Việc phân loại củ quả nông sản theo kích thước đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng và sản xuất nông nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng phương pháp mô phỏng phần tử rời rạc (DEM) để tối ưu hóa thiết kế và thông số vận hành của thiết bị phân loại quả mận theo kích thước, giúp giảm chi phí sản xuất các mẫu thử nghiệm và tối ưu hóa quá trình phân loại.
Phương pháp DEM được sử dụng để mô phỏng chuyển động của các hạt (trong trường hợp này là quả mận) trong thiết bị phân loại dạng lồng quay. Các mô phỏng giúp xác định các thông số như vận tốc góc và góc nghiêng của lồng quay, nhằm đảm bảo rằng các quả mận di chuyển một cách hiệu quả dọc theo lồng và được phân loại theo kích thước mong muốn.
    |
 |
| Thiết bị phân loại dạng lồng quay và các thông số |
Nghiên cứu đã thử nghiệm bảy trường hợp khác nhau với các thông số biến đổi về năng suất, góc nghiêng của lồng quay và vận tốc quay. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa góc nghiêng và vận tốc quay có tác động lớn đến hiệu suất phân loại. Đặc biệt, khi góc nghiêng của lồng là 12° và vận tốc góc là 12,5 vòng/phút, thiết bị đạt được hiệu quả phân loại tốt nhất.
|
 |
| Ba thiết kế đề xuất cho góc β để thực hiện mô phỏng |
Trong nghiên cứu này, phần mềm ALTAIR EDEM đã được sử dụng cho các mô phỏng phần tử rời rạc. Mô phỏng DEM không chỉ giúp cải thiện quá trình thiết kế mà còn giảm thiểu việc phải sản xuất các mẫu nguyên mẫu, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian. Phương pháp này còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị nông nghiệp khác, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu tổn thất do việc vận hành không hiệu quả.
|
 |
| Lưới phần tử hữu hạn các chi tiết máy để thực hiện mô phỏng |
Trong nghiên cứu này, nhằm tối ưu thiết kế góc nghiêng β và thông số vận hành của thiết bị, ma trận mô phỏng và các thông số tương ứng được đề xuất như trình bày ở Bảng 1. Các trường hợp mô phỏng này sẽ giúp đánh giá các tiêu chí sau:
· Khả năng di chuyển của hạt dọc theo chiều dài của lồng quay từ đầu vào tới đầu ra (các trường hợp SimNr0, SimNr3, SimNr4)
· Khả năng phân loại của lồng theo các kích thước định trước.
Bảng 1. Ma trận mô phỏng và các thông số tương ứng
|
Ký hiệu
|
Năng suất (tấn/giờ)
|
Góc nghiêng β (°)
|
Vận tốc góc lồng quay ω (vòng/phút)
|
Thời gian mô phỏng máy tính (giờ)
|
Số luồng tính toán
|
|
SimNr0
|
7.2
|
0o
|
25
|
45
|
12
|
|
SimNr1
|
7.2
|
5o
|
12.5
|
45
|
12
|
|
SimNr2
|
7.2
|
12o
|
12.5
|
45
|
12
|
|
SimNr3
|
7.2
|
5o
|
25
|
45
|
12
|
|
SimNr4
|
7.2
|
12o
|
25
|
45
|
12
|
|
SimNr5
|
7.2
|
5o
|
50
|
45
|
12
|
|
SimNr6
|
7.2
|
12o
|
50
|
45
|
12
|
Kết quả tối ưu thiết kế và thông số vận hành được thể hiện qua các hình sau:
|
 |
| Khả năng di chuyển của hạt dọc theo chiều dài của lồng quay: số hạt nằm trong 2000 mm đầu tiên của lồng quay với 3 trường hợp của góc nghiêng β, thời gian từ 5s tới 135s |
|
 |
| Hình ảnh vận tốc dài và vận tốc góc của các quả mận trong quá trình phân loại, SimNr3, t = 77s |
|
 |
| Biểu đồ phân bố kích thước các quả mận trong từng khay chứa sau 550s thực tế, tổng khối lượng mận đã phân loại: 1 tấn. Các kích thước khe hở các khoang phân loại cũng được chỉ định (32, 42, 52, 62 mm) |
|
 |
| Hình ảnh 5 khay chứa các quả mận sau quá trình mô phỏng phân loại với trường hợp SimNr2, t=550s |
Kết quả nghiên cứu cho thấy: để tối ưu hóa quá trình phân loại quả mận, thiết bị nên được thiết kế với góc nghiêng 5° và hoạt động ở vận tốc quay 12,5 vòng/phút. Những cải tiến này sẽ giúp cải thiện khả năng phân loại và tiết kiệm tài nguyên trong quá trình sản xuất.
ThS. Nguyễn Thị Hạnh Nguyên – Khoa Cơ – Điện