Thiết kế hệ thống cấp liệu tự động cho một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

PHẠM QUỐC LIỆT

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP LIỆU TỰ ĐỘNG
CHO MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG
DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN LÚA GẠO
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1: …………………………………….................................
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
Cán bộ chấm nhận xét 2: …………………………………….................................
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp.HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHẠM QUỐC LIỆT

Phái

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 09/12/1984

Nơi sinh : Bạc Liêu

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

MSHV

: 09040367

I- TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế hệ thống cấp liệu tự động cho một số thiết bị trong dây chuyền chế
biến lúa gạo.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống cấp liệu tự
động của các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo.

- Nghiên cứu các đối tượng và yêu cầu cần cấp liệu tự động trong dây chuyền.
- Thiết kế cấu hình và quy trình vận hành hệ thống cấp liệu tự động.
- Thiết kế hệ thống cơ khí của hệ thống cấp liệu tự động.
- Thiết kế cấu bộ điều khiển cho hệ thống cấp liệu tự động.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 05 tháng 07 năm 2010
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 06 tháng 12 năm 2010
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. PHẠM NGỌC TUẤN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. PHẠM NGỌC TUẤN


LỜI CÁM ƠN
Em xin chân thành cám ơn Thầy PGS.TS. Phạm Ngọc Tuấn đã tận tình quan
tâm, giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn.
Xin chân thành cám ơn các Thầy Cơ Phịng đào tạo sau đại học, các Thầy
Cô trong Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, đã truyền đạt kiến thức cũng như kinh
nghiệm nghiên cứu khoa học, tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn.
Xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em Trung tâm
CENINTEC, Công ty Cổ phần Cơ khí chế tạo máy Long An đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi, hỗ trợ, động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn đúng tiến độ và đạt
mục tiêu đã đề ra.

Tp.HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2010
Học viên

Phạm Quốc Liệt


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Việt Nam là quốc gia xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới. Tuy nhiên, lợi
nhuận mà lúa gạo mang lại cho người nông dân trồng lúa và nhà sản xuất lúa gạo
vẫn còn thấp. Một trong những nhân tố làm giảm lợi nhuận là do tổn thất năng suất
cịn cao trong q trình xay xát tại các dây chuyền chế biến lúa gạo tại Việt Nam.

Nguyên nhân là do không đồng bộ trong q trình vận hành và khơng có các thiết bị
ổn định năng suất các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo.
Việc ứng dụng hệ thống cấp liệu tự động trong dây chuyền chế biến lúa gạo
trên thế giới đã mang lại nhiều lợi ích trong việc ổn định năng suất của dây chuyền
chế biến lúa gạo, điển hình là dây chuyền chế biến lúa gạo của các hãng: SATAKE
(Nhật), Buhler (Đức), RES (Thái Lan), … Tuy nhiên, các hệ thống cấp liệu tự động
này rất đắt tiền và hiện nay vẫn chưa được ứng dụng trong các dây chuyền chế biến
lúa gạo ở Việt Nam. Vì vậy, việc thiết kế hệ thống cấp liệu tự động cho một số thiết
bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo là rất cần thiết để có thể áp dụng cho các nhà
máy sản xuất để tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.
Nội dung của luận văn trình bày tổng quan về kết quả nghiên cứu và ứng
dụng của hệ thống cấp liệu tự động trong dây chuyền chế biến lúa gạo trên thế giới,
từ đó xác định mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu hệ thống cấp liệu tự
động phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế.
Kết quả của luận văn là bộ thiết kế các hệ thống cấp liệu tự động cho một số
thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo với năng suất 8 – 10 tấn/giờ.


ABSTRACT
Viet Nam is the world's second largest rice exporter. However, the profit that
the rice brings to the farmers and producers is rather low. One of the factors that
reduce profits due to productivity losses is still high in the rice milling in Vietnam.
The cause is not synchronized during the operation and did not have the equipment
to stabilize the productivity for the machines in rice milling.
The application of automatic feeder system in rice miling in the word have
brought many benefits in stabilize the productivity of rice milling, typically is the
rice miling plant: SATAKE (Japanese), Buhler (Germany), RES (Thailand), ...
However, the automatic feeder systems are very expensive and had not been applied
in the rice miling in Vietnam. Therefore, the design of automatic feeder system for
some devices in the rice milling is essential to be able to apply to the plant to

increase productivity and reduce production costs.
The contents of this thesis presents an overview of research results and
applications of automated feeder systems in rice milling in the world, thereby
determining the objectives, content and research methods for automated feeder
system that conforming to actually conditions.
The result of this thesis is automatic feeder systems for some machines in
rice milling with capacity 80 -10 tons per hour.


1

MỤC LỤC
Trang
Mục lục……………………………………………………………………………...1
Chương 1: Tổng quan: …………………………………………………………….4
1.1. Tổng quan về hệ thống cấp liệu tự động cho một số thiết bị
trong dây chuyền chế biến lúa gạo…………..……………….….……….4
1.1.1. Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam.................……………………4
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống cấp liệu
tự động trên thế giới...................................................................................6
1.1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống cấp liệu tự
động trong dây chuyền chế biến lúa gạo ở Việt Nam………………….29
1.1.4. Hiện trạng của hệ thống cấp liệu trong các dây chuyền
chế biến lúa gạo ở Việt Nam hiện nay……………………………….…32
1.2. Tính cấp thiết của luận văn………………………………………………...33
1.3. Mục tiêu của luận văn……………………………………………………...33
1.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn….…………………………….33
1.5. Nội dung cần thực hiện ……………………..…………………………..…33
1.6. Phương pháp nghiên cứu……………………………….………………….35
Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án cấp liệu tự động

cho các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo……………………36
2.1. Xác định các đối tượng cần cấp liệu tự động trong dây chuyền
chế biến lúa gạo…………………………………………………………….36
2.2. Xác định các yêu cầu của các đối tượng cần cấp liệu tự
động trong dây chuyền chế biến lúa gạo……………………………..…..…39
2.3. Các phương pháp cấp liệu rời……………...................................................40
2.3.1. Tổng quan về các phương pháp cấp liệu rời..………….……..40
2.3.2. Phương án cấp liệu định lượng theo thể tích…………………42
2.3.3. Phương án cấp liệu định lượng theo trọng lượng….….………48
2.4. Phân tích và lựa chọn phương án cấp liệu tự động cho các


2

thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo………..……..…….....................53
2.4.1.Tổng hợp các ưu nhược điểm của các phương pháp cấp liệu………..53
2.4.2. Đánh giá khả năng đáp ứng về vật liệu và độ chính xác cấp liệu…....54
Chương 3: Xác định cấu hình, chức năng, yêu cầu và thiết kế
qui trình vận hành chung cho các hệ thống cấp liệu tự động……...………57
3.1. Xác định cấu hình cho các hệ thống cấp liệu tự động…………………….57
3.1.1 Cấu hình chung cho hệ thống cấp liệu tự động của
máy bóc vỏ và máy tách trấu……………………….………………………57
3.1.2 Cấu hình chung cho hệ thống cấp liệu tự động của
máy tách sạn, máy xát trắng, máy đánh bóng và máy tách thóc tinh………58
3.2. Xác định chức năng chung cho các hệ thống
cấp liệu tự động của sáu máy……………………………………………….59
3.3. Xác định các yêu cầu kỹ thuật chung cho hệ thống
cấp liệu tự động của sáu máy……………………………………………….60
3.4. Thiết kế qui trình vận hành chung cho các hệ thống
cấp liệu tự động của sáu máy ..……………………………..……………...61

Chương 4: Thiết kế cơ khí cho hệ thống cấp liệu tự động………..…………….62
4.1. Thiết kế sơ đồ động của hệ thống cấp liệu tự động của sáu máy………..62
4.1.1. Xác định các chuyển động của hệ thống cấp liệu
tự động chung cho sáu máy………………………………………………..62
4.1.2. Thiết kế sơ đồ động chung cho hệ thống cấp liệu
tự động của máy bóc vỏ và tách trấu………………….…………………...63
4.1.3. Thiết kế sơ đồ động chung cho hệ thống cấp liệu tự
động của máy tách sạn, máy xát trắng, máy đánh bóng và
máy tách thóc tinh…………………………………………………….……64
4.2. Thiết kế cơ khí của hệ thống cấp liệu tự động……………………………..65
4.2.1. Thiết kế hệ thống cân của sáu máy……………………….….............66
4.2.2. Thiết kế cụm cấp liệu của sáu máy.....…………………….…………74
4.2.2.1. Thiết kế cụm cấp liệu của máy bóc vỏ


3

và máy tách trấu……………………………………..........................78
4.2.2.2. Thiết kế cụm cấp liệu của máy tách sạn, máy
xát trắng, máy đánh bóng và máy tách thóc tinh……………………84
4.3. Thiết kế hệ thống khí nén chung cho các hệ thống
cấp liệu của sáu máy.......................................................................................85
Chương 5: Thiết kế cấu hình bộ điều khiển cho hệ thống
cấp liệu tự động……………………………...……………………………...89
5.1. Xác định các yêu cầu và đối tượng cần điều khiển của hệ thống
cấp liệu tự động…..……….…………………….…………..………….…...89
5.1.1. Xác định các yêu cầu và đối tượng cần điều khiển chung
đối với máy bóc vỏ và máy tách trấu……………………………….............89
5.1.2. Xác định các yêu cầu và đối tượng cần điều khiển điều khiển
chung cho máy tách sạn, máy xát trắng, máy đánh bóng

và máy tách thóc tinh………………………………………………...91
5.2. Lập giải thuật điều khiển cho hệ thống cấp liệu tự động…………..….…93
5.2.1. Lập giải thuật điều khiển chung cho hệ thống cấp liệu
tự động của máy bóc vỏ và máy tách trấu………….………………..….…..93
5.2.2. Lập giải thuật điều khiển chung cho hệ thống cấp liệu tự
động của máy tách sạn, máy xát trắng, máy đánh bóng
và máy tách thóc tinh……………………………………………………...96
5.3. Thiết kế cấu hình bộ điều khiển cho các hệ thống cấp liệu
tự động của sáu máy…………………………………………….…………110
5.4. Đề xuất phần cứng bộ điều khiển và lựa chọn thiết bị thu
nhận tín hiệu cho hệ thống cấp liệu tự động của sáu máy……………….…..101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………..…………………...…111
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………..……………………..113


4

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hệ thống cấp liệu tự động cho một số thiết bị trong dây
chuyền chế biến lúa gạo.
1.1.1. Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam.
Lương thực là nhu cầu thiết yếu đối với con người. Các hạt lương thực chính
bao gồm lúa mì, lúa gạo, bắp, ngồi ra cịn có một số loại khác như cao lương, lúa
mạch, kê… Cây lúa đứng vị trí thứ hai sau lúa mì về diện tích trên thế giới.
Từ chỗ là quốc gia nhập khẩu lương thực, Việt Nam đã trở thành cường quốc
lúa gạo sau hai thập niên đổi mới theo hướng kinh tế thị trường có sự điều tiết của
Nhà nước. Năm 2009 Việt Nam đạt sản lượng lúa 38,9 triệu tấn, tăng 116 nghìn tấn
so với năm 2008. Nhờ vậy, mặc dù xuất khẩu gạo tăng tốc nhanh về sản lượng,
nhưng vẫn đảm bảo đủ lượng gạo cho tiêu dùng trong nước. Lượng gạo xuất khẩu

năm 2009 đạt 5,8 triệu tấn, kim ngạch thu về 2,6 tỷ USD [1].
Dù được mệnh danh là cường quốc xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới, nhưng
giá gạo xuất khẩu Việt Nam vẫn thường thấp hơn gạo cùng loại trên thị trường thế
giới so với Thái Lan giá gạo thấp hơn khoảng 160 USD/tấn [2]. Những thị trường
nhập khẩu gạo cao cấp trên thế giới vẫn do Thái Lan nắm giữ. Vấn đề này có liên
quan khơng ít đến q trình áp dụng cơng nghệ sau thu hoạch ở nước ta.
Đồng Bằng Sông Cửu Long là nơi có diện tích trồng lúa lớn nhất nước với
khoảng 3,8 triệu ha. Trong số này, vụ lúa Đông-Xuân được gieo 1,5 triệu ha, HèThu 1,6 triệu ha, vụ 3 là 0,5 triệu ha và 0,25 triệu ha lúa mùa. Sản lượng lúa toàn
vùng năm 2008 là 20,6 triệu tấn, năm 2009 ước đạt 21 triệu tấn. Đồng Bằng Sông
Cửu Long cung ứng 90% lượng gạo xuất khẩu góp phần rất lớn đưa Việt Nam nằm
trong danh sách các “cường quốc” xuất khẩu gạo. Nhưng đây cũng là vùng có tỷ lệ
tổn thất sau thu hoạch cao nhất.
Theo Viện Lúa Đồng Bằng Sơng Cửu Long, tỷ lệ thất thốt sau thu hoạch
khoảng 12%-15%. Các chuyên gia sau thu hoạch của Viện Lúa quốc tế (IRRI) đưa


5

ra con số thất thoát sau thu hoạch ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á khoảng
15%-20% sản lượng và làm giảm 10%-30% giá trị hay thu nhập cho người sản xuất.
Với mức thiệt hại 12%-15%, Đồng Bằng Sông Cửu Long mất từ 2,4 - 3,15
triệu tấn lúa/năm, tương đương 9120 – 1260 tỷ đồng. Như vậy tổn thất sau thu
hoạch khơng chỉ làm giảm sản lượng, mà cịn ảnh hưởng lớn chất lượng, giá trị hạt
gạo, giảm thu nhập của nơng dân [3].
Hiện nay, lúa có thể được chế biến thủ công với một số công đoạn được cơ
khí hóa với tỷ lệ thu hồi khoảng (65-70) %. Một số công ty chế biến lúa gạo chất
lượng cao và xuất khẩu hiện đang dùng những dây chuyền thiết bị đồng bộ chế biến
lúa gạo với tỷ lệ tổng thu hồi là 70%, thường thu được loại gạo 15% tấm.
Tuy nhiên các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo nêu trên có tỉ lệ thu
hồi gạo cịn thấp, tiêu hao năng lượng còn lớn và chất lượng gạo chưa cao, còn

nhiều tấm do gạo bị gãy vỡ, chủ yếu là do được điều khiển thủ công các thông số
ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất của các thiết bị này. Năng suất và chất
lượng sản phẩm còn phụ thuộc nhiều vào tay nghề và kinh nghiệm của người vận
hành.
Do vậy việc áp dụng khoa học công nghệ vào công nghệ sau thu hoạch mà
cụ thể là vào quy trình chế biến lúa gạo sẽ giúp cho giảm tỉ lệ gãy vỡ, tăng tỉ lệ gạo
thu hồi của toàn bộ dây chuyền, tăng năng suất, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất và
tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường xuất khẩu ra thế giới. Chất
lượng gạo được cải thiện, giá thành nâng cao, tăng thu nhập cho người dân và quốc
gia, đồng thời tăng khả năng cạnh tranh của gạo Việt Nam trên thị trường thế giới.
Trong các dây chuyền chế biến lúa gạo hiện nay tại Việt Nam và một số
nước trong khu vực, năng suất của dây chuyền, chất lượng sản phẩm gạo đầu ra,
năng lượng tiêu hao chưa như mong đợi của nhà sản xuất vì một số nhóm ngun
nhân sau đây:
- Người vận hành phải thường xuyên điều chỉnh các thiết bị trong dây chuyền
do: tính chất nguyên liệu đầu vào liên tục thay đổi (độ ẩm, tạp chất, độ rạn nứt, hạt


6

xanh non, hạt lép…), năng suất và các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm đầu ra không
đạt yêu cầu, v.v... Trong trường hợp này, một số thiệt hại có thể phát sinh vì:
o Một là người vận hành khơng kịp thời điều chỉnh các thiết bị.
o Hai là người vận hành không chắc chắn khi điều chỉnh các thông số
ảnh hưởng để đạt được các yếu tố mục tiêu về năng suất, chất lượng và tiêu hao
năng lượng tối ưu.
o Ba là người vận hành khơng đủ trình độ hoặc kinh nghiệm để xác định
cần phải điều chỉnh những yếu tố nào.
o Bốn là người vận hành có thể thiếu trách nhiệm trong việc giám sát
các yếu tố đầu ra và điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng như nhà quản lý mong

đợi. Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất, chất lượng và năng lượng thứ
nhất.
- Thời gian máy chạy không tải hoặc thiếu tải do lưu lượng nguyên liệu hoặc
bán thành phẩm đầu vào không được giám sát và cân đối sao cho đồng bộ về năng
suất. Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất và năng lượng thứ hai.
- Chưa có hệ thống giám sát các thông số đầu ra và phản hồi để điều chỉnh các
thông số ảnh hưởng nên các máy trong dây chuyền chưa được điều chỉnh để hoạt
động ở chế độ tối ưu. Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất, chất lượng và
năng lượng thứ ba.
- Năng suất của dây chuyền, chất lượng sản phẩm gạo đầu ra, năng lượng tiêu
hao phụ thuộc lớn vào người vận hành (trình độ, sức khỏe, tâm sinh lý, ...). Đây là
nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất, chất lượng và năng lượng thứ tư.
Để cải thiện năng suất, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên, tiêu hao năng lượng của dây
chuyền giải pháp là tự động hóa dây chuyền, tập trung vào các thiết bị chính ảnh
hưởng đáng kể đến những yếu tố mục tiêu cần cải thiện nêu trên.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống cấp liệu tự động trên
thế giới.
1.1.2.1. Các nghiên cứu về hệ thống cấp liệu tự động trên thế giới.


7

Trên thế giới nhiều cơng trình nghiên cứu từ các trung tâm nghiên cứu, các
hãng sản xuất, ... về hệ thống cấp liệu tự động đối với vật liệu dạng hạt để cung cấp
nguyên liệu cho quá trình sản xuất sau cho đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao
nhất.
a. Nghiên cứu của hai tác giả: John W.Carson và Greg Petro mô tả cách
thiết kế hiệu quả và linh hoạt cho hệ thống cấp liệu tự động cho vật liệu dạng
hạt [4]:
Tác giả cho rằng: “hệ thống cấp liệu là một phần cực kỳ quan trọng trong hệ

thống vận chuyển vật liệu, bởi vì nó có khả năng điều khiển tốc độ cấp liệu từ thùng
chứa để đạt năng suất mong muốn”. Sự khác biệt của hệ thống cấp liệu và băng tải
là băng tải chỉ vận chuyển vật liệu chứ khơng điều khiển tốc độ dịng chảy cũng như
sự khác biệt của hệ thống cấp liệu với hệ thống xả liệu. Việc lựa chọn và so sánh
phương pháp cấp liệu như: cấp liệu bằng vít tải, cấp liệu bằng phễu, cấp liệu bằng
băng tải và phương pháp cân cho hệ thống cấp liệu là cân lưu lượng liên tục hay cân
trọng theo lượng sẽ đem lại hiệu quả tốt nhất cho từng dây chuyền ứng với từng yêu
cầu sản xuất và từng loại vật liệu khác nhau.
b. Nghiên cứu của KTRON process group về công nghệ điền đầy thơng
minh trong hệ thống cấp liệu tự động [5]:

Hình 1.1: Hệ thống cấp liệu tự động sử dụng công nghệ điền đầy thông minh của
KTRON Process Group.


8

Để giảm thiểu các sai số của hệ thống cấp liệu xảy ra trong quá trình điền
đầy lại thùng chứa, người ta sử dụng công nghệ điền đầy thông minh để tiếp cận
việc loại bỏ sự duy trì một hằng số điều chỉnh định lượng của hệ thống. Để thay thế
cho công nghệ thông thường, công nghệ điền đầy thông minh có khả năng điều
chỉnh định lượng để được hạ thấp dần dần trong q trình điền đầy để có đối trọng
chính xác. Các ảnh hưởng của việc tăng dần độ dày của lớp vật liệu xảy ra trong
vùng định lượng là khối lượng phễu cân tăng. Tốc độ thấp hơn được xác định bởi sự
lưu trữ trong bộ nhớ của thiết bị điều khiển một ma trận các hệ số gọi là các hệ số
cấp liệu. Các giá trị này tương ứng với độ lớn của độ dày của vật liệu và đặc tính cơ
học của vật liệu trong hệ thống cấp liệu, và được tính thơng qua tổng của khối lượng
chu kỳ cấp liệu.
c. Nghiên cứu của tác giả G. H. Gangadharappa về hệ thống cấp liệu tự
động trong các nhà máy chế biến lương thực [6]:

Hình1.2: Hệ thống cấp liệu tự động cho các nhà máy chế biến lương thực.


9

- Đối với hệ thống cấp liệu tự động trong các nhà máy chế biến lương thực thì
điều quan trọng là các thiết bị cân và cơ cấu cân phải chính xác. Nếu như khơng
chính xác thì các hệ số tổn thất sẽ trở nên vô nghĩa.
- Hệ thống cân cấp liệu tự động sử dụng công nghệ điều khiển động cơ servo
và bộ điều khiển PLC được thiết kế và phát triển để xem xét các thuận lợi của cân
điện tử và các rãnh trượt chuyển động tuyến tính để đóng mở cửa xả liệu bằng xy
lanh khí nén.
- Đồng thời hãng này cũng đưa ra thiết kế cho hệ thống cấp liệu tự động định
lượng gián đoạn theo khối khối lượng như:
o Tính tốn các thơng số hình học của phễu chứa và phễu cân.
o Tính tốn và lựa chọn cảm biến tải cho thiết bị.
o Tính tốn lực tác động của cơ cấu khí nén.
o Tính tốn các rãnh trượt tuyến tính dựa trên cơ sở vít me bi để đưa ra
các chuyển động chính xác.
d. Nghiên cứu về thiết bị cấp liệu tự động của hãng Brabender
Technologie của Đức [7]:

Hình 1.3: Hệ thống cấp liệu tự động của hãng Brabender Technologie.


10

Hệ thống cấp liệu tự động của hãng Brabender họat động dựa theo nguyên lý
định lượng gián đoạn và cấp liệu liên tục. Hệ thống này điều khiển chính xác lưu

lượng cuả vật liệu thông qua việc định lượng theo khối lượng trong một chu kỳ xả
vật liệu. Chu kỳ làm việc của hệ thống cấp liệu này gồm có hai trạng thái:
- Trạng thái trọng lượng (chính xác): ở trạng thái này tốc độ cấp liệu của vật
liệu phụ thuộc vào trọng lượng mất đi trong một đơn vị thời gian, khối lượng vật
liệu mất đi được xác định thơng qua một cảm biến tải.
- Trạng thái thể tích (khơng chính xác): trạng thái thể tích gồm có trạng thái
thực tế làm đầy vật liệu và là thời gian ổn định vật liệu, tỉ số giữa hai trạng thái này
không được thấp hơn 1:10 tại thời điểm làm đầy lại và không quá 10 – 15 s. Số
lượng làm đầy trong một giờ xác định thành phần đặc tính của dòng chảy và tốc độ
cấp liệu.
Tốc độ cấp liệu sẽ được điều khiển trong trạng thái định lượng theo khối
lượng để đạt độ chính xác cao.
Mức độ làm đầy lại của hệ thống làm đầy được cài đặt có thể được tính tốn
dựa trên cơ sở tốc độ cấp liệu, số lần làm đầy và thời gian làm đầy.
1.2.1.2. Một số patent trên thế giới [8].
Ngoài các nghiên cứu trên có nhiều patent đã trình bày các hệ thống cấp liệu
tự động trong quá trình sản xuất. Các patent này đưa ra cấu tạo, nguyên lý hoạt
động của một số hệ thống cấp liệu như: dạng băng tải, dạng phễu, dạng vít tải,…
- US4194649 WEIGH FEEDER: mơ tả một hệ thống cân cấp liệu dạng sử
dụng cho băng tải dùng để cân vật liệu vận chuyển trên băng tải một cách liên tục.
Thông qua giá trị đo được từ trọng lượng không tải của băng tải và tỉ lệ tần số đo
được giữa hai lần đo thông qua bộ xử lý sẽ đưa ra một giá trị trọng lượng chính xác
của vật liệu trên băng tải.
- US6437255 CONVEYOR SCALE: mô tả hệ thống cân liên tục băng tải
gồm hai thiết bị cân, để xác định trọng lượng không tải và tải trọng lúc có tải của
băng tải, vật liệu được cân trong một vùng nhất định để xác định trọng lượng. Kết
quả cân được sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số qua bộ chuyển đổi để đến máy


11

tính để tính tốn trọng lượng tịnh của băng tải. Thêm vào đó máy tính sẽ giám sát
q trình hoạt động của băng tải và điều khiển thiết bị cấp liệu.
- US5219031 PARTICLE WEIGHING SYSTEM: mô tả thiết bị cấp liệu
định lượng liên tục theo khối lượng cho vật liệu hạt dạng, nguyên lý hoạt động của
thiết bị này thông qua lực va chạm trên máng cân để xác định khối lượng của nhóm
vật liệu hạt hay một hạt đơn lẽ trong khi dòng hạt đang chuyển động liên tục. Hệ
thống này gồm có một thiết bị dẫn hướng để dẫn vật liệu đến thiết bị cân để cân
trọng lượng từ đường dẫn xác định trước và có một biên vào và một biên thốt. Một
đầu dị hoạt động được liên kết biên thoát của thiết bị dẫn hướng và có một cơ cấu
liên kết giữa cảm biến tải và biên thoát của thiết bị dẫn hướng. Cảm biến tải sẽ sinh
ra một tín hiệu điện tỉ lệ khối lượng của hạt trên thiết bị dẫn hướng.
- US4320855 WEIGH FEEDING APPARATUS: mô tả hệ thống cân cấp
liệu tự động hoạt động dựa trên nguyên tắc định lượng gián đoạn theo khối lượng,
hệ thống này gồm có một thùng chứa để điền đầy vật liệu, một thiết bị tháo liệu vật
liệu từ thùng chứa có khả năng điều khiển tốc độ cung cấp, thiết bị đo dòng chảy vật
liệu và chuyển thành tín hiệu điện tỉ lệ với trọng lượng của vật liệu. Máy tính được
sử dụng để tính tốn tín hiệu chính xác dựa trên tín hiệu dữ liệu đầu vào nhận được,
một thiết bị kết nối kết nối giữa máy tính với thiết bị cung cấp dịng vật liệu từ
thùng chứa để điều khiển tốc độ của dòng chảy đáp ứng để đạt được tín hiệu chính
xác.
1.1.2.3. Các ứng dụng hệ thống cấp liệu tự động cho dây chuyền chế biến
lúa gạo trên thế giới.
Trên thế giới các hãng chế tạo thiết bị chế biến lúa gạo như: SATAKE của
Nhật, WUHANG GIM FOOD MACHINERY CO., LTD của Trung Quốc, WUXI
LONGZHU MACHINERY & EQUIPMENT CO., LTD. của Trung Quốc, AGROINDUSTRIAL SUPPLIES SDN BHD. của Ấn Độ, BUHLER của Đức… cũng cung
cấp các giải pháp cho thiết bị cấp liệu tự động phục vụ cho dây chuyền sản xuất.
a. Hệ thống cấp liệu tự động của hãng SATAKE (Nhật) [9].

12

SATAKE là một tập đoàn sản xuất các thiết bị chế biến lúa gạo hàng đầu
trên thế giới hiện nay. Hãng SATAKE khi đó nghiên cứu và ứng dụng các sản phẩm
và bán các máy móc trong việc xay xát lúa gạo đầu tiên ở Nhật. Qua hơn 100 năm
qua, tập đồn SATAKE khơng ngừng phát triển và trở thành một tập đoàn hàng đầu
trong việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới và tự động hóa các thiết bị
trong dây chuyền chế biến lúa gạo.

Hình 1.4: Hệ thống cấp liệu tự động hãng SATAKE.
Công dụng:
Hệ thống cấp liệu tự động của SATAKE dùng để cân đo khối lượng vật liệu
theo chu kỳ và lưu lượng dòng vật liệu được cấp liên tục đến thiết bị. Thích hợp cho
nguyên liệu dạng hạt chuyển động tự do.


13

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp liệu tự động của hãng
SATAKE.
Nguyên lý hoạt động:
- Hạt lúa, gạo được đưa vào từ phễu nằm bên trên đến phễu cân đo. (xem hình
1.5.1-1.5.4)
- Hạt nguyên liệu được xả khỏi phễu cân bởi một van kiểm soát có tỷ lệ lưu
lượng được thiết lập theo mong muốn. Tỷ lệ lưu lượng xả liệu được tính từ trọng
lượng mất đi từ phễu này trên một thời gian cụ thể. (xem hình 1.5.5 và 1.5.66)
- Để duy trì tỉ lệ lưu lượng đã được thiết lập, việc mở van kiểm soát phải được
điều chỉnh tự động. Khi phễu cân đo gần hết liệu, mở cổng nguyên liệu để đổ đầy
cân lại. Trong suốt quá trình vận hành, van kiểm sốt phải được cố định để duy trì
lưu lượng xả vật liệu liên tục.

Đặc điểm:
- Duy trì tỷ lệ lưu lượng đã thiết lập.
- Tính tốn trọng lượng ngun liệu một cách chính xác.
- Năng suất: 0,5 – 15 Tấn/giờ.
- Độ chính xác: ± 0,2 – 0,5 %.
b. Hệ thống cấp liệu tự động của hãng BUHLER (Đức) [10].


14

Dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng Buhler là dây chuyền hoàn chỉnh với
các thiết bị được điều khiển tự động từ khâu đầu vào là thóc lẫn tạp chất đến khâu
thành phẩm cuối cùng là sản phẩm gạo đóng bao.
Ứng dụng:
Hệ thống cấp liệu tự động định lượng gián đoạn theo khối lượng với thể tích
từ 12 đến 90 m3/h là giải pháp lý tưởng cho các hệ thống cấp liệu trong dây chuyền
chế biến lúa gạo.
Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống cấp liệu tự động gồm có một phễu chứa được treo theo bằng cách
cố định trực tiếp từ 3 thiết bị chuyển đổi lực (tranducer fore) dạng thanh, cho phép
chuyển đổi trọng lượng thật thành tín hiệu điện chính xác.

Hình 1.6: Hệ thống cấp liệu tự động của hãng BUHLER.
Đặc điểm :
- Độ chính xác cao.
- Dể sửa chữa và vận hành.
- Độ tin cậy khi vận hành cao.
- Có thể nối mạng với các hệ thống trung tâm.
c. Hệ thống cấp liệu tự động của hãng GIM (Trung Quốc) [11].
Đặc điểm:

15

Đây là hệ thống cấp liệu tự động thích hợp với các loại vật liệu có dạng hạt,
thiết bị này hoạt động nhờ vào cảm biến tải được đặt vào bên trong và cơ cấu khí
nén làm cho hoạt động điều khiển linh hoạt q trình đóng ngắt vật liệu và có chế
độ bảo trì dễ dàng.

Hình 1.7: Hệ thống cấp liệu tự động của hãng GIM .
Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống cấp liệu tự động này hoạt động dựa trên nguyên tắc cài đặt chế độ
điền đầy và khối lượng được đo thơng qua cơ cấu cơ khí gồm có một tấm thép
khơng gỉ đặt bên trong liên kết với cảm biến tải thơng qua cánh tay địn. Hệ thống
điều khiển vị trí điền đầy làm cho q trình sản xuất liên tục mà khơng làm gián
đoạn q trình sản xuất.
Đặc điểm:
- Chiếm không gian nhỏ, thuận tiện cho q trình sản xuất.
- Giao diện từ máy in có thể in ra tổng lượng tích luỹ đã đo.
d. Hệ thống cấp liệu tự động của hãng WUXI (Trung Quốc) [12].
Cơng dụng:
Đây là hệ thống cấp liệu tự động thích hợp cho việc cấp liệu các vật liệu
dạng hạt có dịng chảy liên tục như: gạo, lúa mì, lúa, ngơ và các hạt khác trong quá
trình chế biến, lưu trữ, ...


16

Hình 1.8: Hệ thống cấp liệu tự động của hãng WUXI.
Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống cấp liệu tự động này hoạt động dựa vào sự thay đổi khối lượng của
dòng vật liệu trong quá trình cấp liệu. Sự biến đổi về khối lượng của dịng vật liệu
được giám sát thơng qua sự ổn định của giá trị khối lượng đo được.
Máy tính với hai thiết bị chỉ báo sẽ thể hiện đồng thời hai đại lượng tức thời
là trọng lượng cân và thời gian cân sau đó tích lũy vào trọng lượng đã cân.
Đặc điểm:
- Có độ chính xác cao.
- Năng suất ổn định.
- Không gian lắp đặt nhỏ.
e. Hệ thống cấp liệu tự động của hãng JESMA (Đan Mạch) [13].
Hãng JESMA chuyên cung cấp các thiết bị đo và điều khiển hệ thống cấp liệu tự
động liên tục dưới dạng định lượng theo thể tích và theo khối lượng.
Ø Hệ thống cấp liệu tự động dạng tải trọng va đập.


17

Hình 1.9: Hệ thống cấp liệu tự động theo tải trọng va đập của hãng JESMA.
Cấu tạo:
Hệ thống gồm có một băng tải vận chuyển, máng cân, cảm biến tải, thiết bị
điều khiển lưu lượng.
Nguyên lý hoạt động:
Băng tải sẽ cung cấp một dòng lưu lượng ổn định và liên tục đến máng cân,
vật liệu tác dụng lên máng cân và tạo ra một lực tương ứng lên cảm biến tải, cảm
biến tải sẽ truyền tín hiệu đến bộ điều khiển và bộ điều khiển sẽ so sánh với tín hiệu
cài đặt và bộ điều khiển sẽ điều khiển tốc độ băng tải để điều khiển lượng nguyên
liệu đến máng cân.
Ưu điểm:
- Hệ thống cân liên tục.
- Dòng lưu lượng ổn định.

- Độ chính xác cao.
- Phù hợp với nhiều loại vật liệu rời dạng hạt.
Nhược điểm:
- Kết cấu phức tạp.
- Không gian lắp đặt lớn.
Ø Hệ thống cấp liệu tự động dạng băng tải.


18

Hình 1.10: Mơ hình hệ thống cấp liệu tự động dạng băng tải của hãng JESMA.
Cấu tạo:
Cấu tạo của hệ thống cân cấp liệu tự động định lượng liên tục theo khối
lượng dạng băng tải gồm có: cửa cấp liệu vào ổn định, hệ thống cân và hệ thống
băng tải.
Bộ phận cân được đặt vào trong kết cấu thực tế bằng hai hay 4 cảm biến tải
(load cell) có độ ổn định cao và chính xác được cách ly với mơi trường bên ngồi.
Bộ phận băng tải bao gồm một khung đỡ và một puli truyền động kéo theo
một puli thụ động và được cung cấp thêm một bộ mã hóa tín hiệu (encoder) hay bộ
phận đo tốc độ.
Ngun lý hoạt động:
Khi nguyên liệu được cấp vào đi qua vùng cấp liệu thì các cảm biến tải (load
cell) sẽ gửi một tính hiệu đến phận khuếch đại. Các tín hiệu khuếch đại được sử
dụng cùng với tín hiệu đo tốc độ để tính lượng truyền qua thiết bị cân cấp liệu. Các
giá trị này được đưa qua bộ đếm (counter) để cộng giá trị đo được vào giá trị đo
trước đó, sau đó lưu lượng được hiển thị bằng kg/giờ hay tấn/h.
Đặc điểm:
Hệ thống cấp liệu dạng băng tải của hãng JESMA được thiết kế để cân cấp
liệu liên tục lưu lượng của dòng vật liệu được vận chuyển trên băng.
f. Hệ thống cân cấp liệu tự động của hãng ROPSEN (Mỹ) [14].

Nguyên lý hoạt động:


19

Dòng vật liệu tự do được trực tiếp tác động tới máng cân và sau đó đi vào
thiết bị bên dưới. Lực tác động được chỉ đo trên phương ngang của tấm do đó vật
liệu tĩnh bám vào sẽ khơng có tác động do đó khơng có độ trơi. Các lực đo theo
phương ngang được chuyển thành tín hiệu điện tỉ lệ với tín hiệu tốc độ dịng chảy và
được hiển thị là kg/giờ.

Hình 1.11: Hệ thống cấp liệu tự động của hãng ROPSEN.
Đặc điểm:
- Bụi bị cô lập.
- Không có chi tiết chuyển động.
- Dễ cài đặt.
- Chi phí thấp.
- Dễ bảo trì.
- Phù hợp với các loại vật liệu dạng hạt có độ kết dính cao.
g. Hệ thống cấp liệu tự động của hãng Thermol (Mỹ) [15].
Hãng Thermol đưa ra hệ thống cấp liệu tự động liên tục theo khối lượng đối
với yêu cầu cấp liệu với độ chính xác cao và chi phí thấp, giảm thiểu phế phẩm và
tăng chất lượng sản phẩm, tiết kiệm chi phí.