TÍNH TOÁN, lựa CHỌN các THÔNG số kỹ THUẬT cơ bản của máy THIẾT kế

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU LỜI CAM ĐOAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HẠT SEN 1.1 Cây sen 1.1.1 Lịch sử nguồn gốc 1.1.2 Đặc điểm 1.2 Hạt sen 10 1.2.1 Giới thiệu 10 1.2.2 Tình hình phát triển hạt sen giới 11 1.2.3 Một số sản phẩm từ hạt sen 13 1.2.4 Thu hoạch chế biến hạt sen 14 1.2.4.1 Thu hoạch 14 1.2.4.2 Chế biến hạt sen 15 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT 18 KẾ 2.1 Yêu cầu nhiệm vụ thiết kế 18 2.2 Các phương pháp bóc vỏ hạt sen 18 2.2.1 Phương pháp cắt vỏ 18 2.2.2 Phương pháp cạo xước vỏ 22 2.2.3 Phương pháp dùng râu đánh 23 2.3 Chọn phương án thiết kế 24 2.4 Nguyên lý hoạt động máy lột vỏ lụa hạt sen 25 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, LỰA CHỌN CÁC THƠNG SỐ KỸ 27 THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY THIẾT KẾ 3.1- Chọn thông số 27 3.2- Lựa chọn truyền 27 3.3- Tính tốn cơng suất chọn động 29 3.4- Tính tốn thơng số truyền đai 33 3.5- Tính tốn trục 36 3.6- Tính tốn lựa chọn vòng bi 37 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH 43 4.1 Lựa chọn điều khiển 43 4.2 Đặc điểm kỹ thuật điều khiển chọn 46 4.3 Lựa chọn thiết bị khác sử dụng mơ hình 50 4.3.1- Xy lanh điện 50 4.3.2- LCD 16*2 51 4.4 Xây dựng mơ hình 52 4.4.1 Thiết kế phần khí 52 4.4.2 Thiết kế phần điện 59 4.4.3- Lập trình 62 LỜI KẾT 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1- Cây sen Hình 1.2- Hạt sen Hình 1.3- Sản phẩm chế biến từ hạt sen Hình 1.4- Thu hoạch sơ chế sen Hình 1.5- Hạt sen tươi tách khỏi ngó sen Hình 1.6- Hạt sen thành phẩm Hình 2.1- Phương pháp bóc vỏ lụa dao Hình 2.2- Sơ đồ bố trí băng tải theo phương pháp cắt dao Hình 2.3- Vị trí hạt sen phương pháp cắt dao Hình 2.4- Phương pháp cạo xước vỏ Hình 2.5- Phương pháp dùng râu đánh Hình 2.6- Sơ đồ động máy lột vỏ lụa hạt sen Hình 3.1- Hệ thống đai thực tế Hình 3.2- Động 24V-350W chổi than Hình 3.3- Bảng thơng số học thép C45 Hình 3.4- Cấu tạo số thơng số ổ bi đỡ dãy Hình 3.5- Kích thước thơng số làm việc ổ bi d=30mm theo hãng SKF Hình 3.6- Kí hiệu kích thước Gối đỡ mã UCF206 Hình 3.7- Thơng số Gối đỡ mã UCF206 Hình 4.1- Một số loại rơ le thông dụng Hình 4.2- Bợ điều khiển PLC Hình 4.3- Vi điều khiển ATMEGA Hình 4.4- Kit Arduino Nano với vi điều khiển ATEMEGA328P Hình 4.5- Sơ đồ chân Arduino Nano Hình 4.6- Xy lanh mini 12V 50mm Hình 4.7- Màn hình LCD 1602 xanh Hình 4.8- Mơ hình 3D máy lột vỏ lụa hạt sen Hình 4.9- vẽ 3D 2D lồng chứa hạt Hình 4.10- Đĩa quay Hình 4.11- Máng dẫn hạt máng dẫn vỏ loại Hình 4.12- Nhơm định hình Hình 4.13- Máng dẫn vỏ hạt thải loại Hình 4.14- Phần mềm thiết kế mạch Altium Hình 4.15- Sơ đồ mạch ngun lí mạch điều khiển Hình 4.16- Mạch 2D PCB Hình 4.17- Mạch 3D PCB Hình 4.18- Phần mềm Arduino IDE Hình 4.19- Mơ hình mạch cầu H Hình 4.20- Động quay thuận Hình 4.21- Động quay nghịch Hình 4.22- Mạch cầu H với mosfet Hình 4.23- Lưu đồ thuật toán máy lột vỏ lụa hạt sen LỜI MỞ ĐẦU Nước Vệt Nam nước phát triển có kinh tế chủ yếu nông nghiệp lạc hậu, sản lượng nông nghiệp cịn chưa tương xứng với tiềm lực có, tự động hóa có áp dụng cịn chưa phổ biến cịn trình độ tương đối thấp so với nước phát triển, chưa phát huy hết mạnh Các sản phẩm làm cịn chưa nhiều, chất lượng chưa cao, đáp ứng phần nhỏ nhu cầu xuất nước khu vực khắp giới Vì vậy, vấn đề cấp thiết đặt ngành nơng nghiệp áp dụng tự động hóa sản xuất Ngày nay, hầu hết máy móc phải nhập từ nước ngồi giá thành cịn cao nên thời gian thu hồi vốn bỏ người sở hữu máy lâu Nền nông nghiệp nước ta lạc hậu chủ yếu sử dụng sức lao động người ta chính, suất bị giảm thấp, hiệu kinh tế cịn chưa cao Chính lẽ đó, để sánh vai với cường quốc năm châu nước ta phải đẩy mạnh cơng cơng nghệ hóa, đại hóa giới hóa nông nghiệp thay dần sức lao động máy móc, tắt đón đầu, tiếp thu, chuyển giao cơng nghệ,… Với phát triển không ngừng ngành công nghiệp, phát triển khoa học kĩ thuật, áp dụng thành tựu khoa học kĩ thuật vào nông nghiệp để sản xuất gia tăng suất Chúng ta sản xuất nhiều loại máy móc phụ vụ nơng nghiệp máy gặt dập liên hợp, sấy nông sản, máy xay xát lúa, cà phê, máy gieo hạt lương thực,…đã dạt hiệu cao Trong ngành nông nghiệp trồng trọt, đặc biệt sen việc bóc tươi hay vỏ lụa hạt cần lượng lớn công nhân lao động, ngày khu công nghiệp khơng ngừng hình thành phát triển thu hút lượng lớn công nhân vùng nông thôn làm thiết hụt nhân cơng lao động Với khó khăn đó, việc đầu tư máy móc thay lao động chân tay cần thiết Với máy móc nhập giá thành vô đắt đỏ, vượt qua khả đầu tư hộ nông dân nhỏ lẻ kinh tế eo hẹp Trước thực trạng đó, thầy trị Bộ mơn Cơ Điện Tử, Viện Cơ Khí, Trường Đại học … băn khoăn trăn trở, nghiên cứu chế tạo “Máy bóc vỏ lụa hạt sen” “Máy bóc vỏ lụa hạt sen” thiết kế dựa kiến thức khí, kiến thức Cơ điện tử mà chúng em học trưởng với kiến thức tìm kiếm mạng quan trọng giúp đỡ thấy……Đề tài đồ án tốt nghiệp chia thành phần chính: Tìm hiểu chung nêu phương án thiết kế phần tính tốn, thiết kế hệ thống khí “Máy bóc vỏ lụa hạt sen” chế tạo đưa vào sản xuất thực tế với tính khơng thua máy nhập ngoại, giá thành thấp thấp nhiều nằm khả đầu tư người nông dân giải phần lớn khó khăn kinh tế đem lại suất tốt, sản lượng nhiều, hiệu kinh tế cao Do kiến thức thời gian làm đề tài có giới hạn, chúng em mong có chia sẻ, đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để phát huy thêm cho đề tài “Máy bóc vỏ lụa hạt sen” LỜI CAM ĐOAN Em: … xin cam đoan: - Đồ án tốt nghiệp thành từ nghiên cứu hoàn toàn thực tế sở số liệu thực tế thực theo hướng dẫn giáo viên hướng dẫn - Đồ án tốt nghiệp hoàn tồn mới, thành nhóm em - Mọi tài liệu tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn nguồn mục tài liệu tham khảo - Mọi chép không hợp lệ, vi phạm liêm học thuật em xin hồn tồn chịu trách nhiệm Sinh viên thực {Chữ ký, họ tên sinh viên} CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HẠT SEN 1.1 Cây sen 1.1.1 Lịch sử nguồn gốc Sen có nguồn gốc Châu Á, xuất phát từ Ấn Độ (Makino, 1979), sau lan qua Trung Quốc,Việt Nam vùng Đông Bắc Úc Châu Sen loại thuỷ sinh tiêu thụ mạnh khắp Châu Á Lá, bông, hạt, củ phận ăn Riêng sen sử dụng nhiều lễ hội nước Châu Á Tuy nhiên, củ hạt sen lại có thị trường lớn so với phận khác sen Sen biểu tượng thịnh vượng, thiêng liêng nhiều văn hoá nước Châu Á Hàng ngàn năm trước, bơng sen biểu tượng nhiều tôn giáo Châu Á Đạo phật xem sen biểu tượng cao tinh khiết, hoà bình, từ bi vĩnh (William, 1998) Sen trồng giữ vai trò quan trọng số tỉnh Việt Nam Sen trồng nhiều Đồng Tháp Mười So sánh hiệu kinh tế sen với trồng khác lúa, bắp, đậu nành, sen tăng khoảng lần so với lúa Hiện sản phẩm sen như: hạt sen bóc vỏ lụa, loại bỏ tim sen đông lạnh xuất sang Đài Loan chủ lực chế biến sản phẩm sen; chế biến hước hạt sen đóng chai; chế biến hạt sen đóng hộp; chế biến sản phẩm ăn liền từ hạt sen sen luộc, sấy… Sen có tên khoa học: Nelumbo Nucifera Là lồi thực vật thuỷ sinh thân thảo sống lâu năm thuộc chi sen Trong thời kỳ cổ đại loại mọc phổ biến dọc theo bờ sông Nin Ai Cập với lồi hoa súng có quan hệ họ hàng gần gũi có tên gọi dài dịng hoa sen xanh linh thiêng sơng Nin (Nymphaea caerulea); hoa, đài hoa hai họa lại rộng rãi kiểu kiến trúc nơi cần hình ảnh linh thiêng Người Ai Cập cổ đại sùng kính hoa sen sử dụng nghi thức tế lễ Từ Ai Cập đem đến Assyria sau trồng rộng rãi khắp vùng Ba Tư, Ấn Độ Trung Quốc Nó lồi địa khu vực Đơng Dương, có nghi vấn điều Năm 1787, lần đưa tới Tây Âu loài hoa súng bảo trợ Joseph Banks thấy vườn thực vật mà có cung cấp nhiệt Ngày tuyệt chủng châu Phi lại phát triển mạnh miền nam châu Á Australia Hình 1.1- Cây sen 1.1.2 Đặc điểm Sen lồi thực vật thủy sinh, rể, thân, nằm dƣới mặt nước, có phiến nằm mặt nước hoa vươn khỏi mặt nước - Thân: Thân sen thân ngầm dạng củ mọc bùn, cịn gọi củ sen Củ có hình thn dài, thịt củ màu trắng, ăn được, có nhiều ngăn trống xếp theo vòng đồng tâm với trục củ - Rể: Rể mọc từ củ sen từ đốt rể, có nhiều nhánh mọc lan tỏa bùn - Lá: Gồm có hình trụ mọc từ thân ngầm, có nhiều gai, nằm nước Phiến to hình trịn đường kính 30-60 cm, góc lõm, mọc vươn khỏi mặt nước - Hoa: Hoa thường mọc thân to nhơ cao vài mươi cm phía mặt nước Có nhiều giống sen trồng, với màu hoa dao động từ màu trắng tuyết tới màu vàng hay hồng nhạt - Quả: Là gương sen xốp, có 10-20 hạt đính thịt quả, nhơ khỏi mặt nước - Hạt: Hình thn ngắn, kích thước 10x 15 cm Thân rễ sen hồng mọc lớp bùn ao hay sơng, hồ cịn mặt nước Các thân già có nhiều gai nhỏ Hoa thường mọc thân to nhơ cao vài cm phía mặt nước Thơng thường sen cao tới 1,5 m phát triển thân rễ bò theo chiều ngang tới m, vài nguồn chưa kiểm chứng cho biết cao tới m Lá to với đường kính tới 60 cm, bơng hoa to có đường kính tới 20 cm Có nhiều giống sen trồng, với màu hoa dao động từ màu trắng tuyết tới màu vàng hay hồng nhạt Nó chịu rét tới khu vực theo phân loại USDA Lồi trồng hạt hay thân rễ 1.2 Hạt sen 1.2.1 Giới thiệu Bông sen không xa lạ với người dân nước ta, từ xưa đến loại hoa cao “gần bùn mà chẳng hôi mùi bùn” gắn liền với người dân Hiếm có loại hoa mà từ gốc đến rễ, thân, lá, hoa… sử dụng sen Hoa sen dâng Phật; sen làm cơm hấp hay rửa sạch, thái vụn, sắc kỹ lấy cốt nấu cháo với gạo đậu xanh; ngó sen ăn uống, hầm gà, làm nộm; hương sen ướp chè… Nhưng có lẽ quý hạt sen 10 Hình 4.13- Máng dẫn vỏ hạt thải loại Là phần dẫn vỏ hạt sau ma sát khỏi bề mặt hạt sen, máng dẫn có cửa vào cửa để vỏ lụa 4.4.2 Thiết kế phần điện Sơ đồ mạch thiết kế Altium: Altium Designer trước có tên gọi Protel DXP, công cụ vẽ mạch điện tử mạnh Được phát triển hãng Altium Limited Altium Designer phần mềm chuyên ngành sử dụng thiết kế điện tử Nó phần mềm mạnh với nhiều tính thú vị, nhiên phần mềm biết đến so với phần mềm chức khác ORCAD hay PROTEUS Hình 4.14- Phần mềm thiết kế mạch Altium 59 Altium Designer có số đặc trưng sau:  Giao diện thiết kế, quản lí chỉnh sửa thân thiện, dêc dàng biên dịch, quản lí file, quản lí phiên tài liệu thiết kế  Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật tốn tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ cho việc tìm giải pháp thiết kế chỉnh sửa mạch, linh kiện có sẵn trước theo tham số  Mở, xem in file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ thông tin linh kiện, liệu vẽ, kích thước số lượng  Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số tương tự  Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB  Mơ mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh ,mạch điện trung thực không gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện , cấu hình 2D 3D  Hỗ trợ thiết kế PCB sang FFGA ngược lại 60 Hình 4.15- Sơ đồ mạch ngun lí mạch điều khiển Hình 4.16- Mạch 2D PCB 61 Hình 4.17- Mạch 3D PCB 4.4.3- Lập trình  Phần mềm Arduino IDE Hình 4.18- Phần mềm Arduino IDE Arduino IDE phần mềm sử dụng rộng rãi phổ biến giúp ta lập trình cho dịng sản phẩm Arduino Arduino Uno, Arduino Mega, Nano, Lập trình Arduino IDE cách tiếp cận đơn giản cho người đam mê điện tử muốn tạo sản phẩm nhúng ấn tượng mà không cần nhiều kiến thức chuyên sâu điện tử 62 Chương trình Arduino viết C C++.Arduino IDE kèm với thư viện phần mềm gọi “wiring” từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu vào/ đầu phổ biến trở nên dễ dàng nhiều Nguyên lý hoạt động mạch cầu H sơ đồ nguyên lí xây dựng: Driver: Mơ đun điều khiển động tích hợp mạch cầu H Hình 4.19- Mơ hình mạch cầu H Một động DC quay thuận quay nghịch tùy thuộc vào cách bạn mắc cực âm dương cho motor Ví dụ, động DC có hai đầu A B Nếu bạn nối A vào cực dương (+) B vào cực âm (-) nguồn động quay theo chiều thuận (giả sử chiều kim đồng hồ) Bây bạn nối ngược lại, A vào (-) B vào (+), động quay nghịch ( giả sử ngược chiều kim đồng hồ) Tương tự, ta đóng S1 S4, ta cho A nối với cực dương (+) B nối với cực âm (-) nguồn, dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động qua S4 mass làm động quay theo chiều thuận (H4.19) 63 Hình 4.20- Động quay thuận Ngược lại, ta đóng S2 S3, động quay nghịch Hình 4.21- Động quay nghịch Hình 4.22- Mạch cầu H với mosfet 64 Mosfet có điện áp thay đổi, nên cần mạch ổn định điện áp ( mạch bootstrap) chân kích mosfet Ta dùng IC lái IR2103 để điểu khiển đóng mở mosfet Cần lưu ý ngõ vào Hin Lin IC IR2103 Khi ngõ vào mức cao ngõ HO mức cao, ngõ vào mức thấp LO mức cao Khi ngõ vào khác mức điện áp ngõ HO,LO mức thấp Điều giúp dễ dàng điều khiển lúc mosfet hai IC IR2103 trách trường hợp ngắn mạch Mạch điều khiển sử dung nguồn 5V cách ly opto quang PC817 Ta lưu ý cách mắc xung PWM vào opto U3 U4 ngược nhau, qua opto ta hai xung PWM ngược pha Mạch lái sử dụng nguồn 15V, mạch công suất sử dụng điện áp cao tùy thuốc vào điện áp mặc định cảu động Mạch cầu H sử dụng mosfet kênh N, tốc độ phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Tốc dộ động đạt lớn lúc độ rộng xung 100%, động đảo chiều mốc độ rộng xung 50% Hình 4.23- Lưu đồ thuật tốn máy lột vỏ lụa hạt sen Lưu đồ thuật toán H4.23 hoạt động mô tả nêu phần 4.4.1 65 LỜI KẾT Trên báo cáo đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy lột vỏ lụa hạt sen chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày phát triển với cạnh tranh không ngừng từ nước giới Đòi hỏi suất chất lượng phải cải thiện nhờ dây chuyền máy móc đại thay lao động thủ công người Như đồ án tốt nghiệp chúng em tìm hiểu cách xây dựng mơ hình máy lột vỏ lụa hạt sen, từ tính tốn thiết kế hệ thống khí đến lập trình điều khiển hoạt động Cơng việc hồn thành bao gồm: - Tổng quan hạt sen phương pháp lột vỏ lụa nay; - Xây dựng kết cấu 2D máy lột vỏ lụa hạt sen phần mềm AutoCad - Dựng mô hình 3D Solidworks - Tính tốn thơng số khí - Tìm hiểu ngun lí hoạt động vận dụng số linh kiện điện tử - Xây dựng sơ đồ khối sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển - Lập trình điều khiển máy lột vỏ lụa tự hoạt động Qua đề tài em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường Đại học … thời gian qua vào với thực tế sống với công nghiệp Không qua đồ án chúng em học nhiều kĩ làm việc nhóm, giải vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo… có ích cho sau Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy … Cùng thầy môn Cơ Điện Tử giúp chúng em hoàn thành đề tài Do giới hạn thời gian kiến thức đồ án này, chúng em giải số vấn đề việc thiết kế máy lột vỏ lụa hạt sen sở lí thuyết Tuy nhiên, ngồi nhiều vấn đề cần phải giải khắc phục để trở thành sản phẩm hoàn thiện áp dụng tốt, phục vụ tốt 66 sống nói chung ngành nơng nghiệp nước nhà nói riêng chúng em vui mừng mong muốn quý thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo trình, giảng Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế dẫn động khí (tập 1, tập 2), Nhà xuất giáo dục, 2006 Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Nguyễn Văn Yến – Vũ Thị Hạnh, “Giáo trình sở thiết kế máy”, Nhà xuất xây dựng, Việt Nam Tôn Thất Minh, “Máy thiết bị chế biến lương thực”, Nhà xuất bách khoa, Việt Nam Hoàng Chương – Cao Văn Khải, “Kĩ thuật trồng sen”, Nhà xuất nông nghiệp, Việt Nam Nguyễn Tấn Tích, “Nghiên cứu, phát triển thiết kế máy tách vỏ hạt sen tươi” Trang cơng cụ 3D Grabcad Trương Đình Nhơn – Phạm Quang Huy, “Vi điều khiển ứng dụng, Hướng dẫn sử dụng Arduino”, Nhà xuất niên 68 PHỤ LỤC CODE MÁY LỘT VỎ LỤA HẠT SEN #include volatile int pwm, value; //Khai bao LCD #include const int rs = 19, en = 18, d4 = 17, d5 = 16, d6 = 15, d7 = 14; LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); //khai bao nut bam #define nut1 11 #define nut2 12 //Khai bao bien tro #define bientro A6 //Khai bao dong co #define motor volatile int check = 1; //Khai bao xi lanh #define thuan #define nghich //millis 69 volatile unsigned long time1 = 0; volatile unsigned long time2 = 0; void setup() { cli(); // tắt ngắt toàn cục //Reset timer counter TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TIMSK1 = 0; //Set Timer/Counter1 TCCR1B | (1