BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---------------------NGUYỄN DUY PHÚ

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP
ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT PHÂN VI SINH

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP
NGUYỄNDÂY
DUY PHÚ
ỨNG DỤNG TRONG
CHUYỀN SẢN XUẤT

PHÂN VI SINH
Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:

PGS. TS. ĐẶNG VĂN NGHÌN
Viện Cơ học và tin học ứng dụng TP. HCM

2. Thư ký:

PGS.VĂN
TS. TRƯƠNG
VĨNH HỌC KỸ THUẬT
LUẬN
THẠC SĨ KHOA
Đại học Nông Lâm TP. HCM

3. Phản biện 1: TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Tháng 10 năm 2010

ii


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên là Nguyễn Duy Phú, sinh ngày 22 tháng 12 năm 1980 tại thành phố
Hồ Chí Minh, nguyên quán huyện Phú Xuyên, thành phố Hà Nội. Con ông Nguyễn
Duy Phúc và bà Nguyễn Thị Ngọc.
Năm 1998, tốt nghiệp Tú tài tại trường trung học phổ thông Hùng Vương,
quận 5, thành phố Hồ Chí Minh.
Năm 2003, tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí chế tạo máy, hệ chính quy tập
trung tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, niên khóa
1998 – 2003.
Sau đó đến nay, công tác tại khoa Cơ khí chế tạo, trường Cao đẳng nghề số
8, bộ Quốc Phòng, Biên Hòa, Đồng Nai, nghề nghiệp giáo viên, chức vụ công nhân
viên, phó trưởng khoa Cơ khí chế tạo.
Tháng 10 năm 2007, học cao học ngành cơ khí nông nghiệp tại trường Đại
học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, niên khóa 2007 – 2010.
Tình trạng gia đình: Vợ là Văn Thị Mai, sinh năm 1982, đang công tác tại
bệnh xá quân dân y, trường Cao đẳng nghề số 8, bộ Quốc Phòng, Biên Hòa, Đồng
Nai, nghề nghiệp y sỹ, chức vụ công nhân viên. Con gái tên là Nguyễn Anh Thư,
sinh năm 2009.
Địa chỉ liên lạc: Khu tập thể cán bộ, công nhân viên trường Cao đẳng nghề
số 8 – đường Bùi Văn Hòa, tổ 19, khu phố 3, phường Long Bình Tân, Biên Hòa,
Đồng Nai.
Điện thoại: 0985.927257, Email: [email protected]

iii



TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu thiết bị sàng lắc - rung phối hợp ứng dụng trong dây
chuyền sản xuất phân vi sinh” được tiến hành tại khoa Cơ khí – Công nghệ trường
Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3 năm 2009 đến
tháng 9 năm 2010.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm và chứng minh tính
mới, ưu việt hơn các họ máy trong nước đang được sử dụng của mô hình máy sàng
rung phối hợp lắc phẳng để phân loại trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh.
Ý nghĩa khoa học của đề tài là giải quyết các vấn đề kỹ thuật nảy sinh, cải
tiến kỹ thuật máy sàng, nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuất
phân vi sinh.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần vào việc hạ giá thành, tăng chất
lượng sản phẩm phân vi sinh. Kết quả đề tài thành công sẽ được lắp đặt chuyển giao
cho một số công ty sản xuất phân bón nói chung và phân vi sinh nói riêng.
Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế độ động lực học nhằm hỗ
trợ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị sàng phân loại làm việc theo nguyên lý phối
hợp và nghiên cứu thực nghiệm, chuyển giao trên loại thiết bị này ra sản xuất để
kiểm tra, khẳng định kết quả khoa học.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là tiến hành nghiên cứu lí thuyết và quy
hoạch, bố trí, tối ưu hóa thực nghiệm nhằm khẳng định khả năng làm việc của thiết
bị mới.
Kết quả đã chế tạo mẫu máy với chế độ tối ưu: lượng cung cấp 10 kg/phút,
góc nghiêng sàng 14,25 0, góc đặt hai khối lượng lệch tâm 36,8 0, bán kính tay quay
24,95 mm, số vòng quay trục chính 200 vòng/phút. Chỉ tiêu tối ưu đạt được là hiệu
suất sàng cao nhất 97,2451 % và chi phí năng lượng riêng thấp nhất 0,3810
kW.h/tấn.

vi



line angle of two aneccentric discs that out of centre 36,8 0, turning radius of two
aneccentric discs 24,95 mm, revolution of main shaft 200 rev/minute. The reached
optimum indicators is the efficiency of classification by screening 97,2451 % and
proper energy cost 0,3810 kW.hour/ton.

viii


MỤC LỤC
CHƯƠNG

TRANG

Trang tựa
Trang chuẩn y

i

Lý lịch cá nhân

ii

Lời cam đoan

iii

Lời cảm tạ

iv


3

2.1 Phân vi sinh

3

2.1.1

Khái niệm phân vi sinh

3

2.1.2

Công nghệ sản xuất phân vi sinh

4

2.2

Lí thuyết tính toán, thiết kế máy sàng phân loại

5

2.2.1

Các loại mặt sàng

5

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng

10

2.3.1

Chiều dày lớp vật liệu

10

2.3.2

Chiều dài của sàng

10

2.3.3

Tình trạng kẹt lỗ sàng

10

2.3.4

Độ ẩm của vật liệu sàng

11

2.4



20

2.4.4.1 Tính trọng lực của đối trọng quay Gv (N )

20

2.4.4.2 Tính vị trí và chuyển vị trọng tâm khối lượng sàng x(m)

21

2.4.4.3 Tính biên độ dao động A(m) của thân sàng

23

2.4.4.4 Tính vận tốc vòng , vận tốc góc  (rad / s ) của trục chính

23

2.5

Xác định công suất chi phí

24

2.5.1

Cụm cơ cấu gây rung

24


29

x


2.6.4

Máy sàng lệch tâm hay sàng lắc vòng

30

2.6.5

Máy sàng rung tròn lệch tâm

31

2.7

Kết quả chuyển giao công nghệ, sản xuất đại trà ngoài nước.

32

2.7.1

Máy sàng rung nhiều tầng, có hướng và vô hướng của hãng

32


35

2.8.1.1 Máy sàng rung có mặt sàng hình trụ và mặt sàng ngang
phẳng dùng cho vật liệu không phải là phân vi sinh
2.8.1.2 Máy sàng lắc phẳng và máy sàng rung trong phân

35
35

loại phân vi sinh
2.8.2

Máy sản xuất ngoài nước

36

2.8.3

Ý kiến đề xuất

37

3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

38

3.1

Nội dung nghiên cứu


39

3.2.5

Phương pháp tối ưu hóa

39

3.3

Phương pháp thực nghiệm

39

3.3.1

Vật liệu

39

3.3.2

Dụng cụ đo đạc và phương pháp xác định

40

3.3.2.1 Dụng cụ đo đạc

40



3.3.4.2 Phương án quy hoạch thực nghiệm

43

3.3.4.3 Phương án xử lý số liệu và phân tích mô hình thống kê thực

44

nghiệm
3.3.4.4 Tính toán tối ưu hóa

45

3.4

45

Phương pháp khảo sát và nhận dạng bề mặt đáp ứng

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

47

4.1

Kết quả nghiên cứu động lực học máy sàng lắc – rung

47


4.2.1

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy sàng lắc rung

51

4.2.2

Các dữ liệu thiết kế máy

52

4.2.2.1 Đối tượng gia công sàng

52

4.2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

52

4.2.2.3 Công nghệ và thiết bị

52

4.2.2.4 Vật liệu chế tạo máy

53

4.2.2.5 Các máy tham gia chế tạo máy mô hình


57

4.3.2

57

Thực nghiệm theo phương án bậc I

4.3.2.1 Xác định miền nghiên cứu

58

4.3.2.2 Lập ma trận thí nghiệm

58

4.3.2.3 Xây dựng ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm theo
phương án bậc I

59

4.3.2.4 Kết quả xử lý với mô hình không có số hạng chéo

60

4.3.2.5 Kết quả xử lý với mô hình có số hạng chéo

61

4.3.3


4.3.4.1 Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu

78

4.3.4.2 Phát biểu các bài toán tối ưu

78

4.3.4.3 Xác định các thông số tối ưu theo chỉ tiêu hiệu quả sàng cao nhất

79

4.3.4.4 Xác định các thông số tối ưu theo chỉ tiêu mức tiêu thụ
điện năng riêng để sàng thấp nhất
4.3.4.5 Nghiên cứu các thông số tối ưu đa mục tiêu

80
80

4.4

Xây dựng dãy cỡ máy sàng lắc - rung có năng suất từ 100 - 1000 kg/h 81

4.4.1

Máy mô hình

81


4.4.2.3 Xây dựng và giải hệ phương trình

83

4.4.2.4 Xác định không gian các chuẩn số

83

4.4.3

83

Thành lập dãy máy sàng lắc - rung đồng dạng

4.4.3.1 Cơ sở thành lập

83

4.4.3.2 Thành lập dãy máy sàng lắc - rung có năng suất 100 - 1000 kg/h

83

4.5

84

Ý kiến thảo luận

5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ


Hình 2.1 Quy trình sản suất phân vi sinh

4

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển động của vật liệu trên sàng

8

Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên hạt làm kẹt lỗ sàng

11

Hình 2.4 Mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạt vật liệu trên
sàng gắn với hệ tọa độ suy rộng

12

Hình 2.5 Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ
suy rộng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ nhất và quay cùng
chiều kim

14

Hình 2.6 Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy
rộng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ hai và quay cùng chiều
kim

16

Hình 2.7 Sơ đồ dẫn động tịnh tiến qua lại của thân sàng

Hình 2.14Máy sàng lắc tròn - rung phân loại bột

33

Hình 2.15 Máy sàng rung nghiêng dùng động cơ kích rung

34

Hình 2.16Tình trạng bít lỗ sàng trên mặt sàng lắc phẳng tại công ty

xv


Thiên Sinh (Bình Dương)

36

Hình 2.17 Công nhân dùng xẻng gạt liệu ùn ứ tại vị trí băng tải cấp liệu
cho máy sàng rung tại công ty Thiên Sinh (Bình Dương)
Hình 3.1 Hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu thực nghiệm

36
43

Hình 4.1Mô hình động lực học sàng rung và mô hình dao động cưỡng
bức không cản, một bậc tự do

47

Hình 4.2 Mô hình động lực học sàng lắc phẳng


Hình 4.10Đồ thị quan hệ Hq – a – r ở dạng không gian 3 chiều

70

Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến mức tiêu thụ điện
năng riêng để sàng ở dạng mã hóa

74

Hình 4.12Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến mức tiêu thụ điện
năng riêng để sàng ở dạng thực

74

Hình 4.13 Đồ thị quan hệ Ar – a – b ở dạng phẳng

75

Hình 4.14 Đồ thị quan hệ Ar – a – b ở dạng không gian 3 chiều

75

xvi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 4.6
Bảng 4.7
Bảng 4.8

72

Phân tích dạng và cực trị đồ thị mối quan hệ các cặp yếu tố đến
chỉ tiêu tối ưu y2

78

Ma trận thứ nguyên (aiρ)

82

Ma trận nghiệm

83

xvii


DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
d (mm)

: kích thước hạt vật liệu

 (mm)

: bán kính hạt vật liệu


: kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt

2

: sai lệch bình phương trung bình kích thước hạt

 (0 )

: góc nghiêng sàng

B (m)

: chiều rộng sàng

m (kg)

: khối lượng sàng

Ls (m)

: chiều dài sàng

Q (kg/h)

: năng suất sàng

qB (kg/m2.h) : tải trọng riêng cho phép trên sàng.
Ck


a (mm)

: là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm
chạm của hạt với lỗ lưới

b (mm)

: là khoảng cách theo phương ngang từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm
của hạt với lỗ lưới

h (mm)

: là chiều dài cánh tay đòn lực quán tính (chiều cao tính từ điểm chạm
hạt với mặt sàng đến tâm hạt)
2

G (kg.m/s ) : là trọng lượng hạt
 (mm/s2)

: là gia tốc tối ưu của sàng

K (N)

: phản lực pháp tuyến của bề mặt lưới sàng

F (N)

: lực ma sát của vật liệu trên sàng

 (0 )


m (kg)

: khối lượng khung sàng

Gvl (N)

: trọng lượng của toàn bộ khối vật liệu trên sàng

A (mm)

: biên độ dao động thân sàng

r1 (mm)

: bán kính lệch tâm của đĩa lệch tâm

r (mm)

: chiều dài tay quay

l (m)

: chiều dài thanh truyền

l1 (m)

: chiều dài lò xo

C (N.m)

 (kg/m3)

: khối lượng thể tích của vật liệu



: hệ số kể tới sự chuyển động không cùng hướng

N ms _ lt (kW)

: công suất khắc phục ma sát ở khớp động của ổ đỡ lệch tâm

flt

: hệ số ma sát ở khớp động của bạc lệch tâm

R (m)

: bán kính khớp động của bạc lệch tâm

N dc (kW)

: công suất tính toán chọn động cơ dẫn động cho máy sàng rung

Dn (N/m)

: động năng của cụm cơ cấu chuyển động

G (N)


N tt (kW)

: công suất tính toán chọn động cơ dẫn động cho máy sàng lắc



: hiệu suất truyền động

β (0 )

: góc đặt hai khối lượng lệch tâm

 (0 )

: góc bít kín khi kích thước hạt lớn hơn lỗ

Ar (kWh/tấn): mức tiêu thụ điện năng riêng
Hq (%)

: hiệu quả sàng

xx


Q (kg/h)

: năng suất sàng

q (kg/h)


và làm cho chúng liên kết thành khối. Vì vậy với sàng lắc phẳng thông thường khi
phân loại các nguyên liệu, sản phẩm vi sinh có độ ẩm cao thì hiệu suất làm việc của
sàng rất kém. Trong dây chuyền sản xuất phân hữu cơ vi sinh, người ta chỉ dùng
sàng lắc phẳng để phân loại sản phẩm phân hữu cơ vi sinh dạng viên đã được làm
khô.
Đối với sàng rung, sự dịch chuyển khối vật liệu trên sàng dọc theo sàng nhờ
vào góc nghiêng sàng. Sự dao động theo phương thẳng đứng của vật liệu trên sàng
nhờ vào sự rung động của sàng. Đối với vật liệu có độ ẩm, độ dính cao, tạo thành
liên kết khối không những làm cản trở chuyển động trên bề mặt sàng mà còn làm
giảm khả năng dao động. Ở liên kết khối, vật liệu trên sàng hấp phụ hay làm tắt dao
động. Vì vậy, tại vị trí tiếp nhận vật liệu đưa vào sàng phân loại thường bị ùn tắc.

1


Để khắc phục hiện tượng này, trong sản xuất người ta thường bố trí các lao động
thủ công gạt hỗ trợ khối vật liệu nạp vào sàng. Các tồn tại này cho thấy hiệu quả
làm việc của sàng rung trong công nghệ sản xuất phân vi sinh chưa cao.
Từ các tồn tại trên cho thấy các thiết bị sàng hiện tại có hiệu quả làm việc
thấp, chi phí lao động cao. Vì vậy việc nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công
nghệ sản xuất phân vi sinh hiện nay có tính cấp thiết, tính thời sự. Được sự chấp
thuận của phòng Đào tạo sau đại học trường Đại Học Nông Lâm, dưới sự hướng
dẫn của Cô PGS. TS. Trần Thị Thanh chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu thiết bị sàng lắc - rung phối hợp ứng dụng trong dây
chuyền sản xuất phân vi sinh.”
Mục đích của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm và chứng minh tính
mới, ưu việt hơn các họ máy trong nước đang được sử dụng của mô hình máy sàng
rung phối hợp lắc phẳng để phân loại trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh.
Ý nghĩa khoa học của đề tài là giải quyết các vấn đề kỹ thuật nảy sinh, cải
tiến kỹ thuật máy sàng, nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuất

- Phân vi sinh có mật độ vi sinh vật hữu ích.
- Phân vi sinh có mật độ vi sinh vật hữu ích thấp.
Phân bón vi sinh là một dạng hỗn hợp ướt, độ ẩm tương đối cao. Thành phần
của phân bón vi sinh bao gồm: xác bả mía, than bùn, các men vi sinh và một số loại
phân vi sinh khác. Hình dạng giống phân chuồng hoai. Khối lượng riêng 500 – 550
kg/m3, góc tự chảy 30 – 35 o.
Bã bùn có màu nâu thẳm do có sự có mặt của Caramen và Melanoit. Chất
khô 75 – 80 % , trong đó:
- Đường Sacaroza: 46 – 58 %.
- Đường khử: 6 – 9 %.
- Rafinoza: 1 – 2 %.
3


- Tổng N là: 0,4 – 2,88 %.
- Chất khoáng: 3 – 4 %.
- Ngoài ra còn có các vitamin: B1, B2, PP và Pantotenic, Mezoinozit.
Yêu cầu kỹ thuật:
+ Kích thước hạt: 1 – 1,5 mm .
+ Ẩm độ: 25 – 30 %.
Công nghệ sản xuất phân vi sinh.
Công nghệ sản xuất phân vi sinh trình bày như hình 2.1.

Hình 2.1: Quy trình sản suất phân vi sinh.
( Theo http://www.thuonghieuvungmien.vn)

4