NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH BÓC VỎ TRẤU TRÊN MÁY XAY LÚA HAI TRỤC CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
*****************

NGUYỄN THANH TÌNH

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH BÓC VỎ TRẤU TRÊN MÁY
XAY LÚA HAI TRỤC CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
MÔ HÌNH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 10/2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
*****************

NGUYỄN THANH TÌNH

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH BÓC VỎ TRẤU TRÊN MÁY
XAY LÚA HAI TRỤC CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
MÔ HÌNH HÓA

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số

: 605214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN NHƯ NAM

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 10/2011


NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH BÓC VỎ TRẤU TRÊN MÁY XAY LÚA HAI
TRỤC CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA

NGUYỄN THANH TÌNH

Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:

PGS.TS. NGUYỄN HAY
Đại học Nông Lâm TP. HCM

2. Thư ký:

TS. BÙI NGỌC HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM

3. Phản biện 1:

PGS.TS. TRẦN THIÊN PHÚC
Đại học Bách Khoa TP. HCM

4. Phản biện 2:

PGS. TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM

5. Uỷ viên:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM
Đại học Nông Lâm TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
HIỆU TRƯỞNG

i


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên là Nguyễn Thanh Tình, sinh ngày 23 tháng 12 năm 1978 tại Ninh
Hòa – Khánh Hòa. Con Ông Nguyễn Thành Phương và Bà Tạ Thị Nhị.
Tốt nghiệp tú tài tại Trường trung học chuyên ban Nguyễn Trãi, tỉnh Khánh
Hòa năm 1997.
Tốt nghiệp Đại học ngành Thiết Kế Máy hệ chính quy tại trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật, thành phố Hồ Chí Minh năm 2003.
Sau đó làm việc tại công ty TNHH TMDV Thuận Hiền, Quận Phú Nhuận
TPHCM.
Từ tháng 09 năm 2007 đến nay, là giáo viên khoa cơ khí tại trường Trung
Cấp Nghề Ninh Hòa tỉnh Khánh Hòa.
Tháng 09 năm 2008 theo học Cao học ngành Cơ khí nông nghiệp tại Đại học
Nông Lâm, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh.
Tình trạng gia đình: Độc Thân.
Địa chỉ liện lạc: Trường Trung Cấp Nghề Ninh Hòa QL1A-Bắc Thị Xã Ninh

Hòa-tỉnh Khánh Hòa.
Điện thoại: 0972296007.
Email:

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Tình

iii


LỜI CẢM TẠ
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến:
Thầy TS. Nguyễn Như Nam, trưởng bộ môn Máy Sau thu hoạch – Chế biến
trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và động
viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, trưởng khoa Cơ khí Công nghệ trường Đại học
Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện luận
văn.
Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí
Công nghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo
điều kiện thuận lợi cho em thực hiện luận văn.
Tập thể giáo viên khoa Cơ khí Công nghệ trường Đại học Nông Lâm thành

phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho
em trong suốt quá trình học Cao học.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã
động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình
thực hiện luận văn.

iv


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu quá trình bóc vỏ trấu trên máy xay lúa hai trục cao
su bằng phương pháp mô hình hóa” được tiến hành tại Trường Đại học Nông
Lâm thành phố Hồ Chí Minh và thí nghiệm được tiến hành tại Cơ Sở Xay Xát Lúa
Gạo Thanh Bình, huyện Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa. Thời gian thực hiện từ tháng
03 năm 2010 đến tháng 08 năm 2011.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc của máy xay
lúa XL – 600 trên cơ sở nâng cao hiệu suất xay, hiệu suất xay nguyên của lúa trên
cơ sở cải tiến về máy mặt kết cấu và xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm nhằm
điều khiển tĩnh tối ưu quá trình bóc vỏ lúa.
Kết quả giải tối ưu hóa quá trình bóc vỏ lúa bằng máy xay lúa XL – 600 cho
thấy các thông số hiệu suất xay, hiệu suất xay nguyên trong quá trình bóc vỏ ảnh
hưởng đến giá thành sản phẩm lớn hơn rất nhiều so với chi phí điện năng. Vì vậy
việc gia tăng hiệu suất xay, đặc biệt hiệu suất xay nguyên có ý nghĩa kinh tế quyết
định.Và cũng qua đó đã xây dựng được mô hình thống kê thực nghiệm mô tả ảnh
hưởng của khe hở giữa cánh định hướng với trục xay chủ động l , khe hở giữa hai
1

trục xay l , góc nghiêng giữa đường nối tâm hai trục bóc vỏ và phương ngang a, số
2

vòng quay của trục chủ động (trục quay nhanh) n, lượng cung cấp q ảnh hưởng đến
hiệu suất xay, hiệu xuất xay nguyên và chi phí điện năng của quá trình bóc vỏ lúa.
Kết quả mô hình thống kê được mô phỏng ở dạng đa thức bậc II như sau:
Với mô hình hiệu suất xay lúa, phương trình mô tả ở dạng thực có dạng:
Hs = y1 =

95,6258 + 18,3617*l1 + 3,2363*l2 + 1,9208*a + 2,5361E-3*n –

10,6056*q – 10,6125*l1*l2 – 0,1532*l1*a + 2,3563*l1*q + 3,8813*l2*q – 2,5217E3*a*n + 0,0793*a*q – 4,1642*l12 – 4,2892*l22 – 0,0230*a2 – 0,1698*q2
Với mô hình hiệu suất xay nguyên, phương trình mô tả ở dạng thực có dạng:

v


HsN = y2 = 82,05 – 1,1542*l1 + 0,0292*l2 + 0,5150*a – 1,2867*n + 1,4417*q +
1,0638*l1*l2 – 1,3575*l1*q – 0,7925*l2*a – 0,5263*l2*n – 1,1188*l2*q +
0,5688*a*n –0,6150* l12 – 1,0088*l22 – 1,1550*a2 – 0,9888*n2
Với mô hình chi phí điện năng để xay 1 tấn lúa, phương trình mô tả ở dạng
thực có dạng:
Ar = y3 = 3,7131 – 0,0411*x1 – 0,0937*x2 + 0,0483*x3 – 0,0771*x4 – 0,0445*x5 +
0,0536*x1*x2 + 0,0372*x1*x3 + 0,0313*x1*x4 + 0,0402*x1*x5 + 0,0514*x2*x3 –
0,0399*x2*x4 + 0,0379*x2*x5 – 0,0531*x3*x4 – 0,0459*x3*x5 + 0,0399*x4*x5 +
0,0503*x12 + 0,0679*x22 + 0,0458*x32 + 0,0578*x42 + 0,0544*x52.
Dựa vào mô hình thống kê được xây dựng bằng phương pháp quy hoạch
thực nghiệm, để điều khiển tối ưu máy xay lúa XL – 600. Kết quả lời giải tối ưu xác
định được chế độ làm việc tối ưu của máy là khe hở giữa cánh định hướng với trục
xay chủ động l tư = 2,3 mm, khe hở giữa hai trục xay l tư = 1,6 mm, góc nghiêng giữa
1

2

đường nối tâm hai trục bóc vỏ và phương ngang atư = 3,8 ÷ 3,9 0, số vòng quay của
trục chủ động (trục quay nhanh) ntư = 700 vg/ph, lượng cung cấp qtư = 11 kg/ph.
Các chỉ tiêu tối ưu là Hstư = 65,18 ÷ 65,32 %, HsNtư = 92,05 ÷ 92,11 %, Artư =
4,200 ÷ 4,226 kWh/t.
Kết quả này phù hợp với các phân tích lý thuyết và thực nghiệm trong sản
xuất.

vi


ABSTRACT
The thesis “Modeling study the process of husk removing from the paddy
on the two rubber- roller husker” has been conducted at the Faculty of Engineering
and Technology, Ho Chi Minh City Nong Lam University and experimented at the
Thanh Binh rice milling factory, Ninh Hoa district, Khanh Hoa province from
March, 2010 to August, 2011.
The purpose of this thesis is to study the improvement working efficiency of
the rice mill, model XL – 600, through the enhancement the efficiency of husk
removing from the paddy and the reducing of the small broken rice (brewer’s rice)
during the milling process. These factors are done by restructure the existing two
rubber-roller husker and use the experimental statics model for optimization the
husk removing of the paddy process.
The optimization results of the husk removing from the paddy on two rubberroller husk, model XL-600 indicate that the rice milling cost is effected more by the
efficiency of husk removing from the paddy and the reducing of the small broken
rice (brewer’s rice) during the milling process than by the energy consumption. For
this reason, the increase of the efficiency of husk removing from the paddy,
specially the reducing of the small broken rice (brewer’s rice) have become a
economic key of the rice milling process. The thesis also develop an experimental
model to study the effects of five input parameters such as: the gap between feeding

tray and the main roller; the gap between two rubber rollers; the title angle between
the connecting axis of two rubber-rollers and horizontal direction; the rotary of
active axis-roller (rpm is higher); and feeding supply on the efficiency of husk
removing from the paddy, the reducing of the small broken rice (brewer’s rice), and
energy consumption.
The results of experimental statics model are presented in the second order
polynomial as follows:

vii


The mathematical equations in real form are shown:
+ For the efficiency of husk removing from the paddy
Hs = y1 =

95,6258 + 18,3617*l1 + 3,2363*l2 + 1,9208*a + 2,5361E-3*n –

10,6056*q – 10,6125*l1*l2 – 0,1532*l1*a + 2,3563*l1*q + 3,8813*l2*q – 2,5217E3*a*n + 0,0793*a*q – 4,1642*l12 – 4,2892*l22 – 0,0230*a2 – 0,1698*q2
+For the reducing of the small broken rice (brewer’s rice)
HsN = y2 = 82,05 – 1,1542*l1 + 0,0292*l2 + 0,5150*a – 1,2867*n + 1,4417*q +
1,0638*l1*l2 – 1,3575*l1*q – 0,7925*l2*a – 0,5263*l2*n – 1,1188*l2*q +
0,5688*a*n –0,6150* l12 – 1,0088*l22 – 1,1550*a2 – 0,9888*n2
+ For the energy consumption per one ton of paddy:
Ar = y3 = 3,7131 – 0,0411*x1 – 0,0937*x2 + 0,0483*x3 – 0,0771*x4 – 0,0445*x5 +
0,0536*x1*x2 + 0,0372*x1*x3 + 0,0313*x1*x4 + 0,0402*x1*x5 + 0,0514*x2*x3 –
0,0399*x2*x4 + 0,0379*x2*x5 – 0,0531*x3*x4 – 0,0459*x3*x5 + 0,0399*x4*x5 +
0,0503*x12 + 0,0679*x22 + 0,0458*x32 + 0,0578*x42 + 0,0544*x52.
The optimization calculating of the two rubber rollers husker XL-600 shows
that:
+ The gap between feeding tray and the main roller is 2,3 mm.

+ The gap between two rubber- rollers is 1,6 mm
+ The title angle between the connecting axis of two rubber-rollers and
horizontal direction is from 3,80 to 3,9 0.
+ The rpm of the active rubber- roller is 700 rpm
+ Feeding amount is 11 kg/minute.
The optimal working regime of the two rubber-roller husker are:
+ The efficiency of husk removing from the paddy is from 65,18 to 65,32 %
+ The reducing of the small broken rice (brewer’s rice) is from 92,05 to 92,11 %
+ The energy consumption is from 4,200 to 4,226 kWh/ton.
The results are close with the theoretical analysis and experimental investigation.

viii


MỤC LỤC

TIÊU ĐỀ

TRANG

LỜI CAM ĐOAN…..…..……………………………..…………….................…III
LỜI CẢM TẠ…………………….…………………………………..…………..IV
TÓM TẮT……………………………………………..………………..………....V
ABSTRACT……………………………………………………………..….…...VII
MỤC LỤC ............................................................................................................... IX
DANH SÁCH CÁC HÌNH .................................................................................... XV
DANH SÁCH CÁC BẢNG................................................................................XVIII
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2 Mục đích đề tài ....................................................................................................2

1.3 Tính mới của đề tài................................................................................................2
1.4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài ......................................................................3
1.5 Kết quả của đề tài ..................................................................................................3
Chương 2. TỔNG QUAN .........................................................................................4
2.1 Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................4
2.1.1 Lúa và yêu cầu kỹ thuật của công đoạn bóc vỏ trấu ..........................................4
2.1.1.1Các tính chất của lúa đưa vào chế biến ............................................................4
2.1.1.2. Yêu cầu công nghệ của công đoạn bóc vỏ trấu ..............................................9
2.1.2 Máy xay hai trục cao su ...................................................................................10
2.1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc .....................................................................10

ix


2.2 Kết quả nghiên cứu về máy xay lúa kiểu hai trục cao su ở trong và ngoài
nước……………….………………………………………………………………..20
2.2.1Kết quả nghiên cứu ở ngoài nước .....................................................................26
2.3. Ý kiến thảo luận .................................................................................................27
Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................28
3.1 Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................28
3.2 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................28
3.2.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống .......................................................................28
3.2.2 Phương pháp mô hình hóa và phương pháp giải tích toán học .......................29
3.2.3 Phương pháp phân tích nhận dạng bề mặt đáp ứng .........................................29
3.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................................30
3.2.4.1Thiết bị thí nghiệm .........................................................................................30
3.2.4.2 Trang thiết bị, dụng cụ đo .............................................................................31
3.2.4.3 Các đại lượng đo và phương pháp đo ...........................................................32
a) Các thông số đo trực tiếp ...................................................................................32
b) Các thông số đo gián tiếp...................................................................................34

3.2.4.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm......................................................................35
3.2.4.5Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ........................................................36
3.2.5 Phương pháp tối ưu hóa ...................................................................................37
3.2.5.1Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu ...........................................................37
3.2.5.2 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu.............................................................38
3.2.5.3 Giải các bài toán tối ưu hóa...........................................................................39
Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................40
4.1 Nghiên cứu cơ sở thực nghiệm ...........................................................................40
4.1.1 Nghiên cứu đề xuất cải tiến mô hình máy xay lúa XL – 600 ..........................40
4.1.2 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình mày xay lúa XL – 600 phục vụ nghiên
cứu thực nghiệm ........................................................................................................41
4.1.2.1 Mục đích nghiên cứu .....................................................................................41
4.1.2.2 Các số liệu thiết kế ban đầu...........................................................................41

x


4.1.2.3 Kết quả tính toán thiết kế ..............................................................................42
4.1.2.4 Kết quả tính toán chế tạo...............................................................................42
4.2 Xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm máy xay lúa XL – 600 ......................42
4.2.1 Xác định các thông số nghiên cứu ...................................................................42
4.2.1.1Xác định các thông số ra ................................................................................42
4.2.1.2Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào ....................................................43
4.2.2 Mô phỏng phương pháp xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm bằng bài
toán “Hộp đen” ..........................................................................................................46
4.2.3 Xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm bậc I ...............................................47
4.2.3.1 Xác định miền thực nghiệm ..........................................................................47
4.2.3.2 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm ...............................................49
4.2.3.3 Kết quả xử lý số liệu và phân tích mô hình ..................................................51
4.2.4 Xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm bậc II .............................................55

4.2.4.1 Xác định miền nghiên cứu ............................................................................55
4.2.4.2 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm ...............................................56
4.2.4.3 Xác định và phân tích mô hình hàm hiệu suất xay y1(Hs) ............................58
4.2.4.4 Xác định và phân tích mô hình hàm hiệu suất xay nguyên y2 (HsN).... .......61
4.2.4.5 Xác định và phân tích mô hình hàm chi phí điện năng riêng y3 (Ar)……. ..64
4.3 Kết quả tính toán tối ưu hoá ................................................................................67
4.3.1 Tối ưu đơn mục tiêu .........................................................................................67
4.3.1.1 Các bài toán tối ưu đơn mục tiêu ..................................................................67
4.3.1.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa đơn mục tiêu ....................................................67
4.3.2 Tối ưu đa mục tiêu ...........................................................................................70
4.3.2.1 Xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu ....................................................70
4.3.2.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa đa mục tiêu ......................................................72
4.4 Thực nghiệm đánh giá kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm ...........................73
4.5 Ý kiến thảo luận ..................................................................................................74
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................76
5.1. Kết luận ..............................................................................................................76

xi


5.2. Đề nghị ...............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78
PHỤ LỤC .................................................................................................................79
7.1 Bảng vẽ thiết kế máy thí nghiệm ........................................................................79
7.2 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu với mô hình thống kê bậc I .....................81
7.2.1Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm theo phương án bậc I ở dạng
thực…………………………………………………………………………………81
7.2.2 Kết quả phân tích phương sai với mô hình thống kê bậc I không có số hạng
chéo………………………………………………………………………………...82
7.2.2.1 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu suất xay y1 với mô hình thống kê

bậc I không có số hạng chéo .....................................................................................82
7.2.2.2 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu suất xay nguyên y2 với mô hình
thống kê bậc I không có số hạng chéo ......................................................................82
7.2.2.3 Kết quả phân tích phương sai hàm chi phí điện năng riêng để xay y3 với mô
hình thống kê bậc I không có số hạng chéo ..............................................................82
7.2.3 Kết quả phân tích phương sai với mô hình thống kê bậc I có số hạng chéo…83
7.2.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu quả xay y1 với mô hình thống kê bậc
I có số hạng chéo .......................................................................................................83
a) Khi có đầy đủ các hệ số hồi quy ...........................................................................83
b) Sau khi loại các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy ....................................83
7.2.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu quả xay gạo nguyên y2 với mô hình
thống kê bậc I có số hạng chéo .................................................................................84
a) Khi có đầy đủ các hệ số hồi quy ...........................................................................84
b) Sau khi loại các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy ....................................84
7.2.3.3 Kết quả phân tích phương sai hàm chi phí điện năng riêng để xay y3 với mô
hình thống kê bậc I có số hạng chéo .........................................................................85
7.3 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu với mô hình thống kê bậc II ....................85
7.3.1 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm theo phương án bậc II ở dạng
thực…………………………………………………………………………………85

xii


7.3.2 Kết quả xử lý số liệu hàm hiệu suất xay y1 với mô hình thống kê bậc II........ 86
7.3.2.1 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu quả xay y1 với mô hình thống kê bậc
II............................... .................................................................................................86
a) Khi có đầy đủ các hệ số hồi quy........................................................................86
b) Sau khi loại các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy ................................87
7.3.2.2 Kết quả xác định hàm hiệu quả xay y1 với mô hình thống kê bậc II…….. ..87
a) Kết quả xác định hàm hiệu quả xay y1 với mô hình thống kê bậc II ở dạng mã

hóa…………. ........................................................................................................87
b) Kết quả xác định hàm hiệu quả xay y1 với mô hình thống kê bậc II ở dạng
thực.…………………………………...……………………………….………...88
7.3.3 Kết quả xử lý số liệu hàm hiệu suất xay nguyên y2 với mô hình thống kê bậc
II....... ..... ...................................................................................................................88
7.3.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu quả xay nguyên y2 với mô hình
thống kê bậc II ...........................................................................................................88
a) Khi có đầy đủ các hệ số hồi quy........................................................................88
b) Sau khi loại các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy ................................89
7.3.3.2 Kết quả xác định hàm hiệu quả xay nguyên y2 với mô hình thống kê bậc
II…………. ...............................................................................................................89
a) Kết quả xác định hàm hiệu quả xay nguyên y2 với mô hình thống kê bậc II ở
dạng mã hóa ...........................................................................................................89
b) Kết quả xác định hàm hiệu quả xay nguyên y2 với mô hình thống kê bậc II ở
dạng thực ...............................................................................................................90
7.3.4 Kết quả xử lý số liệu hàm chi phí điện năng riêng để xay y3 với mô hình thống
kê bậc II…………………………………………………………………………….90
7.3.4.1 Kết quả phân tích phương sai hàm chi phí điện năng riêng để xay y3 với mô
hình thống kê bậc II...................................................................................................90
7.3.4.2 Kết quả xác định hàm chi phí điện năng riêng để xay y3 với mô hình thống
kê bậc II…………………………………………………………………………….91

xiii


a) Kết quả xác định hàm chi phí điện năng riêng để xay y3 với mô hình thống kê
bậc II ở dạng mã hóa .............................................................................................91
b) Kết quả xác định hàm chi phí điện năng riêng để xay Ar với mô hình thống kê
bậc II ở dạng thực ..................................................................................................91
7.4 Các đồ thị biểu diện bề mặt đáp ứng ...................................................................92

7.4.1 Hàm hiệu quả xay Hs (y1) ................................................................................92
7.4.2 Hàm hiệu quả xay nguyên HsN (y2) ................................................................95
7.4.3 hàm chi phí điện năng riêng để xay Ar (y3) .....................................................99
7.5 Kết quả tính toán tối ưu hóa ..............................................................................103
7.5.1 Kết quả tính toán tối ưu hóa hiệu suất xay .....................................................103
7.5.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa hiệu suất xay gạo nguyên .................................103
7.5.3 Kết quả tính toán tối ưu hóa chi phí điện năng riêng để xay .........................104
7.5.4 Kết quả tính toán tối ưu hóa đa mục tiêu .......................................................105
7.6 Kết quả thực nghiệm so sánh ............................................................................110
7.6.1 Kết quả thực nghiệm ......................................................................................110
7.6.2 Kết quả phân tích phương sai .........................................................................110
7.6.2.1 So sánh hiệu suất xay ..................................................................................110
7.6.2.2 So sánh hiệu suất xay nguyên .....................................................................111
7.6.2.3 So sánh chi phí điện năng riêng ..................................................................111
PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .............................113

xiv


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1. Cấu tạo giải phẫu hạt thóc. .........................................................................4
Hình 2.2. Cây lúa. .......................................................................................................4
Hình 2.3. Đo góc nghỉ của hạt. ...................................................................................7
Hình 2.4. Đo góc ma sát của hạt.................................................................................8
Hình 2.5. Cách đo chiều dài của thóc. ........................................................................9
Hình 2.6 Máy xay 2 trục cao su................................................................................11

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động. .......................................................................11
Hình 2.8. Cấu tạo trục cao su. ..................................................................................12
Hình 2.9 Sơ đồ lực tác dụng của đôi trục cao su lên hạt ..........................................13
Hình 2.10 Sơ đồ tách vỏ khi hạt đi qua khe ép.........................................................14
Hình 2.11 Sơ đồ xác định đại lượng biến dạng của lớp cao su bọc trục ..................17
Hình 2.12 Sơ đồ xác định đại lượng biến dạng của lớp cao su bọc trục và lực ép ..17
Hình 2.13 Máy xay lúa Vinappro kiểu RH – 700. ..................................................23
Hình 2.14. Máy xay lúa HW60A. ...........................................................................24
Hình 2.15. Cấu tạo máy bóc vỏ lúa RH – 25............................................................26
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy xay lúa YANMAR – 300. ....................30
Hình 3.2. Cụm trục bóc vỏ. ......................................................................................30
Hình 3.3. Cụm truyền động. .....................................................................................31
Hình 3.4. Đồng hồ đo số vòng quay, thước kẹp, thước lá dùng trong thí nghiệm ...33
Hình 3.5 Đồng hồ bấm giây .....................................................................................33
Hình 3.6 Đồng hồ đo cường độ dòng điện ...............................................................33
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy xay lúa XL – 600 cải tiến. ................40
Hình 4.2. Máy xay lúa XL – 600 phục vụ nghiên cứu thực nghiệm. .......................42
Hình 4.3. Mô hình bài toán ‘Hộp đen’. ....................................................................47

xv


Hình 4.4. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất xay lúa ở
dạng mã hóa. .............................................................................................59
Hình 4.5. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất xay lúa ở
dạng thực. .................................................................................................59
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn Hs – l2 – n ở dạng không gian. ......................................60
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn Hs – l2 – n ở dạng phẳng................................................60
Hình 4.8. Biểu đồ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hiệu suất bóc vỏ nguyên khi
xay lúa ở dạng mã. ....................................................................................62

Hình 4.9. Biểu đồ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hiệu suất bóc vỏ nguyên khi
xay lúa ở dạng thực...................................................................................62
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn HsN– n – q ở dạng không gian. ...................................63
Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn HSN – n – q ở dạng phẳng. .........................................63
Hình 4.12. Biểu đồ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đếnchi phí điện năng riêng để
xay lúa ở dạng mã. ....................................................................................65
Hình 4.13. Biểu đồ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chi phí điện năng riêng để
xay lúa ở dạng thực...................................................................................65
Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn Ar – l2 – n ở dạng không gian......................................66
Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn Ar – l2 – n ở dạng phẳng. .............................................66
Hình 7.1a Bản vẽ thiết kế máy thí nghiệm ...............................................................79
Hình 7.1b Cơ cấu điều chỉnh cách hướng lúa ..........................................................80

xvi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1 Giá trị Lt ....................................................................................................16
Bảng 3. 1 Các dụng cụ đo. ........................................................................................31
Bảng 4.1. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I. ...........................49
Bảng 4.2. Ma trận thí nghiệm ở dạng mã hoá và kết quả thực nghiệm. ...................50
Bảng 4.3. Miền thực nghiệm theo phương án quay bậc II Box –Hunter. ................56
Bảng 4.4. Ma trận thí nghiệm ở dạng mã hoá và kết quả thực nghiệm theo phương
án bậc II của Box - Hunter. ......................................................................56
Bảng 4.5. Nhận dạng đồ thị hàm y1. .........................................................................60
Bảng 4.6. Nhận dạng đồ thị hàm y2. .........................................................................63

Bảng 4.7. Nhận dạng đồ thị hàm y3. ........................................................................66
Bảng 4.8. Kết quả thực nghiệm so sánh. ..................................................................73
Bảng 4.9. So sánh kết quả tính toán tối ưu và thực nghiệm tại chế độ tối ưu. .........74

xvii


DANH SÁCH LIỆT KÊ CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa



Độ

Góc ôm của hạt



kg/m3

Khối lượng thể tích của lúa



mm

Khe hở hai trục cao su



Hệ số Poisson (đặc trưng cho độ cứng) của cao su



kg/m3

Khối lượng riêng hay mật độ của lúa



Độ

Góc ma sát của lúa và cao su

A

kWh

Điện năng tiêu thụ

A

độ

Ar

kWh/t

Chi phí điện năng riêng

B

m

Chiều cao rơi của hạt

D

mm

Đường kính quả lô

D

mm

Đường kính hạt

E

MN/m2

Môđun đàn hồi của cao su bọc trục bóc vỏ

Góc nghiêng giữa đường nối tâm hai trục bóc vỏ và
phương ngang

Fb

Hệ số F tra theo bảng phân bố Fisher

Ft

Hệ số F theo tính toán

xviii


G

kg

Khối lượng nguyên liệu đổ đầy một hộp có thể tích V.

G

m/s2

Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2]

Hs

%

Hiệu suất bóc vỏ

HsN

%

Hiệu suất bóc vỏ nguyên

K

Tỉ số vận tốc hai trục

K

Số yếu tố nghiên cứu

Kt

m2/MN

Hệ số đặc trưng cho cơ tính của cao su

L

mm

Chiều dài đo của hạt thóc

l1

mm

Khe hở giữa cánh định hướng với trục xay chủ động

l2

mm

Khe hở giữa hai trục xay

Le

mm

Chiều dài cung nén

Lt

mm

Chiều dài cung trượt

M

kg

Khối lượng thóc đưa vào xay

mgl

kg

Khối lượng gạo lức xay được

N

vg/ph

Số vòng quay của trục chủ động (trục quay nhanh)
Số thí nghiệm lặp ở tâm

n0
Ndc

kW

Số thí nghiệm

Ntn
Q

Công suất động cơ

kg/ph

Lượng cung cấp

xix


V

m3

Thể tích khối nguyên liệu

v0

m/s

Vận tốc vòng trên trục

vc

m/s

Vận tốc vòng của trục quay chậm

vn

m/s

Vận tốc vòng của trục quay nhanh

Vtb

m/s

Vận tốc trung bình của vật liệu đi qua khe 2 trục xay

W

%

Độ ẩm của lúa

x1

mm

x2

mm

x3

độ

dạng mã hóa
khe hở giữa hai trục xay ở dạng mã hóa
Góc nghiêng giữa đường nối tâm hai trục bóc vỏ và
phương ngang ở dạng mã hóa
Số vòng quay của trục chủ động (trục quay nhanh) ở dạng

x4

mã hóa

x5
Δho

khe hở giữa cánh định hướng với trục xay chủ động ở

lượng cung cấp ở dạng mã hóa
mm

Đại lượng biến dạng

xx


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Chế biến và sản xuất lúa gạo là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của
nước ta đem lại doanh thu hàng tỉ USD cho nền kinh tế. Tổng sản lượng lương thực
của toàn thế giới hiện nay vào khoảng 1.400 triệu tấn/năm. Ở Việt Nam Sản lượng
lúa năm 2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè
thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Bộ NN & PTNT, 2004). Song song với sự
tăng trưởng sản lượng lương thực, theo nhịp độ phát triển chung của nền kinh tế
quốc dân, nhiều khu công nghiệp được xây dựng, nhiều vùng kinh tế mới sẽ được
hình thành, và tất nhiên yêu cầu cung cấp sản phẩm chế biến lương thực ngày càng
tăng lên nhiều.
Sự tăng sản lượng lương thực đòi hỏi phải tăng số lượng và tăng năng suất
đồng thời không ngừng nâng cao chất lượng của sản phẩm. Và hiện nay vấn đề này
đang được nhà nước ngày càng quan tâm, ưu tiên cho nghiên cứu các thiết bị và
công nghệ sau thu hoạch. Vì công nghệ sau thu hoạch đóng vai trò quan trọng trong
việc giảm thất thoát sau thu hoạch, nâng chất lượng và giá trị sản phẩm để có thể
hòa nhập vào thị trường quốc tế. Sản phẩm nông nghiệp của nước ta hiện nay có tổn
thất lớn trong giai đoạn sau thu hoạch và có giá trị thấp trong thương mại quốc tế.
Hiện nay trong các nhà máy chế biến lúa gạo của chúng ta đang sử dụng phổ
biến 2 loại máy xay: máy xay đôi trục cao su và máy xay hai thớt cối. Theo cách

phân loại của Ginzbya (dựa vào nguyên lý tác dụng cơ học của bộ phận làm việc
của máy lên hạt) thì chúng thuộc nhóm máy xay tác dụng lên hạt bằng lực nén và
lục xé. Trong đó, máy xay sử dụng đôi trục cao su để bóc vỏ trấu là loại máy xay
chủ yếu trong các dây chuyền chế biến lúa gạo hiện đại, phục vụ chế biến gạo xuất
khẩu.

1


Về phương diện lý thuyết có thể coi kết quả của quá trình xay cho ra hai sản
phẩm: gạo lật và trấu. Song trong thực tế chịu ảnh hưởng của các tính chất cơ lý của
hạt và mức độ không hoàn thiện của máy xay mà hổn hợp luôn bao gồm các thành
phần – gạo lật, thóc, trấu, tấm xay và cám xay.
Quá trình xay được tiến hành tốt bao nhiêu thì tỉ lệ thóc, tấm xay và cám xay
trong hổn hợp xay nhỏ bấy nhiêu (tỷ lệ gạo lật và tương ứng là tỷ lệ trấu sẽ lớn bấy
nhiêu).
Chất lượng của quá trình xay ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng của cả dây
chuyền công nghệ ở các khâu kế tiếp, đến sản phẩm cuối cùng là chất lượng gạo và
hiệu quả chế biến.
Vì vậy nâng cao hiệu quả quá trình bóc vỏ trấu ở máy xay lúa hai trục cao su
có tính thời sự và cấp thiết cao. Được sự chấp thuận và hướng dẫn của TS. Nguyễn
Như Nam trưởng bộ môn Máy Sau thu họach – Chế biến, khoa Cơ khí – Công nghệ,
trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh tôi xin đăng ký đề tài:
“Nghiên cứu quá trình bóc vỏ trấu trên máy xay lúa hai trục cao su bằng
phương pháp mô hình hóa”
1.2 Mục đích đề tài
Mục đích của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc của máy xay
lúa XL – 600 trên cơ sở nâng cao hiệu suất bóc vỏ và hiệu suất bóc vỏ nguyên lúa
trên cơ sở cải tiến về máy mặt kết cấu và xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm
nhằm điều khiển tĩnh tối ưu quá trình bóc vỏ lúa.

1.3 Tính mới của đề tài
Đề tài đưa ra hai giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả bóc vỏ lúa bằng
máy bóc vỏ kiểu hai trục là bố trí cánh hướng dẫn lúa cung cấp tham gia quá trình
bóc vỏ lúa và thay đổi vị trí hình học của tâm hai trục bóc vỏ. Giải pháp đề xuất
được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Đề tài kế thừa mô hình thống kê thực nghiệm mô tả hiệu suất xay lúa bằng
máy xay lúa kiểu hai trục, nhưng phát triển theo hướng mở rộng các yếu tố nghiên
cứu cả vào và ra.

2


1.4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Đề tài áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu để xây dựng mô
hình thống kê thực nghiệm. Mô hình thống kê thực nghiệm được xây dựng từ mô
hình đa thức bậc I và phát triển lên đa thức bậc II bằng cách mở rộng vùng thực
nghiệm. Để điều khiển tĩnh theo hướng tối ưu hóa, đề tài áp dụng phương pháp
trọng số và so sánh hiệu quả kinh tế để lập và giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu.
Để giảm khối lượng tính toán, đề tài đã áp dụng các phần mềm Statgraphics
– vers 7.0 và phần mềm tối ưu hóa của Nguyễn Như Nam và Nguyễn Trọng Tấn áp
dụng chuyên cho các dạng bài toán quy hoạch thực nghiệm.
1.5 Kết quả của đề tài
Đề tài đã thiết kế, chế tạo mẫu máy xay lúa XL – 600 với các cải tiến phục
vụ thực nghiệm kiểm tra và xây dựng 3 mô hình thống kê thực nghiệm dạng đa thức
bậc II. Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm này đã xác định được chế độ làm
việc tối ưu cho máy xay lúa XL – 600.

3