(Đồ án hcmute) thiết kế và chế tạo mô hình máy lấy tim sen tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH LẤY TIM SEN TỰ ĐỘNG GVHD: ThS PHAN THANH VŨ SVTH: TRẦN HOÀI THƯƠNG HOÀNG GIA THIÊN PHAN NGUYỄN TUẤN CƯỜNG S K L0 7 Tp Hồ Chí Minh, 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY LẤY TIM SEN TỰ ĐỘNG GVHD: Th.S PHAN THANH VŨ SVTH TRẦN HOÀI THƯƠNG MSSV: 18143330 HOÀNG GIA THIÊN MSSV: 18143322 PHAN NGUYỄN TUẤN CƯỜNG MSSV: 18143203 KHĨA: 2018-2022 NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng năm 2023 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án “Thiết kế chế tạo mô hình máy lấy tim sen tự động” cho hạt sen tách vỏ, nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy bạn bè Vì nên chúng tơi: Xin gửi lời cảm ơn thầy Th.s Phan Thanh Vũ hết lòng giúp đỡ hướng dẫn tận tình cho chúng tơi kiến thức thực tế quan trọng dẫn hướng cho trình thực đồ án tốt nghiệp Đồng thời cung cấp cho tài liệu cần thiết liên quan đến đề tài Thầy dành thời gian q báu để hướng dẫn Chúng không quên cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho kiến thức tảng thời gian qua để chúng tơi có kiến thức quan trọng, vững cho lập luận đồ án tốt nghiệp Cảm ơn gia đình có gắng nỗ lực giúp đỡ động viên suốt quãng thời gian năm học tập Cảm ơn tất Anh/Chị/Bạn/Em đồng hành hỗ trợ thời gian học tập làm đồ án tốt nghiệp Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đồ án tốt nghiệp Phan Nguyễn Tuấn Cường Trần Hoài Thương Hồng Gia Thiên i TĨM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT Ở nước thuộc Đông Á Đông Nam Á, sen biết đến loại dược liệu Y Học Cổ Truyền có giá trị khơng thể thiếu chế biến ăn Hạt sen chứng minh tốt cho sức khỏe, giúp nâng cao cải thiện thể Bằng cơng dụng hữu ích này, hạt sen sử dụng nhiều ẩm thực thuốc Hạt sen có cấu tạo gồm vỏ hạt, hạt tim, tim sen có vị đắng thường sử dụng để làm trà Chúng chữa loại bệnh suy nhược thể, suy nhược thần kinh, ngủ, ăn kém, tâm phiền bệnh ăn uống khó tiêu Với cơng dụng hữu ích này, nhu cầu sử dụng hạt tim sen ngày lớn Trong hầu hết kỹ thuật lấy tim sen tay, địi hỏi lượng nhân cơng lớn, chi phí cao đặc biêt suất thấp Vì lý nên nhóm định thiết kế chế tạo mơ hình máy lấy tim sen tự động Lấy tim sen cơng việc địi hỏi tỉ mỉ cẩn trọng cao, nên việc tính tốn thiết kế phải xác Nội dung cụ thể đồ án bao gồm: Phân tích lựa chọn phương án thiết kế, tính tốn băng tải chọn động băng tải, tính tốn băng tải xích lăn, tính tốn trục đĩa xích chọn động cơ, tính tốn ổ lăn khớp nối, tính tốn cấu tự định tâm, thiết kế mạch điện điều khiển, chế tạo thực nghiệm ii ABSTRACT In the countries of East Asia and Southeast Asia, lotus is known as a valuable and indispensable traditional medicine when preparing dishes Lotus seeds are proven to be very good for health, helping to enhance and improve the body With these useful uses, lotus seeds are used a lot in cuisine and medicine Lotus seeds are composed of seed shell, seeds and heart, lotus seeds are used in cuisine, lotus hearts have a bitter taste and are often used to make tea They can cure diseases such as physical weakness, neurasthenia, insomnia, poor appetite, mental problems and indigestion With these extremely useful uses, the demand for lotus seeds and hearts is increasing Meanwhile, most of the current techniques for taking lotus hearts are manual, requiring a large amount of labor, high costs and especially low productivity For these reasons, the team decided to design and build an automatic lotus heart machine Taking lotus heart is a job that requires a high degree of meticulousness and care, so the design calculation must be very accurate Specific contents of the project include: Analysis and selection of design options, conveyor calculation and selection of conveyor motor, calculation of roller chain conveyor, calculation of sprocket shaft and motor selection, calculation of bearings and couplings, calculation of self-centering mechanism, design of control circuit, fabrication and experiment iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ x CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tác động xung quanh Mục tiêu nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu 3.1 Khách thể nghiên cứu 3.2 Đối tượng nghiên cứu Giả thiết nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc báo cáo CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MÁY LẤY TIM SEN 1.1 Giới thiệu hạt sen, tim sen 1.2 Nguyên lý lấy tim sen thủ công 1.3 Nguyên lý lấy tim sen máy CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu kĩ thuật 2.2 Nguyên lý chung máy 2.3 Phương án thiết kế cấu truyền động 10 2.3.1 Phương án 1: Cơ cấu Malte 10 2.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 10 2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động cấu Malte 12 2.3.1.3 Ưu điểm: 12 2.3.1.4 Nhược điểm: 12 2.3.2 Phương án 2: Dùng động bước 12 iv 2.3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 12 2.3.2.2 Ưu điểm 14 2.3.2.3 Nhược điểm 14 2.4 Phương án thiết kế cấu lấy tim sen 14 2.4.1 Dùng cấu tự định tâm kết hợp với motor khoan 14 2.4.2 Dùng cấu tự định tâm kết hợp với xy lanh có đầu kim thổi khí 16 2.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 16 2.4.1.1 Nguyên lý hoạt động 16 2.4.1.2 Ưu điểm 16 2.4.1.3 Nhược điểm 17 2.5 Chọn phương án thiết kế 17 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG XÍCH - BĂNG TẢI 19 3.1 Tính tốn xích 19 3.2 Tính tốn trục truyền xích 24 3.2.1 Chọn vật liệu: 24 3.2.2 Tính tốn thiết kế trục: 24 3.3 Chọn ổ lăn – khớp nối cho trục đĩa xích 38 3.3.1 Chọn gối đỡ 38 3.3.2 Chọn khớp nối trục 39 3.3.3 Chọn động cho trục đĩa xích 40 3.4 Tính tốn băng tải 41 3.5 Chọn gối đỡ – khớp nối cho trục băng tải 51 3.5.1 Chọn gối đỡ cho trục băng tải 51 3.5.2 Chọn khớp nối trục băng tải 51 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN CÁC BỘ PHẬN KHÁC 54 4.1 Cơ cấu tự định tâm 54 4.1.1 Nguyên tắc lấy tim sen 54 4.1.2 Thiết kế cấu tự định tâm hạt sen 54 4.1.2.1 Cơ chế tự định tâm 54 4.1.2.2 Nguyên lý hoạt động cấu tự định tâm 56 4.1.2.3 Tính tốn kích thước cấu 56 4.2 Thiết kế hệ thống cấp hạt 61 4.3 Tính toán thiết kế khung máy 62 v CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 63 5.1 Yêu cầu thiết kế 63 5.2 Chọn thiết bị điện 63 5.3 Mạch điều khiển 69 5.3.1 Mạch điều khiển role 69 5.3.2 Sơ đồ điều khiển mạch điện Board lập trình PLC Mitsubishi FX3U14MT-6AD-2DA (8 In / Out Transistor) 73 5.4 Sơ đồ đấu nối dây FX3U-14MT-6AD-2DA 75 CHƯƠNG VI: CHẾ TẠO - THỬ NGHIỆM 76 6.1 Các thành phần máy 76 6.2 Chế tạo 76 6.2.1 Chế tạo truyền xích 77 6.2.1.1 Chức 77 6.2.1.2 Yêu cầu chế tạo 77 6.2.2 Chế tạo phễu 77 6.2.2.1 Chức 78 6.2.2.2 Yêu cầu chế tạo 78 6.2.3 Chế tạo băng tải 79 6.2.3.1 Chức 79 6.2.3.2 Yêu cầu chế tạo 79 6.2.4 Chế tạo cấu tự định tâm 80 6.2.4.1 Chức 80 6.2.4.2 Yêu cầu chế tạo 80 6.2.5 Chế tạo khung máy 80 6.2.5.1 Chức 81 6.2.5.2 Yêu cầu chế tạo 81 6.2.6 Quá trình làm tủ điện 82 6.2.7 Kết chế tạo mơ hình máy lấy tim sen tự động 83 6.3 Khảo nghiệm chạy máy lấy tim sen tự động 84 6.3.1 Mục đích 84 6.3.2 Bố trí thí nghiệm 84 6.4 Thực nghiệm máy lấy tim sen tự động 84 6.4.1 Mục tiêu thực nghiệm máy 84 6.4.2 Tiến hành thực nghiệm 85 vi 6.4.3 Hình ảnh thực nghiệm: 85 6.4.4 Nhận xét trình thực nghiệm 86 6.4.5 Vấn đề an toàn hướng dẫn sử dụng máy 87 6.4.6 Hướng dẫn sử dụng máy 87 CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 7.1 KẾT LUẬN 88 7.2 KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 vii CHƯƠNG VI: CHẾ TẠO - THỬ NGHIỆM 6.1 Các thành phần máy Hình 6.1: Tổng quan máy Khung máy Bộ truyền xích Hệ thống cấp phôi – phễu Cơ cấu băng tải Cơ cấu tự định tâm Tủ điện 6.2 Chế tạo Với mơ hình máy móc mà muốn hoàn thiện từ thiết kế phần mềm hỗ trợ Solidworks sản phẩm cần phải trải qua cơng đoạn khác Để hồn thành sản phẩm hồn chỉnh, nhóm chúng tơi áp dụng phương pháp gia công – 76 chế tạo học suốt năm đại học qua kinh nghiệm thực tập tốt nghiệp vốn có Đó phương pháp: Tiện, Phay, Hàn, Khoan, Cắt Laser… 6.2.1 Chế tạo truyền xích Hình 6.2: Bộ truyền xích thực tế 6.2.1.1 Chức Bộ truyền xích gồm dãy xích song song bên liên kết với lăn tạo thành truyền xích có tác dụng vận chuyển hạt sen đến cấu khác 6.2.1.2 Yêu cầu chế tạo Được chế tạo theo thông số kĩ thuật thiết kế Tháo lắp dễ dàng Đảm bảo hoạt động hiệu 6.2.2 Chế tạo phễu 77 Hình 6.3: Phễu thực tế 6.2.2.1 Chức Chứa cấp phôi cấu hoạt động 6.2.2.2 Yêu cầu chế tạo Được thiết kế theo thông số kĩ thuật tính tốn Có khả cấp phơi đặn xác cho truyền xích, hoạt động ổn định hiệu Tháo lắp dễ dàng 78 6.2.3 Chế tạo băng tải Hình 6.4: Cơ cấu băng tải thực tế 6.2.3.1 Chức Khi hoạt động băng tải ma sát với lăn truyền xích làm lăn quay quanh chốt xích giúp định hướng hạt sen 6.2.3.2 Yêu cầu chế tạo Được chế tạo theo thông số kĩ thuật thiết kế Băng tải có độ căng hợp lý tháo lắp dễ dàng Đảm bảo hoạt động hiệu 79 6.2.4 Chế tạo cấu tự định tâm Hình 6.5: Cơ cấu tự định tâm thực tế 6.2.4.1 Chức Lấy tim sen cách xác 6.2.4.2 Yêu cầu chế tạo Được chế tạo theo thông số kĩ thuật thiết kế Bộ định tâm hoạt động ổn định, xác Có độ bền cao tháo lắp dễ dàng 6.2.5 Chế tạo khung máy 80 Hình 6.6: Khung máy thực tế 6.2.5.1 Chức Khung máy có vai trò định vị, nâng đỡ phận chi tiết như: băng tải, cấu tự định tâm, truyền xích, phễu, hệ thống dây điện, ống khí,… 6.2.5.2 Yêu cầu chế tạo Khung máy chế tạo theo thơng số kỹ thuật thiết kế Có độ cứng vững độ bền cao, chịu tải trọng băng tải, truyền xích, cấu tự định tâm,… Các mối hàn khung phải gắn kết với nhau, khép kín tuyệt đối 81 Hình 6.7: Q trình làm khung máy 6.2.6 Quá trình làm tủ điện Bất kể máy móc khí nào, sau hồn thành phần khí muốn hoạt động cần phải có hệ thống điện Dưới hệ thống điện mơ 82 Hình 6.8: Tủ điện thực tế 6.2.7 Kết chế tạo mơ hình máy lấy tim sen tự động Hình 6.9: Mơ hình máy lấy tim sen tự động 83 Bảng 6.1: Thông số kĩ thuật máy lấy tim sen tự động 6.3 6.3.1 STT Kích thước Thơng số Chiều dài (mm) 720 Chiều rộng (mm) 360 Chiều cao(mm) 860 Đường kính hạt sen (mm) 9-16 Năng suất máy (kg/h) 25kg/h Loại hạt sen Hạt sen tươi bóc vỏ Khảo nghiệm chạy máy lấy tim sen tự động Mục đích Kiểm tra khả làm việc thiết bị Xem xét độ rung động thiết bị Kiểm tra độ an toàn thiết bị 6.3.2 Bố trí thí nghiệm Xem xét kết cấu máy hoạt động Đưa máy vào vị trí thí nghiệm, kiểm tra an toàn hệ thống ổ cắm điện Cấp khí cho xy lanh Cấp nguồn điện cho băng tải hoạt động Cấp hạt sen để máy hoạt động 6.4 6.4.1 Thực nghiệm máy lấy tim sen tự động Mục tiêu thực nghiệm máy Kiểm tra chất lượng hạt sen sau lấy tim sen: Hạt sen có bị trầy, hỏng ma sát hay khơng? Có lấy tim sen hay không? Kiểm tra độ ổn định máy: Trong trình hoạt động máy có hoạt động trơn tru nhẹ nhàng khơng? Kiểm tra tốc độ quay động cơ, kiểm tra tính ổn định động bước động băng tải, kiểm tra độ cứng vững khung máy Kiểm tra cấu tự định tâm truyền xích có hoạt động ổn định khơng? 84 Kiểm tra hệ thống điện máy: Có an tồn khơng? Có bị rị rỉ điện khơng? Hệ thống điện có ổn định khơng? Phễu cấp phơi có hoạt động ổn định? Phơi có cấp cho truyền xích hay khơng? 6.4.2 Tiến hành thực nghiệm Quy trình thực nghiệm máy: Bước 1: Chuẩn bị hạt sen tươi tách vỏ Bước 2: Cho hạt sen chuẩn bị vào phễu Bước 3: Cấp khí cho van khí nén Bước 4: Bật nguồn điện – Bật CB Bước 5: Nhấn nút Start để khởi động máy Bước 6: Lấy sản phẩm tiến hành đánh giá hạt sen sau lấy tim sen Quá trình thực nghiệm: Tiến hành điều chỉnh cấu tự định tâm cho phù hợp với nhịp chuyển động truyền xích Tiến hành kiểm tra hoạt động băng tải Kiểm tra độ bền phận cho máy chạy 15 phút 6.4.3 Hình ảnh thực nghiệm: 85 Hình 6.10: Sản phẩm Sau trình thực nghiệm 200 hạt sen với chu kỳ 2s, thu kết quả: Hạt sen lấy tim sen: 70% Hạt sen lấy không hết tim sen: 25% Hạt sen bị vỡ sau lấy tim sen: 10% Hạt sen chưa lấy tim sen ( hạt bị rơi 5% ngồi truyền xích ) Kết luận: Từ số liệu so với tỷ lệ đục lõi đề lúc đầu >90% kết thu không với mong đợi ( tỷ lệ 70%) Nguyên nhân dẫn đến việc tỷ lệ đục lõi không đạt yêu cầu do: Điều kiện gia cơng lắp ráp cịn hạn chế dẫn đến sai lệch lúc lắp ráp 6.4.4 Nhận xét trình thực nghiệm Quá trình thiết kế, chế tạo thực nghiệm cịn gặp nhiều khó khăn khâu gia công cấu tự định tâm truyền xích Thiết kế chế tạo cần đảm bảo tính thống với Việc tìm mua số thiết bị có sẵn cịn hạn chế (động cơ,…) Giá thành số cho tiết cao gây tốn Hệ thống hoạt động máy chưa ổn định, nhiều trục trặc Đưa giải pháp giải cải thiện sau thực nghiệm: 86 Các chi tiết nối đỡ xy lanh cấu định tâm sử dụng phương pháp gia công cắt laser nên độ xác số chi tiết chưa đạt yêu cầu dung sai Để khắc phục, nhóm đề xuất gia cơng chi tiết cấu tự định tâm máy có độ xác cao như: máy phay NC, CNC Cụ thể gia công lỗ nối đỡ xy lanh máy phay NC, CNC; biên dạng ngồi nối đỡ khơng u cầu cao độ xác nên sử dụng phương pháp cắt laser Cải thiện phễu tốt để cấp hạt sen ổn định trình cấp hạt sen khơng bị ngắt quảng, kẹt, … Vì lấy tim sen khơng chiều dẫn đến khó lấy tim sen.Nhóm đề xuất sử dụng thêm cảm biến màu để nhận diện đầu hạt sen cần lấy tim sen từ giúp tăng tỷ lệ lấy tim sen 6.4.5 Vấn đề an toàn hướng dẫn sử dụng máy Vấn đề an tồn: Máy có truyền xích chuyển động, cấu tự định tâm có kim lấy tim sen sắc nhọn nên dễ gây thương tích Biện pháp an tồn: Thêm vỏ che chắn phận dễ gây thương tích tránh chạm vào máy hoạt động Thường xuyên bảo trì để máy hoạt động tốt 6.4.6 Hướng dẫn sử dụng máy Trước sử dụng máy phải kiểm tra dầu cho ổ lăn gối đỡ, kiểm tra lại hai động băng tải, cấu tự định tâm truyền xích Sau làm việc phải lau chùi, dọn dẹp để tránh tình trạng bị gỉ sét phận Kiểm tra định kì, thay ổ lăn phát bị hư hỏng Tuân thủ hệ thống an toàn điện trước sử dụng 87 CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 KẾT LUẬN Qua học đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo mô hình máy lấy tim sen tự động” hồn thành nhiệm vụ sau: Tìm ngun lí lấy tim sen tự động Nghiên cứu đưa đề xuất thực Thiết kế phận thiết bị máy xuất vẽ phần mềm Solidwork 2019 AutoCad Mechanical 2021 Hồn thành thuyết minh tính toán kiểm nghiệm bền chi tiết quan trọng máy Gia cơng lắp ráp mơ hình máy lấy tim sen tự động theo yêu cầu vẽ Do điều kiện nguồn kinh phí hạn chế nên nhóm chưa thể tối ưu máy Thiết bị máy lấy tim sen tự động có khả năng: Có thể ứng dụng vào khâu dây chuyền để tạo sản phẩm 7.2 KIẾN NGHỊ Trong trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo hạn chế phần nhóm chúng tơi cịn thiếu kinh nghiệm cơng việc nghiên cứu, tính tốn Vì vậy, nhóm chúng tơi có số kiến nghị sau: Cải tiến lại cấu tự định tâm Cải tiến truyền xích để tăng giảm khoảng cách trục chiều dài xích dễ dàng Thiết kế thêm hệ thống rung phễu để cấp phôi dễ dàng Mong mơ hình máy lấy tim sen tự động nhóm chúng tơi nhiều cơng ty, xí nghiệp, xưởng sản xuất quan tâm, áp dụng vào dây chuyền sản xuất 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Món ăn thuốc từ hạt sen https://moh.gov.vn/tin-tong-hop/-/asset_publisher/k206Q9qkZOqn/content/mon-anthuoc-tu-hat-sen?inheritRedirect=false [2]: Công dụng tim (tâm) sen https://bvnguyentriphuong.com.vn/y-hoc-co-truyen/cong-dung-cua-tim-tam-sen [3]: Máy lấy tâm sen tự động http://www.thietbimaynongnghiep.vn/may-lay-tam-sen-tu-dong-p1415.html [4]: Máy lấy tâm sen tự động công dụng “thần dược” https://techmartvietnam.com.vn/may-lay-tam-sen-tu-dong.html [5]: Máy lấy tâm sen tự động SLAM http://www.vinacomm.vn/May-lay-tam-sen-tu-dong-SLAM-p87974.vnc [6]: Trịnh Chất & Lê Văn Uyển: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập 1) – Nhà xuất Giáo dục 2006 [7]: Trịnh Chất & Lê Văn Uyển: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập 2) – Nhà xuất Giáo dục 2006 [8]: Nguyễn Hồng Ngân & Nguyễn Danh Sơn: Kỹ thuật nâng chuyển (tập 2) – Nhà xuất Đại Học Quốc Gia 2004 [9]: Phạm Đức & Nghiêm Xn Lạc: Tính tốn máy nâng chuyển – Nhà xuất Hải Phòng 89