Kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo máy băm dăm tre làm bột giấy

Nguyễn Mạnh Hoạt

Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam

Tre là loài cây sinh trưởng và phát triển nhanh, chỉ sau 3 năm kể từ khi trồng là có thể khai thác sử dụng, sau đó năm nào cũng thu hoạch được 30% sản lượng. Hiện nay do áp dụng công nghệ nhân giống bằng hom, nên diện tích và sản lượng tre đáp ứng được yêu cầu phát triển công nghiệp sản xuất bột- giấy từ nguyên liệu tre, nứa, gỗ rừng trồng. Hiện nay ở nước ta đã có khoảng 200 nhà máy, xí nghiệp sản xuất bột giấy từ tre – nứa hoặc tre phối hợp với gỗ như các nhà máy giấy Bãi Bằng, nhà máy giấy Lửa Việt ở Phú Thọ, nhà máy giấy Sơn La ở Sơn La, nhà máy giấy Sông Lam ở Nghệ An,…

Đa số các nhà máy trên đều mua tre về băm dăm tại nhà máy, bằng máy băm dăm của Trung Quốc hay Đài Loan. Do tre có độ rỗng lớn nên chi phí vận chuyển thường cao khi nhà máy ở xa vùng nguyên liệu, (như các nhà máy giấy Sông Lam, Bãi Bằng,… cự ly vận chuyển nguyên liệu tre thường trên 100km) và cần có bãi dự trữ nguyên liệu lớn để bảo đảm sản xuất liên tục. Nhờ có chính sách giao đất, khoán rừng và phát triển kinh tế trang trại nên hiện nay nguyên liệu tre rất phong phú, người nông dân đang cần bán nguyên liệu tre cho nhà máy. Sản phẩm của họ nếu là tre cây thì chỉ lấy một đoạn có chiều dài <5m còn bỏ mất trên 30% (tính theo khối lượng). Nhà máy giấy Việt Trì và Bãi Bằng ngoài việc mua tre về băm còn mua dăm tre của nông dân với giá bình quân = 350.000đ /tấn tại nhà máy (độ ẩm dăm qui định = 50%); tuy nhiên, dăm băm thủ công chất lượng thấp vì dăm không đều nên tốn hoá chất và thời gian để nấu bột giấy, khối lượng nạp nguyên liệu vào nồi nấu bị giảm so với dăm băm bằng máy. Vì vậy để đảm bảo chất lượng bột giấy các nhà máy cần mua dăm băm bằng máy. Tại Việt Nam hiện nay có 2 loại máy băm dăm được dùng trong các nhà máy giấy là máy băm dăm kiểu đĩa do Đài Loan sản xuất với công suất = 3 – 4 tấn dăm/giờ, loại của Thuỵ Điển có công suất lớn = 30 tấn dăm/giờ và máy băm dăm kiểu tang trống do Thuỵ Điển sản xuất công suất = 25 tấn dăm /giờ. Dăm do máy băm kiểu đĩa tạo ra có chất lượng tốt hơn vì tỷ lệ dăm hợp cách cao, có thể đạt tới trên 90% (theo tiêu chuẩn dăm do nhà máy đặt ra). Về cấu tạo máy băm dăm kiểu tang trống thường cồng kềnh, cấp liệu và chuyển dăm ra đều phải dùng băng tải. Mặt khác, để băm tre bằng máy băm dăm kiểu tang trống thì tre phải được làm bẹp và kẹp chặt (nạp liệu kiểu cưỡng bức). Vì vậy máy băm kiểu tang trống không dùng lưu động mà chỉ dùng tại nhà máy. Để phục vụ cho mục tiêu sản xuất dăm tại khu trồng nguyên liệu và tạo ra dăm tre có chất lượng tốt (dăm đều và vỡ rạn) dễ ngấm hoá chất khi nấu trong nồi áp lực, giảm được thời gian nấu, chúng tôi lựa chọn và đề xuất đề tài “Nghiên cứu, thiết kế máy băm dăm tre làm bột giấy “.

I. Nghiên cứu và lựa chọn các thông số để thiết kế máy

Qua nghiên cứu, khảo sát tại các cơ sở sản xuất bột giấy ở Thanh Hoá, Phú Thọ, Thái Nguyên và Yên Bái chúng tôi chọn loại hình máy băm dăm kiểu đĩa để tính toán thiết kế, chế tạo với yêu cầu máy tạo ra dăm đủ tiêu chuẩn sản xuất bột giấy công nghiệp với công nghệ nấu bột trong nồi có áp lực hơi thông thường. Hiện nay một số nhà máy sản xuất bột giấy từ nguyên liệu tre ở phía Bắc như Việt Trì, Hoàng Văn Thụ, Sơn La, … có qui mô từ 5.000 đến 10.000 tấn bột/năm. Các xưởng bột khác nhỏ hơn, công suất từ 1000 đến 3000 tấn bột/năm. Để sản xuất 1 tấn bột từ tre cần có khoảng 4 tấn nguyên liệu tre.Do điều kiện hạ tầng cơ sở như đường vận chuyển, địa hình phức tạp, qui mô các nhà máy và xưởng sản xuất bột giấy nhỏ nên chúng tôi đưa ra các yêu cầu để thiết kế máy như sau:

+ Công nghệ sản xuất đơn giản – phối hợp giữa thủ công và máy (khâu nạp liệu bằng thủ công) nhưng khi cần có thể cơ giới hoá; máy thực hiện việc băm dăm và phun dăm vào thùng xe vận tải hoặc phun thành đống dự trữ, sau đó nạp lên xe vận chuyển bằng băng tải

+ Dao băm dễ tháo lắp

+ Có thể lắp được cả động cơ điện hoặc động cơ Điêzen

+ Có tính cơ động cao và gọn nhẹ.

+ Cửa nạp trên dùng để nạp khúc tre ngắn có kích thước từ 40 – 200cm theo phương pháp trọng lực tự kéo nhờ máng nạp và dao băm .

+ Cửa dưới để nạp nguyên liệu có chiều dài >200cm đến 500cm theo phương pháp tự kéo nhờ máng nạp và dao băm.

+ Máy được đặt đứng – nghĩa là trục chính song song với mặt phẳng ngang, mặt phẳng của đĩa băm vuông góc mặt phẳng ngang.

+ Dăm được phun ra theo đường ống tròn có chiều cao hợp lý để có thể phun thẳng vào thùng xe vận chuyển hoặc phun thành đống

+ Năng suất băm dăm đạt khoảng 3 tấn dăm/giờ, hoặc 30 tấn cho một ngày làm việc.

+ Có khả năng điều chỉnh được kích thước dăm phù hợp với tiêu chuẩn dăm cho sản xuất bột giấy

Nguyên lý hoạt động của máy băm dăm kiểu đĩa

Máy băm dăm tre được đặt tại nơi có thể tập trung được nguyên liệu tre, gần đường vận chuyển và gần trạm biến thế điện nếu là máy dùng động cơ điện.

Khi nạp liệu vào máy ta đặt tre vào máng và đẩy cho tre tiếp xúc với dao băm, nhờ đà quay của đĩa băm, tre được kéo vào liên tục cho đến hết. Dăm được phun theo ống thoát dăm vào kho chứa hoặc thùng xe nhờ có 6 cánh gắn trên đĩa dao tạo gió đẩy dăm thoát ra ngoài. Cũng nhờ các cánh đó nên dăm được đập nhỏ trong buồng dăm đạt kích thước yêu cầu trước khi thoát ra ngoài. Trên thân máy có cửa để tháo lắp và điều chỉnh dao băm; đồng thời có hệ thống bu lông để điều chỉnh dao tỳ đảm bảo đạt các kích thước dăm tiêu chuẩn.

Công suất cần thiết của động cơ điện:

Nđ_c = 1,2 (28,03 + 2,04) = 36,08 (Kw) = 49 (cv)

Kích thước dao băm:

260 x 180 x 20 (mm); góc mài b= 36^o

Kích thước dao tỳ:

220 x 160 x 16 (mm); góc mài b= 85^o

Kích thước một số chi tiết chính :

a – Đĩa băm: D = 980mm; Chiều dày b = 55mm

b – Cửa nạp liệu: 160 x 180 (mm)

c – ống thoát dăm: d = 200 (mm)

2. Kết quả bước đầu về chế tạo và hoạt động của máy trong sản xuất

Máy băm dăm sau khi được tính toán thiết kế hoàn chỉnh; được phép của Viện trưởng Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, chúng tôi đã đi tìm cơ sở ứng dụng để có thể chế tạo và khảo nghiệm máy trong sản xuất. Trong quí IV năm 2001 chúng tôi đã tiến hành chế tạo máy theo Hợp đồng Hợp tác nghiên cứu ký với Công ty Cổ phần Chế biến Nông Lâm sản Bắc Giang. Máy sau khi chế tạo xong được đặt tại hiện trường là Xưởng bột giấy của Công ty ở xã Cẩm Đàn, huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang. Sau một năm hoạt động, máy đã băm được khoảng trên 5000 tấn tre tươi có đường kính từ 4 – 13cm. Vừa qua sau khi có một số thiết bị đo của dự án tăng cường trang thiết bị cho Trung tâm Công nghiệp rừng, chúng tôi đã tiến hành đo tại hiện trường để kiểm tra một số thông số chính sau:

1 – Độ rung động của máy khi có tải và không tải đều nằm trong giới hạn cho phép khi đo bằng máy đo rung cầm tay Examiner – 1000 do hãng MONARCH của Mỹ sản xuất .

2 – Công suất động cơ đo bằng thiết bị đo công suất cầm tay FLUKE -39 của Mỹ sản xuất, thấy rằng suốt quá trình làm việc công suất đạt = (70 – 76)% Nđc

3 – Số vòng quay thực tế của trục đĩa băm, đo trực tiếp bằng đồng hồ đo số vòng quay trên đầu trục chính, kết quả cụ thể như sau:

nMin= 605 (v/ph)

nMax= 665 (v/ph)

Nhận xét chung:

1 – Máy hoạt động ổn định, độ ồn và độ rung trong giới hạn cho phép về an toàn và môi trường.

2 – Các thông số kỹ thuật của máy đều đạt các giá trị yêu cầu như :

* Năng suất băm dăm bình quân: Q » 3 tấn dăm tươi/giờ

* Đường kính tre có thể băm được: D = (4 ¸13) cm

* Chiều dài khúc tre có thể băm được: L = (40 ¸ 500) cm

* Tỷ lệ dăm hợp quy cách: x ³ 87,6 %

* Chi phí điện năng cho sản xuất: p = (6 ¸6,5) Kw/tấn dăm

* Gian cách mài dao sau khi băm được lượng dăm Q ³ 30 tấn

3. Kết luận

Máy băm dăm tre lưu động MBT– 3A đã đáp ứng được các yêu cầu đặt ra cho đề tài nên ngay sau khi lắp đặt chạy thử 02 ca máy, đơn vị sản xuất đã tiếp thu và tổ chức sản xuất bình thường trong suốt cả năm 2002 với khối lượng đã băm được trên 5000 tấn tre. Sau khi có máy băm, Công ty đã lắp thêm một nồi nấu bột loại 8m³, nâng công suất sản xuất bột của xưởng lên 100 tấn/tháng (mặc dù vậy vẫn chưa sử dụng hết công suất của máy băm). Máy đã hoạt động ổn định trong sản xuất đến nay là 15 tháng, chưa có hỏng hóc gì đáng kể; đến nay đã có 3 cơ sở sử dụng loại máy băm dăm tre MBT- 3A của chúng tôi. Có thể nói máy MBT- 3A đạt được cả 2 yêu cầu về:

* Kiểu dáng công nghiệp đẹp.

* Chất lượng máy và chất lượng sản phẩm dăm.

MBT-3A là loại máy thích hợp cho các hộ gia đình làm kinh tế trang trại ở vùng núi gần các nhà máy sản xuất bột giấy từ tre và các xưởng bột giấy qui mô nhỏ .

Tài liệu tham khảo chính

1 – S.I Rakmanov; K.F Gonokhovski. Máy và thiết bị khai thác gỗ – NXB – Matxcơva – 1967.

2 – B.G Dalêgale; P.V.Latoxkin. Cơ giới hoá và tự động hoá các công việc trên kho gỗ – NXB – Matxcơva – 1965.

3 – Peter – Kox.Công nghệ chế biến gỗ – NXB – Matxcơva – 1969

4 – Penelitian Kehutanan. Forestry Research Bulletin. Vol.9 No-3 Oct.1993

5 – Hoàng Nguyên – Máy và Thiết bị gia công Gỗ – NXB Nông Nghiệp – 1980

Summary

At present production of bamboo chips is mainly carried out in the mill and this results in high cost of transport and demand of large landing area. Bamboo chips produced by hand labour does not however meet the quality required. Promoted by this fact the research subject:” Research on and designing of bamboo – chip production machine” has been carried out aimed at producing good quality bamboo-chips right in the raw material area.

After manufacture the machine was tested and put into operation in Bac Giang. Throughout the past 15 months the machine operated well meeting technical requirements as regards productivity and bamboo-chips quality. The BDT-3A machine is suitable for production of households scale, capacity 3t of fresh bamboo-chips/h, neatly built, stable operation.