Nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu, góp phần cải thiện hiệu suất sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Võ Danh
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao Tuổi Bền Mòn Trục Vít Ép Thanh Củi Trấu
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.4. Kết cấu của đề tài
• 2. TỔNG QUAN
• 2.1. Trấu và các ứng dụng
• 2.1.1. Khái quát về trấu
• 2.1.2. Ứng dụng và sản phẩm chế biến từ trấu
• 2.1.3. Máy ép thanh củi trấu
• 2.1.4. Trục vít ép thanh củi trấu
• 2.1.5. Mòn của trục vít ép thanh củi trấu
• 2.1.6. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 2.1.6.1. Nghiên cứu trong nước
• 2.1.6.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 2.1.7. Các vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu
• 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 3.2.2. Phương pháp khảo sát
• 3.2.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3.2.4. Phương pháp đo đạc thực nghiệm
• 3.2.5. Phương pháp bố trí thực nghiệm
• 3.3. Khái quát về phun phủ nhiệt
• 3.3.1. Nguyên lý công nghệ phun phủ nhiệt
• 3.3.2. Mục đích và phân loại công nghệ phun phủ nhiệt
• 3.3.3. Sơ lược về một số phương pháp phun phủ
• 3.3.4. Quy trình công nghệ phun phủ
• 3.4. Quy trình nhiệt luyện thép SKD61
• 3.4.1. Nung nóng và tôi
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Nghiên cứu đề xuất phương án kết cấu cho trục vít ép
• 4.2. Đề xuất phương án kết cấu cho trục vít ép
• 4.3. Lựa chọn phương án
• 4.4. Nghiên cứu thực nghiệm trục vít ép có phần ép được chế tạo từ thép SKD61
• 4.4.1. Gia công phần 1 và phần 3 trục vít ép
• 4.4.2. Gia công phần 2 trục vít ép
• 4.5. Nghiên cứu thực nghiệm trục vít ép có phần ép được chế tạo từ thép S45C phủ wolfram carbide
• 4.5.1. Gia công phần 2 trục vít
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về trục vít ép thanh củi trấu

Trục vít ép thanh củi trấu là một bộ phận quan trọng trong máy ép củi trấu, có vai trò quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm. Tuổi thọ trục vít thường thấp do ma sát giữa đầu trục vít và vỏ trấu trong quá trình ép đùn. Việc này dẫn đến việc phải dừng máy thường xuyên để thay thế, làm giảm hiệu suất sản xuất và tăng chi phí. Để khắc phục tình trạng này, nghiên cứu đã chỉ ra rằng phần ép của trục vít, nơi có bước ren thay đổi, là nơi mòn nhanh nhất. Do đó, việc cải thiện tuổi thọ trục vít là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.1. Tình trạng mòn của trục vít

Mòn của trục vít ép thanh củi trấu chủ yếu xảy ra do áp lực và nhiệt độ cao trong quá trình ép. Các nghiên cứu cho thấy rằng phần ép là nơi chịu mòn nhiều nhất. Việc sử dụng vật liệu có khả năng chịu mòn cao như thép SKD61 và thép S45C phủ carbide wolfram đã được đề xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy, trục vít ép với phần ép chế tạo từ thép SKD61 có tuổi bền gấp 6,5 lần so với thép S45C. Điều này chứng tỏ rằng việc lựa chọn vật liệu phù hợp có thể cải thiện đáng kể tuổi thọ trục vít.

II. Giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít

Đề xuất giải pháp cho trục vít ép thanh củi trấu bao gồm việc thiết kế trục vít thành ba phần: phần đầu côn, phần ép và phần thân. Phần ép được chế tạo từ thép SKD61 và thép S45C phủ carbide wolfram. Giải pháp này không chỉ giúp tăng tuổi thọ trục vít mà còn giảm chi phí sản xuất. Việc ghép nối các phần bằng mối ghép then và bulông cũng giúp dễ dàng thay thế khi cần thiết. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì và sửa chữa.

2.1. Vật liệu và công nghệ chế tạo

Việc sử dụng thép SKD61 với độ cứng cao (52 HRC) và thép S45C phủ carbide wolfram đã cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc giảm thiểu mòn. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng phần ép chế tạo từ thép S45C phủ carbide wolfram có tuổi bền gấp 20 lần so với trục vít nguyên thanh. Giải pháp này không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu lượng chất thải từ việc thay thế trục vít thường xuyên.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng giải pháp nâng cao tuổi thọ trục vít không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao hiệu suất làm việc của máy ép. Việc sử dụng trục vít với vật liệu mới và công nghệ chế tạo tiên tiến đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả trong thực tiễn. Các cơ sở sản xuất có thể tiết kiệm chi phí và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường. Hơn nữa, việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ việc xử lý trấu cũng là một lợi ích lớn từ nghiên cứu này.

3.1. Tính khả thi và lợi ích kinh tế

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc đầu tư vào công nghệ chế tạo trục vít mới có thể mang lại lợi ích kinh tế lớn cho các cơ sở sản xuất. Chi phí chế tạo giảm, trong khi năng suất tăng lên đáng kể. Điều này không chỉ giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mà còn tạo ra nhiều sản phẩm hơn từ nguồn nguyên liệu trấu, góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành công nghiệp chế biến.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sản xuất trung bình hơn 40 triệu tấn lúa mỗi năm, trong đó trấu chiếm khoảng 20% khối lượng hạt lúa, tương đương gần 9 triệu tấn trấu thải ra môi trường hàng năm. Đây là nguồn chất thải lớn, gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý hiệu quả. Trấu có đặc tính khó cháy và khó phân hủy sinh học, tuy nhiên lại là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất nhiên liệu sinh khối thân thiện môi trường như thanh củi trấu. Máy ép thanh củi trấu sử dụng trục vít ép để đùn trấu thành thanh củi có ưu điểm năng suất cao và tiết kiệm nguyên liệu. Tuy nhiên, trục vít ép thường bị mòn nhanh do ma sát và áp suất cao trong quá trình vận hành, dẫn đến phải dừng máy thay thế thường xuyên, làm giảm năng suất và tăng chi phí sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn của trục vít ép thanh củi trấu, giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế kết cấu trục vít ép ba phần với vật liệu chịu mòn cao, bao gồm phần đầu côn, phần ép có bước ren thay đổi chịu mòn nhiều nhất, và phần thân. Thời gian nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm và các cơ sở sản xuất trong khoảng năm 2017-2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí bảo trì, đồng thời góp phần thúc đẩy sử dụng trấu làm nhiên liệu sinh khối, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải trấu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết mài mòn cơ học và nhiệt: Giải thích cơ chế mòn trục vít ép do ma sát, áp suất và nhiệt độ cao trong quá trình ép đùn trấu. Mòn chủ yếu xảy ra ở phần có bước ren thay đổi, chịu lực ép lớn nhất.
• Công nghệ phun phủ nhiệt (Thermal Spray): Phương pháp phủ lớp kim loại cứng như carbide wolfram lên bề mặt chi tiết để tăng khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt. Các phương pháp phun phủ như phun ngọn lửa khí, phun hồ quang điện, phun plasma và HVOF được khảo sát để lựa chọn kỹ thuật phù hợp.
• Lý thuyết vật liệu chịu mòn và nhiệt luyện: Ứng dụng thép SKD61 có độ cứng cao (52 HRC) sau nhiệt luyện để chế tạo phần ép trục vít, giúp tăng tuổi bền mòn. Vật liệu thép S45C phủ carbide wolfram cũng được nghiên cứu nhằm kết hợp tính kinh tế và khả năng phục hồi lớp phủ.
• Khái niệm kết cấu trục vít ba phần: Thiết kế trục vít ép gồm ba phần tháo lắp được bằng mối ghép then và bulông, giúp dễ dàng thay thế phần bị mòn mà không phải thay toàn bộ trục vít, giảm chi phí sản xuất và bảo trì.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu từ khảo sát thực tế tại các cơ sở sản xuất thanh củi trấu, tài liệu khoa học trong và ngoài nước, cùng các kết quả thực nghiệm tại phòng thí nghiệm REME Lab, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và doanh nghiệp tư nhân Châu Hưng (Sóc Trăng).
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá tuổi bền mòn của trục vít ép với các vật liệu khác nhau. Các chỉ tiêu đo đạc gồm thời gian làm việc, độ mòn, độ cứng bề mặt, chiều dày lớp phủ và chi phí sản xuất.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực nghiệm trên các trục vít ép chế tạo từ thép SC45, thép SKD61 và thép S45C phủ carbide wolfram. Mỗi loại trục vít được thử nghiệm nhiều lần để đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy của kết quả.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến tháng 5 năm 2018, bao gồm giai đoạn thiết kế, gia công, nhiệt luyện, phun phủ và thử nghiệm thực tế trên máy ép củi trấu công suất 600-700 kg/h.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế kết cấu trục vít ép ba phần: Trục vít được chia thành phần đầu côn, phần ép có hai ren chịu mòn và phần thân, ghép nối bằng mối ghép then và bulông. Thiết kế này cho phép thay thế phần bị mòn mà không cần thay toàn bộ trục vít, giảm chi phí bảo trì.

2. Tuổi bền mòn của vật liệu thép SKD61: Phần ép trục vít chế tạo từ thép SKD61 sau nhiệt luyện đạt độ cứng 52 HRC, có tuổi bền mòn gấp 6,5 lần so với trục vít nguyên thanh làm từ thép SC45. Thời gian làm việc trung bình tăng từ khoảng 4-5 giờ lên hơn 26 giờ.

3. Hiệu quả phủ carbide wolfram trên thép S45C: Phần ép trục vít được chế tạo từ thép S45C phủ lớp carbide wolfram có tuổi bền mòn gấp 20 lần so với thép SC45 nguyên bản, tương đương thời gian làm việc trên 80 giờ. Lớp phủ có độ dày khoảng 100-150 µm, độ cứng cao và khả năng phục hồi bằng hàn sửa, mài và phủ lại.

4. So sánh chi phí và lợi nhuận: Mặc dù chi phí chế tạo trục vít phủ carbide wolfram cao hơn thép SKD61 và thép SC45, nhưng xét về tuổi bền và khả năng phục hồi, giải pháp phủ carbide wolfram có tính kinh tế cao nhất, giúp giảm chi phí thay thế và tăng lợi nhuận sản xuất thanh củi trấu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính làm trục vít ép mòn nhanh là do ma sát lớn giữa trục vít và trấu chứa hàm lượng silic cao, cùng với áp suất và nhiệt độ vùng ép lên đến trên 220ºC. Việc sử dụng thép SKD61 với độ cứng cao và khả năng chịu nhiệt tốt đã làm tăng đáng kể tuổi bền mòn, phù hợp với điều kiện làm việc khắc nghiệt. Tuy nhiên, chi phí gia công và nhiệt luyện thép SKD61 khá cao.

Phủ carbide wolfram trên thép S45C tạo ra lớp phủ cứng, chịu mài mòn vượt trội, đồng thời cho phép phục hồi lớp phủ nhiều lần bằng hàn sửa, mài và phủ lại, giúp tiết kiệm chi phí thay thế trục vít mới. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng lớp phủ carbide trong tăng tuổi thọ chi tiết máy chịu mài mòn cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tuổi bền mòn (giờ làm việc) của ba loại trục vít và bảng chi phí sản xuất, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả kinh tế của từng giải pháp. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất thanh củi trấu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do trấu thải.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng kết cấu trục vít ép ba phần: Khuyến nghị các cơ sở sản xuất thanh củi trấu áp dụng thiết kế trục vít ba phần với mối ghép tháo lắp để dễ dàng thay thế phần bị mòn, giảm thời gian dừng máy và chi phí bảo trì. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do bộ phận kỹ thuật cơ khí đảm nhận.

2. Sử dụng thép SKD61 cho phần ép trục vít: Đề xuất sử dụng thép SKD61 nhiệt luyện cho phần ép trục vít nhằm tăng tuổi bền mòn gấp 6,5 lần so với thép thường, phù hợp với các nhà máy có quy mô lớn và khả năng đầu tư cao. Thời gian triển khai 3-4 tháng.

3. Phủ carbide wolfram trên thép S45C: Khuyến khích áp dụng công nghệ phun phủ carbide wolfram cho phần ép trục vít chế tạo từ thép S45C nhằm tăng tuổi bền mòn gấp 20 lần, đồng thời tận dụng khả năng phục hồi lớp phủ nhiều lần để tiết kiệm chi phí. Thời gian thực hiện 4-6 tháng, phối hợp với các đơn vị chuyên về phun phủ nhiệt.

4. Đào tạo và nâng cao tay nghề công nhân: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật phun phủ nhiệt và bảo trì trục vít ép cho công nhân vận hành và kỹ thuật viên nhằm đảm bảo chất lượng lớp phủ và hiệu quả sử dụng thiết bị. Thời gian đào tạo 1-2 tháng.

5. Theo dõi và đánh giá hiệu quả: Thiết lập hệ thống giám sát tuổi thọ trục vít và chi phí bảo trì để đánh giá hiệu quả các giải pháp đã áp dụng, từ đó điều chỉnh phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế. Thời gian theo dõi ít nhất 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các doanh nghiệp sản xuất thanh củi trấu: Luận văn cung cấp giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép, giúp giảm chi phí sản xuất và tăng năng suất, phù hợp với các doanh nghiệp muốn tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành cơ khí: Tài liệu chi tiết về thiết kế kết cấu trục vít, vật liệu chịu mòn và công nghệ phun phủ nhiệt là nguồn tham khảo quý giá cho nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

3. Các đơn vị cung cấp vật liệu và dịch vụ phun phủ nhiệt: Thông tin về hiệu quả lớp phủ carbide wolfram và quy trình phun phủ giúp các đơn vị này phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp với nhu cầu thị trường.

4. Cơ quan quản lý môi trường và phát triển năng lượng tái tạo: Luận văn góp phần thúc đẩy sử dụng trấu làm nhiên liệu sinh khối thân thiện môi trường, hỗ trợ các chính sách giảm ô nhiễm và phát triển năng lượng sạch.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao trục vít ép thanh củi trấu bị mòn nhanh?
   Trục vít ép chịu ma sát lớn với trấu chứa hàm lượng silic cao, cùng áp suất và nhiệt độ cao trong quá trình ép đùn, đặc biệt ở phần có bước ren thay đổi, dẫn đến mòn nhanh và giảm tuổi thọ.

2. Giải pháp nào giúp tăng tuổi bền mòn trục vít ép hiệu quả nhất?
   Phủ lớp carbide wolfram trên phần ép trục vít chế tạo từ thép S45C giúp tăng tuổi bền mòn gấp 20 lần so với thép thường, đồng thời cho phép phục hồi lớp phủ nhiều lần, tiết kiệm chi phí.

3. Thiết kế trục vít ba phần có ưu điểm gì?
   Thiết kế này cho phép tháo lắp và thay thế riêng phần bị mòn mà không cần thay toàn bộ trục vít, giảm chi phí bảo trì và thời gian dừng máy, nâng cao hiệu quả sản xuất.

4. Phương pháp phun phủ nhiệt nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Công nghệ phun phủ carbide wolfram được thực hiện bằng phương pháp phun plasma hoặc HVOF, tạo lớp phủ cứng, bám dính tốt và chịu mài mòn cao.

5. Chi phí đầu tư cho giải pháp phủ carbide wolfram có cao không?
   Chi phí ban đầu cao hơn so với thép SKD61 hoặc thép thường, nhưng xét về tuổi thọ và khả năng phục hồi lớp phủ, giải pháp này có tính kinh tế cao nhất, giúp giảm chi phí thay thế và tăng lợi nhuận lâu dài.

Kết luận

• Đã thiết kế thành công kết cấu trục vít ép ba phần với mối ghép tháo lắp, giúp dễ dàng thay thế phần bị mòn.
• Phần ép trục vít chế tạo từ thép SKD61 sau nhiệt luyện có tuổi bền mòn gấp 6,5 lần so với thép SC45 nguyên bản.
• Phủ carbide wolfram trên thép S45C làm tăng tuổi bền mòn gấp 20 lần, đồng thời cho phép phục hồi lớp phủ nhiều lần.
• Giải pháp phủ carbide wolfram được đánh giá có tính kinh tế cao nhất trong các phương án nghiên cứu.
• Khuyến nghị triển khai áp dụng các giải pháp này trong sản xuất thanh củi trấu để nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô lớn tại các cơ sở sản xuất, đào tạo kỹ thuật viên và xây dựng quy trình bảo trì định kỳ.

Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp sinh khối Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Trình bày về trục vít ép, các khả năng mòn, các giải pháp đã được thực hiện trong thực tế. - Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Đề cập các nội dung nghiên cứu và thực hiện của đề tài cùng các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết Trình bày những lý thuyết liên quan đến đề tài. 3 Luan van - Chương 4: Kết quả nghiên cứu Trình bày các kết quả nghiên cứu đã được triển khai thực hiện.

- Kết luận và kiến nghị - Phụ lục. 4 Luan van TỔNG QUAN 1.1 Trấu và các ứng dụng 1.1 Khái quát về trấu Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát (hình 1.1: Cấu tạo hạt lúa [2] Các chất hữu cơ của trấu (bảng 1.1) là các mạch polycarbohydrate rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt.1: Thành phần hữu cơ của vỏ trấu [2] Thành phần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lượng (%) α - cellulose 35 – 40 Lignin 25 – 30 Hemi - cellulose 20 – 30 Nitơ và vô cơ 10 Thành phần hóa học của vỏ trấu (bảng 1.2) thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ nhưỡng của từng vùng miền. Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa trên 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. 5 Luan van Bảng 1.2: Thành phần hóa học của vỏ trấu [2] Thành phần hóa học Tỷ lệ theo khối lượng (%) Cacbon 41,44 Hydro 4,94 Oxy 37,32 Nitơ 0,57 Tro 15,73 1.2 Ứng dụng và sản phẩm chế biến từ trấu Ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, trấu có ưu thế rất lớn về nguồn nguyên liệu và giá thành nên việc nghiên cứu sử dụng trấu vào sản xuất luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm chi phí.

Các ứng dụng và sản phẩm từ trấu như: - Chất đốt (hình 1.2a): được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt như nấu ăn, nấu thức ăn gia súc và sản xuất làm gạch, sấy lúa bằng cách đốt trấu trực tiếp. - Sứ lọc nước (hình 1.2b): loại sứ này được tạo ra bằng cách tách ôxit silic từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, với lỗ lọc siêu nhỏ. - Thanh củi trấu (hình 1.2c): được sản xuất bằng máy ép đùn thanh củi trấu. Củi trấu có đường kính từ 60 – 90 mm, dài từ 0,5 – 1 m.

- Sản phẩm mỹ nghệ (hình 1.2d): vỏ trấu được nghiền nhỏ tạo thành bột dưới dạng mịn và bột sợi. Sau khi kết hợp với keo, trấu được cho vào máy ép định hình sản phẩm và sấy khô, hoàn thiện. - Nguyên liệu xây dựng (hình 1.2e): vỏ trấu nghiền mịn và có thể được trộn với các thành phần khác như mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thủy tinh. - Sản xuất ôxit silic: tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là silic oxyt được sử dụng để sản xuất ra ôxyt silic.

- Các ứng dụng khác của vỏ trấu (hình 1.2f) như: thiết bị cách nhiệt, chất độn, giá thể trong công sản xuất meo giống để trồng nấm, dùng đánh bóng các vật thể bằng kim loại, tro trấu có thể dùng làm phân bón,… 6 Luan van a) Lò đốt bằng vỏ trấu b) Sứ lọc nước c) Thanh củi trấu d) Bình hoa, tượng e) Gạch xây dựng f) Phân bón Hình 1.2: Một số ứng dụng và sản phẩm từ trấu 1.2 Máy ép thanh củi trấu Trấu có thể được ứng dụng rất đa dạng trong đời sống của người Việt Nam với chủng loại sản phẩm khá phong phú. Với lượng trấu khá dồi dào ở đồng bằng sông Cửu Long nên việc chế biến các sản phẩm từ trấu, đặc biệt là thanh củi trấu, rất phát triển. Thanh củi trấu (còn gọi là củi trấu cây, củi trấu) được ép từ 100% vỏ trấu qua công nghệ ép gia nhiệt nhờ một thiết bị là máy ép thanh củi trấu tạo nên những thanh củi trấu cứng chắc rất dễ bén lửa. Sản phẩm thân thiện với môi trường do được sản xuất từ 100% vỏ trấu tự nhiên, không hóa chất, không gây độc hại đến sức khỏe con người.

Nhờ dễ bén lửa, khả năng duy trì sự cháy lâu hơn các nguyên liệu khác như than đá, than củi và chất đốt khác nên củi trấu được dùng khá phổ biến để đốt lò hơi công nghiệp, lò gạch, lò sấy, lò nhuộm vải, dệt sợi, may mặc,… Máy ép thanh củi trấu còn gọi là máy ép đùn thanh củi trấu có quá trình hoạt động ép đùn thanh củi trấu được chia thành các giai đoạn sau: Trục vít ép quay đưa trấu từ phễu cấp liệu, qua các đoạn khuôn ép đi vào 7 Luan van đầu ép sẽ tạo nên áp suất lớn dọc theo trục vít (hình 1. Ở giai đoạn này sẽ phát sinh ma sát giữa khối trấu với khuôn ép, ma sát trong nội bộ trấu - trấu nguyên liệu dẫn đến làm tăng dần nhiệt độ của khối trấu.3: Sơ đồ máy ép thanh củi trấu điển hình (kiểu Bangladesh) [3] Khi tới đầu ép côn hình dạng của thanh củi trấu sẽ được hình thành. Ở giai đoạn này, áp lực tác dụng lên khối trấu là tối đa do bước vít của trục vít ép giảm dần. Bên ngoài đầu ép côn có điện trở gia nhiệt đưa nhiệt độ bên ngoài của đầu ép lên khoảng 290ºC - 320ºC làm cháy lớp trấu phía ngoài tiếp xúc với đầu ép.

Do nhiệt độ bên trong khối trấu và nhiệt độ do gia nhiệt mà có nên nhiệt độ vùng ép đạt trên 220ºC làm chất lignin (hắc ín) có trong vỏ trấu (chiếm từ 25 - 30%) chuyển sang trạng thái lỏng dính giúp kết dính các vỏ trấu lại với nhau hình thành nên thanh củi trấu. Tuỳ theo năng suất, kiểu thiết kế mà máy ép thanh củi trấu có nhiều biến thể khác nhau như: máy ép củi trấu 180 – 220 kg/h, 300 – 350 kg/h, 500 – 600 kg/h,. Mặc dù có khá nhiều biến thể nhưng về cơ bản trục vít ép thanh củi trấu có kết cấu gần giống nhau, chỉ khác nhau về kích thước dài và đường kính.3 Trục vít ép thanh củi trấu 1.1 Chức năng Trục vít ép quay tiếp nhận nguyên liệu (trấu), tải nguyên liệu đẩy qua lòng khuôn, tạo ma sát để để tăng nhiệt độ và nghiền trấu thành bột. Trục vít ở phần này có bước thay đổi tiếp tục tạo ra lực ép đẩy trấu về phía lòng khuôn có điện trở gia nhiệt.2 Kết cấu Trục vít có cấu tạo gồm hai phần: phần tải liệu và phần ép (có bước thay đổi, côn) được giới thiệu ở hình 1.4: Kết cấu trục vít ép 1.3 Mòn của trục vít ép thanh củi trấu Ở nước ta hiện nay máy ép thanh củi trấu kiểu trục vít được sử dụng tương đối rộng rãi để sản xuất thanh củi trấu.

Tuy nhiên trục vít ép, một trong những chi tiết quyết định đến năng suất của máy, lại rất nhanh bị mài mòn. Cơ chế hư hỏng của trục vít ép thanh củi trấu: Mòn là một quá trình, các lớp bề mặt truợt tương dối dẫn dến sự cắt, bẻ gẫy chỗ nhấp nhô, tạo thành miền có nhấp nhô mới, mòn còn do nén ép các bề mặt nhấp nhô do biến dạng dàn hồi, dẻo,nhiệt, va dập, do môi truờng không khí, ôxy hoá…Khi máy ép hoạt động trục vít ép quay tiếp nhận trấu và tải trấu đẩy qua lòng khuôn tới đầu ép, tại đây áp suất dọc trục là lớn nhất [4] làm cho lực ma sát giữa trấu và trục vít tăng cao, hơn nữa hàm lượng silic trong trấu là khá cao chính hàm lượng silic này làm cho bề mặt cánh vít nhanh mòn. Hỏng trục vít ép chủ yếu là mòn nguyên nhân do trục vít làm việc dưới áp suất, nhiệt độ cao, thời gian dài và liên tục trong môi trường ma sát lớn nên phần đầu trục vít ép thường bị mòn nhanh. Theo một số nghiên cứu và theo khảo sát tại các cơ sở sản xuất thanh củi trấu, hiện tượng mòn trục vít ép chỉ xảy ra ở hai bước ren đầu của trục vít ép (hình 1.

Chính vì vậy, nghiên cứu sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng chịu mài mòn ở hai bước ren đầu của trục vít ép. 9 Luan van Hình 1.5: Vị trí mòn của trục vít ép [8] 1.4 Tuổi bền Trục vít nén củi trấu cần được bảo quản tốt và bảo trì một cách thường xuyên, nguyên nhân bởi vì hàm lượng silic trong trấu là khá cao làm cho trục vít khi nén bị mòn nhanh. Trục vít ép của máy ép củi trấu khi bị mòn có thể được hàn đắp cánh vít, mài nhẵn để có thể đưa vào tái hoạt động. Tuy nhiên, với trục vít được hàn đắp khi đưa vào hoạt động sẽ có năng suất không đạt được như trục vít mới (hình 1.6: Trục vít ép được hàn đắp [8] Khi trục vít ép bị mòn dẫn đến hình dạng bên ngoài của trục vít ép bị thay đổi, làm giảm áp lực ép ảnh hưởng xấu đến chất lượng và năng suất thành phẩm nên phải thay mới.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.1 Nghiên cứu trong nước Một số nghiên cứu trong nước gần đây như: - Luận văn thạc sĩ Dương Vĩnh Nghi (2017), Nghiên cứu thực nghiệm xác định vật liệu và kết cấu để nâng cao tuổi thọ trục vít côn máy ép củi trấu, đã nghiên cứu 10 Luan van và đề xuất hai phương án như sau [7]: + Phương án hàn đắp: sử dụng que hàn chịu nhiệt, chịu mài mòn Cobalarc 9E hàn đắp lên chỗ bị mòn của trục vít ép theo qui trình xác định (hình 1.

Vùng bị mòn a) Trục vít bị mòn b) Trục vít sau khi hàn đắp, mài Hình 1.7: Hàn đắp trục vít bằng que hàn Cobalarc 9E [7] Phương án hàn đắp sử dụng que hàn Cobarlarc 9E có các ưu điểm như giá thành rẻ, thời gian gia công nhanh, có thể thực hiện tại xưởng sản xuất. Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là phụ thuộc tay nghề người thợ hàn, trục vít hàn đắp phục hồi chỉ được 1 – 2 lần. + Phương án trục vít có hai phần được hàn nối lại với nhau bằng phương pháp hàn hồ quang: phần đầu là vật liệu SKD61, phần thân là vật liệu S45C (hình 1.8: Trục vít hai vật liệu ghép nối bằng hàn [7] Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng vật liệu SKD61 để chế tạo phần đầu của trục vít ép. Với cơ tính cao và chế độ nhiệt luyện phù hợp nên tuổi thọ của trục vít ép đã tăng lên 6 lần [7].