ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:  THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG MÁY ÉP VIÊN MÙN CƯA 

 

LỜI NÓI ĐẦU

Để biến những nguyên, vật liệu được coi là phế thải trở thành sản phẩm có thể sử dụng được là một lĩnh vực đang được quan tâm hàng đầu không chỉ ở trong nước mà còn là vấn đề của toàn thế giới. Trong khi các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt, đặc biệt là trong lĩnh vực năng lượng  thì việc nghiên cứu để tìm ra những nguồn năng lượng mới là vô cùng cần thiết. Không chỉ có vậy, sử dụng các nguồn nhiên liệu sẵn có như than đá, dầu mỏ, khí đốt làm thải ra môi trường các loại khí độc hại và gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Với xu thế phát triển của xã hội hiện nay, vấn đề bảo vệ môi trường và hạn chế sử dụng các nguồn tài nguyên có hạn,  tiết kiệm chi phí sản xuất để tăng sức cạnh tranh của sản phẩm luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu của các doanh nghiệp sản xuất.

Và tình trạng môi trường đáng báo động là nguyên nhân khiến các nhà khoa học, các nhà môi trường tìm kiếm các loại nhiên liệu mới, có khả năng tái tạo để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Và viên nén gỗ được coi là một sự lựa chọn tối ưu để thay thế nhiên liệu hóa thạch ở trên. Viên nén gỗ là một loại nhiên liệu mới, có thể làm từ nhiều nguyên liệu thô – các phụ phẩm trong ngành công nghiệp chế biến gỗ, thay vì vứt bỏ những loại gỗ vụn,mùn cưa, dăm bào, gỗ thừa trong quá trình sản xuất, hay những loại cây gỗ, cành cây khô trong khu vườn nhà, thì việc biến chúng thành mùn cưa để ép thành viên nén sẽ mang lại cho bản thân những giá trị không lồ. Viên nén gỗ được làm từ mùn cưa gọi là viên nén gỗ mùn cưa hoặc viên nén mùn cưa. Giá thành của viên nén vô cùng rẻ và cho năng suất sử dụng cao. Sử dụng viên nén mùn cưa đem lại nhiều lợi ích to lớn không chỉ cho các doanh nghiệp mà còn giảm bớt ô nhiễm môi trường, giảm lượng rác thải ra môi trường (vỏ trấu, gỗ vụn, mùn cưa ) một cách triệt để.

Chiếc máy ép mùn cưa giúp giải quyết được vấn đề rác thải là các phụ phẩm từ công nghiệp, nông nghiệp như vỏ trấu, mùn cưa các xưởng gỗ…. qua đó cũng giải quyết được vấn đề việc làm cho người dân trong vùng. Việt Nam là một nước có ngành chế biến gỗ từ các làng nghề phát triển từ lâu đời với nhiều sản phẩm đa dạng. Các làng nghề này sử dụng một lượng gỗ nguyên liệu tương đối lớn để sản xuất các mặt hàng phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Song song với việc sử dụng khối lượng lớn nguyên liệu gỗ thì các làng nghề cũng thải ra lượng phụ phẩm đáng kể. Tận dụng nguồn phụ phẩm này làm một loại chất đốt mới là một sự đột phá trong công nghệ cũng như đem lại những hiệu quả không ngờ cho người sản xuất. Với những phân tích như vậy, nhóm chúng em quyết định thực hiện đồ án về loại máy này.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Biến những vật liệu được coi là phế thải trở thành công cụ có thể sử dụng được là một lĩnh vực đang được quan tâm hàng đầu không chỉ ở trong nước mà còn là vấn đề của toàn thế giới. Trong khi các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt, đặc biệt là trong lĩnh vực năng lượng  thì việc nghiên cứu để tìm ra những nguồn năng lượng mới là vô cùng cần thiết. Không chỉ có vậy, sử dụng các nguồn nhiên liệu sẵn có như than đá, dầu mỏ, khí đốt làm thải ra môi trường các loại khí độc hại và gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Do đó chúng em chọn đồ án “ Thiết kế và gia công máy ép viên mùn cưa ” để tận dụng nhiều nguyên liệu thô – các phụ phẩm trong ngành công nghiệp chế biến gỗ, thay vì vứt bỏ những loại gỗ vụn, gỗ thừa trong quá trình sản xuất, hay những loại cây gỗ, cành cây khô trong khu vườn nhà, thì việc biến chúng thành mùn cưa để ép thành viên nén làm chất đốt sẽ mang lại cho bản thân những giá trị không lồ. Và còn để vệ môi trường và hạn chế sử dụng các nguồn tài nguyên có hạn,  tiết kiệm chi phí sản xuất. Trải qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế chúng em đã hoàn thiện mô hình “ Máy ép viên mùn cưa ”. Mô hình hoàn thiện tuy nhiên còn nhiều thiếu sót, mong được sự góp ý của quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ đồ án.

MỤC LỤC

LỜI CAM KẾT.. i

LỜI CẢM ƠN.. iv

LỜI NÓI ĐẦU.. v

TÓM TẮT ĐỒ ÁN.. vi

MỤC LỤC.. vii

DANH SÁCH SÁC HÌNH.. x

DANH SÁCH CÁC BẢNG.. xiii

Chương 1. GIỚI THIỆU.. 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài2

1.3 Mục tiêu đề tài2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 3

1.4.2 Sản phẩm đề tài nghiên cứu. 4

1.4.3 Phạm vi nghiên cứu. 6

1.5 Phương pháp nghiên cứu. 7

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp. 7

Chương 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI. 8

2.1 Giới thiệu. 8

2.1.1 Mùn cưa là gì?. 8

2.1.2 Thành phần của mùn cưa. 9

2.1.3 Thành phần công nghệ của mùn cưa. 10

2.1.4 Mùn cưa trong đời sống thực tế. 12

2.2 Đặc tính của máy. 17

2.2.1 Ưu điểm.. 17

2.2.2 Nhược điểm.. 17

2.3 Sơ đồ hệ thống máy. 18

Chương 3. XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 19

3.1 Sự kết dính trong viên ép. 19

3.2 Mục đích và yêu cầu kỹ thuật của máy ép. 20

3.2.1 Mục đích của quá trình ép. 20

3.2.2 Yêu cầu kỹ thuật20

3.3 Các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm.. 20

3.4 Phương án thiết kế. 21

Chương 4. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 22

4.1 Xây dựng phương án thiết kế. 22

4.1.1 Phương án 1: Máy ép sử dụng trục vít tải có bước vít thay đổi và khuôn ép tạo viên. 22

4.1.2 Phương án 2: Máy ép sử dụng trục cán có khuôn phẳng. 23

4.1.3 Phương án 3: Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn trụ. 25

4.2 Lựa chọn phương án thiết kế. 26

4.3 Kế hoạch thực hiện. 26

Chương 5. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC.. 27

5.1 Tính toán chọn động cơ phân phối tỉ số truyền. 27

5.1.1 Tính toán động cơ. 27

5.1.1 Sơ đồ máy nén. 32

5.1.2 Phân phối tỉ số truyền. 33

5.1.3 Công suất động cơ trên trục. 33

5.1.4 Tốc độ quay trên trục. 33

5.1.5 Mômen xoắn trên trục. 33

5.2 Tính toán thiết kế bộ phận của máy nén. 34

5.2.1 Tính toán thiết kế khuôn ép. 34

5.3 Tính toán thiết kế trục ép – con lăn. 37

5.3.1 Tính toán sơ bộ của con lăn. 37

5.3.2 Tính chính xác con lăn và trục con lăn. 38

5.4 Tính toán thiết kế bộ truyền. 39

5.4.1 2Thiết kế bộ truyền đai thang. 39

5.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN.. 41

5.5.1 Công dụng. 41

5.5.2 Cấu tạo. 41

5.5.3 Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực. 41

5.5.4 Nguyên lý hoạt động. 44

5.5.5 Động cơ điện. 45

5.6 Tính toán thiết kế trục. 47

5.6.1 Chon vật liệu làm trục. 47

5.6.2 Tính sơ bộ đường kính các trục. 47

5.6.3 Tính gần đúng. 47

5.6.4 Tính phản lực liên kết tại các gối đỡ. 48

5.6.5 Chọn ổ lăn. 50

5.7 Bản vẽ chi tiết máy và cụm cơ cấu. 52

5.7.1 Hệ thống máy ép viên nén mùn cưa hoàn chỉnh. 95

Chương 6. CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ.. 97

6.1.1 Chế tạo thử nghiệm.. 97

6.1.2 Những khuyết điểm của máy hiện còn tồn tại99

6.1.3 Vận hành máy. 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 102

BẢNG CHI TIẾT VẬT TƯ - THIẾT BỊ. 104

DANH SÁCH SÁC HÌNH

Hình 1. 1: Trấu ép viên.5

Hình 1. 2: Cùi ngô ép viên.5

Hình 1. 3: Mùn cưa ép viên. 6

Hình 1. 4: Bã sắn ép viên.6

Hình 1. 5: Lá thông, gỗ thông, cành cây, cây tùng ép viên.6

Hình 2. 1:Chu trình chuyển hóa sinh khối.8

Hình 2. 2: Một số mẫu mùn cưa.9

Hình 2. 3: Một số hình ảnh về mùn cưa, viên nén và tro mùn cưa.11

Hình 2. 4: Hình ảnh giá trị viên nén.12

Hình 2. 5: Hình ảnh các loại năng lượng.12

Hình 2. 6: Hình ảnh dùng tro viên nén để bón cây.14

Hình 2. 7: Viên nén dùng trong nấu ăn.15

Hình 2. 8: Viên nén dùng trong chăn nuôi.16

Hình 2. 9: Hình ảnh sơ đồ hệ thống máy.18

Hình 4. 1: Sơ đồ nguyên lý phương án trục vít.22

Hình 4. 2: Sơ đồ nguyên lý phương án khuôn phẳng.23

Hình 4. 3: Nguyên lý truyền động khuôn ép phẳng.24

Hình 4. 4: Sơ đồ nguyên lý máy ép viên khối trụ.25

Hình 5. 1: Ảnh con lăn và khuôn ép.27

Hình 5. 2: Sơ đồ làm việc của khuôn ép.28

Hình 5. 3: Sơ đồ máy nén viên.32

Hình 5. 4: Khuôn ép.34

Hình 5. 5: Con lăn.37

Hình 5. 6: Mạch động lực.42

Hình 5. 7: Mạch điều khiển.43

Hình 5. 8: Hình ảnh mạch điện.44

Hình 5. 9: Động cơ điện.46

Hình 5. 10: Cụm cơ cấu nghiền.52

Hình 5. 11: Cụm cơ cấu nén.53

Hình 5. 12: Cụm cơ cấu truyền động.54

Hình 5. 13: Sơ đồ nguyên lý.55

Hình 5. 14: Mạch điện.56

Hình 5. 15: Bản vẽ lắp.57

Hình 5. 16: Bản vẽ lắp khung máy.58

Hình 5. 17: Bản vẽ trục chính.59

Hình 5. 18: Bản vẽ khuôn ép.60

Hình 5. 19: Bản vẽ con lăn.62

Hình 5. 20: Bản vẽ mâm nghiền.63

Hình 5. 21: Bản vẽ trục con lăn.65

Hình 5. 22: Bản vẽ trục nghiền.66

Hình 5. 23: Bản vẽ gối đỡ 1.67

Hình 5. 24: Bản vẽ gối đỡ 2.68

Hình 5. 25: Bản vẽ vòng lót trục.69

Hình 5. 26: Bản vẽ vòng đệm chữ C₁.70

Hình 5. 27: Bản vẽ vòng đệm chữ C₂.71

Hình 5. 28: Bản vẽ trục trên.72

Hình 5. 29: Bản vẽ thanh gạt.73

Hình 5. 30: Bản vẽ thanh xới phôi.74

Hình 5. 31: Bản vẽ nắp chụp con lăn.75

Hình 5. 32: Bản vẽ pully nhỏ.76

Hình 5. 33: Bản vẽ pully lớn.77

Hình 5. 34: Bản vẽ nón chắn.78

Hình 5. 35: Bản vẽ gối đỡ 3.79

Hình 5. 36: Bản vẽ dao 2.80

Hình 5. 37: Bản vẽ dao 1.81

Hình 5. 38: Bản vẽ tấm lót bánh xe.82

Hình 5. 39: Bản vẽ cản phôi.83

Hình 5. 40: Bản vẽ máng hứng sản phẩm.84

Hình 5. 41: Bản vẽ tấm đỡ 1.85

Hình 5. 42: Bản vẽ tấm đỡ 2.86

Hình 5. 43: Bản vẽ nắp vỏ cấp nguyên liệu.87

Hình 5. 44: Bản vẽ vỏ chứa nguyên liệu 2.88

Hình 5. 45: Bản vẽ vỏ chứa nguyên liệu 1.89

Hình 5. 46: Bản vẽ vòng chắn.90

Hình 5. 47: Bản vẽ vỏ chắn pully.91

Hình 5. 48: Bản vẽ tấm đỡ động cơ.92

Hình 5. 49: Bản vẽ khung máy.93

Hình 5. 50: Bản vẽ vỏ bọc khuôn ép.94

Hình 5. 51: Hình ảnh máy hoàn chỉnh.95

Hình 5. 52: Hình ảnh máy hoàn chỉnh.96

 

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1. 1: Thành phần các nguyên tố hóa học (%).3

Bảng 1. 2: Độ ẩm của các loại nguyên liệu (gỗ, vỏ trấu, dăm bào,…).3

Bảng 1. 3: Củi mùn cưa thanh.4

Bảng 1. 4: Củi mùn cưa viên.5

Bảng 2. 1: Hàm lượng tro trong một số loại chất đốt.10

Bảng 3. 1: Bảng thông số độ ẩm.19

Bảng 4. 1: Bảng kế hoạch thực hiện. 26

Bảng 5. 1: Bảng thông số động cơ. 31

Bảng 5. 2: Bảng thông số kỹ thuật33

Bảng 5. 3: Các thông số kỹ thuật bánh đai41

Bảng 5. 4: Bảng ký hiệu điện. 43

 

Chương 1.   GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Năng lượng là một phần không thể thiếu được trong cuộc sống .Tất cả mọi hoạt động đều cần phải sử dụng đến năng lượng, từ sinh hoạt hàng ngày đến giao thông đi lại, sản xuất hàng hóa,… Hiện nay, nguồn năng lượng đang được sử dụng chủ yếu đó là năng lượng hóa thạch, như than đá, dầu mỏ, khí đốt,… Chúng đã được con người tìm ra và sử dụng từ rất lâu. Những nguồn năng lượng này đã góp phần rất lớn vào sự phát triển của xã hội, nâng cao chất lượng cuộc sống của con người.

Một trong những lĩnh vực sử dụng nhiều năng lượng hóa thạch nhất, đó chính là trong dân dụng sinh hoạt. Chúng được dùng chủ yếu làm nhiên liệu đun nấu thức ăn. Ưu điểm của loại nhiên liệu này là giá rất rẻ, có thể mua được tại rất nhiều các nguồn cung cấp khác nhau.

Tuy nhiên, do khai thác và sử dụng quá mức, những nguồn năng lượng này đang dần cạn kiệt. Theo dự báo của các nhà khoa học, với tốc độ khai thác và sử dụng hiện tại, lượng dầu mỏ trên thế giới sẽ chỉ đủ dùng trong khoảng từ 32 đến 42 năm tới, lượng than đá khai thác hiện tại cũng chỉ đáp ứng được 60% nhu cầu và đang tiếp tục giảm.

Việc khai thác năng lượng hóa thạch cũng gây hủy hoại môi trường tự nhiên, phá hủy hệ sinh thái. Hơn nữa, trong quá trình sử dụng, chúng tạo ra rất nhiều khí độc hại như CO, CO2, SO2,…Chúng gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của người sử dụng, gây ra các căn bệnh liên quan đến đường hô hấp, ung thư,…Đây cũng chính là các tác nhân trực tiếp gây ra hiệu ứng nhà kính khiến trái đất nóng lên, kéo theo đó là hàng loạt những thảm họa tự nhiên như thiên tai, bão lũ,...

Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng lớn nhất của biến đổi khí hậu. Trước thực trạng này, chúng ta cần phải tìm ra những nguồn năng lượng thay thế mới, ít tạo ra khí thải độc hại. Đó là một trong những biện pháp thiết yếu để giảm thiểu những tác động tiêu cực của tình trạng trái đất nóng lên.

Những nguồn năng lượng thay thế được sử dụng nhiều nhất hiện nay đó là năng lượng mặt trời, năng lượng gió,...Tuy nhiên để có thể sử dụng được những loại năng lượng này thì cần phải có một chi phí đầu tư rất lớn cùng một đội ngũ nhân lực có trình độ cao để quản lý, vận hành và không phải khu vực nào cũng có thể sử dụng được. Với điều kiện của nước ta hiện nay, đây không phải là lựa chọn hàng đầu.

Việt Nam là một nước có ngành chế biến gỗ từ các làng nghề phát triển từ lâu đời với nhiều sản phẩm đa dạng. Các làng nghề này sử dụng một lượng gỗ nguyên liệu tương đối lớn để sản xuất các mặt hàng phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Song song với việc sử dụng khối lượng lớn nguyên liệu gỗ thì các làng nghề, các công ty xí nghiệp gỗ cũng thải ra lượng phụ phẩm đáng kể. Hiện nay, do thói quen sử dụng, trình độ kỹ thuật lạc hậu,…. nên chúng ta chỉ sử dụng được một lượng rất nhỏ nguyên liệu gỗ để tạo ra sản phẩm gỗ nói chung.

Hơn nữa hiện nay, do mức sống của người dân ngày càng được tăng lên, một số vùng, người dân không còn thu gom các phụ phẩm nông nghiệp này làm chất đốt sinh hoạt nữa mà thường đốt bỏ ngay tại ruộng. Điều này ảnh hưởng rất lớn tới môi trường sống và gây ra một sự lãng phí rất lớn.

Chìa khóa để giải quyết thực trạng đó là sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp chế biến thành nhiên liệu sinh khối. Chúng sẽ được trải qua quá trình biến đổi lý hóa giúp làm tăng nhiệt lượng, giảm thiểu các thành phần gây ô nhiễm, đồng thời giúp cho việc vận chuyển, bảo quản trở nên dễ dàng hơn. Hiện nay, có rất nhiều doanh nghiệp đã sản xuất được các sản phẩm này.

Tuy nhiên, vì đây là một sản phẩm mới nên người dân vẫn chưa biết đến nhiều. Hơn nữa, họ cũng đã quen thuộc với việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu,…Do đó, việc thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch bằng nhiên liệu sinh khối sẽ gặp rất nhiều khó khăn và thách thức.

Dựa vào những cơ sở trên cùng các kiến thức đã học được từ ngành cơ khí chế tạo,em đã quyết định thực hiện đề tài máy :” Máy ép viên mùn cưa”.

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hiện nay, nguồn phế thải gỗ là rất lớn để tránh tình trạng làm ô nhiễm môi trường và có thể tái tạo lại được các phụ phẩm từ gỗ. Với “ Máy ép viên mùn cưa ” sản phẩm của nó sẽ đem lại nhiều lợi ích to lớn không chỉ cho các doanh nghiệp, còn có thể giải quyết được nguồn phụ phẩm thải từ gỗ, ngoài ra với giá thành rẻ phù hợp với mọi người sử dụng mà còn giảm bớt ô nhiễm môi trường, giảm lượng rác thải ra môi trường, giảm diện tích chỗ chứa ( vỏ trấu, gỗ vụn , mùn cưa ) một cách triệt để.

1.3 Mục tiêu đề tài

-        Tìm hiểu về các mô hình đang có trong nước và ngoài nước.

-        Tìm hiểu nghiên cứu điều kiện tối ưu để thực hiện chế tạo viên nén mùn cưa ra từ mùn cưa.

-        Thiết kế và thi công mô hình.

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1. Đối tượng nghiên cứu

Mùn cưa được tạo ra từ việc cắt gọt, mài cạnh,… dễ bắt lửa và cháy hơn so với các thanh gỗ còn nguyên. Ngoài ra, mùn cưa có thể bay lơ lửng bám mọi nơi và chỉ cần có nguồn lửa là có thể bắt ngay lập tức. Các nguồn gây ra tia lửa trong xưởng gỗ có thể được tạo ra bằng nhiều cách như mài kim loại bằng máy mài, dây điện bị hở, tia lửa từ các máy móc hay việc hút thuốc lá.

Mùn cưa viên có thể xem là nguồn năng lượng mới có thể thay thế cho than đá, nếu sử dụng trong lĩnh vực sản xuất nhiệt điện, lượng nhiệt sinh ra đủ lớn cho mục đích phát điện liên tục và có thành phần cháy như sử dụng năng lượng truyền thống. Chất hữu cơ chủ yếu xenlulozơ, lignin và hemixenlulozơ chiếm đến 90%, ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ chiếm 10%. Hemixenlulozơ chiếm 15-25%, Lignin chiếm khoảng 15-30% và xenlulozơ chiếm khoảng 40-50%.

Bảng 1. 1: Thành phần các nguyên tố hóa học (%).

Nguyên tố hóa học	Gỗ	Rơm	Vỏ trấu
Cacbon (C)	50	37.7	38.7
Hydro (H)	6.5	5	5
Oxy (O)	43	37.5	36
Nitơ (N)	0.5	0.6	0.5
Lưu huỳnh (S)	-	-	0.1

 

Bảng 1. 2: Độ ẩm của các loại nguyên liệu (gỗ, vỏ trấu, dăm bào,…).

Độ ẩm tương đối ( % )	Độ ẩm cân bằng ( % )
	Gỗ	Rơm	Vỏ trấu
10	3.5	-	3.7
20	5	-	5.4
30	6	-	6.8
40	7.5	-	7.9 – 8.1
50	9	5.5	9.1 – 9.5
60	10	6.3	10.1 – 10.8
70	12	9.5	10.8 – 11.8
80	14.5	12.5	11.6 – 12.9
90	18	21	14 – 15.3

 

1.4.2 Sản phẩm đề tài nghiên cứu

1. Các dạng sản phẩm và thông số kỹ thuật sản phẩm

Có hai dạng có thể sản xuất sản phẩm dạng củi thanh hoặc củi viên. Với thành phần nguyên liệu từ mùn cưa được sản xuất bằng cách ép lấy vít xoắn để tạo thành củi hình trụ đường kính từ 85-90 mm, có thể dài 20-40 cm.

Bảng 1. 3: Củi mùn cưa thanh.

Thông số kỹ thuật: ­      Đường kính: 85 - 90 mm ­      Chiều dài: 20 - 40 mm ­      Độ ẩm: tối đa 8% ­      Nhiệt lượng: 4.300 – 4.600 kcal/kg ­      Hàm lượng tro: max 2%

 Viên mùn cưa được sản xuất 100% từ mùn cưa hoặc có thể thêm chất kết dính, sau khi trộn đều và được chuyển đến máy nén với áp suất cao. Mùn cưa được ép thành viên. Sau khi làm nguội và sàng loại các viên không đạt tiêu chuẩn. Các viên đạt độ nén và kích thước được đóng gói đưa vào sử dụng.

Bảng 1. 4: Củi mùn cưa viên.

Thông số kỹ thuật: ­      Đường kính : 6-8 mm ­      Chiều dài viên nén : 40 mm max ­      Độ ẩm toàn phần : 10.8% ­      Độ ẩm  : < 8% max ­      Nhiệt lượng: 4200÷4800 kcal/kg ­      Độ tro : 2.0% max ­      Hàm lượng lưu huỳnh : 0.1% (m/m) ­      Hàm lượng Nitơ : 0.28% (m/m)

 Một số hình ảnh sản phẩm về viên nén các loại:

Hình 1. 1: Trấu nén viên.

Hình 1. 2: Cùi ngô nén viên.

 

Hình 1. 3: Mùn cưa nén viên

Hình 1. 4: Bã sắn nén viên.

          

Hình 1. 5: Lá thông, gỗ thông, cành cây, cây tùng ép viên.

1.4.3 Phạm vi nghiên cứu

Do hạn chế thời gian nghiên cứu, chúng em đã quyết định khảo sát và nghiên cứu các video trên mạng về các loại máy nén viên, các tài liệu tham khảo trên mạng, các tài liệu của các trang công ty về sản xuất viên nén mùn cưa.

 

1.5 Phương pháp nghiên cứu

vPhương pháp phân tích số liệu:

-      Phương pháp phân tích tĩnh: Xác định những ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh khối so với các loại nhiên liệu khác.

-      Phương pháp phân tích giá thành: Xác định giá thành và giá trị khi sử dụng viên nén mùn cưa.

vPhương pháp thu thập tài liệu:

-      Phương pháp chọn lọc và nghiên cứu: Xác định chọn lọc, lựa chọn và nghiên cứu về mùn cưa, tiêu chí để đạt được viên nén tốt, kích thước viên nén, và nhu cầu sử dụng của mọi người

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

• Giới thiệu.
• Tổng quan nghiên cứu đề tài.
• Xây dựng nguyên lý và phương án thiết kế.
• Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế.
• Thiết kế động học, động lực học.
• Chế tạo thử nghiệm và đánh giá.

Chương 2.    TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

2.1 Giới thiệu

2.1.1 Mùn cưa là gì?

Mùn cưa là một dạng nhiên liệu “Biomass” , một loại sản phẩm phụ của quá trình cắt, mài, khoan gỗ, hoặc sản phẩm xay ra từ thân, cành cây trong quá trình khai thác gỗ, nó bao gồm các hạt mịn của gỗ. Thành phần chính của mùn cưa là cacbon, chiếm khoảng 50% tùy theo từng loại gỗ. Mùn cưa có kích cở từ 0,5 – 4 mm.

“Biomass là nhiên liệu sinh khối”

o  Sinh khối chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng từ mặt trời được tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp. Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp,…), phế phẩm lâm nghiệp ( lá khô, vụn gỗ, mùn cưa,…), giấy vụn, mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ các loại chăn nuôi gia súc và gia cầm.

o   Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí… được đốt để phóng thích năng lượng. Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ và một số phế phẩm thải ra trong quá trình khai thác gỗ như mùn cưa, thân, cành cây, nó cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới. Ít nhất một nữa dân số thế giới dựa trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Con người đã sử dụng chúng để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm. Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển.

o   Sinh khối cũng có thể chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như mêtanol, êtanol dùng trong các động cơ đốt trong; hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình.

Hình 2. 1:Chu trình chuyển hóa sinh khối.

 

Hình 2. 2: Một số mẫu mùn cưa.

2.1.2 Thành phần của mùn cưa

1. Thành phần hóa học của mùn cưa

Trong mùn cưa, các nguyên tố cấu thành bao gồm các thành phần sau:

-        Cacbon: Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu rắn, nhiệt lượng phát ra khi cháy của 1kg Cacbon gọi là nhiệt trị của Cacbon, khoảng 34.150 kj/kg.

-        Hydro: Hydro là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu rắn, khi cháy tỏa ra nhiệt lượng 144.500kj/kg.

-        Oxy và Nitơ: Oxy và Nitơ là những chất trơ trong nhiên liệu rắn và lỏng. Sự có mặt của Oxy và Nitơ làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu làm cho nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuống

-        Tro, Xỉ (A): Là thành phần còn lại sau khi nhiên liệu được cháy kiệt. Đối với mùn cưa thì tro, xỉ rất ít.

-        Độ ẩm (M): Là thành phần nước có trong nhiên liệu thường được bốc hơi vào giai đoạn đầu của quá trình cháy.

Như vậy, về thành phần hóa học của nhiên liệu thì ta có các thành phần có thể được thể hiện bằng thành phần phần trăm

C + H + O + N + A + M = 100%

2.1.3 Thành phần công nghệ của mùn cưa

1. Độ ẩm của mùn cưa “M”

-        Độ ẩm của mùn cưa là hàm lượng nước chứa trong mùn cưa

1. Độ tro trong mùn cưa “A”

-        Các vật chất ở dạng khoáng chất trong mùn cưa khi cháy biến thành tro. Một trong những đặc tính quan trong làm ảnh hưởng đến điều kiện cháy là độ nóng chảy của tro.

 

Bảng 2. 1: Hàm lượng tro trong một số loại chất đốt.

Tính chất	Gỗ	Rơm	Vỏ trấu
Chất dễ bay hơi	85	69.7	64.7
Cacbon	13	11.1	15.7
tro	2	19.2	19.6

Hình 2. 3: Một số hình ảnh về mùn cưa, viên nén và tro mùn cưa.

2.1.4 Mùn cưa trong đời sống thực tế

Ưu điểm của củi mùn của so với các loại nhiên liệu khác.

1. Tiết kiệm hơn

Hình 2. 4: Hình ảnh giá trị viên nén.

Hình 2. 5: Hình ảnh các loại năng lượng.

Viên nén mùn cưa dễ cháy, khi đốt sinh nhiệt tốt, nhiệt lượng khoảng 4200÷4800 kcal/kg, do độ ẩm thấp < 10% - nên nó không cần nhiều năng lượng để đốt cháy, hơn nữa thành phần chất xơ chiếm 75%, điều này làm cho viên ép dễ cháy. Khi cháy ít khói, có mùi dễ chịu, duy trì sự cháy lâu, hiệu quả đốt cháy cao và phù hợp để đốt cháy hoàn toàn.

 

So với chi phí đốt lò hơi để vận hành máy móc bằng những nhiên liệu truyền thống như: than đá, dầu mỏ, gas, điện,… thì khi đốt bằng viên nén thì chi phí khá thấp đạt từ 20-30% so với than đá, 30-60% so với dầu và chỉ bằng khoảng 30-50% so với điện và khí gas nên trong quá trình sử dụng chúng ta có thể tiết kiệm được 1/2 đến 1/3 chi phí sử dụng do giá thành viên nén chỉ khoảng 1.800đ/Kg.

1. Hạn chế ô nhiễm môi trường

Là nguồn nguyên liệu tái sinh, sạch, không gây ô nhiễm không khí, môi trường

ü  Viên nén có thành phần chủ yếu từ mùn cưa, gỗ không dùng các loại chất phụ gia nên khi cháy sẽ không tạo ra các loại khí gây ô nhiễm môi trường và ảnh hướng đến sức khỏe người sử dụng.

ü  Việc sử dụng chúng là bảo vệ môi trường và chống lại việc khí hậu đang nóng dần lên, giúp bầu không khí trong lành hơn, hạn chế được các bệnh về đường hô hấp.

1. Tận dụng phần tro làm phân bón sạch

ü  Tro của viên nén có thể được sử dụng làm phân bón sạch dùng cho việc sản xuất nông nghiệp hay chăm sóc cây cảnh đều rất tốt.

ü  Viên nén gỗ có thể được sử dụng để thêm chất dinh dưỡng tự nhiên, giảm độ chua của đất. Ngoài ra, chỉ cần rải vài viên nén gỗ làm từ tro xung quanh cây để tạo một rào cản chống ốc sên bò lên cây.

Hình 2. 6: Hình ảnh dùng tro viên nén để bón cây.

 

1. Sử dụng đơn giản, vệ sinh dễ dàng, tiện lợi.

ü  Với kích thước nén chặt đồng đều, những viên nén gỗ không gây bụi bẩn khi sử dụng như các loại than trên thị trường, hàm lượng tro sinh ra ít và không tạo ra nhiều khói nên việc sử dụng chúng cho các lò sưởi trong nhà cũng trở nên phù hợp hơn

ü  Độ ẩm thấp trong viên nén  cũng làm cho việc sử dụng nó trong bếp và các thiết bị sưởi ấm luôn sạch sẽ.

ü  Viên nén cũng có thể được dùng trong công việc chế biến thức ăn trong công nghệp vừa tiện lợi an toàn lại tiết kiệm, và cũng có thể dùng viên nén mùn cưa trong sản xuất rượu.

Hình 2. 7: Viên nén dùng trong nấu ăn.

1. Cho hiệu quả cao và triệt để khi đốt cháy

ü  Viên nén khi cháy nhiệt lượng đạt khoảng 4200÷4800 kcal/kg, do độ ẩm thấp < 10% - nên nó không cần nhiều năng lượng để đốt cháy, ngoài ra khi cháy viên nén tạo ra ít tro như vậy chúng ta sẽ bớt được những chi phí xử lý chất thải sau quá trình sử dụng. Viên nén mùn cưa có quá trình cháy lâu, ổn định giúp tạo ra một lượng nhiệt ổn định mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người sử dụng.

1. Dễ vận chuyển và lưu trữ

ü     Thể tích của viên nén 1000-1300kg/, với kích thước nhỏ viên nén có thể dễ dàng được vận chuyển và lưu trữ. Sau khi được nén thành viên nó rất chắc chắn và có thể xếp chồng đổ đống lên nhau.

1. Tăng tuổi thọ lò hơi, các thiết bị đốt:

ü  Trong quá trình sử dụng viên nén mùn cưa, gỗ sinh ra ít khói giúp tuổi thọ của các loại bếp lò sẽ cao hơn, lợi ích tiêu dùng cũng được tăng lên.

ü  Khói mà viên nén này sinh ra cũng không gây độc hại như các chất đốt khác, khi cháy tạo ra ít tro như vậy chúng ta sẽ bớt được những chi phí để xử lý chất thải sau quá trình sử dụng, cũng không làm ảnh hưởng đến các công cụ khác.

1. Ngoài ra viên nén mùn cưa còn có một số công dụng khác như:

ü  Lót chuồng trại, trang trại (gà, ngựa, bò, dê…)

Hình 2. 8: Viên nén dùng trong chăn nuôi.

 

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

o   Giặt là trong xưởng may.

o   Nhà máy bánh kẹo, nhà máy giấy, dệt nhuộm…

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

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

o   Hệ thống xông hơi, mátxa.

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

2.2 Đặc tính của máy

2.2.1 Ưu điểm

Viên nén là một nguồn nhiên liệu sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày, do nó cung cấp lượng nhiệt lớn.

Sử dụng viên nén mang lại hiệu quả cao hơn hẳn so với sử dụng các nhiên liệu khác. Do vậy, máy nén viên ngày càng được sử dụng rộng rãi để sản xuất ra sản phẩm nhiên liệu phục vụ cho đời sống hàng ngày của mọi người.

Viên nén và máy ép viên nén là một mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi ích và giá trị kinh tế to lớn.

Sử dụng máy nén viên trong công nghiệp để tạo ra viên nén làm giảm tác động đến môi trường, giảm thiểu rác thải, hạn chế ô nhiễm môi trường.

Tạo ra sản phẩm thân thiện, gần gũi với đời sống con người.

Là người năng lượng rẽ và dễ tìm, ít gây độc hại cho người sử dụng.

Thay thế phụ tùng của máy nhanh chóng và vận hành máy đơn giản.

Chi phí vận hành thấp, nguyên liệu đầu vào dễ tìm kiếm, rẻ.

2.2.2 Nhược điểm

Bên cạnh vô số ưu điểm của viên nén và máy ép viên nén, thì cũng còn tồn tại những nhược điểm không mong muốn:

Quá trình chế tạo cũng tương đối phức tạp do phải kết hợp các bộ phận lại với nhau một cách chính xác, nếu sai lệch thì có thể không tạo ra được sản phẩm.

Trong quá trình máy làm việc, mâm ép và con lăn do nén ép mùn cưa và tiếp xúc với nhau nên nhanh bị mòn, do đó làm giảm hiệu quả kinh tế.

Nguyên liệu đầu vào phải đáp ứng đủ yêu cầu  đó là độ ẩm. Nếu bị ướt hoặc ẩm ( độ ẩm tối thiểu là 20(30%) hoặc <15%) thì phải đem đi sấy sơ bộ nên sẽ tốn thêm một phần chi phí vào đó.

 

Hình 2. 9: Hình ảnh sơ đồ hệ thống máy.

+ Chọn lựa nguyên liệu: mùn cưa sau khi nghiền ra thường có độ ẩm <15%.

+Gia nhiệt:  Tùy vào phương pháp ép mà có hoặc không có gia nhiệt. Mục đích của gia nhiệt là giải phóng lignin có sẵn trong mùn cưa hoặc làm tăng tính kết dính của mùn cưa lại với nhau.

+ Cắt : Là quá trình cắt, tách rời sản phẩm thành từng đoạn theo yêu cầu.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chương 3.   XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.1 Sự kết dính trong viên ép

Quá trình sản xuất viên mùn cưa không cần hóa chất bên ngoài hoặc các chất phụ gia. Đây là do ở trong gỗ có một chất tự nhiên gọi là lignin mà là như một chất kết dính. Hơn nữa, viên mùn cưa được sản xuất từ mùn cưa sạch và tinh khiết và chip gỗ đảm bảo không có bụi đất và làm cho nó rất sạch.

Là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật. Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 15% đến 30% thành phần của gỗ. Lignin không phải là carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật.

Từ kết quả thí nghiệm trường đại học khoa học nông nghiệp của Thụy Điển có kết quả như bảng dưới: Theo bảng 4[12, trang 31].

Bảng 3. 1: Bảng thông số độ ẩm.

Với thông số kỹ thuật ta lựa chọn cho viên ép có độ ẩm 8%, khối lượng riêng 1,1 g/ từ bảng ta tra được áp suất ép cần thiết để lignin có thể kết dính lại với nhau ở áp suất ép 350 Mpa.

3.2 Mục đích và yêu cầu kỹ thuật của máy ép

3.2.1 Mục đích của quá trình ép

Ép tạo hình sản phẩm là quá trình tác động lực cơ học vào vật liệu để liên kết các phần tử vật thể ở dạng rời rạc thành những sản phẩm đạt yêu cầu về hình dạng, kích thước, khối lượng và sức bền theo yêu cầu để có thể bảo quản hoặc vận chuyển nó đến nơi tiêu thụ.

Đối với một số loại sản phẩm việc ép tạo hình là cần thiết như mùn cưa, ép trấu, ép đậu phụ, bơ, bánh qui, mì sợi, ép viên thức ăn cho vật nuôi… Khi sản phẩm có hình dạng thích hợp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho những quá trình  tiếp theo như phơi sấy, nướng hoặc bao gói, vận chuyển và bảo quản. Đặc biệt khi sản phẩm có hình dáng đẹp, kích thước và khối lượng phù hợp với khả năng tiêu thụ sẽ thu hút, kích thích sức mua của người tiêu dùng.

3.2.2 Yêu cầu kỹ thuật

Máy phải đảm bảo các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng như năng suất, hiệu quả cao, đảm bảo độ tin cậy cao, khả năng làm việc tốt, an toàn trong sử dụng cũng như dễ vận hành, đảm bảo tính công nghệ và kinh tế.

Sản phẩm phải đảm bảo được các tiêu chuẩn về kích thước, khối lượng, độ chặt, độ bền đồng thời phải tạo ra hình dáng đẹp, mới lạ nhằm kích thích nhu cầu và thị hiếu của người dùng.

3.3 Các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm

Việc tạo hình sản phẩm có thể tiến hành thủ công với những công cụ đơn giản. Trong công nghiệp, việc tạo hình cho sản phẩm thường được cơ khí hóa và tự động hóa. Dựa trên yêu cầu về thành phẩm và trạng thái vật lý của nguyên liệu người ta có thể chọn một trong các nguyên tắc tạo hình sau đây:

+      Nguyên tắc nén ép: Dùng áp lực để nén ép nguyên liệu thành hình dạng nhất định hoặc thành băng dải rồi cắt viên.

+      Nguyên tắc dập khuôn: Dùng khuôn có hình mẫu được lựa chọn dập xuống khối sản phẩm chia chúng thành từng phần có hình dạng nhất định.

Khi nén ép hoặc dập khuôn, để liên kết được các phần tử vật liệu dạng bột rời, dạng bột nhuyễn, dạng rắn lỏng, tùy thuộc vào độ ẩm của nguyên liệu mà trị số áp lực ép khác nhau và độ ẩm đạt tối thiểu là 20 (30)%. Trong một số trường hợp để giảm áp lực ép người ta có thể gia nhiệt ở nhiệt độ cao trên điểm nóng chảy của hỗn hợp. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao hỗn chuyển từ pha rắn sang pha lỏng có độ nhớt cao, khi hạ nhiệt độ chúng lại chuyển từ pha lỏng về rắn.

vPhương pháp ẩm: Hỗn hợp nguyên liệu có độ ẩm 35-50% với độ ẩm ban đầu 12-14%, được làm ẩm bằng nước nóng 70-80 độ C. Khi nguyên liệu được ép hay đùn ra khỏi khuôn ép sẽ có độ ẩm tới 17%, nhiệt độ tới 80 độ C. Sau khi ép, các viên phải được làm lạnh và khô, tới nhiệt độ 50-60 độ C và độ ẩm nhỏ hơn 14%.

vPhương pháp khô: Có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp ẩm, không cần sấy viên. Kích thước các viên thường có dạng trụ, cầu,… với đường kính 3-20mm, hình trụ có bề cao 10-30mm, khối lượng riêng 1000-1300kg/.

    Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép có thể chia ra 2 nhóm:

Nhóm 1: Những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm.

+      Mô đun ép, đặc trưng cho khả năng của sản phẩm khi bị ép chặt dưới ảnh hưởng của áp suất ngoại, bỏ qua tổn thất áp suất do ma sát, yếu tố này ở trong khoảng áp suất nào đó là một đại lượng không đổi và phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúc của nó và kích thước thành phần hạt của nó.

+      Hệ số áp suất bền, là tỷ số giữa áp suất bề mặt bên của vật liệu ép với áp suất ép tác dụng thẳng đứng.

+      Độ ẩm, nhiệt độ và thành phần cỡ hạt sản phẩm.

Nhóm 2: Là những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép.

+      Áp suất riêng.

+      Ma sát của vật liệu với dụng cụ ép, đại lượng đó phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm và trạng thái bề mặt của dụng cụ ép.

+      Hình dạng bánh ép và tương quan kích thước của nó.

+      Chế độ ép, có thể là chu kỳ hay liên tục.

+      Số bề mặt của bánh ép trực tiếp chịu áp suất ép.

3.4 Phương án thiết kế

Trong quá trình tìm kiếm tài liệu và nghiên cứu máy trên các trang wed công ty về sản xuất máy nén viên nhóm chúng em tìm ra được 3 phương pháp thiết kế máy nén viên mùn cưa gồm các phương án như:

                     1.          Máy ép sử dụng trục vít tải có bước vít thay đổi và khuôn ép tạo viên.

                     2.          Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn phẳng.

                     3.          Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn trụ.

Chương 4.   PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

4.1 Xây dựng phương án thiết kế

4.1.1 Phương án 1: Máy ép sử dụng trục vít tải có bước vít thay đổi và khuôn ép tạo viên

1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 4. 1: Sơ đồ nguyên lý phương án trục vít.

 

1. Phễu cấp vật liệu
2. Thân máy
3. Trục vít
4. Khuôn
5. Dao cắt
6. Trục mang dao cắt
   1. Nguyên lý hoạt động

 

Mùn cưa với độ ẩm thích hợp được nạp qua cửa nạp liệu (1), đồng thời động cơ điện truyền động cho trục vít ép (3) có bước vít thay đổi được tạo ra lực ép, ép nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn (4) theo hình dạng nhất định trên khuôn. Khi nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn, bị dao cắt (5) tạo thành những viên có chiều dài cố định nhờ cơ cấu tạo cho dao cắt quay tròn quanh trục mang dao (6).

1. Ưu nhược điểm

+      Ưu điểm:

ü  Vật liệu vận chuyển trong máng kín nên không tổn thất do rơi vãi nguyên liệu, an toàn khi làm việc và sử dụng.

ü  Dễ vận hành và thao tác.

ü  Giá thành tương đối rẻ

ü  Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo.

+      Nhược điểm:

ü  Năng suất không cao.

ü  Máy có áp lực lớn dễ bị hư hỏng vì vít tải có sự ma sát giữa vật liệu với vít tải rất lớn làm cho mặt vít và vỏ bị mòn.

4.1.2 Phương án 2: Máy ép sử dụng trục cán có khuôn phẳng

1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 4. 2: Sơ đồ nguyên lý phương án khuôn phẳng.

1. Máng hứng viên
2. Gân cắt viên
3. Khuôn ép
4. Mùn cưa
5. Con lăn ép
6. Thanh cản gạt mùn cưa
7. Trục chính

Hình 4. 3: Nguyên lý truyền động khuôn ép phẳng.

1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên liệu (4) được cấp vào cửa nạp nhiên liệu sau khi đã qua cơ cấu nghiền và trộn, động cơ làm trục quay mang trục con lăn gắn con lăn ép số (5). Mâm ép (3) được gắn cố định vào thành máy ép, khi trục gắn con lăn (5) quay. Quá trình ép sẽ được thực hiện, chúng ép nguyên liệu lên khuôn ép (3) có các lỗ cố định sẵn, gân cắt viên (2) được bố trí nằm trên máng hứng viên (1) sẽ thực hiện cắt viên ép. Viên ép trên máng (1) sẽ được văng ra ngoài theo độ xiên của máng hứng.

1. Ưu nhược điểm

+      Ưu điểm:

ü  Dễ dàng trong công tác vệ sinh, làm sạch bề mặt khuôn.

ü  Dễ dàng tháo lắp, thay đổi con lăn, bộ khuôn.

ü  Khối lượng vừa phải, phù hợp quy mô sản xuất công xuất nhỏ.

ü  Dễ dàng quan sát bên trong máy trong quá trình máy hoạt động để có thể điều chỉnh chất lượng của sản phẩm.

+      Nhược điểm:

ü  Năng xuất không cao.

ü  Chất lượng, dung sai về kích thước viên nén không cao.

4.1.3 Phương án 3: Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn trụ

1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 4. 4: Sơ đồ nguyên lý máy nén viên khối trụ.

1. Dao cắt
2. Con lăn ép
3. Khuôn ép
4. Mùn cưa
5. Thanh gạt

1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên liệu được vận chuyển bằng gầu tải đổ xuống phễu và được dẫn bởi vít tải cấp liệu, nguyên liệu được cấp vào bộ phận ép. Khi bộ phận ép hoạt động, khuôn ép (3) sẽ quay quanh trục của bản thân nó nhờ được dẫn động từ đông cơ, làm cho mùn cưa (4) quay theo do lực quán tính ly tâm. Mùn cưa được thanh gạt (5) làm cho đồng đều. Bên trong khuôn ép được lắp hai con lăn ép (2) cố định chỉ tự xoay quang truc của nó nhờ 4 ổ bi. Hai con lăn này có công dụng ép lớp mùn cưa đồng đều vào khuôn ép (3) có những lỗ được định hình sẵn. sau đó được dao cắt (1) cắt thành những viên đều nhau.

1. Ưu nhược điểm

+      Ưu điểm:

ü  Luôn đảm bảo khoảng cách giữa con lăn ép với bề mặt khuôn

ü  Chế tạo được công suất lớn

ü  Lực ma sát tạo lức ép khuôn nhỏ, tiêu năng lượng nhỏ

ü  Chất lượng viên nén tốt.

+      Nhược điểm:

ü  Chế tạo phức tạp hơn, giá thành cao.

ü  Kết cấu phức tạp, quá trình lắp ráp sửa chữa khó khăn.

4.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa trên yêu cầu về khả năng công nghệ, đặc biệt về năng suất, ưu nhược điểm của từng phương án để chon ra phương án tối ưu, em quyết định chon phương án 2 là máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn phẳng vì khối lượng nhỏ nhẹ, phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ, dễ dàng tháo lắp thay đổi con lăn bộ khuôn, dễ dàng quan sát để có thể điều chỉnh  chất lượng sản phẩm. Các phương án còn lại phù hợp với quy mô lớn, khó chế tạo, giá thành cao, kết cấu phức tạp, quá trình lắp ráp sữa chữa khó khăn.

4.3 Kế hoạch thực hiện

Bảng 4. 1: Bảng kế hoạch thực hiện.

Thời gian thực hiện	Công việc	Sinh viên thực hiện
10/2 đến 29/2	Nghiên cứu về đề tài, đề xuất công việc cần làm	Q.Thuần,D.Hảo, T.Duyệt
1/3 đến 31/3	Thiết kế hoàn chỉnh bản vẽ chi tiết	Q.Thuần,D.Hảo, T.Duyệt
1/4 đến 31/5	­      Gia công các chi tiết chính ­      Gia công các chi tiết phụ ­      Hỗ trợ gia công và mua vật liệu	Q.Thuần D.Hảo T.Duyệt
1/6 đến 13/6	Lắp ráp hoàn chỉnh máy	Q.Thuần,D.Hảo, T.Duyệt
14/6 đến 31/7	Vận hành thử nghiệm máy và chỉnh sửa	Q.Thuần,D.Hảo, T.Duyệt
1/4 đến 10/8	Làm thuyết minh máy và chỉnh sửa hoàn chỉnh bản vẽ	Q.Thuần,D.Hảo, T.Duyệt

Chương 5.   THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

5.1 Tính toán chọn động cơ phân phối tỉ số truyền

5.1.1 Tính toán động cơ

Hình 5. 1: Ảnh con lăn và khuôn ép.

Hình 5. 2: Sơ đồ làm việc của khuôn ép.

Trong đó: H – chiều cao của nguyên liệu trước khi ép

h – chiều cao của nguyên liệu sau khi ép

l – khe hở giữa con lăn và mâm ép

α – góc làm việc của con lăn

-          Nguyên lý làm việc của máy ép viên: đầu tiên ta khởi động động cơ điện quay dẫn động cho khuôn ép quay theo thông qua các bộ truyền. Sau đó, ta cấp liệu vào phểu cấp liệu, trong phểu cấp nguyên liệu sẽ được con lăn cuốn xuống và nén vào khuôn ép tạo thành các viên hình trụ. Tiếp theo các sợi này đi qua khuôn ép và ra ngoài, khi các viên này ra ngoài thì sẽ được một con dao dưới khuôn cắt thành từng các viên với kích thước thích hợp. Kế đó, các viên nén này sẽ được hứng bởi máng hứng phôi.

-          Ta chọn sơ bộ số vòng quay của con lăn là: n = 263 vòng/phút

Suy ra: w =

Vận tốc trung bình của mâm ép

V = w.R = = 2.754 m/s

-        Ta chọn sơ bộ đường kính của mâm ép D = 204 mm, đường kính của con lăn d = 66 mm

-        Mức độ ép nén được tín theo công thức:

β =

H,h – là chiều cao của nguyên liệu trước và sau khi ép

γ  - Khối lượng riêng của hỗn hợp mùn cưa sau khi ép, γ = 1200 kg/

γ_o  - Khối lượng riêng của hỗn hợp mùn cưa trước khi ép, γ_o = 1100 kg/

-        Lực ma sát giữa nguyên liệu với lỗ khuôn ép

F_ms = f_ms.ξ.P.C.L

Trong đó:

P – áp suất nén của con lăn, thường lấy P = ( 0,4  0,45).P_max

Với P_max= 3040 Mpa, chọn P_max= 40 Mpa (Tliệu [13])

Do đó: P = 0,45.P_max = 0,45.40= 18 Mpa = 18. N/mm²

f_ms – hệ số ma sát giữa viên mùn cưa với thành lỗ khuôn (f_ms = 0,080,1),

chọn f_ms =0,1

ξ – hệ số tỉ lệ (ξ = ),  là hệ số poát xông,  = 0,290,31 và ξ = 0,40,5, chọn ξ

 = 0,5

C – chu vi của lỗ khuôn (chọn d₁ = 8mm), C = . d₁ = .8 = 25.13 mm, chọn C = 26 mm

L – chiều dày của mâm ép, chọn L = 32mm

Từ đó suy ra:

F_ms = f_ms.ξ.P.C.L = 0,1.0,5.18.32.26 = 748.8 N

-        Công suất ép được tính theo công thức

N_lv= Z₁.k₁.F_ms.v_r

Trong đó:

k₁ – hệ số xét đến tính chất cơ lý của hỗn hợp, k₁ = 2 – 2,5 đối với hỗn hợp mùn cưa ta chọn k₁ = 2,5

v_r – vận tốc ra của nguyên liệu, chọn v = 0,001 m/s

F_ms – lực ma sát giữa nguyên liệu với lỗ khuôn, F_ms = 748.8 N

Z₁ – số lỗ trên mâm ép

Z₁ =

Mà F_lỗtt = F_tptt.α

F_tptt = F_tp  F

Trong đó:

F_lỗtt – diện tích toàn phần thực tế trên mâm ép

F_tp – diện tích toàn phần của mâm ép

F – diện tích của trục lắp vào mâm ép, chọn sơ bộ đường kính trục d_tr = 20 mm

Mặt khác: F_tp = , với  là hệ số phân bố của lỗ, thường lấy  = 0,45

Thêm vào đó:

Q_tt = 3600.v_r..F_lỗ. (kg/giờ)

=> F_lỗ =  = 16203.7 mm²

Với Q_tt = 50 kg/giờ - là năng suất thực tế của máy ép.

=> F_tp =  = 36008.2 mm²

=> F_tptt = F_tp  F = F_tp -  = 35694.04 mm²

=> F_lỗtt =F_tptt. = 16062.3 mm²

=> Z₁ =  = 210 lỗ

Thế tất cả vào công thức tính công suất, ta được

N_lv1= Z₁.k₁.F_ms.v_r = 210.2,5.748,8.0,001 = 589.68 W = 0.59 kW

N_lv2= Z₂.k₁.F_ms.v = 120.8.2,5.100.0,006 = 1440W = 1.4 kW

ðN_lv =N_lv1 +N_lv2 = 0.59+1.4 =1.99 kW

Theo tài liệu chi tiết máy ta được

N_đc  

Trong đó:

N_đc – công suất động cơ

h - hiệu suất bộ truyền

Ta có: h = h_đai.h_ổ = 0,96.0,99³ = 0,93

Các hiệu suất trên tra bảng 2-1 ( TL BTL chi tiết máy)

=> N_cl  =  = 2.1 kW

Tìm trên thị trường ta chọn động cơ điện, loại động cơ liền hộp giảm tốc với thông số như sau:

 

Bảng 5. 1: Bảng thông số động cơ

Nhãn hiệu	Kiểu	Công suất (kW)	Tốc độ đầu ra của động cơ      (Vg/ph)	Tốc độ đầu ra của hộp giảm tốc (Vg/ph)
Hitachi	Kiểu 4 poles	2,2 kW	1450	290

 

5.1.1 Sơ đồ máy nén

....

Sau thời gian chế tạo và thử nghiệm các bộ phận quan trọng của máy chúng em rút ra được những kinh nghiệm và đã cho ra được những bộ phận tương đối hoàn chỉnh. Chúng em làm với trình độ và kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn, công việc hoàn toàn mới mẻ và chưa am hiểu sâu về thực tế sản xuất. Vì vậy trong quá trình làm sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn và bản thân có thêm kinh nghiệm và điều kiện phát huy sau này.

1.1.1 Những khuyết điểm của máy hiện còn tồn tại

-        Khi bỏ các thanh gỗ vụng trong quá trình sản xuất chế biến gỗ vào máy thì máy có thể bị đứng, trượt đai (ngoài ra còn có những vật liệu gỗ mềm vẫn có thể nghiền ví dụ: sung, bần,…).

-        Trong quá trình chế tạo thì còn nhiều sai sót như: Khoan lỗ dư, chắp vá vài chỗ,…

-        Máy còn những khe hở nhỏ làm bụi mùn cưa còn bay ra ngoài.

-        Trong quá trình nén, khi mùn cưa từ bộ phận nghiền rơi xuống quá nhiều máy có thể bị đứng, trượt đai.

-        Máy chỉ chạy được những nguyên liệu mềm như: dăm bào, mùn cưa,…

-        Lúc mới khởi động máy cần phải thêm dầu nhớt lên bề mặt mâm để bôi trơn.

-        Máy còn thô sơ cồng kềnh.

1.1.2 Vận hành máy

1. Đối với lần đầu thử nghiệm

Máy chỉ được vận hành chỉ khi các bước kiểm tra sau đây được thực hiện:

-        Đảm bảo chắc chắn các thiết bị an toàn được kết nối một cách chính xác và hoạt động đúng cách.

-        Kiểm tra các yếu tố bôi trơn cho máy.

-        Kiểm tra căng đai và che chắn bộ truyền.

-        Kiểm tra các đai ốc đã được siết chặt tốt.

1. Đối với các lần chạy sau:

Quá trình khởi động và vận hành máy chỉ được thực khi được thực hiện các bước sau:

-        Đảm bảo sự thông suốt của buồng cấp nhiên liệu và buồng ép.

-        Kiểm tra chắc chắn các thiết bị an toàn hoạt động đúng cách.

-        Kiểm tra bôi trơn cho máy.

-        Đảm bảo đai ốc được gắn kết đúng cách và siết chặt triệt để.

-        Bắt đầu khởi động máy nén

-        Thường xuyên mở cửa nạp liệu để kiểm tra nhiên liệu và lượng cấp nhiên liệu cho bộ phận ép.

-        Kiểm tra mức độ ra của viên nén để có thể biết mà cung cấp nhiên liệu.

1. Dừng máy nén

Trước khi dừng động cơ máy, ta kiểm tra máy đã nén hết nguyên liệu chưa bằng lỗ nhỏ bên hông buồng ép. Và kiểm tra phần cấp nguyên liệu đã cấp hết chưa bằng cửa cấp nguyên liệu trước khi dừng máy.

Chờ máy dừng hoạt động hoàn toàn, mở cửa và vệ sinh máy.

1. Sự cố

Trong quá trình máy đang chạy khi gặp sự cố bị đứng máy, tình trang nguy hiểm ta nhấn dừng khẩn cấp.

 

1. Bảo dưỡng máy nén viên

Máy móc, thiết bị sau khi chế tạo xong phải dùng những phương pháp bảo vệ để chống ăn mòn trong môi trường. Để chống ăn mòn ta sử dụng phương pháp tạm thời hoặc lâu dài như:

-        Bảo quản các ổ lăn bằng cách tra dầu mở thường xuyên.

-        Bảo quản thành máy, lắp bao bằng cách tạo lớp phủ (như sơn, xi,…)

-        Khi thiết kế tính toán phải đảm bảo phục vụ các thao tác máy móc, thiết bị sữa chữa, lắp đặt được thuận lợi.

-        Hằng ngày phải kiểm tra máy, vệ sinh máy, kiểm tra các thiết bị an toàn, kiểm tra các thiết bị ở những chổ lắp nối, kiểm tra bằng tay. Xem bộ phận truyền động có trục trặc gì không. Nếu có hư hỏng thì điều chỉnh ngay.

-        Bảo quản máy khi vận hành.

-        Đường điện phải an toàn. Cách điện tốt, điện áp đủ.

-        Các che chắn và bộ phận truyền động phải ở trong tình trạng làm việc tốt.

-        Người vận hành phải nắm vững các nguyên lý hoạt động để điều chỉnh máy khi gặp sự cố

-        Tiến hành các đợt tiểu tu, trùng tu, đại tu để đảm bảo máy hoạt động tốt nhất và kịp thời xử lý các vấn đề gặp phải.