Máy dập viên nén giúp chuyển nguyên liệu dạng bột hoặc cốm thành những viên có hình dáng, kích thước và khối lượng tương đối đồng đều, đáp ứng yêu cầu của từng quy trình sản xuất. Thiết bị được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, thực phẩm chức năng, hóa chất, phân bón và sản xuất viên sủi.
Để lựa chọn máy phù hợp với nhu cầu sử dụng, cần tìm hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý vận hành và đặc điểm của từng dòng máy dập viên phổ biến hiện nay.
Máy dập viên là gì?
Máy dập viên là thiết bị dùng lực nén để định hình nguyên liệu dạng bột hoặc cốm thành viên có hình dạng, kích thước, khối lượng và độ cứng theo yêu cầu sản xuất. Quá trình tạo viên thường diễn ra thông qua hệ thống chày và cối, trong đó nguyên liệu được nạp vào cối rồi nén chặt để tạo thành viên trước khi được đẩy ra ngoài.
Máy dập viên nén chủ yếu tạo viên trực tiếp từ nguyên liệu dạng bột hoặc cốm đã được chuẩn bị phù hợp. Thiết bị này khác với máy đóng nang, vốn đưa nguyên liệu vào vỏ nang, và máy bao viên, có chức năng phủ thêm một lớp vật liệu lên viên đã hình thành. Mỗi phương pháp có mục đích và yêu cầu kỹ thuật riêng, tùy thuộc vào đặc tính nguyên liệu cũng như dạng thành phẩm cần sản xuất.
Cấu tạo máy dập viên
Chày cối dập viên (bộ khuôn)
Chày cối là bộ phận trực tiếp tạo hình và chịu lực nén trong quá trình sản xuất viên. Một bộ khuôn cơ bản gồm ba thành phần:
- Chày trên: Di chuyển xuống để ép nguyên liệu trong cối. Hình dạng đầu chày góp phần quyết định bề mặt và kiểu dáng của viên.
- Chày dưới: Đỡ nguyên liệu trong quá trình nén, phối hợp với chày trên để tạo lực ép. Bộ phận này thường di chuyển lên xuống nhằm điều chỉnh thể tích chứa nguyên liệu và đẩy viên thành phẩm ra khỏi cối.
- Cối: Là khuôn có lỗ chứa nguyên liệu, xác định đường kính hoặc biên dạng bên ngoài của viên theo thiết kế.
Chày cối thường được chế tạo từ thép công cụ hoặc thép hợp kim có độ cứng và khả năng chịu mài mòn phù hợp. Một số bộ khuôn có thể sử dụng thép không gỉ hoặc được xử lý bề mặt, chẳng hạn mạ crom, tùy yêu cầu sử dụng và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
Khuôn có nhiều hình dạng như tròn, oval, thuôn dài hoặc dạng đặc biệt. Phần đầu chày cũng có thể được thiết kế phẳng, bo cong hoặc khắc chữ, ký hiệu theo yêu cầu sản phẩm. Chất lượng và tình trạng chày cối ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng, độ chính xác kích thước, bề mặt viên và khả năng vận hành ổn định. Độ cứng của viên còn phụ thuộc vào công thức nguyên liệu và lực nén, không chỉ riêng bộ khuôn.
Phễu cấp liệu và cơ cấu nạp liệu
Phễu cấp liệu là nơi chứa nguyên liệu trước khi đưa vào khu vực tạo viên. Từ phễu, bột hoặc cốm được chuyển đến bộ phận nạp liệu để đi vào cối. Tùy từng model, cơ cấu cấp liệu có thể hoạt động theo nguyên lý trọng lực hoặc sử dụng bộ phận hỗ trợ phân phối nguyên liệu.
Ở cơ cấu cấp liệu cưỡng bức hoặc các cụm quay nằm sát vùng bột, nơi phải vệ sinh bằng khăn ẩm hoặc dung dịch sát khuẩn, có thể cân nhắc vòng bi INOX cho trục tải nhẹ để hạn chế gỉ. Cần lưu ý vòng bi inox có tải trọng và tốc độ giới hạn thấp hơn thép chrome, nên không dùng cho cụm chịu lực nén chính.
Hệ thống điều chỉnh độ dày viên, lực nén và lượng liệu
Hệ thống điều chỉnh giúp người vận hành thiết lập các thông số cần thiết để tạo viên theo yêu cầu. Tùy thiết kế máy, những cơ cấu này có thể bao gồm:
- Điều chỉnh lượng liệu: Thay đổi độ sâu nạp liệu hoặc vị trí chày dưới để kiểm soát lượng nguyên liệu đi vào cối.
- Điều chỉnh lực nén: Thay đổi mức độ nén thông qua cơ cấu ép và các thông số vận hành được nhà sản xuất cho phép.
- Điều chỉnh độ dày viên: Kiểm soát vị trí chày và hành trình nén để đạt độ dày mong muốn.
Các thông số trên có liên quan với nhau nhưng không hoàn toàn thay thế cho nhau. Lượng liệu ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng viên; lực nén tác động đến độ chặt và độ cứng; còn độ dày phụ thuộc vào lượng nguyên liệu, đặc tính hỗn hợp và điều kiện nén. Người vận hành cần điều chỉnh theo hướng dẫn của nhà sản xuất, đồng thời kiểm tra khối lượng, kích thước và độ cứng của viên trong quá trình chạy thử.
Hệ thống truyền động
Hệ thống truyền động cung cấp năng lượng và tạo chuyển động cho các bộ phận thực hiện quá trình dập viên. Các thành phần có thể gồm:
- Động cơ: Cung cấp công suất để vận hành máy.
- Bộ truyền động và bánh đà: Có trên một số thiết kế, giúp truyền chuyển động và hỗ trợ duy trì chuyển động ổn định.
- Trục khuỷu hoặc cơ cấu cam: Tùy loại máy, các cơ cấu này điều khiển chuyển động lên xuống của chày và phối hợp các bước nạp liệu, nén, đẩy viên.
- Bộ phận điều khiển tốc độ: Có thể được tích hợp để điều chỉnh tốc độ vận hành trong giới hạn thiết kế.
Trục động cơ, trục bánh đà và các trục truyền động phụ làm việc ở tốc độ vừa với tải chủ yếu theo phương hướng tâm, nên vòng bi cầu thường được dùng nhờ ma sát thấp và vận hành êm. Với trục khuỷu hoặc trục tâm sai chịu lực nén lớn và va đập theo từng chu kỳ, cần tính toán tải trọng thực tế để chọn đúng chủng loại và cấp độ tải.
Thân máy, vỏ bảo vệ và hệ thống an toàn
Thân máy là kết cấu đỡ các cụm cơ khí, giữ cho các bộ phận được lắp đặt đúng vị trí và hạn chế rung lắc trong quá trình vận hành. Vỏ máy có nhiệm vụ che chắn các chi tiết chuyển động, đồng thời hỗ trợ bảo vệ người vận hành khỏi những vị trí có nguy cơ gây kẹt hoặc va chạm.
Với máy dùng trong dược phẩm, thực phẩm chức năng, các điểm đỡ trục nằm ngoài vùng tiếp xúc nguyên liệu nhưng phải lau rửa thường xuyên có thể cân nhắc gối INOX, vừa dễ vệ sinh vừa tránh gỉ làm nhiễm bẩn khu vực sản xuất.
Cấu tạo máy dập viên xoay tròn
Máy dập viên xoay tròn được thiết kế để tạo ra nhiều viên trong một chu kỳ quay, phù hợp với nhu cầu sản xuất có sản lượng cao hơn so với máy dập một chày. Ngoài các bộ phận cấp liệu và truyền động, dòng máy này thường có những cụm đặc trưng sau:
- Tháp chày cối: Gồm nhiều vị trí lắp cối cùng chày trên và chày dưới. Khi tháp quay, các bộ khuôn lần lượt đi qua khu vực nạp liệu, nén và đẩy viên. Trục tháp quay phải đỡ trọng lượng tháp cùng lực nén tác động theo phương dọc trục, đồng thời giữ độ đồng tâm để các bộ chày cối đi qua đúng vị trí nạp liệu và nén. Với kiểu tải kết hợp này, vòng bi tiếp xúc góc thường được cân nhắc, lắp theo cặp hoặc theo cụm để chịu tải dọc trục và tăng độ cứng vững cho trục.
- Hệ thống cam nâng hạ: Điều khiển hành trình và vị trí của chày trên, chày dưới theo từng giai đoạn vận hành.
- Con lăn nén: Tạo lực ép lên chày khi chúng đi qua vùng nén. Một số model có con lăn nén sơ bộ để ép nhẹ nguyên liệu trước khi chuyển sang nén chính. Con lăn nén chịu lực ép rất lớn khi các chày đi qua vùng nén, trong khi không gian lắp đặt bị giới hạn. Ở những thiết kế dùng ổ kim cho con lăn, vòng bi đũa kim có khả năng chịu tải hướng tâm cao so với kích thước nhỏ gọn, nhưng không chịu được tải dọc trục nên cần có cơ cấu dẫn hướng đi kèm.
- Trạm nén sơ bộ và nén chính: Trạm nén sơ bộ có mặt trên một số thiết kế, hỗ trợ ổn định lớp nguyên liệu và giảm lượng khí bị giữ lại. Trạm nén chính tạo lực ép chủ yếu để hình thành viên.
- Cơ cấu đẩy viên: Đưa viên đã nén ra khỏi cối để chuyển đến bộ phận thu gom.
Không phải máy dập viên xoay tròn nào cũng có cấu hình giống nhau. Số lượng trạm chày, khả năng nén sơ bộ, cơ cấu cấp liệu và các tính năng điều khiển phụ thuộc vào từng model. Khi lựa chọn thiết bị, cần đối chiếu thông số kỹ thuật với đặc tính nguyên liệu, kích thước viên và sản lượng dự kiến.
Nguyên lý hoạt động của máy dập viên
Máy dập viên hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng lực nén để liên kết các hạt bột hoặc cốm thành viên có hình dạng và kích thước theo yêu cầu. Tùy thiết kế, máy sử dụng một bộ chày cối hoặc nhiều bộ chày cối vận hành theo chu kỳ để thực hiện các công đoạn nạp liệu, định lượng, nén và đẩy viên thành phẩm.
Quy trình hoạt động cơ bản của máy dập viên gồm 4 bước:
- Nạp liệu vào cối: Nguyên liệu dạng bột hoặc cốm được đưa từ phễu qua cơ cấu cấp liệu vào lỗ cối, chuẩn bị cho quá trình tạo viên.
- Định lượng nguyên liệu: Chày dưới di chuyển đến vị trí phù hợp để xác định thể tích chứa liệu trong cối. Lượng nguyên liệu được kiểm soát nhằm đáp ứng khối lượng viên mục tiêu.
- Nén tạo viên: Chày trên đi xuống, phối hợp với chày dưới tạo lực ép lên nguyên liệu trong cối. Các hạt liên kết với nhau, hình thành viên có độ chặt và hình dạng theo yêu cầu. Một số máy có thêm giai đoạn nén sơ bộ trước khi nén chính.
- Đẩy viên thành phẩm: Sau khi hoàn tất quá trình nén, chày dưới nâng viên lên khỏi miệng cối để viên được lấy ra và chuyển đến bộ phận thu gom.
Khác biệt giữa máy dập viên một chày và máy dập viên xoay tròn
- Máy dập viên một chày: Sử dụng một bộ chày cối để thực hiện quá trình tạo viên theo từng chu kỳ. Máy phù hợp với nhu cầu sản xuất quy mô nhỏ, thử nghiệm hoặc nghiên cứu tùy theo thiết kế và công suất.
- Máy dập viên xoay tròn: Có nhiều bộ chày cối được lắp trên tháp quay. Khi tháp chuyển động, các bộ khuôn lần lượt đi qua những vị trí nạp liệu, định lượng, nén và đẩy viên, cho phép tạo nhiều viên liên tiếp với năng suất cao hơn.
Các loại máy dập viên phổ biến
Máy dập viên tâm sai (1 chày)
Máy dập viên tâm sai, còn gọi là máy dập viên 1 chày, sử dụng một bộ chày trên, chày dưới và cối để tạo viên theo từng chu kỳ. Ở các thiết kế dùng cơ cấu tâm sai, chuyển động quay của trục lệch tâm được chuyển thành chuyển động lên xuống của chày, tạo lực ép để nén nguyên liệu trong cối.
Ưu điểm:
- Thiết kế gọn: Thường chiếm ít diện tích hơn so với máy dập viên xoay tròn công nghiệp.
- Dễ vận hành: Cấu tạo tương đối đơn giản, thuận tiện cho việc theo dõi quá trình tạo viên và điều chỉnh thông số.
- Chi phí đầu tư thấp hơn: Thường phù hợp với đơn vị có ngân sách hạn chế hoặc chưa cần sản lượng lớn.
Hạn chế: Máy chỉ sử dụng một bộ chày cối nên tạo viên theo từng chu kỳ, năng suất thường thấp hơn máy xoay tròn. Khả năng đáp ứng về kích thước, độ cứng và sản lượng còn phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của từng model.
Máy dập viên xoay tròn
Máy dập viên xoay tròn sử dụng một tháp quay có nhiều bộ chày cối bố trí tại các trạm khác nhau. Khi tháp chuyển động, các bộ khuôn lần lượt đi qua khu vực nạp liệu, định lượng, nén và đẩy viên. Nhờ nhiều bộ chày cối hoạt động nối tiếp trong cùng một vòng quay, máy có thể tạo ra nhiều viên liên tục và đạt năng suất cao hơn máy một chày.
Dựa trên thiết kế, máy dập viên xoay tròn có thể được phân loại theo cấu hình tháp và cơ cấu nén, chẳng hạn:
- Máy xoay tròn một chiều: Các bộ chày cối bố trí trên tháp quay theo một hướng, thực hiện quá trình tạo viên qua những vị trí làm việc tương ứng.
- Máy xoay tròn hai chiều: Một số thiết kế sử dụng cơ cấu nén hoặc bố trí trạm làm việc cho phép tăng số lần nén trong chu kỳ. Cách gọi và cấu hình cụ thể cần được xác nhận theo model của nhà sản xuất.
- Máy có số lượng trạm chày cối khác nhau: Số trạm ảnh hưởng đến năng lực sản xuất, nhưng năng suất thực tế còn phụ thuộc tốc độ quay, kích thước viên, đặc tính nguyên liệu và điều kiện vận hành.
Ưu điểm:
- Năng suất cao, thích hợp với nhu cầu sản xuất liên tục.
- Có thể kiểm soát các thông số như lượng liệu, lực nén và độ dày viên theo cấu hình máy.
- Một số model được thiết kế để tích hợp vào dây chuyền sản xuất và đáp ứng yêu cầu kiểm soát chất lượng của nhà máy.
Hạn chế: Chi phí đầu tư thường cao hơn máy một chày. Kết cấu có nhiều bộ phận chuyển động và nhiều bộ khuôn nên công tác vệ sinh, kiểm tra, bảo trì và thay thế linh kiện có thể phức tạp hơn.
Máy dập viên nén thủ công
Máy dập viên nén thủ công sử dụng lực tay thông qua đòn bẩy, tay quay hoặc cơ cấu cơ khí tương ứng để ép nguyên liệu trong khuôn. Tùy thiết kế, thiết bị có thể không cần động cơ điện, nhưng lực nén và mức độ đồng đều của viên phụ thuộc đáng kể vào cơ cấu máy, thao tác người dùng và đặc tính nguyên liệu.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dễ bố trí tại nơi có diện tích hạn chế.
- Không cần nguồn điện đối với các mẫu vận hành hoàn toàn bằng tay.
- Phù hợp với nhu cầu tạo viên số lượng ít hoặc thử nghiệm ban đầu.
Hạn chế: Năng suất thấp, thao tác tốn công và khó duy trì độ đồng đều nếu lực ép, lượng liệu hoặc thao tác giữa các lần thực hiện không ổn định. Không phải mẫu thủ công nào cũng tạo được lực nén đủ lớn cho mọi loại nguyên liệu.
Trên đây là những thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các loại máy dập viên phổ biến hiện nay. Tùy theo quy mô sản xuất, đặc tính nguyên liệu và yêu cầu thành phẩm, bạn nên lựa chọn thiết bị có thông số kỹ thuật phù hợp để đảm bảo hiệu quả vận hành và chất lượng viên nén. Đừng quên kiểm tra năng suất, lực nén và khả năng bảo trì trước khi quyết định đầu tư.
