(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác hữu cơ ứng dụng chăn nuôi trùn quế và sản xuất phân bón hữu cơ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ RÁC
THẢI HỮU CƠ ỨNG DỤNG CHĂN NUÔI
TRÙN QUẾ VÀ SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU
CƠ

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. TÀO QUANG BẢNG
NGUYỄN HỮU HOÀNG
TRẦN HUY MINH

Đà Nẵng, 2019


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

LỜI NĨI ĐẦU
Đồ án tốt nghiệp là một học phần lớn mỗi sinh viên phải hoàn thành trước khi ra
trường. Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên củng cố kiến thức đã học, nắm vững quy trình
cơng nghệ, quy trình chế tạo. Là u cầu lớn mỗi sinh viên cần trải qua trước khi ra
trường, trước khi trở thành tân kỹ sư, trước khi đi làm.

Với đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác hữu cơ ứng dụng sản xuất
thức ăn cho trùn quế và phân bón hữu cơ”
Vận dụng những học phần liên quan, những kiến thức được các thầy truyền đạt
vào q trình thiết kế, tính tốn. Tuy đã có nhiều nỗ lực, nhưng do kiến thức còn hạn

C
C

chế, và chưa có nhiều kinh nghiệm nên chắc chắn chúng em khơng tránh khỏi sai sót.
Chúng em kính mong được sự góp ý chỉ bảo của các thầy, cô để chúng em có thể hồn

R
L
T

thiện hơn đề tài này.

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy trong khoa cơ khí trường Đại học Bách

U
D

khoa, đặc biệt là các thầy đã trực tiếp hướng dẫn em trong đề tài tốt nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Hoàng & Trần Huy Minh

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

1


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

MỤC LỤC
TĨM TẮT ............................................................................................................................... 69
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................................................... 70
CAM ĐOAN ............................................................................................................................ 72
KÝ HIỆU CỦA HÌNH VẼ VÀ BẢNG. ..................................................................................... 4
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 6
CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC HỮU CƠ HIỆN TẠI VÀ Ý TƯỞNG
CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................................................................. 7
1.1.Các phương pháp xử lý rác thải hữu cơ hiện tại ............................................................. 7
1.1.1.Phương pháp chôn lấp và ủ đống. ..................................................................................... 8
1.1.2.Phương pháp cơ học .......................................................................................................... 9

C
C

1.2.Phân tích ưu nhược điểm của phương án thiết kế của máy trước. .............................. 13
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY. ........................................... 15

R
L
T

2.1. Cơ sở lý thuyết cắt thái ................................................................................................... 15
2.2. Chọn phương án thiết kế................................................................................................. 17

U
D

2.2.2. Các phương án chế tạo máy tách nước ........................................................................... 19
2.4.Lựa chọn phương án cho máy ............................................................................................ 23
2.4.1. Máy cắt

.................................................................................................................... 23

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY. .................................................................... 27
3.1.Tính tốn máy cắt. ............................................................................................................ 27
3.1.1. Sơ đồ cơng nghệ ............................................................................................................. 27
3.1.2. Tính tốn lực cắt và cơng suất động cơ .......................................................................... 27
3.1.3.Thiết kế trục .................................................................................................................... 30
3.1.4.Thiết kế gối đỡ trục ....................................................................................................... 39
3.2.Tính tốn máy ép nước trục vít. ...................................................................................... 40
3.2.1.Đường kính ngồi của mặt xoắn vít Dx........................................................................... 40
3.2.2.Đường kính trục db sơ bộ. ............................................................................................... 41
3.2.3.Tính tốn kết cấu trục vít tải. ........................................................................................... 43
PHẦN 4: CHẾ TẠO CÁC BỘ PHẬN TRONG MÁY. ....................................................... 54
4.1.Chế tạo máy cắt rác hữu cơ. ............................................................................................ 54
4.1.1.Chế tạo thùng băm liệu. ................................................................................................... 55
4.1.2.Chế tạo nắp thùng. ........................................................................................................... 56

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

2


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.
4.1.3.Chế tạo trục. 57
4.2.Chế tạo máy ép trục vít. ...................................................................................................... 64
4.2.1.Chế tạo đế đỡ mặt bích. ................................................................................................... 64
4.2.2.Chế tạo mặt bích của đỡ ống cấp liệu. ............................................................................. 65
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. ............................... 67

T ÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 68

C
C

R
L
T

U
D

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

3

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

KÝ HIỆU CỦA HÌNH VẼ VÀ BẢNG
Hình 1.1. Bãi chơn lấp rác hữu cơ.
Hình 1.2. Hình thức ủ đống.
Hình 1.3. Máy nghiền trục Hitech
Hình 1.4.Máy cắt bắp cải.
Hình 1.5.Cấu tạo bên trong máy băm thức ăn gia súc.
Hình 1.6. Cấu tạo máy ép nước bùn bằng trục vit.
Hình 1.7. Cấu tạo máy ép nước bằng con lăn ép.

C
C

Hình 1.8.Máy ly tâm thẳng đứng.
Hình 1.9.Máy ly tâm nằm ngang.

R
L
T

Hình 1.10. Máy cắt rác hữu cơ.
Hình 1.10. Máy tách nước ly tâm.

U
D

Hình 2.1 .Các trường hợp cắt thái.

Hình 2.2: Góc cắt trượt

Hình 2.3. Các thơng số của dao lưỡi thẳng
Hình 2.4. Góc cắt trượt của dao lưỡi cong
Hình 2.5. Dao cắt
Hình 2.6. Thanh trượt
Hình 2.7. Tay quay thanh truyền
Hình 2.8. Hai cánh tay địn
Hình 2.9. Máy nghiền rác.
Hình 2.10. Máy ly tâm tách nước trục thẳng đứng
Hình 2.11. Máy ly tâm tách nước trục nằm ngang
Hình 2.12. Máy nén trục nằm ngang
Hình 2.13. Máy trục thẳng đứng.
Hình 2.14. Sơ đồ ép nước bằng con lăn ép.
Bảng 2.15. Phân tích phương án của máy cắt.
Hình 2.14. Thiết kế máy cắt có trục dao thẳng đứng.
SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

4


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Hình 2.15. Phương án trục dao nằm ngang.
Hình 2.16. Máy tách nước trục vít có bước thay đổi.
Hình 2.17. Máy tách nước trục vít truyền động qua bộ truyền đai.
Hình 3.2. Kích thước chiều dài trục.

Hình 3.2. Khoảng cách giữa các lưỡi cắt.
Hình 3.4. Momen trên AE.
Hình 3.5. Momen trên AF.
Hình 3.6. Momen trên BG.
Hình 3.7. Biểu đồ momen.
Hình 3.8. Kích thước rãnh then trên trục.

C
C

Hình 3.9. Sơ đồ tính trục máy nước.
Hình 3.6. Kích thước trục.

R
L
T

Hình 3.7. Biểu đồ momen xoắn.

Hình 3.8. Biểu đồ lực tác dụng lên ổ lăn.

U
D

Hình 3.9. Kích thước rãnh then và lắp then.
Hình 3.10. Kích thước khớp nối 3 chấu.

Hình 3.11. Áp suất xuất hiện bên trong ống.
Hình 3.12. Quan hệ giữa khoảng cách lỗ và ứng suất xuất hiện bên trong ống.
Hình 3.13. Kích thước lị xo.

Hình 4.1. Thiết kế 3D của máy cắt.
Hình 4.2. Kích thước dao băm
Hình 4.3. Kích thước thùng băm.
Hình 4.4. Kích thước nắp thùng chứa.
Hình 4.5. Cấu tạo của máy ép trục vít tải.
Hình 4.6. Thiết kế chế tạo của tấm đế đỡ.
Hình 4.7. Thiết kế mặt bích.
Hình 4.8. Bản vẽ chế tạo trục vít.
Bảng 2.1. Phân tích phương án của máy cắt.
Bảng 2.13. Phân tích phương án của máy tách nước.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

5


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Kinh tế đất nước đang chuyển hướng chú trọng công nghiệp hóa, dịch vụ. Tuy
nhiên nền nơng nghiệp đóng một vai trị quan trọng, đặc biệt là các ngành nơng nghiệp
gắn với vấn đề môi trường. Việc xử lý rác thải đang là vấn đề đau đầu đối với các
ngành chức năng. Nhưng nếu kết hợp được vấn đề xử lý rác thải và ứng dụng để phát
triển kinh tế thì đó là một bước đi thành cơng và bền vững trong tương lai.
Từ lý do xử lý rác thải hữu cơ từ các chợ, resort, nhà hàng và nghiên cứu u cầu
của lĩnh vực chăn ni trùn quế. Nhóm sinh viên chúng em quyết định đi đến lựa chọn

C
C

đề tài: “Thiết kế và chế tạo máy xử lý rác hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn
quế và phân bón hữu cơ”. Khi máy được chế tạo và đi vào hoạt động sẽ giải quyết

R
L
T

được các vấn đề môi trường và đáp ứng mà lĩnh vực chăn ni trùn quế và sản xuất
phân bón hữu cơ theo yêu cầu.

U
D

2. Mục đích nghiên cứu

“Thiết kế và chế tạo máy xử lý rác hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn
quế và phân bón hữu cơ” sẽ giải quyết được các vấn đề môi trường do rác thải hữu cơ
gây ra, tiết kiệm chi phí mua thức ăn cho trùn quế, sản xuất phân bón hữu cơ. Qua đó
tạo điều kiện phát triển kinh tế của các hộ nông dân.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Các loại máy phục vụ cho việc chế biên thức ăn chăn nuôi, máy xử lý rác, máy li
tâm tách nước.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu thiết kế chế tạo các kết cấu và các bộ phận cơ khí;
- Nghiên cứu tính chọn các bộ truyền trong cơ khí;

- Nghiên cứu tính chọn loại động cơ điện.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

6


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC HỮU CƠ HIỆN TẠI VÀ Ý
TƯỞNG CỦA ĐỀ TÀI

1.1.

Các phương pháp xử lý rác thải hữu cơ hiện tại

Ngày nay, khi mức độ gia tăng dân số đang tăng thì đồng thời lượng rác thải cũng
tăng lên rất nhiều, điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và sức khỏe của con
người xung quanh. Trong số đó, rác thải hữu cơ như rau củ quả thừa; thức ăn thừa
chiếm đến 60%, những loại rác này khi vứt ra ngồi mơi trường cũng sẽ tự phân hủy.
Tuy nhiên, do hầu hết chúng đều được đổ đống lại nên thời gian phân hủy sẽ chậm và
khi đó sẽ bốc mùi hơi thối và ảnh hưởng đến lịng đất.

C
C

R

L
T

U
D

Hình 1. Rau củ quả bị vứt ra bên ngoài ở nhà hàng khách sạn.

Hình 2. Ảnh hưởng của rác thải hữu cơ đến mơi trường.

SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

7


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

1.1.1. Phương pháp chơn lấp và ủ đống.
Ở nhiều nơi, phần lớn ở các hộ gia đình hoặc nhà hàng sẽ chọn phương án là vứt rác
vào các bãi chứa sau đó đào hố và chơn rác thải vào đó. Đối với phương án này thì
việc xử lý rác sẽ đơn giản, tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, điều này sẽ gây ảnh hưởng đến
môi trường do có lượng khí Metal thải ra. Đơn giản hơn, thì người dân sẽ đắp rác hữu
cơ thành từng đống hoặc xây các bồn chứa để ủ thành phân vi sinh, với phương pháp
này thì sẽ tái chế rác thải hữu cơ ngay tại nhà và tốn không gian nhỏ để làm. Nhưng
với phương án này chỉ sử dụng được một phần nhỏ rác để tái chế và quá trình chợ đợi
phân hủy của rác lâu nên gây tốn thời gian, chỉ dùng được nhứng củ quả nguyên liệu
nhỏ.

C
C

R
L
T

U
D

Hình 1.1. Bãi chơn lấp rác hữu cơ

Hình 1.2. Một hình thức ủ đống

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

8


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

1.1.2.

Phương pháp cơ học

Bằng việc sử dụng các đặc tính cơ học của vật liệu và dùng máy móc với mục đích để

băm nhỏ rác ra và tách nước để tái chế lại rác cho quá trình sau. Có thể liệt kê một số
phương pháp đang được sử dụng bên dưới.
1.1.2.1.

Phương pháp cắt, nghiền rác.

a) Nghiền rác bằng dao.
Cấu tạo của máy sẽ có bộ phận chính là các dao nghiền được truyền momen xoắn từ
động cơ. Khi rác đưa vào thì dao sẽ quay và làm biến dạng vật cắt sau đó sẽ xé từng
sợi của vật cắt ra. Với phương pháp này thì kết cấu máy đơn giản và cho năng suất
cao, có thể nghiền được nhiều nguyên liệu, thay dao nhanh chóng. Tuy nhiên, sẽ cần

C
C

một số lượng dao lớn để có thể nghiền nhỏ vì vậy, chi phí đầu tư lớn. Những phương
pháp này thường sử dụng ở những nhà máy xử lý rác và chưa được áp dụng phổ biến ở

R
L
T

các nơi như là hộ gia đình hay resort ví kết cấu phức tạp.

U
D

Hình 1.3. Máy nghiền 2 trục HITECH
b) Phương pháp cắt nhỏ bằng dao thông qua chuyển động quay.
Đối với phương pháp này, việc cắt nhỏ ra sẽ dựa trên nguyên lý giống như khi băm

chuối hoặc là thái rau củ. Khi liệu được đưa vào trong máy thì nhờ vào dao chuyển
động, khi chạm vào liệu thì sẽ tạo nên lực cắt và cắt đứt. Ở đây sẽ có 2 phương án để
cắt nhỏ lát thái đó là sử dụng dao đi thẳng xuống như việc chặt bổ và phương pháp thứ
2 đó là dao trượt trên vật cắt và tạo nên lực cắt để thái lát cắt ra. Việc sử dụng cách này
rất phổ biến hiện nay, và áp dụng dễ dàng ở các hộ gia đình và nhà hàng, cũng như
SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

9


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

việc chế tạo cũng rất đơn giản, Tuy nhiên, hầu hết các máy băm thì chỉ sử dụng ở
trong việc băm thức ăn cho gia súc và dùng trong việc thái rau củ quả ở nhà hàng, nên
khó áp dụng với mục đích sử dụng. bên dưới là một số ví dụ về việc sử dụng phương án
này để băm nghiền rau củ quả.

C
C

R
L
T

Hình 1.4. Máy cắt bắp cải.

U

D

Hình 1.5. Cấu tạo bên trong của một máy băm thức ăn gia súc.
1.1.2.2.

Phương pháp tách nước từ rác thải.

Để chuẩn bị cho q trình tạo phân bón hữu cơ từ rác thải sau khi đã nghiền dễ dàng
hơn thì nguyên liệu cần được tách bớt lượng nước đi, với quá trình này tác giả sẽ nêu
ra 3 phương án tách nước được sử dụng phổ biến nhất hiện nay gồm có: Phương án
tách nước bằng lực ly tâm, phương án tách nước bằng trục vít và phương án tách nước
bằng nén thể tích của vật ép: cụ thể là bằng băng tải ép.
SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

10


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

a) Phương án tách nước bằng trục vít tải.
Cấu tạo của máy tách nước bằng trục vít tải có bộ phận chính là trục vít tải Ác-simét để vận chuyển vật liệu. Nhưng do có cấu tạo đặc biệt nên khi vật liệu đi trong trục
vít sẽ bị nén lại và lượng nước sẽ được tách ra và đồng thời liệu được ép sẽ đi ra ngoài.
Với phương pháp này vật liệu được ép sẽ đi ra dễ dàng và lượng nước được tách ra
cũng dễ dàng điều chỉnh. Nhưng, nó có nhược điểm là khi vật liệu di chuyển thì sẽ dễ
gây kẹt tắc chỗ thốt nước và việc chế tạo trục vít phức tạp.

C

C

R
L
T

U
D

Hình 1.6. Cấu tạo của một máy ép nước bằng trục vít.
Nguyên lí hoạt động của máy này bằng cách nhờ vào lực ép của 2 con lăn khi vật
b) Phương án tách nước bằng con lăn ép.
liệu đi qua thì sẽ con lăn sẽ tác dụng áp suất lên và gây nén vật liệu. lượng nước sẽ
di chuyển qua một đầu và liệu được ép sẽ ra chỗ đầu còn lại. Với phương án này thì
lượng nước ép ra sẽ nhanh chóng và liệu đi vào liên tục. Tuy nhiên, nhược điểm của
máy này đó là khó điều chỉnh dây đai và con lăn và khó kiểm sốt được vật liệu do quá
trình ép sẽ gây bắn nước ra bên ngoài gây mất vệ sinh.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

11


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Hình 1.7. Cấu tạo của máy ép nước bằng con lăn.
c) Phương pháp ly tâm

C
C

Nguyên lý: động cơ truyền động cho roto quay, khi roto quay sinh ra lực ly tâm, liệu
được giữ lại còn nước theo các lỗ lưới đi ra ngồi. Có thể sử dụng ly tâm với trục

R
L
T

thẳng đứng hoặc nằm ngang tùy theo mục đích sử dụng.

U
D

Hình 1.8. Máy ly tâm thẳng đứng

Hình 1.9. Máy ly tâm nằm ngang

Ưu điểm: nước được tách ra dễ dàng. Kết cấu đơn giản. Được sử dụng rộng rãi trong
các sinh hoạt như tủ giặc, máy xay bột đậu …
Nhược điểm: liệu được giữ lại trong máy nên đối với rác thì lấy ra bằng thủ cơng rất
khó khăn, khi liệu đi vào thì sẽ khơng ra được liên tục. nếu lượng liệu vào lớn quá thì
sẽ gây cong lưới bên trong.
SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

12

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

1.2.

Phân tích ưu nhược điểm của phương án thiết kế của máy trước.

Để tìm ra phương án tối ưu cho máy thiết kế thì tơi xin liệt kê ra hai phương án dùng
trong việc cắt và tách nước từ rác thải của sinh viên khóa trước [3]
Đầu tiên đó là máy cắt, thì bản thiết kế sử dụng 1 động cơ truyền moomen xoắn qua
trục mang dao trực tiếp qua khớp nối. Tuy nhiên, trong việc thiết kế này còn tồn tại
nhiều điểm cần khắc phục:
✓ Do sử dụng khớp nối thẳng với động cơ nên sau một thời gian vịng chắn dầu sẽ bị
hỏng, vì vậy nước sẽ rỉ từ thùng liệu xuống động cơ và có thể gây điện giật cho
người sử dụng.
✓ Khi có q tải thì sẽ gây hỏng trục.

C
C

✓ Thùng nghiền liệu quá cao và khoảng cách dao quá dài nên dao dưới mới có tác
dụng cắt và dao trên khơng có tác dụng→ gây lãng phí cơng suất.

R
L
T

✓ Liệu ra bên thành của thùng nên cần phải lắp thêm cánh để gạt ra nên gây lãng phí

cơng suất động cơ.

U
D

✓ Do máy có thiết kế thẳng đứng nên máy khó di chuyển.
Máy thứ 2 đó là máy tách nước: Đối với thiết kế của máy này thì sử dụng lực ly
tâm và quay để tách được nước từ liệu ra, với cách này thiết kế của máy đơn giản và
dễ lấy liệu ra. Tuy nhiên, có những nhược điểm sau cần khắc phục:
✓ Do thiết kế là máy ly tâm nên khi bỏ liệu vào thì liệu sẽ quay trong thùng và khó
lấy liệu ra liên tục. Khi cần lấy liệu phải dừng máy và gạt liệu ra.
✓ Khi bỏ nhiều liệu vào thì sẽ gây nặng lưới và làm lưới biến dang.
✓ Lượng liệu nhiều khi quay sẽ gây tắc nghẽn lỗ trên lưới làm nước chảy cùng với
liệu ra.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

13


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Hình 1.10. Máy tách nước ly tâm.

Hình 1.11. Máy cắt rác hữu cơ.

C

C

R
L
T

U
D

SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

14


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY.
2.1. Cơ sở lý thuyết cắt thái
Theo Viện sĩ Gơriatskin V.P [1] có hai trường hợp cắt thái là cắt thái có trượt và
cắt thái khơng có trượt.

C
C

Hình 2.1. Các trường hợp cắt thái
-

R
L
T

Cắt thái khơng có trượt (chặt bổ): Khi cắt thái góc nhị diện của dao (cạnh

sắc AB) di chuyển theo phương p vng góc với cạnh đó.
-

U
D

Cắt thái có trượt: Khi cắt, cạnh sắc AB của dao di chuyển theo hai hướng

vng góc nhau: vừa theo hướng x là hướng cắt pháp tuyến, vừa theo hướng y là
hướng cắt tiếp tuyến. Tức tổng hợp chuyển động theo hướng z.
Q trình trên có thể đươc giải thích như sau: Lưỡi dao dù sắc đến mấy thì cũng
có hình dạng lưỡi cưa với các răng cưa cực nhỏ. Do đó khi di chuyển theo hướng tiếp
tuyến Y tức có trượt thì lưỡi dao đóng vai trị như một lưỡi cưa cưa đứt vật thái.
Ngược lại nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến đó là quá trình cắt thái bằng
nêm lực cắt sinh ra chỉ để khắc phục ứng suất nén để cắt vật thể. Khi cắt có trượt một
phần lực cắt sẽ dùng để khắc phục ứng suất kéo, nhờ đó tổng hợp lực cắt thái sẽ nhỏ.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

15

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

𝜏

Hình 2.2: Góc cắt trượt
Tỷ số

𝑣𝑡
𝑣𝑛

= 𝑡𝑎𝑛𝜏 gọi là hệ số trượt, góc 𝜏 gọi là góc trượt.

Ảnh hưởng của hình dạng dao đến hiệu quả cắt thái.

C
C

Xét trường hợp dao lưỡi thẳng quay tròn vật thái đứng yên. Vận tốc các điểm

R
L
T

trên lưỡi dao có giá trị 𝑣 = 𝜔. 𝑟, tuy nhiên giá trị này là khác nhau do vị trí r của các
điểm với tâm quay là khác nhau.

U
D

Hình 2.3. Các thơng số của dao lưỡi thẳng
Tương tự hệ số trượt

vt
vn

= tanτ cũng không cố định mà giảm dần khi các điểm cắt

thái nằm ở xa tâm quay.
Xét trường hợp dao lưỡi cong quay trịn vật thái đứng n

SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

16


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

C
C

Hình 2.4. Góc cắt trượt của dao lưỡi cong

R
L
T

Khi dao quay góc 𝝉 hầu như khơng thay đổi về độ lớn và được chọn trong các giới
hạn cho phép thuận lợi nhất đối với hiện tượng cắt thái trượt. Mức tiêu thụ năng lượng
của loại dao này bé hơn các loại dao lưỡi thẳng. Tuy nhiên khuyết điểm của loại dao

U
D

này là khó chế tạo và kém bền

2.2. Chọn phương án thiết kế.

2.2.1. Các phương án chế tạo máy cắt
2.2.1.1. Phương án thái băm
Các cơ cấu thái băm hiện nay rất nhiều loại sử dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực.
Trong lĩnh vực cắt thái băm nông sản, rau cỏ hiện nay với nhiều loại máy chuyên dụng
với nhiều cơ cấu cắt khác nhau. Tuy nhiên các cơ cấu cắt cơ bản thường dùng ba loại
cơ cấu cắt sau đây.
Cơ cấu quay: Dạng này là dao được lắp trên đĩa dao (dạng phẳng) hoặc trên trống
dao (dạng trống, trụ) chuyển động quay tạo lực cắt và cắt, thái, băm vật thái thành các
lát, khúc hoặc nhỏ hơn tuỳ vào cơ cấu cấp liệu và yêu cầu sản xuất. Hiện nay dạng cắt
thái này rất phổ biến do kết cấu nhỏ gọn mà năng xuất tương đối cao.

Hình 2.5. Dao cắt
SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

17

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Cơ cấu tịnh tiến qua lại: Cơ cấu cắt này là dao chuyển động qua lại của hai lưỡi dao
hoặc bàn dao, khi chuyển động qua lại vật thái băm được đưa vào giữa và với lực tác
động sẽ cắt đứt vật thái. Cơ cấu cắt thái kiểu này thường sử dụng hai bàn dao thiết kế
kiểu răng lược chuyển động tịnh tiến qua lại bề mặt nhau nên lực cắt được chia đều
nên hiệu quả hơn đối với các vật thái mảnh dạng thanh (lúa, ngô, cỏ, rau…). Loại thái
băm này hiện nay chủ yếu được sử dụng trong công tác thu hoạch (gặt lúa, cắt cỏ…).
Trong cơng tác chế biến nơng sản ít được sử dụng vì khó chế tạo và năng xuất khơng
cao.

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.6. Thanh trượt

Hình 2.7. Tay quay thanh truyền
Dạng dao động: là dạng cắt thái mà dao thái dao động qua lại theo phương nhất định,
vật thái đưa vào và với với lực nghiến của lưỡi dao vật thái sẽ được cắt đứt. Loại này
thiết kế hai lưỡi dao (dạng chiếc kéo) hay một một lưỡi dao và một tấm kê, vật thái đưa
vào giữa được nghiến đứt bởi lực cắt của cạnh sắc của lưỡi dao. Loại cắt thái kiểu này ít
được sử dụng vì nếu sử dụng thì chủ yếu là thủ công (dao cắt thuốc, kéo cắt…) năng xuất

rất thấp chủ yếu dùng trong nhưng cơng việc có khối lượng ít. Nếu áp dụng cơ giới sẽ
tăng được năng xuất nhưng vì đây là phương pháp thái chặt bổ nên tốn năng lượng cho
quá trình cắt gây lãng phí năng lượng mà năng suất khơng cao.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

18


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Hình 2.8. Hai cánh tay địn
2.2.1.2. Phương pháp nghiền.

C
C

Sử dụng lực cắt từ các đầu dao khi quay và xé vật liệu. dao sẽ quay với vận tốc nhỏ và

R
L
T

có momen xoắn. Kích thước của vật liệu ra sẽ phụ thuộc vào số lượng dao cắt và khe
hở giữa dao và chỗ trống.

U

D

Hình 2.9. Máy nghiền rác.
2.2.2. Các phương án chế tạo máy tách nước
2.2.2.1.

Phương pháp ly tâm tách nước

Phương pháp ly tâm tách nước được sử dụng phổ biến trong công nghệ thực phẩm
như xây xát gạo, đậu tương, sản xuất tinh bột sắn… Nguyên lý ly tâm tách nước dựa
trên lực ly tâm được tạo ra do động cơ truyền chuyển động tạo nên. Ly tâm tách nước
bao gồm nhiều hình thức khác nhau, nhưng phổ biến nhất là hai loại trục thẳng đứng
và trục nằm ngang.
SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

19


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

a. Ly tâm tách nước trục thẳng đứng

Hình 2.10. Máy ly tâm tách nước trục thẳng đứng

C
C

Máy có cấu tạo gồm trục dẫn động cho roto là lớp lưới bên trong quay, phần stato

R
L
T

bên ngoài là lớp tơn. Nước được kéo ra ngồi thơng qua các lỗ lưới nhờ lực ly tâm còn
phần xác được giữ lại. Nước theo lực ly tâm văng ra ngoài được lớp tơn giữ lại và theo
đường dẫn thốt ra ngồi. Nguyên liệu ban đầu sau khi được ly tâm tách nước được lấy

U
D

ra khỏi máy khi máy dừng.

b. Ly tâm tách nước trục nằm ngang

Hình 2.11. Máy ly tâm tách nước trục nằm ngang
Máy có cấu tạo tương tự như ly tâm tách nước trục thẳng đứng, bao gồm roto là
lớp lưới phía trong và stato là lớp lưới phía ngoài. Nhưng khác biệt là trục được đặt
nằm ngang. Nước được tách ra ngoài nhờ lực ly tâm và được lớp tôn stato giữ lại và
theo đường dẫn ra bên ngoài.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

20

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Máy ly tâm trục đứng và ngang có nhiều cách lấy bã khác nhau. Phổ biến nhất là
lấy bã bằng tay. Bên cạnh đó cịn có lấy bã bằng dao, bằng vít tải hoặc bằng piston.
Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào ứng dụng để chọn
phương pháp phù hợp.
2.2.2.2.

Phương pháp nén tách nước

a. Nén trục nằm ngang

C
C

Hình 2.12. Máy nén trục nằm ngang

R
L
T

Máy sử dụng nguyên lý vít chuyển. Nhưng vít chuyển này có dạng phểu nhỏ dần
về một đầu. Nguyên liệu được đưa vào khe hở giữa các cánh vít tải, khi vít quay vật

U
D

liệu được đưa từ đầu có kích thước lớn đến đầu có kích thước nhỏ dần. Do đường kính
của vít chuyển nhỏ dần gây ra lực nén làm cho nước được tách ra khỏi phần nguyên

liệu ban đầu, phần xác được giữ lại và theo phần cuối vít chuyển đi ra cửa thốt.
b. Nén trục thẳng đứng

Hình 2.13. Máy trục thẳng đứng

SVTH: Nguyễn Hữu Hồng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

21


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Máy sử dụng nguyên lý chuyển động vít-đai ốc. Vít chuyển động từ trên xuống nén
liệu bên trong, dưới tác dụng của lực nén, nước được tách ra bên ngồi thơng qua phía
dưới. Phần xác được giữ lại và được lấy ra ngoài sau khi quá trình tách nước kết thúc.
2.2.2.3.

Tách nước bằng con lăn ép.

Khi liệu được vận chuyển bằng đai đi qua khe hở giữa 2 con lăn, khi đi qua đây thì
con lăn vừa quay và tạo áp lực lên liệu. Khi đó lượng nước ở trong liệu sẽ được ép ra
và chảy ra ngồi cịn phần liệu được ép khơ sẽ đi ra chỗ ra liệu. Đối với cách này thì
liệu sẽ được nạp vào liên tục nhưng cần phải qua bộ phận gạt cho đều và mỏng lớp liệu
ra.

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.14. Sơ đồ ép nước bằng con lăn ép.
2.3.

Lựa chọn phương án thiết kế.

Trong phần thiết kế máy này sẽ được dựa trên các tiêu chí sau:
✓ An tồn cho người sử dụng.
✓ Cắt đạt năng suất 100 kg/h
✓ Liệu ra nhỏ.
✓ Dễ dàng vệ sinh, tháo lắp.
✓ Liệu vào và ra dễ dàng.
✓ Dễ dàng di chuyển
Theo các tiêu chí trên ta sẽ có bảng phân tích và chọn phương án thiết kế như sau:

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

22


Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế

và phân bón hữu cơ.
Tiêu chí

An

Kết cấu

Cắt được

Dễ dàng

Mức độ

Thời

tồn

đơn gản

nhiều vật

tháo lắp.

băm nhỏ

gian

vật liệu

băm

Loại máy

liệu

Phương pháp

Tổng

5

5

5

5

5

4.5

29,5

Cơ cấu quay.

5

5

4

3

4

5

26

Loại dao động.

4

3

3

3

3

3

19

Tịnh tiến qua lại.

4

3

3

3

4

3

20

Ép

Tổng

nghiền.

5 Thấp nhất.
1 Cao nhất
Bảng 2.1. Phân tích phương án của máy cắt.
Tiêu chí

An tồn

Loại máy

Dễ dàng

Lượng

bỏ liệu

nước ép

và tháo

ra nhiều

R
L
T

C
C
Thời

Kết cấu

gian ép

đơn

giản, dễ nhiều

liệu

Phương pháp ly tâm.

U
D

tháo lắp vật liệu

4

4

3

4,5

3

23.5

5

5

5

4.5

4.5

4

28

Nén bằng vít me.

4

3.5

5

3

5

4

24.5

Nén bằng con lăn ép

3.5

5

5

5

3

3

24.5

Phương pháp nén

5

được

bằng trục vít.

Thấp nhất. 5
Cao nhất. 1
Bảng 2.13. Phân tích phương án của máy tách nước.
Dựa vào kết quả đánh giá như trên trong thiết kế sẽ chọn 2 phương án máy
nghiền và máy tách nước bằng trục vít. Tuy nhiên, để giảm chi phí chế tạo, thiết kế sẽ
chuyển sang dùng máy cắt có dao quay.
2.4.

Lựa chọn phương án cho máy

2.4.1. Máy cắt
Trục dao thẳng đứng.
Với phương án thiết kế này thì có ưu điểm:

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

23

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý rác thải hữu cơ ứng dụng sản xuất thức ăn cho trùn quế
và phân bón hữu cơ.

Với năng suất được yêu cầu cho việc thực hiện đề tài, xét các ưu-nhược điểm của ba
phương pháp thái băm đã nêu, ta nhận thấy việc áp dụng cơ cấu quay trong việc thực
hiện mô hình sẽ đạt hiệu quả cao nhất và cho năng suất đáp ứng yêu cầu.
Một số lợi thế của phương pháp này có thể kể đến như:
✓

Chế tạo các cơ cấu truyền động đơn giản hơn các phương pháp khác;

✓ Dao cắt băm và trục truyền chuyển động băm của phương pháp này đơn giản
hơn các phương pháp khác;
✓ Tính toán cho chuyển động quay cũng tương đối đơn giản hơn so với việc tính
tốn cho dạng dao động hay tịnh tiến;
✓ Máy băm thiết kế theo phương pháp này giúp con người sử dụng một cách dễ

C
C

dàn hơn, ít gây nguy hiểm hơn các phương pháp khác.
6

R
L
-

Vào

7

T
U

5

D

4

8

3

Ra
2

1

n

Hình 2.14. Thiết kế máy cắt có trục dao thẳng đứng
1. Động cơ

5. Thùng băm.

2. Bộ truyền đai.

6. Phễu cấp liệu.

3. Ổ bi.

7. Trục.

4. Dao băm rác.

8. Cửa ra liệu.

SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng - Trần Huy Minh

Hướng dẫn: TS.Tào Quang Bảng

24