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

TRẦN HOÀNG LUÂN

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU HOÁ MÁY SÀNG
TÁCH THÓC – GẠO LỨC (PADDY SEPARATOR) BẰNG
PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 09/2011


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

TRẦN HOÀNG LUÂN

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU HOÁ MÁY SÀNG
TÁCH THÓC – GẠO LỨC (PADDY SEPARATOR) BẰNG
PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số

: 60 52 14

LUÂN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT


4. Phản biện 2:

TS. BÙI NGỌC HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM

5. Uỷ viên:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM
Đại học Nông Lâm TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
HIỆU TRƯỞNG

i


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên Trần Hoàng Luân, sinh ngày 06 tháng 08 năm 1968, tại thành phố
Pleiku, tỉnh Gia Lai.
Con Ông Trần Thái và Bà Hoàng Thị Kim Qui.
Tốt nghiệp tú tài tại trường Trung học phổ thông Thạnh Mỹ Tây, thành phố
Hồ Chí Minh.
Tốt nghiệp CNKT 1989, ngành máy tàu sông, hệ chính quy, tại trường CNKT
Đường Thủy, thành phố Hồ Chí Minh.
Tốt nghiệp Đại học năm 1996, ngành Kinh tế ngoại thương, hệ tại chức, tại
trường Đại Học Kinh tế Thành phố Hồ Chí Minh.
Tốt nghiệp Đại học năm 2006, ngành Cơ khí chế tạo máy, hệ không chính qui,
tại trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Tháng 03 năm 1989 đến nay làm việc tại trường CNKT Đường thủy. Năm

và biết ơn sâu sắc đến:
Thầy TS Nguyễn Như Nam, trưởng bộ môn Máy sau thu hoạch – Chế biến,
Khoa Cơ khí – Công nghệ, trường Đại Học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí
Minh – Giáo viên hướng dẫn khoa học. Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
Ban Giám hiệu, Phòng sau đại học và tập thể Giảng viên của Khoa Cơ khí Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình
giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu và tạo mọi điều kiện tốt nhất
trong quá trình học Cao học cũng như thực hiện luận văn.
Ban lãnh đạo trường Cao Đẳng GTVT – Tp. HCM và các bạn đồng nghiệp
đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập và thực hiện
đề tài.
Xin cảm ơn quý thầy, cô đã phản biện đề tài cho những lời nhận xét quý báu.
Qua những phản hồi đó tôi có thể để hoàn thiện hơn quá trình nghiên cứu.
Các anh chị học viên lớp Cao học khóa 2007 và 2008 đã hỗ trợ, giúp đỡ,
động viên chia sẻ kinh nghiệm làm việc.
Cảm ơn cha mẹ, anh em, bạn bè cùng đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện tốt
nhất trong suốt quá trình học tập cũng như làm đề tài.
Vợ tôi luôn chia sẻ, gánh vác trách nhiệm gia đình và động viên tôi trong
suốt quá trình học Cao học.

iv


TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu các thông số tối ưu của máy sàng tách thóc – gạo lức
(Paddy separator) bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm” được thực hiện tại
xưởng bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến, khoa Cơ khí – Công nghệ, trường
Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 03 năm 2010 đến
tháng 08 năm 2011 với kết quả được tóm tắt như sau:

-

Số vòng quay tối ưu của trục sàng ntư = 111,7 vg/ph;

-

Lượng cung cấp riêng tối ưu qtư = 0,188 kg/s.

vi


ABSTRACT

The thesis: "Study the optimal parameters of the Paddy-Separator by using
the experimental planning method" has been conducted in the Lab of the
Department of Post - Harvesting and Processing, Faculty of Engineering and
Technology, Ho Chi Minh city Nong Lam University, from May 2010 to August
2011 with its summarized results are as follows:
The purpose of this thesis is to study the optimal parameters for the PaddySeparator by using the experimental planning method. Some previous studies like
the components and operation principle of the Pakis paddy separator in the rice
processing assembly line of the Long An Mechanical Joint Stock Company and the
various Pakis paddy separators which have been used in rice processing plants
were referenced. The studying, designing, and manufacturing of a Paddy-Separator
model with its capacity is 1000 kg/hour has been performed for study.
Experiment on SAPA - 1000 by the method of experimental planning with
two parameters to efficiency of paddy-separator and the specific energy
consumption are the best. Three input parameters such as the paddy supplying, the
rotation, and the tilt angle of the screen. The experimental data are computer
processed by using the Statgraphics software Vers 7.0.
The results indicate that the efficiency of paddy-separator and the specific



MỤC LỤC
CHƯƠNG

Trang

Trang tựa
Trang chuẩn y ............................................................................................................ i
Lý lịch cá nhân ......................................................................................................... ii
Lởi cam đoan ........................................................................................................... iii
Lời cảm tạ ............................................................................................................... iv
Tóm tắt ..................................................................................................................... v
Mục lục .................................................................................................................... ix
Danh sách liệt kê các ký hiệu ................................................................................. xv
Danh sách các hình ............................................................................................. xviii
Danh sách các bảng biểu ........................................................................................ xx
1. MỞ ĐẦU............................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu đề tài..................................................................................................... 3
1.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 3
1.4 Tính mới của đề tài ............................................................................................. 4
2. TỔNG QUAN ....................................................................................................... 5
2.1 Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 5
2.1.1 Tính chất của hỗn hợp thóc và gạo lức sau khi xay ......................................... 5
2.1.1.1 Giải phẫu học của hạt thóc ............................................................................ 5
2.1.1.2 Bề mặt của trấu ............................................................................................. 7
2.1.1.3 Khoảng không giữa trấu và hạt gạo lức ........................................................ 7
2.1.1.4 Nếp gấp cài kín vào nhau của hai mảnh trấu ................................................ 7
2.1.1.5 Râu ................................................................................................................ 8

3.2.2.1 Phương tiện thực nghiệm ............................................................................ 34
3.2.2.2 Phương pháp đo đạc .................................................................................... 36
3.2.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm thăm dò ..................................................... 36
3.2.2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm......................................................... 37
3.2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ..................................................... 39
3.2.3 Phương pháp tối ưu hóa – tối ưu hóa đa mục tiêu ......................................... 40
3.2.3.1 Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu ........................................................ 40

x


3.2.3.2 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu .......................................................... 41
3.2.3.3 Giải các bài toán tối ưu hóa ........................................................................ 42
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................ 43
4.1.1.1 Dữ liệu thiết kế ............................................................................................ 43
4.1.1.2 Thiết kế máy sàng tách thóc – gạo lức kiểu Pakis SAPA – 1.000 .............. 43
4.1.2 Chế tạo máy sàng tách thóc – gạo lức kiểu Pakis SAPA – 1.000 .................. 45
4.1.2.1 Vật liệu chế tạo máy.................................................................................... 45
4.1.2.2 Các máy tham gia chế tạo máy ................................................................... 46
4.1.2.3 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo ....................................................... 46
4.2 Nghiên cứu máy sàng tách thóc – gạo lức kiểu Pakis SAPA – 1.000 bằng
phương pháp quy hoạch thực nghiệm ............................................................ 47
4.2.1 Xác định các thông số nghiên cứu ................................................................. 47
4.2.1.1 Xác định các thông số ra ............................................................................. 47
4.2.1.2 Xác định các thông số vào .......................................................................... 48
4.2.2 Phát biểu bài toán “hộp đen” cho quá trình nghiên cứu ................................ 51
4.2.3 Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I ............................................. 52

4.2.3.1 Xác định miền nghiên cứu ..................................................................... 52
4.2.3.2 Xây dựng ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm ............................... 54

5.2 Kiến nghị ........................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 74
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 76
7.1 Tính toán thiết kế máy sàng Pakis SAPA – 1.000 ............................................ 76
7.1.1 Mục đích thiết kế............................................................................................ 76
7.1.2 Cở sở thiết kế ................................................................................................. 76
7.1.2.1 Tính chất cơ lý của đối tượng gia công....................................................... 76
7.1.2.2 Yêu cầu sản phẩm sau khi phân loại .......................................................... 77
7.1.2.3 Các số liệu thiết kế ban đầu ........................................................................ 77
7.1.3 Kết quả tính toán ............................................................................................ 77
7.1.4 Bản vẽ thiết kế máy sàng Pakis SAPA - 1000 .............................................. 81
7.2 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu với mô hình thống kê bậc I ................... 90
7.2.1 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm theo phương án bậc I ở dạng
thực ................................................................................................................. 90

xii


7.2.2 Kết quả phân tích phương sai với mô hình thống kê bậc I không có số
hạng chéo........................................................................................................ 91
7.2.2.1 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu suất phân loại Y1 với mô hình
thống kê bậc I không có số hạng chéo ........................................................... 91
7.2.2.2 Kết quả phân tích phương sai hàm chi phí điện năng riêng để phân loại
Y2 với mô hình thống kê bậc I không có số hạng chéo .................................. 91
7.2.3 Kết quả phân tích phương sai với mô hình thống kê bậc I có số hạng chéo . 92
7.2.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu suất phân loại Y1 với mô hình
thống kê bậc I có số hạng chéo ...................................................................... 92
7.2.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm chi phí điện năng riêng để phân loại
Y2 với mô hình thống kê bậc I không có số hạng chéo .................................. 92
7.3 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu với mô hình thống kê bậc II .................. 93

Đơn vị

Ý nghĩa

Ar

kWh/t

a

Độ

Góc nghiêng sàng

B

dm

Chiều rộng sàng

Chi phí năng lượng riêng

Fb

Hệ số F tra theo bảng phân bố Fisher

Ft

Hệ số F theo tính toán


m/s2

Hs

%

Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2]
Hiệu suất phân loại

k

Số yếu tố nghiên cứu

kS

Chỉ số động học

L

dm

Chiều dài sàng

N1

kW

Công suất để tạo ra động năng

N2


Ntn
n

Ý nghĩa

Số thí nghiệm
vg/ph

Số vòng quay trục chính
Số thí nghiệm lặp ở tâm

n0
Q

kg/h

Năng suất

q

kg/s

Lượng cung cấp

qB

kg/dm2.h

r


X3

kg/s

Y1

%

Y2

kWh/t

mức tiêu thụ điện năng riêng



kg/m3

Khối lượng của một đơn vị thể tích của hỗn hợp

Năng suất riêng của sàng

Tốc độ chuyển động trung bình của vật liệu trên mặt
sàng

Số vòng quay của trục lệch tâm dạng mã hóa
Lượng cung cấp dạng mã hóa
Hiệu suất phân lọai



t

kg/m3

Khối lượng riêng hay mật độ của hạt thóc

τ

Hệ số kể tới sự chuyển động không cùng hướng



Độ

Góc ma sát thóc và gạo lức

ω

rad/s

Vận tốc góc của trục sàng

xvii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Cấu tạo bên ngoài của hạt thóc ........................................................... 5
Hình 2.2 Giải phẫu học của hạt thóc .................................................................. 5

Hình 4.12. Biểu đồ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chi phí điện năng riêng
để phân loại ở dạng mã................................................................................... 66 
Hình 4.13. Biểu đồ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chi phí điện năng riêng
để phân loại ở dạng thực ................................................................................ 66 
Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn Ar – a – n ở dạng không gian .................................... 67 
Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn Ar – a – n ở dạng phẳng ............................................ 67 
Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn Ar – a – q ở dạng không gian .................................... 67 
Hình 4.17. Đồ thị biểu diễn Ar – a – q ở dạng phẳng ............................................ 67 
Hình 4.18. Đồ thị biểu diễn Ar – n– q ở dạng không gian ..................................... 67 
Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn Ar – n– q ở dạng phẳng ............................................. 67 
Hình 7.1 Bản vẽ tổng thể máy sàng Pakis .............................................................. 81 
Hình 7.2 Khung máy chính .................................................................................... 82 
Hình 7.3 Khung máy phụ ....................................................................................... 83 
Hình 7.4 Mặt sàng .................................................................................................. 84 
Hình 7.5 Hộp cấp liệu............................................................................................. 85 
Hình 7.6 Trục chính................................................................................................ 86 
Hình 7.7 Thanh truyền............................................................................................ 87 
Hình 7.8 Chân máy ................................................................................................. 88 
Hình 7.9 Bánh đà .................................................................................................... 89 
Hình 7.10. Kiểm tra số vòng quay trục sàng ........................................................ 103 
Hình 7.11. Lấy mẫu thí nghiệm........................................................................... 104 
Hình 7.12. Cân mẫu thí nghiệm ........................................................................... 104 
Hình 7.13. Mẫu thí nghiệm .................................................................................. 105 

xix


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Thành phần hỗn hợp xay(*) ..................................................................... 12 

Y2 với mô hình thống kê bậc I không có số hạng chéo .................................. 92 
Bảng 7.6. Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm theo phương án bậc II ở
dạng thực ........................................................................................................ 93 
Bảng 7.7. Kết quả phân tích phương sai hàm hiệu suất phân loại Y1 với mô hình
thống kê bậc II ................................................................................................ 94 
Bảng 7.8. Kết quả xác định hàm hiệu suất phân loại Y1 với mô hình thống kê bậc
II ở dạng mã hóa ............................................................................................. 95 
Bảng 7.9. Kết quả xác định hàm hiệu suất phân loại Y1 với mô hình thống kê bậc
II ở dạng thực ................................................................................................. 95 
Bảng 7.10. Kết quả phân tích phương sai hàm chi phí điện năng riêng để phân loại
Y2 với mô hình thống kê bậc II ...................................................................... 96 
Bảng 7.11. Kết quả xác định hàm chi phí điện năng riêng để phân loại Y2 với mô
hình thống kê bậc II ở dạng mã hóa ............................................................... 96 
Bảng 7.12. Kết quả xác định hàm chi phí điện năng riêng để phân loại Y2 với mô
hình thống kê bậc II ở dạng thực .................................................................... 97 

xxi


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề
Lương thực giữ một vai trò rất quan trọng trong đời sống của con người và
chăn nuôi gia súc. Trên 75% năng lượng dùng cho họat động sống của con người
và gia súc là do lương thực cung cấp. Theo số liệu thống kê của UNCTAD 19982002 và IRRI sản xuất gạo toàn cầu đã tăng lên đều đặn từ khoảng 200 triệu tấn
vào năm 1960 tới 600 triệu tấn vào năm 2004. Gạo đã xay xát chiếm khoảng 68%
trọng lượng thóc ban đầu. Năm 2004, ba quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu là
Trung Quốc (31% sản lượng thế giới), Ấn Độ (20%) và Indonesia (9%).
Theo FAO (2008), sản lượng lúa gạo của Trung Quốc đạt 193 triệu tấn, Ấn

 Do thiết bị còn hạn chế về mặt kỹ thuật;
 Do công nghệ áp dụng chưa đúng;
Mặc dù nước ta xuất khẩu lúa gạo chiếm thị phần cao trên thế giới, nhưng
tổng doanh thu vẫn còn thấp so với các nước khác có công nghệ tiên tiến hơn. Vì
vậy đặt ra cho chúng ta hiện nay là phải cải tiến thiết bị, công nghệ sau thu hoạch
cho phù hợp với yêu cầu xuất khẩu.
Cụ thể, trong hệ thống máy xay xát, không phải tất cả mọi hạt thóc đều được
bóc vỏ ngay một lúc. Sản phẩm sau khi xay là một hỗn hợp gồm gạo lức, thóc và
một ít cám, mãnh nhỏ bụi. Sau khi tách trấu, bụi, cám và các mãnh nhỏ, khối còn
lại là gạo lức và thóc.
Qua tham khảo các dây chuyền xay xát tại các nhà máy ở Long An và Tiền
Giang, tôi nhận thấy lượng thóc còn lẫn trên 20% phải được tách ra khỏi hỗn hợp
để chỉ còn lại gạo lức đưa đi gia công xát trắng.

2