Nghiên cứu tính toán máy nghiền ngô trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi

Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết, công thức tính toán và thiết kế máy nghiền ngô ứng dụng trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi chuyên nghiệp.

• Tác giả: Ngô Thị Cúc
• Người hướng dẫn: Th.S Ngô Thị Hiền
• Trường học: Trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Thiết bị Bảo quản và Chế biến Nông sản
• Đề tài: Máy Nghiền Ngô: Tính Toán Thiết Kế Cho Thức Ăn Chăn Nuôi
• Loại tài liệu: Báo cáo tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giá trị dinh dưỡng và cấu tạo của hạt ngô

Ngô là một trong những nguyên liệu quan trọng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam. Hạt ngô chứa hàm lượng tinh bột cao (69,2%), vượt trội so với lúa (62,4%) và các loại cây lấy hạt khác. Ngoài ra, ngô còn cung cấp protein (10,6%), lipit (4,3%) và các dưỡng chất thiết yếu khác. Protein trong ngô chủ yếu là zein, một loại prolamin cần được phối hợp với đậu đỗ và thức ăn động vật để tăng giá trị dinh dưỡng. Máy nghiền ngô hiện đại giúp tối ưu hóa quá trình chế biến, làm tăng độ tiêu hóa và hấp thu các chất dinh dưỡng cho vật nuôi.

1.1. Thành phần dinh dưỡng chính của ngô

Ngô cung cấp 69,2% tinh bột, đây là nguồn năng lượng chính cho vật nuôi. Protein ngô đạt 10,6%, tuy nhiên cần bổ sung các amino acid thiếu hụt. Lipit tập trung chủ yếu ở mầm (4-5%), cung cấp axit béo thiết yếu. Hàm lượng xenluloza (2,0%) thấp, giúp ngô dễ tiêu hóa hơn so với các cây lấy hạt khác như lúa mì (9,9%).

1.2. Tình hình sản xuất ngô tại Việt Nam

Ngô là cây trồng có lợi nhuận cao, dễ trồng ở vùng núi và các địa bàn khó khăn. Sản lượng ngô tại Việt Nam tăng đáng kể nhờ áp dụng công nghệ sinh học và kỹ thuật canh tác hiện đại. Máy nghiền ngô đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền chế biến, giúp xử lý nguyên liệu hiệu quả hơn.

II. Nguyên lý hoạt động của máy nghiền ngô

Máy nghiền búa là loại máy phổ biến nhất trong sản xuất thức ăn chăn nuôi. Nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình đập nhỏ nguyên liệu bằng hệ thống búa quay tại tốc độ cao. Quá trình nghiền bao gồm ba giai đoạn: đầu tiên là quá trình va đập của búa vào vật liệu, làm vỡ hạt ngô thành các mảnh nhỏ; thứ hai là quá trình lọc sản phẩm qua sàng có kích thước lỗ xác định; cuối cùng là quá trình lưu chuyển và phân ly nguyên liệu trong buồng nghiền. Năng lượng nghiền được tối ưu hóa thông qua tính toán vận tốc rotơ phù hợp, đảm bảo hiệu suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp.

2.1. Quá trình đập và nghiền vật liệu

Trong buồng nghiền, búa quay tác động vào hạt ngô với lực đập mạnh, làm vỡ cấu trúc tinh thể của hạt. Quá trình này cần vận tốc rotơ (800-1200 vòng/phút) để phá vỡ vật liệu hiệu quả. Lực va đập phụ thuộc vào khối lượng búa, vận tốc quay và tính chất cơ học của nguyên liệu.

2.2. Hệ thống lọc và phân ly sản phẩm

Sàng lọc trong máy nghiền ngô có vai trò phân chia sản phẩm theo kích thước hạt mong muốn. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc bao gồm: kích thước lỗ sàng, tốc độ quay rotơ, độ ẩm nguyên liệu và lưu lượng vật liệu đầu vào.

III. Các thông số thiết kế chính của máy nghiền ngô

Để thiết kế máy nghiền ngô hiệu quả cho dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi, cần xác định chính xác các thông số thiết kế như vận tốc nghiền, số vòng quay rotơ, kích thước búa và sàng lọc. Vận tốc nghiền đập cần thiết để phá vỡ vật thể phải đạt 3-5 m/s nhằm đạt hiệu suất tối ưu. Số vòng quay của rotơ được tính toán dựa trên đường kính rotơ và vận tốc tuyến tính cần thiết. Tính toán búa nghiền bao gồm xác định khối lượng, độ dài và hình dạng búa sao cho đảm bảo độ bền và hiệu suất. Thiết kế sàng lọc phải phù hợp với kích thước hạt ngô cần xay, thường từ 0,5-1,5 mm tùy theo loại thức ăn chăn nuôi.

3.1. Tính toán vận tốc và số vòng quay rotơ

Vận tốc rotơ được tính dựa trên công thức: n = (v × 60)/(π × D), trong đó v là vận tốc tuyến tính (3-5 m/s), D là đường kính rotơ. Thường máy nghiền ngô hoạt động ở 1000-1200 vòng/phút. Năng lượng tiêu thụ tỷ lệ với khối lượng nguyên liệu và độ mịn mong muốn.

3.2. Thiết kế búa và sàng lọc

Búa nghiền được thiết kế với chiều dài 50-80 mm, chiều rộng 20-30 mm để đảm bảo độ bền cơ học. Sàng lọc có kích thước lỗ từ 0,8-1,2 mm phù hợp với nhu cầu xay bột mịn cho thức ăn chăn nuôi. Độ dày sàng thường 2-3 mm để chịu được lực va đập liên tục.

IV. Hệ thống truyền động và ứng dụng thực tế

Bộ phận truyền động là yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất và độ bền của máy nghiền ngô. Thông thường sử dụng bộ truyền đai thang hoặc hộp giảm tốc để truyền động từ động cơ đến rotơ. Thiết kế bộ truyền đai phải tính toán chính xác tỷ số truyền, độ dãn đai và căng đai để đảm bảo truyền động ổn định. Trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện đại, máy nghiền ngô được tích hợp với các thiết bị khác như máy trộn, máy viên, máy ủ để tạo thành hệ thống tự động hóa. Ưu điểm của máy nghiền búa là có thể xây dựng bản địa, chi phí thấp hơn sản phẩm nhập ngoại, dễ bảo trì và sửa chữa với phụ tùng Việt Nam.

4.1. Thiết kế hệ thống truyền động

Bộ truyền động bao gồm puly lái, dây đai thang và các vòng bi chịu tải. Tỷ số truyền thường từ 1:10 đến 1:15 để đạt tốc độ rotơ phù hợp. Động cơ điện có công suất từ 5-15 kW tùy theo năng lực sản xuất của máy. Độ căng dây đai cần kiểm tra định kỳ để đảm bảo truyền động hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi

Máy nghiền ngô được ứng dụng để xay nguyên liệu thô thành bột mịn phục vụ sản xuất thức ăn chăn nuôi cho gia cầm, lợn, cá và các loại vật nuôi khác. Máy nghiền hiện đại có thể xử lý 200-500 kg/giờ tùy theo độ mịn mong muốn. Tích hợp máy nghiền ngô với dây chuyền tự động giúp tăng hiệu suất, giảm thất thoát và nâng cao chất lượng sản phẩm thức ăn chăn nuôi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Giá trị dinh dưỡng ,cấu tạo của hạt ngô và tình hình sản xuất ngô ở ViệtNam: A. giá trị dinh dưỡng của ngụ tớnh theo % chất thô so với một số cây lấy hạt khác Có rất nhiều loại ngụ, cỏc giống ngô nếp, ngô răng ngựa ở nước ta thỡ cú hàm lượng tinh bột cao, lượng đường ít. Trong khi các giống ngô ở Mỹ và châu Âu thường được lai tạo để có lượng tinh bột rất ít, độ ngọt cao (họ vẫn gọi là sweetcorn).

Hàm lượng Tinh bột PROTEIN LI PIT XENLULOZA TRO NƯỚC Loại hạt Ngô 69,2 10,6 4,3 2,0 1,4 12,5 Lua 62,4 7,9 2,2 9,9 5,7 11,9 Lúa mì 63,8 16,8 2,0 2,0 1,8 13,6 Cao lương 71,7 12,7 3,2 1,5 1,6 9,9 Kê 59,0 11,3 3,8 8,9 3,6 13,0 - Protein: Ngụ có trung bình 10,6% protein, protein chính của ngô là zein, một loại prolamin gần như không có ly sin và tryptophan. Nếu ǎn phối hợp ngô với đậu đỗ và các thức ǎn động vật thì giá trị protein ngô sẽ tǎng lên nhiều. - Lipit: Lipit trong hạt ngô toàn phần từ 4-5%, phần lớn tập trung ở mầm. Trong chất béo của ngụ cú 50% là axit linoleic, 31% là axit oleic, 13% là axit panmitic và 3% là Stearic.

- Gluxit: Gluxit trong ngô khoảng 69% chủ yếu là tinh bột. ở hạt ngô non cú thờm một số đường đơn và đường kép. - Chất khoáng: Ngụ nghốo canxỡ, giầu photpho. Giống như gạo, ngô cũng là thức ǎn gây toan.

- Vitamin: Vitamin của ngô tập trung ở lớp ngoài hạt ngô và ở mầm. Ngô cũng có nhiều vitamin B1. Vitamin PP hơi thấp cộng với thiếu tryptophan một axit min có thể tạo vitamin PP. Vì vậy nếu ǎn ngô đơn thuần và kéo dài sẽ mắc bệnh Pellagre.

Riờng ngụ vàng có chứa nhiều caroten (tiền vitamin A). 2 Báo cáo tốt nghiệp Ngô Thị Cúc – CKBQ52 B. Hạt Ngô Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi, nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt.

Lớp alơron nằm dưới vỏ hạt và bao lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự trữ chất dinh dưỡng. Nội nhũ có 2 phần: nội nhũ bột và nội nhũ sừng. Tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng tùy vào chủng ngô, giống ngô.

Phụi ngô chiếm 1/3 thể tích của hạt và gồm có các phần: ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ và phôi), lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm. Các hạt ngô có kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan, và bám chặt thành các hàng tương đối đều xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô. Mỗi bắp ngô dài khoảng 10 – 25 cm, chứa khoảng 200 - 400 hạt. Các hạt có màu như ánh đen, xám xanh, đỏ, trắng và vàng.

3 Báo cáo tốt nghiệp Ngô Thị Cúc – CKBQ52 C. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam. Trước đây, sản xuất ngô ở Việt Nam còn nhỏ lẻ và phân tán, chủ yếu là tự cung tự cấp theo nhu cầu của hộ nông dân. Tại một số vùng miền núi do khó khăn về sản xuất lúa nước nên nông dân phải trồng ngô làm lương thực thay gạo.

Các giống ngô được trồng đều là các giống truyền thống của địa phương, giống cũ nên năng suất rất thấp. Vào thập kỷ 60 của thế kỷ trước, diện tích ngô Việt Nam chưa đến 300 nghìn hecta, năng suất chỉ đạt trên 1 tấn/ha, đến đầu những năm 1980 cũng không cao hơn nhiều, chỉ ở mức 1,1 tấn/ha, sản lượng đạt khoảng hơn 400.000 tấn do vẫn trồng các giống ngô địa phương với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhờ hợp tác với Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT), nhiều giống ngô cải tiến đã được đưa vào trồng góp phần nâng năng suất ngụ lờn gần 1,5 tấn/ha. Ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước tiến nhảy vọt từ đầu những năm 1990 đến nay, do việc tạo được các giống ngô lai và mở rộng diện tích trồng ngô lai trong sản xuất, kết hợp áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác theo nhu cầu của giống mới.

Năm 1991, diện tích trồng giống lai chưa đến 1% trên 430 nghìn hecta trồng ngô; năm 2006, giống lai đã chiếm khoảng 90% diện tích trong hơn 1 triệu hecta ngô cả nước, trong đó giống do các cơ quan nghiên cứu trong nước chọn tạo và sản xuất chiếm từ 58-60% thị phần trong nước, số còn lại là của các công ty liên doanh với nước ngoài. Trong đó, giống ngô lai do Viện nghiên cứu ngô (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) tạo ra chiếm tới 90% lượng giống lai của Việt Nam. Một số giống khá nổi bật như: LVN10, LVN99, LVN4, LVN9, VN8960, LVN885, LVN66… Các giống ngô này có năng suất và chất lượng tương đương các giống ngô của các công ty liên doanh với nước ngoài nhưng giá bán chỉ bằng 65-70%, góp phần tiết kiệm chi phí cho người trồng 80-90 tỷ đồng/năm. Nhờ vậy, người trồng cũng đã chủ động được hạt giống cho sản xuất, không lệ thuộc vào giống nhập khẩu của nước ngoài như những năm trước.

4 Báo cáo tốt nghiệp Ngô Thị Cúc – CKBQ52 Từ năm 2006, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam đó có những bước tiến nhảy vọt cao nhất từ trước đến nay. Tốc độ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam cao hơn nhiều lần của thế giới, lợi nhuận trồng ngô lai cao hơn hẳn các loại cây trồng khác. Năm 2008, diện tích trồng ngô của cả nước (trong đó 90% diện tích là ngô lai) đạt 1.000 ha, tổng sản lượng trên 4. Năm 2009, diện tích đạt 1.900 ha, tổng sản lượng lên tới trên 5.031000 tấn, cao nhất từ trước tới nay.

Các giống ngô lai của Việt Nam bước đầu cũng đã xuất bán sang các nước Bangladesh, Cam-pu-chia, Lào, Quảng Tây -Trung Quốc, Pakistan, Indonesia, Ấn Độ…(Theo Viện nghiên cứu ngô) Diện tích, năng suất, sản lượng ngô Việt Nam từ năm 1961 - 2009 Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (1000 ha) (tấn/ha) (1000 tấn) 1961 300,0 1,00 300,0 1980 360,0 1,10 400,0 1990 432,0 1,55 671,0 1995 557,0 2,11 1177,0 2000 730,2 2,75 2005,9 2003 912,7 3,44 3136,3 2004 991,1 3,46 3430,9 2005 1052,6 3,60 3787,1 2006 1033,1 3,73 3854,5 2007 1067,9 3,85 4107,5 2008 1.2 5 Báo cáo tốt nghiệp Ngô Thị Cúc – CKBQ52 2009 1. Đặc điểm của nguyên liệu làm thức ăn chăn nuôi: Nguyên liệu làm thức ăn là ngô, lúa mì, thúc, cỏm lúa mì, cỏm gỏo, đỗ tương, khô dầu, bột sắn, bột cỏ, xỏc mắm, bột thịt, cá tạp. Các loại hạt như ngô, đậu tương, thóc. là sản phẩm chính của ngành nông nghiệp hiện nay, có chứa rất nhiều chất dinh dưỡng như tinh bột, đường, vitamin.

Quá trình thu hoạch và bảo quản nếu không tốt thì sẽ dẫn đến các hiện tượng như nứt vỡ, ẩm mốc. làm cho chất lượng của hạt giảm hoặc hư hỏng hoàn toàn. Hạt nông sản có độ ẩm, độ cứng, kích thước khác nhau vì vậy để bảo quản và chế biến được chúng đòi hỏi phải có phương pháp bảo quản và chế biến một cách hợp lý. Nhóm thức ăn giàu năng lượng gồm: Những thức ăn nhiều tinh bột, Đường như ngụ, thúc, gạo, cám gạo, bột sắn, bột khoai,.

Khối lượng nhóm thức ăn này chiếm từ 70 – 80% khối lượng thức ăn hỗn hợp, yêu cầu đảm 6 Báo cáo tốt nghiệp Ngô Thị Cúc – CKBQ52 bảo không ẩm, mốc, thối (độ ẩm dưới l3%), thức ăn được sàng sạch không bụi bẩn, không lẫn tạp chất. Nhóm thức ăn giàu Protờin: Nguyên liệu gồm đỗ tương, khô đỗ, khô lạc cá, bột xương, bột cá. Thức ăn giàu Protờin rất quan trọng đối với thuỷ sản. Khối lượng nhóm thức ăn này chiếm 20 - 30% khối lượng thức ăn hỗn hợp.

Yêu cầu chất lượng các loại thức ăn này là đỗ tương phải được xử lý nhiệt trước khi cho ăn, các loại khô đỗ, khô lạc còn thơm không mốc, không đổi màu, không đổi mựi. Cỏc loại cá như bột cá đảm bảo còn thơm không lẫn tạp chất, không thối mốc, đúng hũn, tỷ lệ muối không quá 10%. Nhóm thức ăn bổ sung: Những thức ăn bổ sung này cung cấp khoáng, vitamin và axitamin không thay thế thường thiếu trong thức ăn (ligin). Tỷ lệ nhóm thức ăn này chiếm rất ít trong thức ăn hỗn hợp từ 1 - 3%, song vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong việc chế biến hỗn hợp thức ăn hoàn chỉnh.

Yêu cầu chất lượng của các thức ăn này đảm bảo không ẩm mốc, đúng vún, chuyển màu, chuyển mựi, nờn chọn mua của cỏc hóng sản xuất có uy tín, còn hạn sử dụng, không bục rách bao vỏ.Kỹ thuật sản xuất thức ăn chăn nuôi. Cách chế biến thức ăn hỗn hợp dạng viên: Tìm kiếm nguyên liệu - Làm sạch - Sơ chế, phơi khô - Nghiền thành bột mịn - Phối trộn theo công thức thức ăn - ộp viờn - Phơi sấy - Đóng bao. Một số công thức chế biến thức ăn hỗn hợp thường dùng: Cụng thúc 1: Cám gạo 35%, bột ngô 20% khô lạc 12% bột đỗ tương 9,5% bột cá 8% sắn 15% premix 0,5%. Công thức 2: Sau khi nhào trộn các thành phần thức ăn, bổ sung chất kết dính như bột sắn, bột mì rồi tiếp tục trộn trong 15-20 phút nữa.

Nếu thức ăn cũn khụ (độ ẩm chưa đạt 25-30%) cần bổ sung thêm nước. Cho thức ăn vào máy để ộp viờn, điều chỉnh cỡ số của mắt sàng để có cỡ viên thức ăn phù hợp với cỡ cỏ, tụm đang nuôi. Trong nuôi quy mô nông hộ có thể dựng mỏy đựn thức ăn có 7 Báo cáo tốt nghiệp Ngô Thị Cúc – CKBQ52 công suất 70 kg/giờ, động cơ điện 2,2kw hoặc động cơ nổ 6pH, vòng quay trục chính <500 vũng/phỳt. Nguyên liệu sau khi trộn được đựn ộp qua trục trơn, bên trong có rãnh.

Trong quá trình đùn, do ma sát làm nhiệt độ khối thức ăn tăng lên 60-70 0C, ở nhiệt độ này thức ăn được làm chín. Nhờ sức ép của trục lăn trên xi lanh, viên thức ăn được hình thành khi chui qua rãnh của thành xi lanh. Sau khi tạo viên xong, thức ăn được cho ăn luôn hoặc đem phơi nắng, hoặc sấy khô ở nhiệt độ 600c trong 6-8 giờ. Nếu sấy ở nhiệt độ quá cao, trên 80 0 C sẽ làm mất đi một số vitamin, protein bị biến tính làm cho chất lượng thức ăn giảm sút.

Thức ăn viờn khụ được đóng bao và bảo quản trong kho. Thường một bao thức ăn đóng từ 15-30kg để dễ vận chuyển. Khi di chuyển từ nơi này đến nơi khác phải cần thận không thức ăn bị vỡ.