Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu quy mô trang trại tại tây nguyên

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.57 MB, 88 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

--------------------------

L Ê NG ỌC

THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH
SƠ CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI
TÂY NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA – 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------  ------

p

LÊ NGỌC

THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH
SƠ CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI
TÂY NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngành:

Kỹ thuật cơ khí

Mã số:

60520103

Quyết định giao đề tài:

935/QĐ – ĐHNT ngày 26/09/2014

Quyết định thành lập HĐ:

1079/QĐ – ĐHNT ngày 19/11/2015

Ngày bảo vệ:

16/01/2016

Người hướng dẫn khoa học:
TS. PHẠM HÙNG THẮNG
Chủ tịch Hội đồng:
TS. NGUYỄN VĂN TƯỜNG
Khoa sau đại học:

Khánh Hòa – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu “Thiết kế hợp lý máy tách
hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên” của cá
nhân tôi.
Các kết quả, số liệu được nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng
được ai công bố trong bất cứ công trình khoa học nào cho tới thời điểm này.
Nha trang, ngày
tháng năm 2015
Tác giả luận văn

Lê Ngọc

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian được học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Nha Trang giúp
tôi lĩnh hội nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng nghiên cứu khoa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu Nhà Trường, Ban Chủ nhiệm
Khoa Sau đại học, Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ, tạo điều kiện
để tôi được học tập và nghiên cứu tại trường trong những năm qua.
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy PGS.TS. Phạm Hùng Thắng
đã tận tình hướng dẫn và động viên giúp tôi hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn chân thành đến tất cả quý Thầy, Cô đã tận tình giảng dạy trong suốt
thời gian học tập tại trường và những người thân, bạn bè, đồng nghiệp giúp tôi có được
những kiến thức bổ ích để vận dụng vào đề tài nghiên cứu khoa học hoàn thành có
chất lượng.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Nha trang, ngày
tháng năm 2015

Tác giả luận văn

Lê Ngọc

iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………………… iii
LỜI CẢM ƠN..……………………………………………………………………… iv
MỤC LỤC……………………………………………………………………………...v
DANH MỤC KÝ HIỆU………………………………………………………………vii
DANH MỤC HÌNH……………………………………………………………………x
DANH MỤC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ……………………………………………………xii
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN…………………………………………………………...xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SƠ CHẾ HẠT TIÊU
TẠI TÂY NGUYÊN ....................................................................................................... 1
1.1.Tổng quan về diện tích và sản lượng tiêu trồng tại vùng Tây Nguyên ..................... 1
1.1.1. Tổng quan về địa lý, diện tích và vai trò phát triển cây hồ tiêu riêng nói tại Tây
Nguyên............................................................................................................................. 1
1.1.2. Định hướng phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên qui mô trang trại ................... 3
1.2. Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên ....................................... 3
1.2.1. Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên hiện tại ....................... 3
1.2.2. Công nghệ sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại .......................................................... 4
1.3. Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên .............................................. 6
1.3.1. Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên hiện hành .......................... 6
1.3.2. Định hướng phát triển máy tách hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên ......... 8
1.4 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu………………………………………..8
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY .................................... 9
2.1. Tổng quan về lý thuyết tối ưu trong tính toán thiết kế máy ................................... 10

2.2. Đặc điểm của bài toán tối ưu hóa kết cấu ............................................................... 11
2.3. Vận dụng lý thuyết tối ưu để thiết kế hợp lý máy tách hạt tiêu ............................. 13
2.3.1. Bài toán thiết kế tối ưu cho chi tiết dạng trục...................................................... 13
2.3.2. Bài toán thiết kế tối ưu cho kết cấu khung dàn ................................................... 15
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY TÁCH HẠT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH SƠ
CHẾ HẠT TIÊU QUI MÔ TRANG TRẠI TẠI TÂY NGUYÊN ................................ 17
3.1. Xác định hợp lý thông số kỹ thuật máy tách hạt .................................................... 17
3.2. Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt .............................................................. 19
3.3. Thiết kế hợp lý các chi tiết điển hình ..................................................................... 21
v

3.3.1. Chọn hợp lý động cơ điện ................................................................................... 23
3.3.2. Xác định hợp lý các kích thước đặc trưng ........................................................... 24
3.3.3. Xác định hợp lý các thông số động lực học đặc trưng của vít tải ....................... 29
3.3.4. Xác định hợp lý các thông số động lực học đặc trưng của vít nạp ...................... 36
3.3.5. Khảo sát thiết kế hệ thống ống dẫn khí và tính chọn quạt................................... 40
3.3.5.1. Thiết kế hệ thống ống dẫn khí .......................................................................... 40
3.3.5.2. Tính chọn quạt .................................................................................................. 43
3.3.6. Công suất của động cơ......................................................................................... 45
3.3.7. Thiết kế bộ truyền động bánh đai thang .............................................................. 45
3.3.8. Tính toán thiết kế thùng cấp liệu ......................................................................... 47
3.3.9. Tính toán thiết kế hợp lý kết cấu máy ................................................................. 48
3.3.9.1. Xây dựng bài toán tối ưu cho trục vít tải .......................................................... 48
3.3.9.2. Xây dựng bài toán tôi ưu kết cấu khung đở: .................................................... 52
CHƯƠNG 4. KHẢO NGHIỆM VÀ HOÀN THIỆN MÁY ......................................... 65
4.1. Chế tạo và lắp ráp ................................................................................................... 65
4.1.1. Chế tạo khung dàn ............................................................................................... 65
4.1.2. Chế tạo trục vít .................................................................................................... 66
4.1.3. Chế tạo máng tải .................................................................................................. 67

4.1.4. Chế tạo thùng nạp liệu ......................................................................................... 67
4.2. Khảo nghiệm máy................................................................................................... 68
4.2.1. Dụng cụ khảo nghiệm .......................................................................................... 68
4.2.2. Phương pháp bố trí thực nghiệm ......................................................................... 68
4.2.3. Kết quả thử nghiệm ............................................................................................. 68
4.3.Hoàn thiện máy........................................................................................................ 69
4.3.1. Hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật .................................................................................... 69
4.3.2. Xây dựng qui trình sử dụng, sửa chữa hư hỏng thường gặp ............................... 70
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................... 73
5.1. Kết luận................................................................................................................... 73
5.2. Đề xuất .................................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO………..…………...………………………………………74

vi

DANH MỤC KÝ HIỆU

A

Bề rộng bản thép V

[mm]

B

Bề rộng miệng nạp liệu

[mm]

C

Hệ số tính đến góc nghiêng của vít tải

ct

Khe hở giữa vít tải với máng tải

[mm]

cn

Khe hở giữa vít nạp với máng tải

[mm]

cd

Tỉ số của đường kính trục vít với đường kính ngoài vít tải

[-]

cp

Tỉ số của bước xoắn với đường kính ngoài vít tải

[-]

D

Đường kính ngoài của vít tải

[mm]

d

Đường kính trong của vít tải

[mm]

F

Tải nạp liệu

[N]

Fa

Lực dọc trục

[N]

Fp

Thành phần lực biên

[N]

Fua

Lực cản dọc trục tác dụng lên bề mặt cắt của vít tải

[N]

Fca

Lực cản dọc trục trên bề mặt trục vít tải

[N]

Fla

Lực cản dọc trục trên bề mặt lưng cánh x

Fta

Lực cản dọc trục trên bề mặt máng tải

[N]

Fta

Lực cản dọc trục trên bề mặt dẫn hướng của cánh xoắn

[N]

Fht

Lực hướng tâm xác định trên 1 m chiều dài vít tải

[N]

J

Mômen quán tính chính trung tâm

[m4]

Jx

Mômen quán tính đối với trục x

[m4]

Jy

Mômen quán tính đối với trục y

[m4]

K

Hệ số theo công thức

[-]

L

Chiều dài của vít tải

[mm]
vii

[-]

oắn

[N]

Ltải Chiều dài đoạn vít tải

[mm]

Lnạp Chiều dài đoạn vít nạp

[mm]

m

Hệ số máng nạp liệu

n

Số vòng quay của vít tải

Pt

Công suất cần thiết để vít tải vận chuyển vật liệu trong 1 bước xoắn

Pn

Công suất cần thiết để vít nạp vận chuyển vật liệu trong 1 bước xoắn [kw]

Pđc

Công suất cần thiết của động cơ

q

Hệ số quá tải

Q

Năng suất xác định của máy

[-]
[vg/ph]
[kw]

[kw]
[-]
[Tấn/h]

Qtrụ Năng suất tiêu trên một trụ

[kg]

QNC Năng suất tiêu hái ứng với một nhân công

[kg]

S

Bước xoắn của vít tải

[mm]

St

Bước xoắn đoạn vít tải

[mm]

Sn

Bước xoắn đoạn vít nạp

[mm]

Si

Diện tích mặt cắt ngang thanh thứ i

[mm2]

Tf

Mômen xoắn yêu cầu cho một bước xoắn

[N.m]

Tt

Mômen xoắn vít tải

[N.m]

Tt

Mômen xoắn vít nạp

[N.m]

t

Chiều dày của thép V

[mm]

Ro

Bán kính trục vít

[mm]

Rc

Bán kính cánh xoắn trục vít

[mm]

Vt

Năng suất đầu ra ứng với mỗi vòng quay đoạn vít tải

[m3/vòng]

Vn

Năng suất đầu ra ứng với mỗi vòng quay đoạn vít nạp

[m3/vòng]

yc

Tâm mặt cắt ngang

[m]

wx

Môđun chống uốn

[m3]

wz

Môđun chống xoắn

[m3]
viii

ψ

Trọng lượng riêng của vật liệu

α

Góc xoắn của cánh xoắn

[o]

β

Góc di chuyển của vật liệu

[o]

γ

Khối lượng riêng của vật liệu

μf

Hệ số ma sát của vật liệu với bề mặt vít tải

[-]

ηv

Hiệu suất thể tích

[-]

ω

Vận tốc góc của trục vít tải

[rad.s-1]

σo

Ứng suất tại vị trí nạp liệu

[N/m2]

σ

Ứng suất pháp

[N/m2]

τ

Ứng suất tiếp

[N/m2]

[N/m3]

[kg/m3]

[σ] Ứng suất pháp cho phép
[τ]

[N/m2]

Ứng suất tiếp cho phép

[N/m2]

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1: Tiêu đen và tiêu sọ......................................................................................... 4
Hình 1. 2: Hình dạng chùm tiêu tươi ............................................................................... 4
Hình 1. 3: Tiêu sau khi hái từ trên cây ........................................................................... 5
Hình 1. 4: Sơ đồ cấu tạo của máy tách hạt tiêu hiện nay ................................................ 7
Hình 1. 5: Sản phẩm của các máy hiện nay..................................................................... 7
Hình 2. 1: Mặt cắt ngang của ống thép ......................................................................... 13
Hình 2. 2: Mặt cắt ngang của thép V ............................................................................. 15
Hình 3. 1: Sơ đồ động của máy ..................................................................................... 22
Hình 3. 2: Khe hở giữa vít tải và máng sàng (c) ........................................................... 24
Hình 3. 3: Khe hở vít nạp liệu và vít tải với máng tải ................................................... 26
Hình 3. 4: Kích thuớc hạt tiêu ....................................................................................... 29
Hình 3. 5: Tỉ lệ vật liệu chứa trong diện tích mặt cắt ngang của máng tải (45%)......... 32

Hình 3. 6: Khoảng cách từ miệng thổi đến vùng làm việc ............................................ 41
Hình 3. 7: Kích thước thùng cấp liệu ............................................................................ 48
Hình 3. 8: Mặt cắt ngang của thép ống .......................................................................... 49
Hình 3. 9: Biều đồ nội lực mômen xoắn ....................................................................... 50
Hình 3. 10: Biều đồ nội lực thanh chịu kéo, nén ........................................................... 50
Hình 3. 11: Kết quả nhập hàm mục tiêu ........................................................................ 51
Hình 3. 12: Kết quả nhập biến thiết kế .......................................................................... 51
Hình 3. 13: Kết quả nhập các ràng buộc ....................................................................... 52
Hình 3. 14: Kết quả sau khi tối ưu ................................................................................. 52
Hình 3. 15: Khung chân đế máy .................................................................................... 53
Hình 3. 16: Sơ đồ đặt lực trên khung chân máy ............................................................ 55
Hình 3. 17: Hệ cơ bản của khung .................................................................................. 56
Hình 3. 18: Biểu đồ lực dọc do ngoại lực, X1, X2, gây ra ............................................. 56
Hình 3. 19: Biểu đồ mômen uốn do lực X1 gây ra ........................................................ 57
Hình 3. 20: Biểu đồ mômen uốn do lực X2 gây ra ........................................................ 57
Hình 3. 21: Biểu đồ mômen uốn do lực X3 gây ra ........................................................ 57
Hình 3. 22: Biểu đồ mômen uốn do ngoại lực gây ra.................................................... 58
Hình 3. 23: Biểu đồ nội lực Mx của khung chân máy ................................................... 59
x

Hình 3. 24: Kết quả nhập hàm mục tiêu ........................................................................ 61
Hình 3. 25: Kết quả nhập các biến thiết kế.................................................................... 61
Hình 3. 26: Kết quả nhập các ràng buộc ....................................................................... 62
Hình 3. 27: Kết quả sau khi tối ưu ................................................................................. 62
Hình 4. 1: Bản vẽ chế tạo khung dàn đở ....................................................................... 65
Hình 4. 2: Bản vẽ chế tạo trục vít .................................................................................. 66
Hình 4. 3 Bản vẽ chế tạo máng lưới .............................................................................. 67
Hình 4. 4 Bản vẽ chi tiết thùng nạp liệu ........................................................................ 68
Hình 4. 5 Sản phẩm sau khi thử nghiệm máy................................................................ 69

Hình 4. 6 Bản vẽ lắp ...................................................................................................... 70
Hình 4. 7 Bản vẽ chế tạo trục vít ................................................................................... 70
Hình 4.8. Sản phẩm máy tách hạt tiêu………………………………….…………..…72

xi

DANH MỤC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ

Bảng 1.1: Sản xuất hạt tiêu thế giới giai đoạn 2009-2012..............................................2
Đồ thị 3. 1: Ảnh hưởng của S/D và μf đến giá tri của ηp............................................... 27
Bảng 3. 1: Bố trí thí nghiệm khối lượng riêng của tiêu ................................................. 19
Bảng 4. 1: Kết quả các thông số thực nghiệm …………………………...……...........69

xii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Qua thống kê thực trạng về diện tích trồng tiêu ở vùng Tây Nguyên trong giai
đoạn từ năm 2011 đến nay cho thấy diện tích trồng tiêu tăng lên rất nhiều so với quy
hoạch của Bộ NN&PTNT đến năm 2050 là 50.000 ha, đặc biệt trong năm 2015 do giá
cả tiêu tăng vọt, do đó người dân tại các tỉnh Tây Nguyên dần chuyển đổi cây trồng từ
ca cao, điều, cao su sang trồng tiêu, do vậy diện tích trồng tiêu cũng như sản lượng
tiêu thu hoạch sẽ tăng lên rất nhiều trong những năm tới. Trước thực trạng đã và đang
diễn ra nói trên việc ứng dụng thiết bị để phục vụ cho quá trình sơ chế hạt tiêu phù hợp
với quy mô trang trại hiện nay là rất cần thiết đối với người dân trồng tiêu. Căn cứ vào
thực trạng và tính cấp thiết hiện nay, do đó nội dung nghiên cứu đề tài này có chủ đề
liên quan đến : “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ cho quá trình sơ chế hạt tiêu qui
mô trang trại tại Tây Nguyên”.

Mục tiêu đặt ra cho nội dung nghiên cứu bao gồm: Xác định hợp lý các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật, sơ đồ động, kết cấu máy tách hạt tiêu dựa trên cơ sở khoa học để tính
toán thiết kế máy phục vụ công nghệ sơ chế hạt tiêu tươi qui mô trang trại tại Tây
Nguyên.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp mô hình hóa để xác định hợp lý sơ đồ động và kết cấu máy
- Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng và hoàn thiện kết quả nghiên cứu
Thông qua quá trình nghiên cứu “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ cho quá
trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên” đến nay đã đạt được các kết quả
nghiên cứu như sau:
Tổng quan về địa lý, diện tích, vai trò phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên và
định hướng phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên
Xác định qui trình công nghệ sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại và yêu cầu kỹ thuật
của hạt tiêu sau sơ chế.
Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu hiện hành và định hướng phát triển máy
tách hạt tiêu qui mô trang trại tại tây Nguyên
Tổng quan về lý thuyết tối ưu trong tính toán thiết kế máy.
xiii

Vận dụng lý thuyết tối ưu để thiết kế hợp lý kết cấu máy tách hạt tiêu.
Xác định hợp lý các thông số kỹ thuật của máy: Năng suất, độ sạch của sản
phẩm, năng lượng sử dụng, khả năng chế tạo, khả năng sử dụng.
Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt.
Thiết kế hợp lý các chi tiết điển hình.
Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo.
Chế tạo, lắp ráp, khảo nghiệm và hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật và xây dựng qui trình
sử dụng, sửa chữa hư hỏng thường gặp.

xiv

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SƠ CHẾ
HẠT TIÊU TẠI TÂY NGUYÊN
1.1. Tổng quan về diện tích và sản lượng tiêu trồng tại vùng Tây Nguyên
1.1.1. Tổng quan về địa lý, diện tích và vai trò phát triển cây hồ tiêu tại Tây
Nguyên
- Vị trí địa lý
Tây Nguyên gồm 5 tỉnh, xếp theo thứ tự vị trí địa lý từ bắc xuống nam gồm Kon
Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông và Lâm Đồng với diện tích tự nhiên là 54.474 km2
chiếm 16,8% diện tích tự nhiên cả nước.
Tây Nguyên là vùng cao nguyên, phía bắc giáp tỉnh Quảng Nam, phía đông giáp
các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, phía
nam giáp các tỉnh Đồng Nai, Bình Phước, phía tây giáp với các tỉnh Attapeu (Lào) và
Ratanakiri và Mondulkiri (Campuchia). Trong khi Kon Tum có biên giới phía tây giáp
với cả Lào và Campuchia, thì Gia Lai, Đắk Lắk và Đắk Nông chỉ có chung đường biên
giới với Campuchia. Còn Lâm Đồng không có đường biên giới quốc tế.
Với đặc điểm thổ nhưỡng đất đỏ bazan ở độ cao khoảng 500 m đến 600 m so với
mặt biển, Tây Nguyên rất phù hợp với những cây công nghiệp như cà phê, ca cao, hồ
tiêu, dâu tằm. Cây điều và cây cao su cũng đang được phát triển tại đây. Cà phê là cây
công nghiệp quan trọng số một ở Tây Nguyên. Tây Nguyên cũng là vùng trồng cao su
lớn thứ hai sau Đông Nam Bộ và đang tiến hành khai thác Bô xít. Tây Nguyên cũng là
khu vực ở Việt Nam còn nhiều diện tích rừng với thảm sinh vật đa dạng, trữ lượng
khoáng sản phong phú hầu như chưa khai thác và tiềm năng du lịch lớn, Tây nguyên
có thể coi là mái nhà của miền trung, có chức năng phòng hộ rất lớn. Tuy nhiên, nạn
phá rừng, hủy diệt tài nguyên thiên nhiên và khai thác lâm sản bừa bãi chưa ngăn chận
được tại đây có thể dẫn đến nguy cơ làm nghèo kiệt rừng và thay đổi môi trường sinh
thái.[8]
-

Diện tích và vai trò phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên.

Hồ Tiêu được coi là một trong những loại cây kinh tế hàng đầu có giá trị cao ở
vùng Tây Nguyên có diện tích hồ tiêu hơn 40.000 ha chủ yếu nằm trên địa bàn của 3
tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk và Đăk Nông, chiếm đến 51,6% diện tích trong cả nước. Năng
1

suất và sản lượng hồ tiêu vùng Tây Nguyên cũng đạt cao nhất, bình quân đạt 29 tạ/ha;
riêng ở địa bàn Gia Lai đạt đến 45 tạ/ha. Riêng tại tỉnh Gia Lai, theo quy hoạch từ năm
2015 - 2020 giữ nguyên diện tích 6.000 ha hồ tiêu nhưng hiện nay đã phát triển lên đến
hơn 11.000 ha và đang có chiều hướng tăng nhiều hơn nữa trong những năm tới [9]
Theo thống kê của Bộ NN&PTNT, diện tích tiêu trồng mới trong giai đoạn 20112013 đạt khoảng 2.500ha/năm, nhiều nhất là tại các tỉnh Tây Nguyên. Đến năm 2013,
diện tích tiêu cả nước đã đạt 60.000 ha, vượt 17% so quy hoạch đến năm 2020 (50.000
ha) và trong các năm tới cây hồ tiêu là cây công nghiệp đóng vai trò chính tại Tây
Nguyên.
- Tình hình sản xuất hồ tiêu trong và ngoài nước.
Sản xuất hạt tiêu tập trung chủ yếu ở châu Á (chiếm 83% tổng sản lượng thế
giới). Trong số các nhà sản xuất lớn, duy nhất Brazil có sản lượng giảm -13% mỗi năm
trong giai đoạn 2009 - 2012. Đây cũng chính là nguyên nhân khiến sản lượng tiêu thế
giới chỉ tăng 0,3%/năm trong cùng thời kỳ. Trong khi đó, nhu cầu thế giới tăng
3%/năm đã dẫn đến giá hạt tiêu tăng mạnh (Nguồn: Nedpsice).
Năm 2014, sản lượng hạt tiêu ước tính của các nước sản xuất chính như Việt
Nam và Trung Quốc giảm. Do đó, giá hạt tiêu dự kiến sẽ tiếp tục tăng
(Nguồn: McCormick, 2014).
Các nhà chế biến trong EU có thể tập trung vào các hoạt động phân phối
bán lẻ cấp dưới như trộn, pha chế, thay đổi hương vị và tăng cường hợp tác với các
nhà xuất khẩu ở các nước đang phát triển. Sự hợp tác này có thể bao gồm chuyển giao
kiến thức và nguồn lực v.v...
Bảng 1.1: Sản xuất hạt tiêu thế giới giai đoạn 2009-2012, đơn vị: 1.000 tấn

Nguồn: Eurostat, 2014

2

1.1.2. Định hướng phát triển cây hồ tiêu tại Tây Nguyên qui mô trang trại
Theo thống kê của Sở NN-PTNT Đắk Lắk, đến cuối năm 2011 Đắk Lắk có
6.290 ha tiêu, sản lượng hạt gần 14.000 tấn; ước tính cuối năm nay tăng lên 6.500 ha.
Tuy nhiên, theo đánh giá của một cán bộ Phòng Trồng trọt (Sở NN-PTNT), diện tích
tiêu thực tế có thể lớn hơn nhiều do vụ này nông dân trồng khá sôi động, lại khó thống
kê lượng tiêu trồng xen giữa các vườn cà phê bạt ngàn.
Ở Gia Lai, diện tích tiêu tăng vượt tầm kiểm soát, từ khoảng 4.400 ha năm 2007
lên 7.300 ha năm 2011; năm nay được đánh giá có thể tăng thêm khoảng 500-700 ha.
Trong đó, 2 huyện Chư Sê và Chư Pưh chiếm diện tích nhiều nhất tỉnh này, với
khoảng 4.000 ha, sản lượng đạt gần 29.602 tấn.
Trên địa bàn Đắk Nông, cây tiêu cũng phát triển khá ồ ạt. Huyện Cư Jút có trên
1.200 ha tiêu, trong đó hơn 400 ha đã vào thời kỳ kinh doanh, còn lại chưa cho thu
hoạch
Ngoài ra trong năm 2014-2015 với giá tiêu hiện nay lên tới trên 200.000 đồng/kg
vì vậy nhiều hộ gia đình đã ồ ạt chuyển đổi cây trồng từ điều, cao su, cà phê sang trồng
tiêu.
Như vậy theo tình trạng hiện nay thì diện tích trồng tiêu cũng như sản lượng tiêu
theo qui mô trang trại vùng Tây Nguyên trong các năm tới sẽ tăng lên rất nhiều so với
quy hoạch của Bộ NN&PTNT đến năm 2050 là 50.000 ha.[10]
1.2. Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên
1.2.1. Tổng quan về công nghệ chế biến hạt tiêu ở Tây Nguyên hiện tại
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại tiêu được sử dụng trong chế biến thực
phẩm hằng ngày, nó bao gồm các loại: tiêu sọ (tiêu trắng) và tiêu đen.
Công nghệ chế biến các loại tiêu nói trên bao gồm nhiều công đoạn. Hạt tiêu sau

khi hái từ trên cây xuống nhờ thiết bị tách cuồi, lá và hạt ra riêng. Hạt tiêu đem phơi
khô ngoài nắng sẽ trở thành tiêu đen Hình 1.1.a. Tiêu sọ được chế biến nhờ thiết bị
phân loại theo màu sẽ phân loại và tách tiêu đỏ ra riêng sau khi tiêu được tách khỏi
cuồi và lá, tiêu đỏ sẽ qua công đoạn sơ chế tách vỏ lụa bên ngoài và đem sấy khô hoặc
phơi nắng sẽ trở thành tiêu sọ Hình 1.1.b.

3

(a)

(b)
Hình 1. 1: Tiêu đen và tiêu sọ

Hiện nay thị trường tiêu thụ hạt tiêu đa số tiêu thụ loại tiêu đen nhiều. Do đó hầu
hết người dân trồng tiêu sau khi thu hoạch đem sơ chế trở thành tiêu đen để bán.
Ngoài hai công nghệ chế biến tiêu đen và tiêu trắng ra, hiện nay còn có công
nghệ chế biến tiêu đỏ. Sau khi hái từ trên cây được tách hạt, cuồi, lá, sau đó phân loại
những hạt tiêu chín đỏ ra riêng rửa sạch, sấy hoặc phơi khô đạt 11%-12% độ ẩm, đóng
bao cất trữ. Tiêu đỏ là loại tiêu có giá trị cao, có giá thành gấp 3-4 lần tiêu đen khô,
nhưng hiện nay chế biến tiêu đỏ số lượng chưa nhiều, hầu hết người dân sau khi thu
hoạch chế biến thành tiêu đen để bán.
1.2.2. Công nghệ sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại
- Đặc điểm và tính chất của chùm tiêu
+ Kích thước chùm hạt: Chiều dài của chùm hạt tiêu từ (5÷7) cm, đường kính
chùm hạt khoảng từ (1÷1,5) cm, Đường kính của hạt tiêu tươi khoảng từ (2÷5) mm.

Hình 1. 2: Hình dạng chùm tiêu tươi

4

+ Chùm tươi: Độ liên kết giữa hạt với cuồi tiêu dòn, hạt tiêu dễ tách ra khỏi cuồi
tiêu. Tuy nhiên quá trình tách hạt do ma sát nên lớp vỏ hạt tiêu dễ bị trầy xước và cuồi
tiêu dễ bị gãy vụn, Hình 1.2.
+ Chùm héo: Tiêu sau khi hái được phơi qua khoảng (1-2) nắng, để cho chùm
tiêu ở trạng thái héo, mục đích để hạt tiêu có độ dẻo dai, lớp vỏ hạt ít bị trầy xước khi
tách. Tuy nhiên độ liên kết giữa hạt với cuồi dai, khó tách hạt, để giảm độ dai, người ta
thường đem ủ lại 1 thời gian. Quá trình này thường sử dụng phương pháp tách hạt thủ
công, do đó mất rất nhiều thời gian và công sức để sơ chế.
+ Tiêu sau khi hái: Đặc điểm tiêu sau khi hái từ trên cây xuống thường lẫn cành,
lá, bụi, sỏi đá. Vật liệu này là hỗn hợp giữa vật liệu dạng sợi và dạng hạt. Sau khi hái
thuờng vẫn để nguyên dạng hỗn hợp như trên đưa vào máy tách hạt. Hình 1.3.

Hình 1. 3: Tiêu sau khi hái từ trên cây
- Qui trình công nghệ sơ chế và yêu cầu kỹ thuật của hạt tiêu sau sơ chế
Qui trình sơ chế hạt tiêu sau khi thu hoạch có 2 dạng:
+ Thủ công: Tiêu sau khi hái từ trên cây, đem phơi 1-2 nắng, sau đó đem ủ
khoảng 1 ngày, làm cho hạt tiêu ở trạng thái héo, độ liên kết giữa hạt tiêu và cuồi
giảm, sau đó bỏ vào bao tải dùng gậy đập để tách hạt ra khỏi cuồi.
+ Máy tách hạt: tiêu được tách hạt ngay sau khi hái nhờ máy tách hạt hiện nay
theo nguyên lý trộn lẫn và nghiền của vít tải. Quá trình ứng dụng máy tách hạt đem lại
hiểu quả cao, tiết kiệm được công sức, thời gian sơ chế.Tuy nhiên sản phẩm sau khi
tách của các máy hiện nay vẫn còn lẫn lá, cuồi và bụi nhiều nên sau khi tách cần phải
sàng phân loại lại để sản phẩm sạch không lẫn lá, bụi và cuồi.
5

Để quá trình sơ chế hạt tiêu đựơc tiết kiệm thời gian, đem lại hiệu quả và chất
lượng sản phẩm sạch không bị lẫn cuồi, lá và hạt tiêu không bị trầy xước vỏ. Căn cứ

vào đặc điểm, tính chất của chùm tiêu tươi, hiện nay việc ứng dụng máy để tách hạt
ngay sau khi hái là phù hợp và máy phải đảm bảo các yêu cầu về độ sạch sản phẩm.
Trên cơ sở đó việc thiết kế hợp lý sơ đồ động và các thông số động học của máy phù
hợp với quy mô trang trại hiện nay và đảm bảo yêu cầu độ sạch sản phẩm là cần thiết.
1.3. Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên
1.3.1. Tổng quan về thiết bị sơ chế hạt tiêu tại Tây Nguyên hiện hành
Hầu hết các máy tách hạt tiêu hiện nay trên thị trường được thiết kế theo nguyên
lý hoạt động trộn lẫn và va đập bằng cơ cấu vít tải. Qua khảo sát ở một số cơ sở sản
xuất, các hộ tiêu dùng và qua khảo sát thực tế cho thấy một số đặc điểm kết cấu máy
hiện nay Hình 1.4 và chất lượng sản phẩm sau khi tách Hình 1.5 như sau:
Sử dụng vít tải đơn có một cánh xoắn, kích thước bước xoắn lớn hơn đường kính
ngoài của trục vít và có bước xoắn thay đổi trên chiều dài trục vít.
Khe hở giữa vít tải và máng tải lớn c = (12÷15) mm.
Lượng cuồi sau khi tách hạt đi thẳng ra hướng đầu trục của gối đở.
Máng tải dạng lưới kích thước của các lỗ lưới Ø11 (mm)
Máng nạp liệu có dạng hình nêm, lượng nạp liệu được nạp lệch.
Chiều dài trục vít tải dài 1,2 (m).
Số vòng quay của trục vít tải n= 1200 (vg/ph)
Ưu, nhược điểm của máy hiện nay:
- Ưu điểm:
Cải thiện được việc tách hạt tiêu bằng phương pháp thủ công, giảm được sức lao
động.
Thời gian gia công tách hạt tiêu giảm.
Kích thước và trọng lượng tồng thể của máy không lớn, dễ vận chuyển.
- Nhược điểm:

6

Sản phẩm chưa sạch vẫn còn lẫn bụi, lá và cuồi tiêu nhiều Hình 1.5.

Quá trình làm bằng thực nghiệm chưa qua tính toán để có được công suất của
máy đáp ứng được năng suất theo quy mô trang trại của các hộ trồng tiêu hiện nay của
các tỉnh vùng Tây Nguyên.
Sơ đồ động và các thông số động lực học của máy chưa hợp lý, Hình 1.4.

Động cơ

Hình 1. 4: Sơ đồ động của máy tách hạt tiêu hiện nay

Bụi

Lá

Cuồi

Hình 1. 5: Sản phẩm của các máy hiện nay

7

1.3.2. Định hướng phát triển máy tách hạt tiêu qui mô trang trại tại Tây Nguyên
Đặc điểm mô hình trang trại tại vùng Tây Nguyên được phân chia nhỏ, lẻ theo
từng hộ dân, bình quân diện tích khoảng (1÷ 4) hecta trên mỗi hộ dân, chủ yếu trồng
cà phê, cây hồ tiêu và ca cao. Trong đó cây hồ tiêu chiếm khoảng 1/3 tổng số diện tích
nói trên.
Thông qua thực trạng diện tích trồng tiêu trong giai đoạn 2012-2014 đến nay, cho
thấy sản lượng tiêu sẽ tăng vọt trong những năm tới. Qua thực tế hiện nay nhu cầu của
người dân trồng cây công nghiệp nói chung, đặc biệt là các hộ dân trồng tiêu nói riêng
cần ứng dụng các thiết bị máy có hiệu quả tốt vào trong sản xuất, nhằm mang lại chất
lượng và giá trị sản phẩm nông nghiệp cao. Do vậy nhu cầu ứng dụng thiết bị máy

móc vào trong sản xuất phù hợp với năng suất theo qui mô trang trại biến động hiện
nay tại vùng Tây Nguyên là cần thiết đối với các hộ dân trồng tiêu.
Hiện nay các thiết bị máy tách hạt trên thị trường vẫn còn thiếu chưa đáp ứng
được nhu cầu của người tiêu dùng và yêu cầu về chất lượng sản phẩm. Việc thiết kế
hợp lý máy tách hạt hiện nay là rất cần thiết nó phù hợp với quy mô trang trại trồng
tiêu trong tương lai và đáp ứng được các yêu cầu của người tiêu dùng, máy vận hành
đơn giản, dễ sử dụng, giá thành rẽ, đảm bảo độ sạch của sản phẩm, giảm thiểu sức lao
động cũng như mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người dân trồng tiêu.
Trước những thực trạng về quy mô trang trại trồng tiêu và nhu cầu cần thiết của
người dân trồng tiêu về việc ứng dụng máy móc vào trong sản xuất có hiệu quả, Do đó
việc thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu theo quy mô trang
trại tại vùng Tây Nguyên là phù hợp với nhu cầu thực tiễn hiện nay.
1.4. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Mục tiêu
Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu “Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá
trình sơ chế hạt tiêu theo qui mô trang trại tại vùng Tây Nguyên” mục tiêu được đặt ra
bao gồm: Xác định hợp lý sơ đồ động máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu
theo qui mô trang trại hiện nay tại vùng Tây Nguyên, xác định hợp lý các thông số đặc
trưng của máy và xác định hợp lý kết cấu máy tách hạt tiêu.
- Đối tượng nghiên cứu
8

Máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại tại vùng Tây
Nguyên.
- Phạm vi nghiên cứu
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, sơ đồ động và kết cấu chi tiết để làm cơ sở khoa
học cho việc thiết kế Máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu qui mô trang trại
tại Tây Nguyên.

9

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY
2.1. Tổng quan về lý thuyết tối ưu trong tính toán thiết kế máy
- Đặt vấn đề
Trong thiết kế máy ngoài việc tính toán hợp lý các thông số động lực học của
máy ra thì việc thiết kế tối ưu hoá kết cấu thép là rất cần thiết nhằm mục đích giảm
thiểu khối lượng của nguyên vật liệu, đảm bảo các yêu cầu thiết kế máy, giảm được
chí phí sản xuất, giá thành sản phẩm thấp.
Phương án thiết kế tối ưu phù hợp với mục tiêu đề ra và thỏa mãn các điều kiện
ràng buộc liên quan đến độ bền của kết cấu.
Xây dựng bài toán thiết kế tối ưu kết cấu dạng chi tiết, khung dàn với hàm mục
tiêu là trọng lượng bản thân của các thanh. Các biến thiết kế là các diện tích tiết diện
của các thanh. Các điều kiện ràng buộc cần thoả mãn bao gồm: điều kiện bền, điều
kiện ổn định Euler, điều kiện chuyển vị,..
- Tổng quan về tối ưu hóa kết cấu
Thiết kế tối ưu kết cấu thực chất là bài toán xác định đặc điểm hình học hợp lý
của kết cấu thoả mãn một số điều kiện ràng buộc và đảm bảo một số tiêu chuẩn nào đó
là lớn nhất hay bé nhất. Bài toán thiết kế tối ưu có thể phát biểu như sau:
Tìm tập hợp các giá trị X=(x1, x2, ….., xn) để sao cho hàm số Z=f(x1, x2, ….., xn)
đạt cực đại hay cực tiểu, đồng thời thỏa mãn các điều kiện sau:
 g1i  x1 , x 2 ,......., xn   a1i

 g 2i  x1 , x2 ,......., xn   a 2i

..............
 g  x , x ,......., x   a
n
ni

 ni 1 2
min
max
 xi  xi  xi

(i = 1÷n)

(2.1)

Trong đó, hàm Z gọi là hàm mục tiêu, điều kiện (2.1) là hệ các ràng buộc gồm
nhiều hàm ràng buộc. Riêng bài toán tối ưu hoá kết cấu, hàm mục tiêu Z có thể là
trọng lượng, giá thành,.., Các giá trị ximin, ximax là giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất của
biến thiết kế, có thể là các kích thước kết cấu. Các điều kiện ràng buộc cần thoả mãn
bao gồm: điều kiện bền, điều kiện ổn định, điều kiện cân bằng.

10

Khi đó, tập hợp các giá trị X=(x1, x2, ….., xn) thoả mãn tất cả các điều kiện ràng
buộc gọi là một phương án, còn phương án làm hàm Z đạt cực đại hay cực tiểu là
phương án tối ưu hoặc nghiệm của bài toán và mục tiêu của bài toán thiết kế tối ưu kết
cấu là tìm ra phương án tối ưu, tức là nghiệm của bài toán. Miền tập hợp tất cả các
phương án gọi là miền nghiệm hay còn gọi là không gian biến thiết kế.
Bài toán được mô tả như trên được gọi là một quy hoạch toán học, đặc điểm
chung của bài toán này là xuất phát từ một điểm chung ban đầu X o trong miền nghiệm,
từ đó tìm hướng đí đến một nghiệm mới X1 tốt hơn, từ nghiệm X1 mới tìm được tìm
hướng đi đến nghiệm X2 tốt hơn X1 …và cứ như vậy đến khi tìm được một nghiệm
thoả mãn giá trị hàm Z lớn nhất hay nhỏ nhất mà vẫn thỏa mãn các ràng buộc thì dừng
lại.[4]
Bài toán tối ưu chia làm 2 loại:

- Bài toán quy hoạch tuyến tính: là bài toán cực tiểu hoá hay cực đại hoá hàm
mục tiêu, trong đó hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc có dạng hàm bậc nhất.
- Bài toán quy hoạch phi tuyến: là bài toán cực tiểu hoá hay cực đại hoá hàm mục
tiêu, trong đó có ít nhất một số hạng của hàm mục tiêu hoặc các điều kiện ràng buộc,
xuất hiện tích của biến hoặc nghịch đảo của biến hoặc số mũ của biến lớn hơn 1.
Trong tính toán kết cấu, hàm mục tiêu thường biểu thị các đại lượng như:[1]
- Trọng lượng, thể tích kết cấu là những đại lượng cần được cực tiểu hoá.
- Các điều kiện ràng buộc dưới dạng đẳng thức thường là các điều kiện cân bằng,
các điều kiện biến dạng liên tục.
- Các điều kiện ràng buộc dưới dạng bất đẳng thức thường là các điều kiện độ
bền, độ cứng, chuyển vị.
Trong thực tế, bài toán qui hoặc phi tuyến thường gặp nhiều hơn bài toán quy
hoach tuyến tính. [1]
2.2. Đặc điểm của bài toán tối ưu hóa kết cấu
- Một số đặc điểm tối ưu hóa kết cấu
Tính phi tuyến: Có thể là tuyến tính (Bài toán dàn, khung đơn giản) nhưng đa số
là phi tuyến (bài toán thanh, khung, tấm …).
11

Thiết kế hợp lý máy tách hạt phục vụ quá trình sơ chế hạt tiêu quy mô trang trại tại tây nguyên

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về