lực ly tâm của động cơ rung: 935 N

Độ cứng của lò xo là 68 kN/m, và để đảm bảo sự ổn định cũng như liên tục khi vật liệu rơi từ sàng rung xuống máng rải, chiều dài sàng rung được chọn là 0,6 m.

Tính toán biên độ dao động của lò xo:

Với yêu cầu về năng suất của máy bóc vỏ là: Q = 4 ÷ 5 tấn/giờ

Vậy chiều cao của lớp vật liệu được tính theo công thức: α μ ρ tg n e B h Q

= 120 Để đảm bảo năng suất bóc vỏ thì Q 5 tấn/giờ

Tính toán lại năng suất cấp liệu của máng rung:

Như vậy chiều cao h là phù hợp

Chọn chiều cao máng rung là H = 160 mm

Chọn: Chiều dài máng rung là 0,6 m

Vật liệu làm máng là thép CT3 dày 3 mm

Tính toán công suất động cơ:

- M : Tổng khối lượng tác dụng lên động cơ và được tính theo công thức: p vlm m m m m

M = + + (4.3) m m : Khối lượng của máng kg.

Khối lượng của vật liệu trong máng

= = LBH m vlm ρ thoc kg m vlp : Trọng lượng của vật liệu trong phễu:

Chọn H p : chiều cao phễu chứa H p = 0,68 kg

Công suất động cơ rung:

Chọn động cơ rung có công suất 0,18 kW = 180 W tần số f = 50 (Hz)

Tính toán và lựa chọn hệ thống xy lanh khí nén [5]

- Gọi F là lực đẩy của xylanh

Fmsg là lực ma sát giữa nguyên liệu với thép

Fmst là lực ma sát giữa thép với thép

Sl là diện tích lớn của piston

Sn là diện tích thanh trục của piston m là khối lượng cân ml là khối lượng thanh chặn

Áp suất khí sử dụng cho hệ thống xy lanh được chọn là pk = 4 bar Để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, lực của xy lanh cần phải vượt qua lực ma sát.

Lực ma sát giữa gạo và thép:

Lực ma sát giữa thép với thép:

Trong đó ft là hệ số ma sát giữa thép với thép và fg là hệ số ma sát giữa gạo với thép

Khối lượng riêng của thép: ρt = 7850 kg/m 3

Thể tích của thanh chặn là:

Thông số về thể tích của thanh chặn dựa trên thiết kế của miệng phễu

Do đó, khối lượng của thanh chặn (ml): ml = Vt.ρt = 6,24.10 -5 7850 = 0,49 kg

• Tính đáp ứng của xylanh phễu cân:

Khối lượng nguyên liệu cân là : m = 13,9 kg

F = pk.(Sl-Sn) = 4.10 5 (Sl-Sn)

Chọn xylanh của hãng STNC:

Trong đó: θl = 25 mm , θn = 10 mm , hành trình xylanh là L = 100 mm

Ta có hành trình của xylanh là:

Vậy đáp ứng của là: t = 0,03s Có nghĩa là xylanh sẽ mất 0.03s để piston hết hành

• Tính đáp ứng của xylanh phễu nhập liệu:

Khối lượng nguyên liệu của phễu nhập liệu là : m = 20 kg

F = pk.(Sl-Sn) = 4.10 5 (Sl-Sn)

Chọn xylanh của hãng STNC:

Trong đó: θl = 25 mm , θn = 10 mm , hành trình xylanh là L = 100 mm

Ta có hành trình của xylanh là:

Vậy đáp ứng của xylanh là: t = 0,04s Có nghĩa là xylanh sẽ mất 0,04s để piston hết hành trình 100 mm của nó Đáp ứng của hệ thống cân tự động:

Khối lượng riêng của thóc : ρb = 500 kg/m 3

Thời gian đáp ứng của hệ thống cân tự động bao gồm:

- Thời gian đóng mở của hai xylanh (t1) : xylanh (4) và xylanh s(7)

Thời gian đóng mở của hai xylanh (t1) : xylanh (4) và xylanh (7) t1 = 2.Txylanhxa + 2 Txylanhnhap = 2 0,03 + 2.0,04 = 0,14 s

Thời gian xả liệu (t2): t2 Trong đó : m là khối lượng cân

Q là lưu lượng qua diện tích của của ra của phễu nhập liệu

Q : Năng suất cấp liệu, kg/s ρ b : Khối lượng riêng của hạt kg/m 3

A : Diện tích mặt cắt ngang của cửa xả:

A = π đối với cửa xả có hình tròn

A = đối với cửa xã hình chữ nhật, m 2

W: bề rộng của cửa xả

B : Đường kính hay bề rộng cửa xả, m

= 1 m Đối với phễu dạng côn, m = 0đối với dạng đối xứng θ : Góc của phễu được đo theo phương thẳng đứng g = 9.81 m/s 2 : gia tốc trọng trường

Thời gian nạp liệu là: t2 = = = 0,88(s)

Vì kết cấu của miệng ra của phễu cân và phễu nhập liệu là 170 mm Do đó thời gian của xả liệu bằng thời gian nạp liệu

Do đó, thời gian đáp ứng của hệ thống cân tự động là:

Như vậy thời gian đáp ứng của hệ thống cân nhỏ hơn tổng thời gian cân (10s) nên hệ thống đảm bảo sự vận hành nguyên liệu liên tục

Theo [8], Với xylanh có đường kính piston 25mm của hãng SKF ta có biểu đồ tuổi thọ ứng với tải trọng như hình (4.12)

Tải trọng ma sát Fms là 111,27 N, một giá trị rất nhỏ so với tải trọng hiển thị trên biểu đồ Vì vậy, với xilanh của hãng STNC có kích thước tương đương, tuổi thọ ước lượng có thể đạt tới L = 1000.10^6 mm cho hành trình.

Hình 4 12 Biểu đồ tuổi thọ ứng với tải trọng của hãng SKF

Hành trình của xylanh là 20mm cho cả chu kỳ đóng mở, với chu kỳ cân là 10 giây Vì vậy, nếu xylanh hoạt động 8 giờ mỗi ngày, tuổi thọ của xylanh sẽ được tính toán dựa trên các thông số này.

Kết luận, xy lanh đảm bảo được tuổi thọ khi hoạt động đóng mở liên tục

4.5.2 C ả i ti ế n ph ầ n gi ả i pháp đ o độ mòn c ủ a tr ụ c cao su

Trục cao su cố định quay với vận tốc cao hơn trục cao su di động, dẫn đến việc trục cố định mòn nhanh hơn Để kiểm soát độ mòn của trục cao su, chúng ta chỉ cần đo khoảng cách giữa trục cố định và cảm biến, từ đó điều chỉnh các thông số liên quan.

Yêu cầu: Tìm cảm biến đo độ mòn của trục cao su cố định với độ chính xác đạt 0,05

Hình 4 13 Nguyên lý đo độ mòn trục cao su

B ả ng 4 4 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

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

Sử dụng cảm biến laser, đo khoảng cách của bề mặt trục cao su so với vị trí đặt cảm biến

0.016 mm Tốt (đòi hỏi lau chùi định kỳ)

Lắp đặt cơ cấu con lăn tiếp xúc với bề mặt của trục di động, kết hợp với cảm biến biến trở để đo góc và theo dõi sự dịch chuyển góc do tác động của cánh tay đòn con lăn.

Sai số lớn, tùy thuộc vào cánh tay đòn

Trung bình (chịu ảnh hưởng của sự rung khi hoạt động, làm mòn nhanh trục cao su, kết

Trục cao su di động

Cảm biến đo độ mòn

Trục cao su cố định

Phương án Mô tả phương án Độ chính xác Độ tin cậy cấu cơ khí cồng kềnh)

Lắp đặt cơ cấu con lăn tiếp xúc với bề mặt trục di động giúp đo đạc chính xác dịch chuyển thẳng Cảm biến biến trở tuyến tính sẽ ghi nhận sự thay đổi do con lăn gây ra, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Sai số lớn, tùy thuộc vào kết cấu cơ khí

Trung bình (chịu ảnh hưởng của sự rung trong quá trình hoạt động, làm mòn nhanh trục cao su, kết cấu cơ khí cồng kềnh)

Sử dụng cảm biến siêu âm dòng

SRFxx, đo độ mòn của của trục cao su

Sử dụng cảm biến điện trở tuyến tính để đo sự dịch chuyển của trục cố định, từ đó suy ra độ mòn của hai trục

Sai số phụ thuộc vào phương trình liên hệ

Thiết kế phần điều khiển

4.6.1 Xác đị nh các ch ứ c n ă ng và yêu c ầ u c ủ a h ệ th ố ng

Điều chỉnh năng suất máy ổn định được thực hiện nhờ vào các cảm biến thóc, load cell và hệ thống xylanh, giúp mở và đóng cửa cấp liệu của các phễu cân.

- Điều khiển tốc độ động cơ trục chính

- Điều chỉnh áp lực giữa hai trục cao su

- Hoạt động đảm bảo độ chính xác và tin cậy

Việc xác định các đối tượng điều khiển của máy bóc vỏ chính là những đối tượng ở hình

4.18 các đối tượng và yêu cầu điều khiển được liệt kê cụ thể ở bảng 4.5

B ả ng 4 5 Các đối tượng và yêu cầu điều khiển của máy bóc vỏ

STT Tên đối tượng điều khiển Yêu cầu điều khiển

1 Xylanh (2),(5),(13) Đóng mở theo quy trình vận hành

2 Loadcell (3) Nhận tín hiệu khối lượng phễu

3 Động cơ rung (7) Điều khiển tần số rung để thay đổi năng suất cấp liệu

4 Động cơ trục chính (10) Điều chỉnh tốc độ động cơ

5 Động cơ servo (12) Điều chỉnh vị trí máng rải liệu

6 Xy lanh Cảm biến biến trở tuyến tính (15) Đóng mở theo qui trình

Hình 4 18 Các thành phần của máy bóc vỏ

Dựa trên các mục tiêu điều khiển của máy bóc vỏ, các chuyên gia cơ điện tử và tự động hóa sẽ phát triển nội dung điều khiển theo yêu cầu được nêu trong phụ lục 1.

Tích hợp hệ thống và vận hành

- Bộ điều khiển đã được hoàn thiện và lắp đặt vào tủ điều khiển máy bóc vỏ như được trình bày trong (hình 4.19)

Hình 4 19 Tủ điều khiển máy bóc vỏ

- Chép chương trình vào PLC PLC S7-200

- Vận hành thử nghiệm và điều chỉnh

Chương này đã giải quyết được các công việc như sau:

• Thiết kế hệ thống cấp liệu tự động đảm bảo cung cấp và ổn định năng suất

• Nghiên cứu thiết kế cải tiến giải pháp đo độ mòn trục cao su

• Nghiên cứu thiết kế cải tiến giải pháp điều chỉnh vận tốc hai trục cao su

• Nghiên cứu thiết kế cải tiến giải pháp điều chỉnh tự động vị trí máng nghiêng

• Tự động hóa máy bóc vỏ để nâng cao chất lượng sản phẩm

Chương này trình bày thiết kế phần cơ khí và nêu rõ các yêu cầu cho hệ thống điều khiển, nhằm đảm bảo tính tương thích với những cải tiến của máy bóc vỏ, tạo nền tảng cho quá trình chế tạo và thử nghiệm trong chương 5.

CHẾ TẠO VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM MÁY BÓC VỎ LÚA

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	2,65 MB