bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp I
----------------------------tô văn kham

Nghiên cứu một số thông số
về cấu tạo và chế độ làm việc
của máy trộn bột kiểu băng xoắn
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: kỹ thuật máy và thiết bị
cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14
Ngời hớng dẫn khoa học: ts. trần nh khuyên

Hà Nội - 2006


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Tô Văn Kham

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------2



iii

Danh mục các chữ viết tắt

iv

Danh mục các bảng

v

Danh mục các hình

vi

Mở đầu

1

1. Tổng quan nghiên cứu về máy trộn

13

1.1. Đặc điểm của thức ăn trong chăn nuôi

13

1.2. Tầm quan trọng của quá trình trộn

14


36

2.4. Phơng pháp gia công số liệu

39

3. Cơ sớ lý thuyết thiết kế máy trộn kiểu băng xoắn

42

3.1. Cơ sở vật lý của quá trình trộn

42

3.2. Phơng trình động học quá trình trộn

44

3.3. Cơ chế của quá trình trộn

44

3.4. áp suất của dải xoắn tác dụng lên khối nguyên liệu

45

3.5. Lực tác dụng lên một đơn vị diện tích cánh chìm trong nguyên liệu

38



4.3.1. Công suất cần thiết đối với cánh vít chuyển động xuôi

55

4.3.2. Công suất cần thiết đối với cánh vít chuyển động ngợc

56

5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

57

5.1. Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm

58

5.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

58

5.2.1. ảnh hởng của yếu tố thời gian (x1) tới thông số ra Y1, Y2

59

5.2.2. ảnh hởng của số vòng quay guồng trộn (x2) tới các thông số ra Y1, Y2

63

5.2.3. ảnh hởng của mức tải trong thùng trộn (x3) tới các thông số ra Y1, Y2

H§H: HiÖn ®¹i ho¸

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật ----------- --------------------------------------6


Danh mục các bảng

Bảng 1.1. Phân loại máy trộn

21

Bảng 5.1. Kết quả tính toán các phơng sai yếu tố, phơng sai thí nghiệm,
kiểm tra tính thích ứng và tính thuần nhất của các hàm Y1, Y2

61

Bảng 5.1.a. ảnh hởng của yếu tố thời gian (x1) tới hàm Y1

61

Bảng 5.1.b. ảnh hởng của yếu tố thời gian (x1) tới hàm Y2

62

Bảng 5.2. Kết quả tính toán các phơng sai yếu tố, phơng sai thí nghiệm,
kiểm tra tính thích ứng và tính thuần nhất của các hàm Y1, Y2

65

Bảng 5.2.a. ảnh hởng của số vòng quay guồng trộn (x2) tới hàm Y1

73

Bảng 5.7. Giá trị tối u của các yếu tố vào xi và các hàm Yj

74

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------7


Danh mục các hình
Hình 1.1. Các loại bộ phận trộn sản phẩm tơi rời

15

Hình 1.2. Các kiểu bộ phận trộn quay của máy trộn sản phẩm tơi rời

17

Hình 1.3. Máy trộn kiểu thùng quay

19

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy trộn TBX - 2

25

Hình 2.2. Sơ đồ điện xác định mức tiêu thụ điện năng

36



66

Hình 5.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hởng của mức tải (x3) đến các hàm Y1, Y2 70

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------8


Mở đầu
Nớc ta là nớc nông nghiệp và chúng ta tự hào về nền sản xuất nông
nghiệp đang trên đà phát triển mạnh với sự xuất khẩu lúa gạo trên 4 triệu tấn/
năm đứng thứ hai thế giới [1], [13]. Tính đến năm 2005, sau hơn 16 năm xuất
khẩu gạo, nông nghiệp nớc ta đ cung cấp cho thị trờng thế giới hàng chục
triệu tấn gạo thu về cho đất nớc khoảng 10,2 tỷ USD [7]. Sản lợng lơng
thực tăng tạo ra lợng gạo xuất khẩu cao đồng thời là cơ sở kinh tế quan trọng
để thúc đẩy tăng trởng các sản phẩm khác trong nông nghiệp. Tổng sản
lợng nông nghiệp hàng năm tăng lên rõ rệt, năm sau cao hơn năm trớc.
Nhiều tổ chức quốc tế, nhiều quốc gia và nhiều nhà kinh tế nớc ngoài có uy
tín đ khẳng định và ca ngợi thành tựu giải quyết vấn đề lơng thực, vấn đề
xoá đói giảm nghèo... của nớc ta. Đó là nhờ sự l nh đạo đúng đắn của Đảng
và nhà nớc cũng nh của Bộ Nông Nghiệp & phát triển nông thôn đ giải
quyết đồng bộ, kịp thời các khâu trong sản xuất. Cùng với sự phát triển của
kinh tế x hội toàn cầu, phơng thức sản xuất ngày một đợc hoàn thiện với sự
bùng nổ của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu phát
triển của toàn x hội.
Chính vì vậy, nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VI đ đề ra ba
chơng trình kinh tế lớn: Lơng thực, thực phẩm, hàng tiêu dùng và hàng xuất
khẩu. Đồng thời thực hiện hàng loạt các chính sách kinh tế mới và mở cửa liên
doanh liên kết với các công ty trong và ngoài nớc nhằm tạo ra bớc đột phá
tạo đà cho nền kinh tế phát triển nhanh chóng, bền vững sánh vai các nớc

Từ trớc đến nay, các sản phẩm trong sản xuất nông, lâm và ng
nghiệp ở nớc ta rất phong phú, đa dạng. Nhng do đặc điểm các sản phẩm
này đều mang tính mùa vụ, thời gian thu hoạch và chế biến rất ngắn, bởi vậy
sau khi thu hoạch nếu không bảo quản và chế biến kịp thời chất lợng sẽ bị
giảm thậm chí phải huỷ bỏ. Tuy nhiên chúng ta còn ít quan tâm đến tổn thất
sau thu hoạch, điều này không những xảy ra ở nớc ta mà còn ở nhiều nớc
Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------10


trên thế giới. Theo tổ chức Nông nghiệp và Lơng thực thế giới (FAO - Food
Agriculture organization), hàng năm trên thế giới nhất là các nớc đang phát
triển, tổn thất nông sản sau thu hoạch là rất lớn, cả về số lợng và chất lợng
khoảng 5 - 30%. Nếu lấy mức hao hụt trung bình là 10% của sản lợng lơng
thực nớc ta trong năm 2003, thì tổng sản lợng lơng thực bị hao hụt của ta
là 3,6 triệu tấn tơng đơng 458,640 triệu $ Mỹ (tổng sản lợng lơng thực
quy ra thóc 36 triệu tấn). Đặc biệt là công nghệ chế biến thức ăn phục vụ chăn
nuôi, nếu thức ăn chăn nuôi có chất lợng tốt thì gia súc, gia cầm tăng trởng
nhanh, kinh tế nông nghiệp phát triển mau chóng. Ngợc lại thức ăn trong
chăn nuôi không đảm bảo chất lợng sẽ gây ảnh hởng xấu trong chăn nuôi từ
đó làm cho nền kinh tế nớc ta chậm phát triển.
Nắm đợc đặc điểm và tầm quan trọng của thức ăn trong chăn nuôi nên
cũng nh nhiều nớc trên thế giới, việc chế biến thức ăn tổng hợp phục vụ
chăn nuôi ở nớc ta đang phát triển và hoàn thiện với chất lợng tốt. Qua
nghiên cứu đánh giá thành phần và giá trị dinh dỡng thức ăn của 1551 loại
thức ăn (650 loại cho đại gia súc, 531 loại cho lợn và 370 loại cho gia cầm).
Hiện nay cả nớc đ có gần 150 nhà máy với tổng công suất 5 triệu tấn/ năm,
sản lợng thức ăn công nghiệp đạt gần 44%/ năm (từ 0,4 triệu tấn năm 1988
tăng lên hơn 5 triệu tấn năm 2005) [10]. Quy trình chế biến trong tất cả các
khâu đều đợc cơ khí hoá, tự động hoặc bán tự động, từ: nghiền, phân loại,
định lợng, đóng bao. Trong đó trộn là khâu trong chế biến có tính quyết định

thu hoạch trong nông, lâm, ng nghiệp nhất là việc chế biến thức ăn trong
chăn nuôi đòi hỏi phải tuân theo quy trình công nghệ nghiêm ngặt. Đồng thời
công tác chế biến phải mang tính công nghiệp với năng suất, chất lợng và
hiệu quả cao để phù hợp với tình hình phát triển chăn nuôi hiện nay.
Căn cứ vào số liệu thống kê, số lợng gia súc, bao gồm: trâu, bò, lợn, dê,
cừu... và số lợng gia cầm nớc ta năm1994 cả nớc có 15 triệu con lợn, 3,2
triệu con bò, và trên 100 triệu gia cầm đến năm 2005 đ có 26 triệu con lợn,
4,9 triệu con bò, 220 triệu con gia cầm [10]. Nh vậy công nghiệp sản xuất
các loại thức ăn phục vụ trong chăn nuôi phải đa dạng, phong phú đáp ứng
mọi đối tợng gia súc, gia cầm và phù hợp với nhu cầu trong từng thời kỳ của
vật nuôi, đồng thời phải phù hợp với từng vùng, từng địa phơng. Vì vậy thức
ăn trong chăn nuôi hiện nay cần phải đảm bảo các yêu trên, mặt khác chất
lợng cao, giá thành hạ, thời gian chi phí cho vật nuôi giảm nhằm nâng cao
hiệu quả kinh tế trong sản xuất.

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------13


1.2. Tầm quan trọng của quá trình trộn
Hiện nay với nền sản xuất mang tính công nghiệp, máy trộn là loại
máy công tác đợc dùng rộng r i trong nhiều ngành: chế biến thức ăn chăn
nuôi, chế biến thực phẩm, công nghiệp hoá dợc, vật liệu xây dựng... riêng
trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi quá trình trộn còn tạo ra các u
điểm nổi bật:
- Hỗn hợp sau chế biến có độ đồng đều cao, nhất là đối với hỗn hợp có
những thành phần chiếm tỷ lệ rất nhỏ 1- 2%. Đặc biệt với ngành chế biến thức
ăn gia súc phục vụ chăn nuôi thì vấn đề này có vai trò rất quan trọng bởi chất
lợng hỗn hợp thức ăn sẽ quyết định năng suất, chất lợng và hiệu quả trong
chăn nuôi. Các thành phần thức ăn ở dạng bột xay (nghiền) với độ nhỏ quy
định đợc trộn với nhau thành hỗn hợp có chất lợng vợt trội so với thành

phận thực hiện chuyển động quay của máy có thể là : vít xoắn, cánh gạt, băng
xoắn,...

Hình 1.1. Các loại bộ phận trộn sản phẩm tơi rời
a) kiểu vít liền ; b) kiểu vít khuyết; c) kiểu cánh gạt; d,e, f) kiểu băng
xoắn;

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------15


Bộ phận trộn kiểu vít xoắn đợc cấu tạo bởi một dải thép lá hàn trên
trục theo đờng xoắn vít [6], [14]. Tùy theo loại vật liệu đa vào trộn mà bộ
phận trộn kiểu vít xoắn có dạng cánh liền (hình 1.1a) dùng để trộn bột khô,
dạng cánh khuyết (hình 1.1b) dùng để trộn bột có độ ẩm vừa.
Bộ phận trộn kiểu cánh gạt thờng dùng để trộn bột có độ ẩm vừa và cao,
đợc cấu tạo bởi một trục trên đó có lắp các cánh gạt (hình 1.1c). Các cánh gạt
lắp so le nhau, bề mặt cánh gạt thờng đặt nghiêng một góc nào đó so với đờng
sinh của trục có tác dụng đẩy nguyên liệu di chuyển theo chiều dọc trục.
Bộ phận trộn kiểu băng xoắn (hình 1.1d,e,f) đợc sử dụng để trộn
nguyên liệu có độ ẩm cao và dính bết. Nó đợc cấu tạo bởi một số dải thép lá
uốn cong theo đờng xoắn vít. Trong máy ngời ta thờng lắp hai dải băng
xoắn ngợc chiều nhau để tăng khả năng xáo trộn.
Tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ và tính chất cơ lý của nguyên liệu mà
bộ phận trộn có thể đặt nằm ngang (hình 1.2a,b) hoặc thẳng đứng (hình
1.2c,d). Kết cấu máy trộn có bộ phận trộn đặt thẳng đứng có u điểm là độ
trộn đều cao vì nguyên liệu đợc xáo trộn nhiều lần trong máy, có thể nạp
nguyên liệu vào thùng trộn tới 80 ữ 85% dung tích, kích thớc máy nhỏ gọn
nhng có nhợc điểm là trộn gián đoạn, năng suất thấp. Kết cấu máy trộn có
bộ phận trộn đặt nằm ngang (hình 1.2a,b) thờng thực hiện quá trình trộn liên
tục, có thể kết hợp vừa trộn vừa vận chuyển nguyên liệu theo chiều dọc trục.

vừa xả liệu hoặc hai cửa đối xứng nhau thực hiện nạp liệu và xả liệu độc lập.
Trờng hợp bố trí một cửa thì thời gian nạp và xả liệu bị kéo dài vì phải quay
miệng thùng xuống dới để xả liệu, sau đó quay miệng thùng lên trên để nạp
liệu. Trờng hợp bố trí hai cửa thì khi cửa này ở vị trí xả liệu thì cửa kia ở vị
trí nạp liệu, nhờ đó đ tiết kiệm đợc thời gian phụ. Loại máy trộn này thờng
làm việc gián đoạn, trộn từng mẻ nhng độ trộn đều cao.
Loại thùng quay trên các con lăn (hình 1.3a) thờng đặt nằm ngang, có
vỏ thùng tỳ trực tiếp trên các con lăn. Chuyển động quay của thùng đợc thực
hiện nhờ cặp bánh răng và vành răng gắn trực tiếp theo chu vi của thùng. Loại
máy này thờng có dung tích lớn, cho phép tăng khối lợng mẻ trộn nhng kết
cấu phức tạp.
Dạng hai thùng quay trên trục đợc kết cấu theo nhiều loại khác nhau
tùy theo công dụng và đặc tính của sản phẩm mang trộn mà trục trên đó gắn
thùng quay có thể là đờng tâm đối xứng hoặc đờng chéo.
Thùng quay hình trụ lắp trên các trục đối xứng đặt thẳng đứng (hình 1.3b)
hoặc nằm ngang (hình 1.3c) đợc sử dụng phổ biến nhất để trộn các loại bột
thông thờng. Thùng có tiết diện lục giác (hình 1.3d) tạo khả năng xáo trộn
m nh liệt, khi trộn cho phép nghiền vỡ các phần tử nguyên liệu. Thùng quay đáy
côn (hình 1.3e) có tác dụng giảm khả năng nghiền vỡ trong quá trình trộn để
không phá hủy cấu trúc của các sản phẩm trộn. Thùng có dạng chữ Y (hình 1.3f)
với góc ở đỉnh 90o, nguyên liệu đợc trộn bằng cách đổ đi đổ lại, đồng thời lại
phân riêng làm hai phần đảm bảo trộn m nh liệt và độ đồng đều cao.
Thùng hình trụ quay trên đờng chéo nằm ngang (hình 1.2g), cứ mỗi vòng
quay của thùng nguyên liệu đợc đổ đi đổ lại trong mặt phẳng thẳng đứng
đồng thời lại đợc xáo trộn theo hớng trục nên có độ đồng đều cao với thời
gian trộn ngắn nhất.

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------18



Theo cách bố trí đặt máy: loại tĩnh tại và loại lu động.
Theo thời gian hoạt động: liên tục và gián đoạn.
Theo vị trí bộ phận trộn: ngang, nghiêng, đứng.
Theo tính chất thức ăn : khô, nh o, lo ng.
So sánh u nhợc điểm của một số máy trộn thức ăn gia súc phổ biến trên
thế giới:
- Máy trộn cánh gạt trộn đợc nhiều loại thức ăn, tháo lắp và làm sạch
thuận tiện, có khả năng bố trí vào liện hợp máy chế biến liên tục, nhng mức
tiêu thụ điện năng riêng tơng đối cao.
- Máy vít đứng phổ biến trộn các loại thức ăn bột khô, mức tiêu thụ điện
năng riêng nhỏ, diện tích bố trí máy gọn, giá thành chế tạo và giá thành sản
phẩm tơng đối thấp, nhng chất lợng trộn không cao lắm.
- Máy trộn hành tinh có cấu tạo phức tạp năng suất thấp, trộn chậm.
- Máy trộn giải xoắn (ngợc dòng) phổ biến ở Mỹ, Pháp có chất lợng
trộn tốt, trộn đợc nhiều loại thức ăn, nhng có cấu tạo phức tạp, mức tiêu thụ
điện năng riêng cao.

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------20


Bảng 1.1. Phân loại máy trộn

Máy trộn thức ăn gia súc

Tĩnh tại

Lu động

Liên tục


NL. Lỏng

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------21


Về phơng diện cấu tạo, đa số các tác giả tập trung nghiên cứu loại máy
trộn cánh gạt nằm ngang, làm việc gián đoạn hoặc liên tục, nhất là kiểu hai
trục cánh trộn trong số các máy trộn thức ăn gia súc. Ưu điểm nổi bật của kiểu
máy trộn này là có tính chất vạn năng, trộn đợc nhiều loại thức ăn gia súc có
cơ lý tính khác nhau, đặc biệt là đáp ứng tốt với thức ăn ẩm, nh o.
Hiện nay, thức ăn chăn nuôi tổng hợp dạng bột khô là loại phổ biến, đa
dạng đợc chế biến rộng r i tại các cơ sở sản xuất. Các kiểu máy trộn cánh
gạt, nằm ngang, gián đoạn cũng kịp thời đáp ứng yêu cầu trên, nhng còn
nhiều nhợc điểm hơn so với loại trục vít. Ví dụ cùng một số lợng tải và thời
gian trộn thì máy trộn cánh gạt thờng có chất lợng trộn thấp hơn, mức tiêu
thụ điện năng riêng cao hơn.
Về phơng diện lý thuyết tính toán, mặc dù khâu trộn vật liệu đ đợc
phát triển rộng r i trong nhiều ngành sản xuất, nhng việc nghiên cứu vẫn
cha toàn diện, chủ yếu mang tính chất thực nghiệm. Việc xác định các thông
số trong quá trình trộn và các quy luật chuyển động của khối bột trộn gặp khó
khăn.
Nguyên nhân chính là trong quá trình làm việc có nhiều yếu tố biến đổi
ảnh hởng đến động lực học của máy trộn nh cơ lý tính của các thành phần
thức ăn, nguyên lý trộn và các chỉ số công nghệ khác...
1.5. Tình hình và kết quả nghiên cứu máy trộn ở trong nớc
Từ trớc đến nay việc chế biến và sản xuất thức ăn tổng hợp phục vụ
cho chăn nuôi tại các nông trờng và các công ty trong nớc thờng sử dụng
máy trộn thức ăn gia súc nhập ngoại từ những năm 60-70. Do đó vừa tốn ngoại
tệ lại không phù hợp với tình hình phát triển sản xuất chăn nuôi hiện nay và
nhất là đối với nền kinh tế trong thời kì đổi mới của nớc ta.

bao có các cửa sổ nh mẫu máy TB -1,0. Năm 2004 Trờng Đại học Nông
Nghiệp I đ thiết kế chế tạo máy trộn bột TBX - 1 kiểu băng xoắn...

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------23


1.6. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
1.6.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy trộn
bột kiểu băng xoắn làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy nhằm hoàn thiện
và nâng cao năng suất, giảm chi phí điện năng riêng đồng thời tăng hiệu quả
kinh tế phục vụ kịp thời cho sản xuất.
1.6.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác định một số tính chất cơ lý của thức ăn gia súc
- Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy
trộn kiểu băng xoắn
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hởng của một số thông số
tới chất lợng trộn và chi phí điện năng riêng.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế bộ phận trộn
- Tham gia thiết kế, chế tạo máy trộn bột kiểu băng xoắn

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------------24


2. Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối tợng nghiên cứu
Nghiên cứu một số thông số ảnh hởng của máy trộn bột kiểu băng
xoắn. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy TBX - 2 đợc thể hiện trên hình 2.1.
8
6