ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ
…   …
CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN
CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Tên chuyên đề
Trình bày các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm ? Các thông số ảnh hưởng
đến quá trình ép tạo hình ? Cơ sở lý thuyết tính toán cho máy ép kiểu pit
tông, kiểu trục cán trong có khuôn trụ ?
Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Vương Hùng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Lâm
Ngành học: Công Nghiệp Công Trình Nông Thôn
Lớp: Công Thôn 39a
HUẾ, 1/2008
1
I. Đặt vấn đề
Trong xã hội ngày nay nhu cầc con người đòi hỏi ngày càng cao về chất
lượng cuộc sống cung như về chất lượng về sản phẩm,nó dược thể hiện ở về
mawtj chất lượng sản phẩm,đa dạng hoá sản phảm,cũngnhuư hình dáng kích
thước khác nhau nhằm đáp ứng thị hiếu con người. Cùng với sự phát triển
của khoa học kỹ thuật thì các loại máy moc được sử dụng rất nhiều trong sản
xuất chế biến thực phẩm,
Máy ép cũng là một thiết bị được sữ dụng rất phổ biến trong lĩnh vực này,
như máy ép dầu, máy ép mía, máy ép nước hoa quả, máy ép tạo hình sản
phẩm vv
Tổng quan qua các công ty, các cơ sở sản xuất chế biến nông sản thực phẩm
ta bắt gặp rất nhiều các loại máy ép tạo hình sản phẩm
Vậy chúng hoạt động như thế nào, dựa trên những nguyên lý ép nào?các
thông số ảnh hưởng tới quá trình ép là gì?cơ sở tính toán cho cccccác loại
máy ép ra sao?
Chúng ta cùng đi sâu nghiên cúư và tìm hiểu kĩ trong chuyên đề này.

cụ đơn giản. Trong công nghiệp, việc tạo hình cho sản phẩm thường được cơ
khí hoá và tự động hoá. Dựa trên yêu cầu về thành phẩm và trạng thái vật lý
của nguyên liệu người ta có thể chọn một trong các nguyên tắc tạo hình sau
đây:
- Nguyên tắc nén ép: dùng áp lực để nén ép nguyên liệu thành hình dạng
nhất định hoặc thành băng dải rồi cắt viên.
- Nguyên tắc dập khuôn: dùng khuôn có hình mẫu được lựa chọn dập
xuống khối sản phẩm chia chúng thành từng phần có hình dạng nhất định.
Khi nén ép hoặc dập khuôn, để liên kết được các phần tử vật liệu dạng
bột rời, dạng bột nhuyễn, dạng rắn lỏng, tùy thuộc vào độ ẩm của nguyên
liệu mà trị số áp lực ép khác nhau, có thể tới 1000 at và độ ẩm đạt tối thiểu là
20(30%. Trong một số trường hợp để giảm áp lực ép người ta có thể gia
nhiệt ở nhiệt độ cao trên điểm nóng chảy của hỗn hợp. Dưới tác dụng của
nhiệt độ cao hỗn hợp chuyển từ pha rắn sang lỏng có độ nhớt cao, khi hạ
nhiệt độ chúng lại chuyển từ pha lỏng về rắn.
Về cấu tạo bộ phận ép chủ yếu là vít xoắn, pít tông, trục cán, bộ phận
chứa tải là khuôn có dạng trụ, phẳng, cầu,
Hình 1 trình bày nguyên lý cấu tạo của một số bộ phận tạo viên. Các bộ
phận đó thường gồm khuôn ép đục lỗ theo các cỡ đường kính viên, có con
lăn ép, dao cắt để cắt thành các viên trụ theo chiều cao cần thiết. Có bộ phận
ép dập kiểu trục cán gồm hai bánh trụ, trên mặt trụ có các hõm (nửa hình cầu
để tạo viên cầu, hoặc nửa hình trụ để tạo viên trụ, hoặc nửa hình hộp để tạo
bánh). Bộ phận ép đùn gồm một trục vít ép nguyên liệu trong ống trụ, đùn
qua khuôn có các lỗ định hình để thành dạng sợi, ống, hoặc kết hợp bộ dao
cắt thành dạng viên trụ. Khi ép hoặc đùn có thể áp dụng cách ép ẩm hoặc ép
khô.
3

Hình 1. Nguyên lý cấu tạo của cá
c bộ phận tạo viên nguyên liệu

= h
0
/ h
1
(2)
h0 và h1 - chiều cao lớp hỗn hợp trước và sau khi ép.
Ta cũng có thể tính : λ = P1 / P0 (3)
P0 và P1- khối lượng thể tích của hỗn hợp trước và sau khi ép, kg/m3.
b) Độ rỗng của khối hỗn hợp
Độ rỗng P của khối hỗn hợp được xác định theo công thức:
P = V
0
/ V = 1 -
V
V
r
(4)
V - thể tích của toàn bộ khối hỗn hợp
V0- thể tích của các khoảng trống giữa các phần tử
Vr - thể tích phần chất rắn trong hỗn hợp.
Độ hổng P' của các viên đã được ép cũng được tính tương tự như sau :
P' = V
0
'
/ V' = 1 -
V
V
r
'
'

P1 - lực dịch chuyển của hộp với khối nguyên liệu , N;
P2 - lực dịch chuyển của hộp không, N;
F- diện tích cắt ngang của hộp trong mặt di chuyển, m2;
F- diện tích cắt ngang của hộp trong mặt di chuyển, m2;
σ = 9,81(M
c
+ M
t
+ M
1
) / F , (8)
Mc và Mt - khối lượng của quả cân và tấm đặt trên mặt khối
nguyên liệu ở hộp 2;
M1 - khối lượng nguyên liệu trong hộp 2 :
M
1
= Fhρ (9)
h - chiều cao lớp nguyên liệu;
ρ - khối lượng thể tích.
d) Hệ số dãn nở đàn hồi
Hệ số dãn nở đàn hồi k là tỷ số giữa thể tích Vd sau khi nén nở ra với thể
tích Vn dưới áp lực nén:
k = V
d
/ V
n
(10)
Để bảo đảm cho viên ép được chắc, không bị vỡ hoặc nứt thì
k = 1,1 - 1,15.
e) Độ bền của viên

Có thể coi mối quan hệ phụ thuộc giữa áp suất nén p với khối lượng riêng
ρ của nguyên liệu như sau :
dp / dρ = f(p) (14)
Các kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình nén ép, hàm f(p) có thể coi là
tuyến tính với dạng ap + b :
dp / dρ = ap + b (15)
Như vậy ta sẽ suy ra :
p = C
( )
[ ]
1e
0
a
−
ρ−ρ

với C =b/a . Vì P0 = M / L.S và P = M/((L - H)S)

Như vậy:
ρ - ρ
0
= M
( )
1 1
0
L H S L S
H
L H−
−


0
1
1
−






−






(16)
Hình 3. Sơ đồ nén ép trong khuôn kín có đáy cố định và đồ thị áp suất
Khi quả nén đi từ O tới C, thì áp suất nén p tăng theo đường cong OA.
Sau khi nén xong quả nén trở về vị trí ban đầu, nhưng do tính chất hồi phục
của nguyên liệu, áp suất nén không mất ngay, mà chậm một chút, theo
đường cong AB, phát sinh áp suất dãn nở đàn hồi. Diện tích OACO của đồ
thị áp suất tương ứng với năng lượng nén. Năng lượng này tiêu thụ để khắc
phục ma sát nhớt giữa các phần tử vật chịu nén và dịch chuyển, khắc phục
ma sát ngoài của vật liệu với thành buồng nén và để gây biến dạng đàn hồi,
biến dạng dẻo của vật liệu.
Diện tích BAC tương ứng với năng lượng biến dạng đàn hồi được hồi
phục một phần khi viên ép dãn nở đàn hồi.
Khi giữ nguyên khối lượng M của mỗi mẻ nén, ta thấy với thể tích ban

Dấu trừ trong công thức (18) chứng tỏ áp suất giảm dần theo chiều nén.
áp suất cạnh qx gồm hai thành phần : một thành phần do áp suất nén dọc trục
px gây ra với tỷ lệ Ġ (qc = Ġpx), một thành phần do biến dạng dư gọi là áp
suất dư cạnh qdc không phụ thuộc vào px, nghĩa là :
q
x
=
ξ
p
x
+ q
dc
(19)
Hệ số tỷ lệ S =
µ
/ (1 -
µ
) với
µ
- hệ số Poátxông
µ
=( 0,29 - 0,31). Theo Đôlgôv I.A, đối với rau cỏ
ξ
= ( 0,4 - 0,45)
Phương trình (18) được viết thành :

dp
p q
f
C

−












−






f
C
S
x
q
dc
.ξ
ξ
(21)
Thay giá trị của px từ công thức 21 vào công thức 19, ta xác định được áp

1
=
( )
p
q
f
C
S
L H
q
dc dc
+






−






−





đoạn (h (áp suất nén diễn biến theo diện tích OAA'C').
Quả nén lùi tiếp, rời mặt khối ép, để tiếp tục nén phần nguyên liệu 4 mới
cấp. ở đoạn đùn L - H sẽ tốn năng lượng thêm cho việc thắng ma sát ngoài
của khồi nguyên liệu với thành khuôn và cho việc nén lại phần dãn nở đàn
hồi của khối épđó. Diện tích AA'C'C biểu thị năng lượng đùn phần mới được
ép từ vị trí 1'-1' đến 2'-2'.
Đoạn đồ thị AA' thể hiện giảm áp suất nén dọc trục. Khi đó, phần khối ép
trước sẽ nhận áp suất dọc trục A'C' do phần đang được ép tác động. Tuy
nhiên cũng không cần tốn thêm năng lượng để đùn các phần khối đã được ép
trước đó, vì đồng thời lại đùn cả khối ép cùng với phần đang được tạo thành
.
Vì vậy, ở các chu kỳ ép tiếp theo, mỗi phần trong khối ép chỉ chịu áp suất
xung dọc trục px thể hiện bằng các đoạn O1A1C1, O2A2C2, ,OnAnCn.
Các đỉnh A1, A2, ,An đều giảm dần theo đường cong AAn thể hiện tương
tự phương trình áp suất.
10
Hình 5. Sơ đồ nén ép trong khuôn hở có đáy di động và các đồ thị áp suất
nén
Cần chú ý rằng sau mỗi lần quả nén lùi rời khối ép, áp suất dọc trục
không giảm tới 0 mà chỉ tới một trị số tối thiểu pmin, vì trong nó còn các áp
suất dư : áp suất dư trục pdt và áp suất dư cạnh pdc. Dưới biến dạng đàn hồi
dọc trục, khối ép có xu hướng dãn dài ở hai đầu (như lò xo nén và được giữ
ở giữa). Nhưng nhờ áp suất dư cạnh pdc gây ma sát chống lại hiện tượng dãn
đó. Khi đùn khỏi khuôn, khối ép có thể dãn dài tới vài % tuỳ theo diễn biến
của quá trình "nới" trong khuôn.
Ta đã biết, để đạt khối lượng riêng ( yêu cầu của viên ép, phải đạt áp suất
nén pmax tính theo công thức (16). Nhưng muốn vậy, ở đoạn đùn L - H ma
sát của khối ép với khuôn phải đủ tạo được lực chống đối với pmax. Lực ma
sát tổng hợp (tĩnh) Ft được xác định bằng :
Ft = ftN = ft.

≥ p
max
.S (25)
S - tiết diện cắt ngang của khuôn, m2.
Từ đó có thể suy ra :
L
1
≥
p S
f p C
t d
max
.
. .
ξ
(26)
Khi khối ép được đùn trong khuôn, phải tính đến tính chất "nới"; nếu
không, khi khối ép ra khỏi khuôn sẽ nở và không đủ bền. Với năng suất máy
đã xác định , gọi vận tốc trung bình đẩy khối ép trong khuôn là Vtb và thời
gian "nới" là tn thì chiều dài đoạn đùn của khuôn sẽ bằng Ln≥Vtb.tn. Khi
thiết kế phải lấy L1 ≥ Ln .
5. Cơ sở lý thuyết tính toán máy ép kiểu trục cán trong có khuôn
trụ:
1- Xuất phát từ năng suất máy (q, kg/s hoặc Q, t/h), theo hình 6.
ta có thể tính độ dài L của 1 lỗ khuôn theo công thức :
L = pmax.S0 / (ft.Ġ.pđ.C) ,
với So và C là tiết diện và chu vi của 1 lỗ khuôn.
2- Tổng diện tích Sk của bề mặt làm việc của khuôn được tính như sau
(theo Pôđkôlzin I.V.) :
S

là trình bày nguyên lý ép, các thông số ảnh hưởng tới quá trình ép,và đã trình
bày cơ sở lý thuyết tính toán cho máy ép kiểu pit tông, và kiểu trục cán trong
có khuôn. Tuy nhiên do thời gian của chuyên đề quá gấp nên mới chỉ đề cập
tính toán cũng như nghiên cứu còn nhiều hạn chế, tài liệu chưa đa dạng,
chưa đi sâu vào nghiên cứu môt cách có hệ thống và cụ thể từng bộ phận của
máy ép.
Qua chuyên đề này tôi rất mong muốn đươc sự góp ý, đánh giá, bổ sung
của thầy giáo cũng như các bạn nhằm hoàn thiện chuyên đề một cách tốt
nhất,xin cảm ơn thầy giáo:TS Đinh Vương Hùng đã trực tiếp hưởng dẫn
chuyên đề cho chúng em

13
MỤC LỤC
I.Đặt vấn đề 1
II.Nội dung nghiên cứu của đề tài 1
1.Mục đích, yêu cầu kỹ thuật và phân loại 1
2.Các nguyên ký ép tạo hình sản phẩm 2
3.Các nguyên lý ảnh hưởng đến quá trình ép tạo hình sản phẩm 3
4.Cơ sở lý thuyết tính toán cho máy ép kiểu pit tông 6
5.Cơ sở lý thuyết tính toán máy ép kiểu trục cán trong có khuôn trụ 11
III.Kết luận kiến nghị 12
TÀI LIỆU THAM KHẢO
-Bài giảng công nghệ thiết bị bảo quản chế biến nông sản_TS. Đinh
Vương Hùng
-Tài liệu từ mạng internet
14