Thiết kế, chế tạo máy tách hạt macca tươi

GIỚI THIỆU

Đặt vấn đề

Cây macca, có nguồn gốc từ Australia, đặc biệt là Queensland và New South Wales, lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1857 và bắt đầu được trồng vào năm 1888 tại một trang trại ở Queensland Loại cây này nhanh chóng trở nên phổ biến và được trồng ở nhiều nơi trên thế giới, bao gồm Hawaii, Colombia, và cả Việt Nam.

Sau khi du nhập vào Việt Nam, hạt macca đã trở thành một sản phẩm được ưa chuộng tại Tây Nguyên nhờ vào điều kiện khí hậu lý tưởng Hạt macca không chỉ giàu dinh dưỡng mà còn có tính ứng dụng cao, được sử dụng trong nhiều sản phẩm như kem, dầu ăn, bánh đóng hộp và mỹ phẩm Việc trồng và chế biến hạt macca đã giúp người dân Tây Nguyên cải thiện thu nhập và phát triển kinh tế Các sản phẩm chế biến từ hạt macca có giá trị kinh tế cao hơn nhiều so với hạt chưa qua xử lý Tuy quy trình tách vỏ xanh hạt macca tươi là đơn giản do vỏ hữu cơ, nhưng hiện tại vẫn chủ yếu được thực hiện thủ công, dẫn đến năng suất thấp Đặc biệt, trong quá trình tách vỏ, cần đảm bảo hạt không bị nứt để phục vụ cho giai đoạn sấy Do đó, cải tiến quy trình tách vỏ xanh hạt macca là cần thiết để nâng cao năng suất sản phẩm.

Tính cấp thiết của đề tài

Nền nông nghiệp Việt Nam hiện nay cần phải chuyển mình từ sản xuất thủ công sang các phương pháp hiện đại, nhằm đáp ứng yêu cầu về sản lượng lớn, chất lượng cao và rút ngắn thời gian sản xuất Sự tối ưu hóa quy trình sản xuất và cắt giảm nhân công là điều cần thiết để tiết kiệm chi phí và nâng cao năng suất Trong những năm gần đây, nhiều nhà nông đã sáng chế ra các sản phẩm hỗ trợ nông nghiệp, góp phần đáp ứng nhu cầu này.

Nhằm nâng cao năng suất trong quy trình sản xuất hạt macca quy mô lớn và tiết kiệm sức lao động, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TÁCH HẠT MACCA TƯƠI” để không chỉ tăng năng suất mà còn gia tăng giá trị cho nền kinh tế quốc gia.

Nhóm sinh viên mong muốn áp dụng kiến thức đã học vào thực tiễn để chế tạo sản phẩm, góp phần nhỏ vào sự phát triển của nền nông nghiệp Việt Nam hiện nay.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

- Tạo điều kiện, tiền đề để vận dụng các kiến thức, kĩ năng vào trong cuộc sống

- Tạo ra các sản phẩm mới trong nước, góp phần công sức vào công cuộc “ Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa”

- Nâng cao giá trị hạt macca

- Đề tài được thực hiện nhằm mục đích tách vỏ hạt macca được thực hiện nhanh chóng, đạt năng suất, chất lượng để đáp ứng nhu cầu thị trường

- Đáp ứng nhu cầu cho cơ sở doanh nghiệp vừa và nhỏ

- Tiết kiệm nhân công, chi phí.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tìm hiểu các dòng máy tách hạt macca tươi có mặt trên thị trường hiện nay

Nghiên cứu đã phát triển một máy tách hạt macca tươi tự động với thiết kế nhỏ gọn, mang lại năng suất và chất lượng cao Sản phẩm không chỉ đảm bảo tính thẩm mỹ mà còn tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

- Tính toán động cơ, chọn thiết bị, tính toán trục, lực của rulo tác dụng

- Gia công chế tạo và láp ráp máy theo phương án thiết kế đưa ra và đảm bảo được năng suất làm việc

- Kiểm nghiệm thực tế để ghi nhận kết quả từ đó đưa ra đánh giá và cải thiện chất lượng

Từ những mục tiêu ở trên chúng em đã đề ra mục tiêu đánh giá mức độ hoàn thiện sản phẩm mô hình thực tế một cách khách quan nhất:

✓ Máy hoạt động ổn định, tách hạt macca tươi kích thước từ 30-35mm và đảm bảo chất lượng thành phẩm phẩm

✓ Đạt năng suất từ 800kg/giờ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Hạt macca tươi có kích thước từ 30-35mm

- Phương pháp tách hạt macca tươi

- Nguyên liệu đầu vào: Hạt macca tươi với kích thước từ 30-35mm

- Tìm hiểu các phương pháp tách vỏ macca có trên thị trường

- Thiết kế, chế tạo máy tách hạt macca tươi

- Máy tách hạt macca tươi có kích thước vừa với nhu càu sử dụng cho các xưởng vừa - nhỏ.

Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát các loại máy tách trên thị trường, hình thành ý tưởng thiết kế hình dáng sản phẩm cho phù hợp với nhu cầu hiện nay

Tài liệu tham khảo về tính toán và thiết kế máy là nguồn kiến thức quý giá, được tích lũy theo thời gian Những tài liệu này được thu thập từ sách, giáo trình và các nguồn thông tin trên Internet, giúp người đọc nắm bắt và áp dụng hiệu quả trong lĩnh vực này.

Sử dụng phần mềm Inventor 2022 để thiết kế sản phẩm, từ đó tiến hành các bước tiếp theo như chế tạo và gia công vật liệu

Để tiến hành gia công và chế tạo hiệu quả, cần tìm hiểu các thông số, đặc tính và nhu cầu thị trường, đặc biệt là từ phía người dân và doanh nghiệp.

Kết cấu của ĐATN

Đồ Án Tốt Nghiệp kết cấu gồn 6 chương, gồm:

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết

- Chương 4: Các phương án thực hiện

- Chương 5: Thiết kế và Tính toán

- Chương 6: Chế tạo và thực nghiệm

- Kết luận và kiến nghị

- Xác nhận của đơn vị ứng dụng

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Tìm hiểu về macca

Trong bối cảnh xã hội hiện đại, con người ngày càng chú trọng đến sức khỏe bản thân và gia đình, dẫn đến việc ưa chuộng các sản phẩm tự nhiên Hạt macca, với hình dáng tròn, vỏ xanh và lớp vỏ cứng màu nâu bao bọc nhân trắng ngà, nổi bật như một thực phẩm bổ dưỡng Hạt macca không chỉ ngon và giòn mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe người tiêu dùng.

Hạt macca tươi có hình tròn hoặc thuôn nhọn ở đáy, đường kính từ 22-35mm, trọng lượng từ 22-25g/hạt, có vỏ khoảng 4-5mm, hạt macca có màu xanh đặc trưng

Hạt macca khi chín có vỏ màu xanh đậm, bên trong chứa nhân màu nâu Quả hạch, hay còn gọi là quả cứng, có lớp vỏ dày từ 2-5mm Nhân hạt màu trắng sữa pha chút vàng, chiếm khoảng 1/3 trọng lượng quả, nổi bật với vị béo và hương thơm đặc trưng.

Giá trị dinh dưỡng

Giá trị dinh dưỡng cho mỗi 100g hạt macca:

Bảng 2 1: Giá trị dinh dưỡng của hạt macca

Thành phần khác Selemic 3,6 mcg

Hình 2 3: Nhân trắng hạt macca

Công dụng hạt macca đối với sức khỏe

Hạt macca là nguồn dinh dưỡng phong phú, chứa nhiều chất béo không bão hòa tốt cho tim mạch, chất đạm, vitamin E và các khoáng chất như magie, mangan, đồng và selen Vitamin E hoạt động như một chất chống oxy hóa mạnh, bảo vệ tế bào khỏi hư tổn, trong khi magie hỗ trợ nhiều chức năng thiết yếu của cơ thể Mangan góp phần vào sự phát triển của xương, thần kinh và hệ miễn dịch, trong khi đồng (Cu) là khoáng chất quan trọng cho việc sản xuất máu và duy trì hệ miễn dịch Cuối cùng, selen đóng vai trò thiết yếu trong chức năng của tuyến giáp và hệ miễn dịch.

Nói chung, hạt macca là một thực phẩm lành mạnh bổ dưỡng Chúng rất tốt cho sức khỏe không chỉ trẻ nhỏ, thanh thiếu niên mà cả người già.

Các thực phẩm làm từ hạt macca

Tiêu thụ hạt macca trên toàn cầu đang gia tăng nhanh chóng nhờ vào giá trị dinh dưỡng và lợi ích sức khỏe của chúng Hạt macca thường được tiêu thụ dưới dạng rang hoặc sấy khô Đồng thời, sự phát triển của ngành chế biến hạt macca đã dẫn đến việc tạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm và dinh dưỡng chất lượng cao, hiện diện rộng rãi trên các thị trường quốc tế.

Các sản phẩm tiêu biểu có thể được kể đến từ hạt macca :

• Bánh - Sữa dinh dưỡng từ hạt macca

Hình 2 5 : Bánh – sữa dinh dưỡng từ hạt macca

• Dầu thực phẩm - Ngũ cốc macca

Khảo sát nguyên liệu đầu vào

Sau khi thu hoạch hạt macca, cần phải sử dụng máy tách hạt tươi trong vòng 24 giờ để tránh tình trạng cứng vỏ, điều này sẽ giúp quá trình tách hạt diễn ra dễ dàng hơn.

Sau khi tách vỏ xanh hạt macca sẽ được đem sang quy trình sấy hạt

Hình 2 7: Hạt macca tươi đem đi sấy 2.5.2 Các thí nghiệm lấy số liệu

2.5.2.a Đo kích thước của từng hạt macca tươi

Hình 2 8: Hình ảnh đo khích thước hạt macca

Chúng tôi đã tiến hành lấy ngẫu nhiên 10 hạt macca tươi và sử dụng thước kẹp để đo kích thước trung bình của từng hạt Qua đó, chúng tôi thu thập được các số liệu cần thiết và tính toán kích thước cũng như thể tích trung bình của hạt macca tươi.

Bảng 2 2: Kết quả đo kích thước hạt macca tươi Đường kính(mm) Khối lượng(g)

Tình hình macca trên thế giới và ở Việt Nam

2.6.1 Thị trường macca trên thế giới

Tiêu thụ hạt macca trên toàn cầu đã gia tăng mạnh mẽ trong những năm gần đây, đặc biệt là ở các thị trường lớn như Bắc Mỹ và Châu Âu Hạt macca, với giá trị dinh dưỡng cao và lợi ích sức khỏe vượt trội, dự báo sẽ trở thành lựa chọn ưa chuộng tại các nước phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc và New Zealand.

Hạt macca ngày càng trở nên phổ biến trên thị trường quốc tế, với hàng chục sản phẩm giá trị cao được chế biến từ loại hạt này Chúng không chỉ được tiêu thụ trực tiếp sau khi rang và sấy khô, mà còn được sử dụng trong ngành thực phẩm như bánh, kẹo, kem, và làm nguyên liệu cho các đồ uống như sữa và nước giải khát.

Hình 2 9: So sánh sản lượng hạt macca và một số loại hạt trên thế giới

( Nguồn: INC International Nut & Dried Fruit, Global Statistical Review 2008-2013.) 2.6.2 Thị trường macca ở Việt Nam

Ngành công nghiệp thực phẩm đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến sự hình thành của ngành chế biến hỗ trợ Tại các quốc gia phát triển như Trung Quốc và Úc, quy trình tách vỏ hạt macca đã được tự động hóa hoàn toàn Dây chuyền chế biến hạt macca hiện nay gần như khép kín, bao gồm các bước tách vỏ cứng, phân loại và đóng gói.

- Về cơ sở chế biến: có tỉnh chỉ có 1-2 cơ sở chế biến, cơ sở chế biến được tập trung nhiều nhất ở Lâm Đồng, Tây Nguyên

Trang thiết bị công nghệ chế biến hạt mắc ca chủ yếu bao gồm máy tách vỏ xanh, máy sấy hút ẩm, máy sấy hạt và máy dập hạt Mặc dù nhiều doanh nghiệp sử dụng công nghệ đơn giản, một số công ty như TH True Milk đã đầu tư vào công nghệ hiện đại để sản xuất sữa mắc ca và các sản phẩm liên quan.

Nghiên cứu về tự động hóa quá trình tách hạt mắc ca trong nước vẫn còn hạn chế, nhưng đã xuất hiện một số máy tách vỏ mắc ca sản xuất trong nước, điển hình như máy tách vỏ mắc ca 3A750W và máy tách vỏ mắc ca tự động do sinh viên khoa Cơ khí Trường ĐH chế tạo.

Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM,…

Khảo sát thiết kế máy tách hạt macca tươi

2.7.1 Tách vỏ hạt bằng phương pháp thủ công

Nhu cầu tiêu thụ hạt macca tại Việt Nam đang gia tăng nhanh chóng, nhưng các cơ sở sản xuất trong nước chưa đáp ứng đủ Nguyên nhân chủ yếu là do nhiều bước sản xuất vẫn sử dụng phương pháp thủ công, dẫn đến năng suất thấp, đặc biệt trong việc tách hạt macca tươi Việc áp dụng máy tách vỏ xanh macca có thể tăng năng suất đáng kể, đồng thời tiết kiệm chi phí lao động và tối ưu hóa quy trình sản xuất Giải pháp này hứa hẹn sẽ thúc đẩy sự phát triển của thị trường hạt macca Việt Nam.

Hình 2 11: Sơ đồ tách hạt thủ công

Hình 2 12: Tách hạt macca tươi phương pháp thủ công 2.7.2 Tách hạt macca bằng máy

2.7.2.a Một số loại máy đánh tách hạt macca tươi hiện nay

Ngành chế biến hạt macca ở Việt Nam còn non trẻ và chưa được khai thác triệt để, dẫn đến việc chỉ có rất ít công ty sản xuất máy tách hạt macca một cách đại trà Thay vào đó, các xưởng cơ khí thường sản xuất máy theo đơn đặt hàng, tạo ra sự đa dạng trong các loại máy tách hạt tươi hiện nay.

- Máy tách hạt macca tươi có xuất xứ từ Việt Nam

Hình 2 13: Máy tách vỏ macca tươi Green Mech

Bảng 2 3: Thông số kỹ thuật máy Green Mech

Vật liệu Thép hộp và thép tấm CT3

- Máy có xuất xứ từ Việt Nam nên có giá thành tầm trung thích hợp cho sản xuất đại trà

- Máy có kích thước và trọng lượng không quá lớn thích hợp cho nơi làm việc nhỏ

- Máy tách hạt macca tươi 3A750W

Hình 2 14: Máy tách hạt macca 3A750W

Bảng 2 4: Thông số kỹ thuật máy 3A750W

Công suất – tốc độ động cơ 750W-1450vg/ph Điện thế 220v

- Kích thước máy gọn thích hợp không chiếm nhiều diện tích

- Máy sử dụng lò xo không cưỡng bức nên có thể tích hợp để tách nhiều loại, nhưng năng suất không cao

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ cấu tách vỏ hạt macca tươi

Xác định bài toán cần giải quyết

3.1.1 Phá vỡ vỏ macca xanh không dùng đến sức lực của con người mà năng suất hiệu quả hơn

Theo truyền thống, nông dân sử dụng búa để tạo ra ngoại lực nhằm phá vỡ vỏ macca Tương tự, để mở trái macca, cần có sự tác động của ngoại lực.

Nhóm nghiên cứu thấy lực tác động va đập và ma sát vừa phải nguyên lí xay xát chất rắn với số lượng lớn

Hình 3 1: Hệ thống máy cán

Theo nguyên lý chuyển động quay, khi quả rơi vào rulo, ma sát sẽ cuốn quả đi và rulo có các thanh cản va đập vào quả macca Tác động cơ học này tạo ra ứng suất, dẫn đến sự xuất hiện của các vết nứt và cuối cùng làm vỡ hạt ở những phần khác nhau.

Tác động cơ học là phương pháp hiệu quả để phá vỡ các hạt và giảm kích thước chúng, với nhiều loại máy móc khác nhau áp dụng các nguyên tắc xay xát.

Các loại cơ cấu điển hình:

- Sử dụng 2 bề mặt rắn: vật rắn được ép hoặc ma sát với 2 bề mặt rắn

- Sử dụng một bề mặt rắn duy nhất: chất rắn bị tác động lên một bề mặt rắn

- Vật rắn bị cắt - Lực cắt hoặc các đợt áp suất được sử dụng để phá vỡ các hạt

3.1.2 Quả macca kích thước không đồng đều, để xay xát liên tục kể cả mọi kích thước

Hình 3 2: Cơ cấu Rulo – Lò xo

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng tính chất của lò xo để điều chỉnh khe hở giữa rulo và máng co giãn, tùy thuộc vào kích thước khác nhau của hạt, nhằm tăng cường tính linh động cho cụm tách.

3.1.3 Xác định ngoại lực ngoại lực phá vở quả macca

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng định luật rơi tự do để xác định lực công phá cần thiết để vỡ vỏ quả macca Họ sử dụng các công thức tính toán trong vật lý đại cương để phân tích và tính toán hiệu quả.

- Công thức tính chiều cao

- Công thức tính vận tốc khi rơi

- Công thức tính lực va đập.

Cơ cấu truyền chuyển động cho sàn ( Cơ cấu tay quay – con trượt )

Cơ cấu tay quay con trượt bao gồm ba bộ phận chính: tay quay, thanh truyền và con trượt Tay quay là trục quay được dẫn động bởi puli, trong khi thanh truyền là liên kết tuyến tính kết nối tay quay với con trượt Con trượt là phần tử di chuyển qua lại dọc theo một đường thẳng.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Hình 3 3: Cơ cấu tay quay – con trượt

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Tổng quan về yêu cầu doanh nghiêp

Công Ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA chuyên sản xuất các sản phẩm cơ khí ứng dụng, phục vụ nhu cầu hỗ trợ kỹ thuật trong đời sống Chúng tôi tập trung vào nhóm khách hàng hộ gia đình và cơ sở sản xuất, tạo điều kiện cho khách hàng hợp tác và đóng góp vào việc xây dựng hệ thống máy móc hỗ trợ cho hoạt động kinh doanh và sản xuất.

Hình 4 1: Logo công ty CODIA

Nhóm nhận thấy tiềm năng lớn trong việc cơ giới hóa sản xuất nông nghiệp và đã liên hệ với các doanh nghiệp trong lĩnh vực này để phát triển ý tưởng Đầu năm 2023, với sự hỗ trợ của Công ty CODIA, nhóm đã triển khai dự án dây chuyền tách hạt macca, bao gồm ba khâu: tách hạt macca tươi, sấy macca và cưa vỏ nâu macca.

Sau thời gian làm việc với công ty, nhóm đảm nhận khâu “Thiết kế, chế tạo máy tách hạt macca tươi”

Vào đầu năm 2023, sau khi tiếp cận dự án, chúng tôi và công ty đã cùng nhau xác định nội dung cho một số câu hỏi liên quan đến dự án.

• Các nhu cầu về thực hiện chức năng: năng suất làm việc, kết quả mong muốn

• Nhu cầu có nhân tố của con người: khả năng vận hành máy

Chương 4: Phương án thiết kế

• Các nhu cầu liên quan đến điều kiện tự nhiên: thời tiết, nơi làm việc

• Nhu cầu liên quan đến độ tin cậy: kết quả vận hành

• Nhu cầu về thời gian: thời gian làm việc trong ngày

• Các nhu cầu liên quan đến chi phí: giá cả chế tạo, chuyên chở, giá bán

• Các nhu cầu liên quan đến môi trường: tiếng ồn

Sau khi thu thập, rút rọn thông tin, chúng em rút được các yêu cầu của khách hàng như sau:

✓ Máy hoạt động với năng suất từ 600-800kg/h, ngày làm việc 8 giờ

✓ Máy làm việc trong điều kiện xưởng, chỉ cần 1 hoặc 2 lao động phổ thông để vận hành máy

✓ Thiết kế đơn giản, tháo lắp dễ dàng để thuận tiện vệ sinh máy và an toàn cho người lao động

✓ Chi phí dự kiến 12.000.000 vnđ

Với các yêu cầu trên thì thời hạn giao máy theo hợp đồng là vào cuối tháng 7/2023.

Đề xuất, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy

Để đáp ứng các mục tiêu đã đề ra, chúng tôi sẽ phân tích và đề xuất một số cơ cấu máy phù hợp, đảm bảo tuân thủ các tiêu chí yêu cầu.

Sơ đồ, nguyên lý máy tách cuống vỏ xanh macca sau khi lên thiết kế

Hình 4 2 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy

Các thông số cơ bản của máy:

Bảng 4 1: Các thông số cơ bản của máy Thông số

Công suất động cơ 1,1Kw – 1490 vòng/phút Điện năng 220v

Vật liệu Thép hộp và thép CT3

Cho Macca tươi vào phễu cấp liệu

Các phương án

Hình 4 3: Sơ đồ phương án 1

Cơ cấu cơ bản hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát tạo lực làm tách vỏ xanh macca nhưng vẫn giữ được lõi hạt

Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu từ động cơ (1) quay, tác động lên dây đai (2) để làm quay rulo ghiền vỏ (3) Khi hạt macca được cấp vào phễu, với độ dốc thiết kế, chúng sẽ rơi xuống máng ghiền vỏ (5) Tại đây, hạt tiếp xúc với rulo ghiền vỏ, tạo ra ma sát với máng ghiền, khiến vỏ xanh bên ngoài bị vỡ do độ bền yếu Lò xo (10) với độ đàn hồi điều chỉnh ma sát theo kích thước từng trái, giúp hạt vỡ và rơi xuống sàn rung (6) Sàn rung được thanh truyền (9) đẩy, giúp tách vỏ khỏi hạt nhanh chóng và sạch sẽ hơn.

Hình 4 4: Sơ đồ phương án số 2

Cơ cấu cơ bản hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát tạo lực thích hợp để tách vỏ xanh hạt macca những vẫn giữ được lõi hạt

Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu từ động cơ (7) qua bộ truyền đai (6) dẫn động puli động (8), làm quay các cụm công tác Puli động kết nối với ổ lăn và gối đỡ trên trục băng truyền (4), giúp băng truyền (5) quay Khi băng truyền quay, hệ thống con lăn (3) gắn trên băng truyền cũng quay theo Hạt macca được cấp liệu vào phễu (1) và rơi xuống khe giữa các con lăn, được đưa đến cụm ma sát gồm hệ thống lò xo không cưỡng bức (2) và thanh tạo ma sát (4) Khi hạt đi qua cụm ma sát, lực ma sát từ hệ thống lò xo và thanh ma sát giúp tách vỏ xanh khỏi hạt macca Nhờ vào thiết kế của hệ thống ma sát với lò xo không cưỡng bức, ngay cả khi kích thước hạt không đồng đều, vẫn tạo ra đủ lực ma sát để tách vỏ xanh Sau khi hoàn tất quá trình tách vỏ, hạt macca đã được xử lý hoàn chỉnh.

Phân tích và lựa chọn phương án

- Lựa chọn 1 : Phễu không chia rãnh

Hình 4 5: Phễu không chia rãnh

- Lựa chọn 2: Phễu chia rãnh

Bảng 4 2: Ưu và nhược điểm của phễu cấp liệu

Lựa chọn 1 Lựa chọn 2 Ưu điểm

- Cấp hạt macca liên tục cho bộ phận tách hạt

- Có thể cho nhiều hạt xuống cùng một lúc

- Không bị kẹt giữa các rãnh

- Cấp hạt macca liên tục cho bộ phậm tách hạt

- Hạt phân dòng dễ kiểm soát dòng chảy

Nhược điểm - Hạt xuống nhiều cần tính toán chuẩn xác để có thể tối ưu tách hạt

- Áp lực lớn làm cho bộ phận làm việc dễ gây ra tiếng ồn

- Hạt có thể bị kẹt ở các rãnh

- Gia công khó hơn không phân rãnh

- Lựa chọn 1 : Truyền tải bằng dây đai thang

- Lựa chọn 2 : Truyền tải bằng xích

Hình 4 8: Bộ truyền xích Bảng 4 3: Ưu và nhược điểm của bộ truyền đai

Lựa chọn 1 Lựa chọn 2 Ưu điểm

- Thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt, sử dụng, bảo dưỡng, thay thế

- Sử dụng an toàn, giá rẻ, dễ dàng tìm mua trên thị trường

- Có khả năng chống chịu mài mòn, chống ẩm tốt

- Độ bền và độ cứng lớn cho phép chịu tải cao

- Có thể làm việc khi thiết bị hoạt động quá tải, hiệu suất làm việc cao

- Cùng công suất, vòng quay thì kích thước nhỏ hơn bộ truyền đai

- Tỷ số truyền và số vòng quay ít ổn định, khả năng chịu tải không cao

-Tuổi thọ bộ truyền thấp khi làm việc dưới vận tốc cao

- Kích thước trung bình của bộ truyền lớn hơn các bộ truyền khác

- Khi làm việc tạo ra tiếng ồn lớn

- Bảo trì, thay thế khó, phải bảo dưỡng thường xuyên

- Giá thành đắt hơn bộ truyền đai

- Lựa chọn 1: Sử dụng Rulo phẳng

- Lựa chọn 2: Sử dụng Rulo găm

Bảng 4 4 : Ưu điểm và nhược điểm của bộ phận tách vỏ

Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Nhỏ gọn phù hợp với thiết kế máy

- Cơ cấu đơn giản, dễ gia công

- Phù hợp với thiết kế máy -Lực phân bố đều

Nhược điểm - Chỉ có thể làm nứt các vỏ - Có thể tách hoàn toàn vỏ hạt

- Cần hàn thêm các thanh chấn

4.4.4 Bộ phận truyền sàn rung

- Lựa chọn 1: Truyền động bằng Xi-lanh

- Lựa chọn 2 : Truyền động bằng cơ cấy tay quay - con trượt

Hình 4 12: Cơ cấu tay quay-con trượt

Bảng 4 5: Ưu điểm và nhược điểm của truyền động sàn rung

Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Cấu trúc đơn giản

- Hành trình xi-lanh theo tiêu chuẩn

- Có thể chịu tải lớn

- Vận hành êm ái, ít tiếng ồn

- Linh hoạt trong thiết kế

- Khả năng thực tế khó

- Tính toán phức tập, chịu tải không cao

- Thiết kế, gia công , lắp đặt khó

- Cần thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng, tra nhớt

- Phương án 1: Dùng hệ thống con trượt

Hình 4 13: Cơ cấu sử dụng con trượt

- Phương án 2: Dùng hệ thống rung ( lò xo )

Hình 4 14: Cơ cấu rung sử dụng lò xo

Bảng 4 6: Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống sàng

Lựa chọn phương án tối ưu

Sau khi phân tích ưu nhược điểm của 2 phương án, nhóm chọn phương án 1 thay vì phương án 2 vì một số lý do sau:

- Có thể tách vỏ hạt macca với kích cỡ (30-35mm)

- Chịu được áp lực lớn, tỷ lệ tách vỏ cao , phù hợp với nhu cầu của khách hàng

- Giá thành thấp, phù hợp với quy mô vừa và nhỏ

- Thiết kế đơn giản, dễ bảo dưỡng

Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Chế tạo đơn giản, chi phí thực hiện thấp

- Dễ bảo trì, bảo dưỡng, khi chạy ít gây ra tiếng ồn

- Mức độ lọc giữa hạt và vỏ có hiệu suất cao

- Độ ổn định cao, đáng tin cậy

Nhược điểm - Kém bền cần phải thường xuyên kiểm tra

- Mức độ lọc giữa hạt và vỏ không cao

- Bảo trì, bảo dưỡng khó

Chọn phương án thiết kế

Bảng 4 7: Chọn phương án thiết kế

Quá trình thực hiện

- Tìm hiểu, tham khảo các loại máy móc, cơ khí liên quan trên thị trường

- Phác thảo sơ đồ máy

- Lựa chọn phương án tối ưu

- Tính toán kết cấu, chọn chi tiết tiêu chuẩn

- Tạo mô hình 3D hoàn chỉnh

- Thiết kế chế tạo máy

Bộ phận cấp liệu (Phễu)

Sử dụng phễu không chia rãnh

Bộ phận truyền tải Sử dụng phương án dây đai

Bộ phận tách hạt Sử dụng cụm Rulor găm

Bộ phận truyền động sàn Sử dụng cơ cấu tay quay-con trượt

Bộ phận sàng lọc Sử dụng cơ cấu trượt

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

Mục Đích

Sau khi hoàn tất phân tích và thiết kế sơ bộ, việc tính toán hệ dẫn động cơ khí trở thành yếu tố then chốt để đảm bảo độ bền cho máy móc Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư mà còn tối ưu hóa không gian làm việc Việc lựa chọn các chi tiết và linh kiện tiêu chuẩn sẽ hỗ trợ đáng kể trong quá trình thiết kế và gia công.

Dựa vào sơ đồ hoạt động và phương án lựa chọn, thực hiện tính toán hệ dẫn động cơ khí cho các bộ phận như: Động cơ, trục, ổ lăn

Tính Công suất và tốc độ trục Rulo

- Năng suất đạt yêu cầu 800kg/h

- Kích thước hạt cần tách có đường kính trung bình D2.5mm ( biên độ dao động đường kính của trái đạt chủ yếu từ 30-35mm )

Thực nghiệm đo 100 trái macca xanh:

Bảng 5 1: Thực nghiệm đo trái macca

Chương 5: Tính toán và thiết kế

Hình 5 1: Thực nghiệm đo hạt macca Đo thực nghiệm 1kg được số lượng quả nhất định ra trọng lượng trung bình của quả:

Bảng 5 2: Thực nghiệm đo khối lượng trái macca

45.4 ≈ 22 (g) Trọng lượng hạt trung bình đạt 22g

5.2.1 Tính toán thiết kế cụm rulo

Dựa trên kích thước trung bình của hạt là 32.5mm và nguyên lý hoạt động của rulo thông qua ma sát với máng, nhóm thử nghiệm đã thiết kế trên Inventor Kết quả cho thấy kích thước D&0mm và chiều dài L20mm đáp ứng tốt mong muốn của nhóm.

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Tb

Với D = 260mm trong 1 quả có thể bị va đập nhiều lần từ đó có thể làm sạch vỏ hơn và với L 20 mm

Với kích thước như trên thể tích chứa hạt trong lúc làm việc có thể chứa khoảng 15 trái

5.2.2 Tính tốc độ quay của rulo

- Theo Năng suất máy 800kg/h từ đó V= 800𝑘𝑔

- Trung bình hạt nặng m = 22g =>> Số lượng trái cho kg = 13400

Để đạt năng suất 800kg/h, tốc độ quay của rulo cần phải nhanh hơn lưu lượng chảy của hạt từ phểu cấp liệu, cụ thể là 10 trái/s, tương đương với khoảng 610 trái/phút.

- Xét thực nghiệm 1 vòng rulo có thể phá vỡ 5 hạt

=>> Số vòng quay trung bình/ phút ≈ 122 vòng/phút

- Tính lực phá vỏ macca

Lực phá vỡ vỏ Macca được tạo ra từ ba yếu tố chính: lực va đập giữa rulo và quả Macca, lực cản do máng gây ra, và lực ép từ lò xo.

Hình 5 3: Phân tích lực trên rulo

Thí nghiệm lực để phá vỡ hạt qua lực kế, tại công ty giải pháp công nghệ CODIA:

Hình 5 4: Mô hình thực nghiệm phá vở trái macca

Lực phá vỡ vỏ macca chủ yếu đến từ lực va đập giữa rulo và hạt macca trong máng Do tính chất sinh học của hạt, việc đo độ bền của vỏ hạt tròn không đều gặp khó khăn Vỏ hạt xanh đạt chuẩn có độ cứng dai vừa phải, có thể bị cắn bằng răng với lực cụ thể Nhóm nghiên cứu quyết định thực nghiệm tính ngoại lực trung bình để phá vỏ macca thay vì đo độ bền Để xác định lực va đập, nhóm thực hiện thí nghiệm bằng cách thả rơi một vật thể rắn vào quả macca Thông qua cân nặng, chiều cao và các công thức vật lý cơ bản, nhóm có thể xác định được ngoại lực cần thiết để phá vỡ vỏ trái macca.

Bảng 5 3: Thực nghiệm ngoại lực phá vở macca

Theo kết quả thực nghiệm, khi một vật thể rắn nặng 2kg rơi tự do từ độ cao 50 cm, nó có thể làm vỡ vỏ xanh của trái macca với tỉ lệ 100% Bài toán này được mô hình hóa dựa trên nguyên lý vật rơi tự do.

Cơ năng của một vật chuyển động trong môi trường trọng trường có công thức như sau:

2 mv 2 + mgh Trong đó: W: Cơ năng, Wđ: Động năng, Wt: Thế năng

Xét tại điểm O, ta có: g= 10 m/s 2 ,h = 0m, v 𝐴 = 0 m/s ( vận tốc ban đầu bằng 0) v 2 - v 𝐴 2 = 2gs -> v = √2𝑔ℎ = √2.10.0,5 = 3,12 (m/s)

Thời gian vật nặng rơi xuống hạt macca : t =√ 2ℎ

Cơ năng của vật nặng rơi vào hạt macca chính là công của vật nặng tác động vào hạt macca

𝑊 𝑂 = A = 10 J Suy ra, công suất của vật nặng tác động vào hạt macca là:

0,316 ≈31,65 (W) Trong đó; P : Công suất, A: Công tác dụng lên hạt macca, t: Thời gian rơi của vật

Công suất Pct lớn nhất khi phá 15 trái macca khi điền đầy trong lúc làm việc

Pct = 31,65.15= 474,75(W) Để truyền chuyển động từ động cơ tới rulo thì ta cần 1 bộ truyền đai và cặp ổ bi để truyền tới rulo nên ta có:

𝜂 𝑜𝑙 = 0,99 ; 𝜂 𝑡𝑑 = 0,95( theo bảng 2.3, trang 19, tài liệu [1])

𝜂 = 𝜂 𝑜𝑙 𝜂 𝑡𝑑 = 0,99.0,95 = 0,9405 η – Hiệu suất của cơ cấu truyền động

𝜂 𝑜𝑙 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn

𝜂 𝑡𝑑 : Hiệu suất của bộ truyền đai

Theo công thức 2.8, trang 19, tài liệu [1]

Dựa vào phần mềm inventor ta tính được khối lượng sàn rung đã thiết kế

M: là khối lượng của sàn rung g m/s 2 là gia tốc trọng trường

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, lưu lượng quả cần đạt ít nhất 10 quả/s Tốc độ của sàn rung phải lớn hơn hoặc bằng 10 quả/s, và tốc độ của sàn rung có thể tương đương với tốc độ của rulo, yêu cầu đạt tối thiểu 122 vòng/phút.

Hình 5 5: Khối lượng sàng rung tính trên inventor

Theo công thức 2.11, trang 19, tài liệu [1]

Bộ sàn rung gồm 1 bộ truyền đai và 1 cặp ổ lăn

𝜂 𝑜𝑙 = 0,99 ; 𝜂 𝑡𝑑 = 0,95 ( Theo bảng 2.8 trang 19, tài liệu [1] )

𝜂 = 𝜂 𝑜𝑙 𝜂 𝑡𝑑 = 0,99.0,95 = 0,9405 η – Hiệu suất của cơ cấu truyền động

𝜂 𝑜𝑙 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn

𝜂 𝑡𝑑 : Hiệu suất của bộ truyền đai

Theo công thức 2.8 trang 19, tài liệu [1]

Trục rulo kết nối với puli lớn, khi motor hoạt động qua bộ truyền đai 1, sẽ làm cho puli lớn và rulo quay Đầu còn lại của rulo gắn với puli nhỏ, truyền động qua bộ truyền đai, tác động lên trục của sàn rung thông qua thanh đẩy, giúp sàn rung di chuyển liên tục.

Chọn tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống :

𝑢 𝑠𝑏 : tỉ số truyền sơ bộ

𝑢 𝑑1 : tỉ số truyền bộ đai 1

𝑢 𝑑2 : tỉ số truyền bộ đai 2

Số vòng quay sơ bộ của động cơ

𝑛 𝑠𝑏 : số vòng quay sơ bộ

- Chọn động cơ điện thỏa mãn điều kiện :

Công ty giải pháp công nghệ CODIA cung cấp động cơ điện không đồng bộ 1 pha, 220V/50Hz, với công suất 1.1Kw và tốc độ 1440 vòng/phút, nhằm giảm chi phí cho các dự án.

5.2.4 Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền bộ truyền đai I

Bộ truyền ngoài là đai được chọn theo dãy tham khảo sau uđ = 1; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,24; 2,5; 2,8; 3,15; 3,56; 4; 4,5; 5

Tỉ số truyền của bộ truyền đai II :

Số Vòng quay trên các trục :

5 = 288 (V/ph) > 122 (V/ph) thỏa yêu năng suất đề ra

0,9405 =0,0618 (kw) Công suất động cơ: 𝑃 𝑑𝑐 = 𝑃 𝑟𝑢𝑙𝑜 + 𝑃 𝑠𝑎𝑛𝑟𝑢𝑛𝑔 = 0,538 + 0,0618= 0,6 (kw)

Tính Momen xoắn trên các trục:

5.2.5 Tính toán bộ truyền đai I

- Công suất trên trục dẫn 𝑃 𝑐𝑡 = 1,1 kW

- Tốc độ trục dẫn 𝑛 đ𝑐 = 1440 vòng/phút

- Tỉ số truyền của bộ truyền đai: u = 𝑢 đ1 = 5 Điều kiện làm việc:

Tải trọng giao động nhẹ, va đập nhẹ Đai điều chỉnh được

Trong một năm, công việc liên quan đến quả macca chỉ diễn ra trong 150 ngày do tính chất thời vụ Mỗi ngày, người lao động làm việc theo 2 ca, mỗi ca kéo dài 8 tiếng Ngoài ra, việc điều chỉnh lực căng của đai cũng được thực hiện định kỳ để đảm bảo hiệu quả công việc.

Chọn loại đai và tiết diện đai:

Dựa theo điều kiện làm việc và kết cấu của máy:

Với công suất 𝑃 𝑐𝑡 = 1,1 kW và tốc độ 𝑛 đ𝑐 = 1440 vòng/phút

Chọn đường kính 2 bánh đai

Dựa vào bảng 4.13 và 4.21, trang 59 và 63, tài liệu [1]

Ta chọn đường kính bánh đai nhỏ theo tiêu chuẩn => 𝑑 1 = 70 mm

Theo công thức 4.2, trang 53, tài liệu [1] Đường kính bánh đai lớn: ( với hệ số trượt 𝜀 = 0,01~0,02 Chọn 𝜀 = 0,02)

Chọn đường kính bánh đai theo tiêu chuẩn => 𝑑 2 = 355 mm

Như vậy tỉ số truyền thực tế: 𝑢 𝑡 = 𝑑 2

Xác định khoảng cách trục sơ bộ:

Với u = 5 Dựa vào bảng 4.14 trang 60, tài liệu [1], nội suy ta được 𝑎

Kiểm tra a theo điều kiện:

Theo công thức 4.14, trang 60, tài liệu [1], ta có:

(với h = 6mm ( tra bảng 4.13, trang 59, tài liệu [1]))

Chiều dài đai: Theo công thức 4.4, trang 54, tài liệu [1]: l = 2a + 0,5𝜋( 𝑑 1 + 𝑑 2 ) + ( 𝑑 2 − 𝑑 1 )

4.319,5 = 1370mm Theo bảng 4.13, trang 59, tài liệu [1], ta chọn chiều dài đai tiêu chuẩn là: l = 1400 mm

Chương 5: Tính toán và thiết kế i = 𝑣

1,4 = 3,7 lần/s < 10 lần/s => Thỏa yêu cầu về tuổi thọ đai

Khoảng cách trục a : Theo công thức 4.6, trang 54, tài liệu [1], a = ( λ + √λ 2 − 8∆ 2 )/4

Góc ôm: Theo công thức 4.7, trang 54, tài liệu [1],

Xác định số đai: Theo công thức 4.16, trang 60, tài liệu [1],

- Theo bảng 4.7, trang 55, tài liệu [1], ta chọn 𝐾 đ = 1,1+ 0,1 = 1,2

( do máy làm việc 2 ca)

- Tra bảng 4.15, trang 61, tài liệu [1], chọn 𝐶 𝛼 = 0,89

- Với tiết diện đai loại O và dựa vào bảng 4.19, trang 62, tài liệu [1] có 𝑙 0 = 1320 mm

1320 = 1,06 Dựa vào bảng 4.16, trang 61, tài liệu [1], ta chọn 𝐶 𝑙 = 1

- Theo bảng 4.17, trang 61, tài liệu [1], với u = 5 thì ta chọn 𝐶 𝑢 = 1,14

- Tra bảng 4.19, trang 62, tài liệu [1], ta được [ 𝑃 0 ] = 0,64

- Tra bảng 4.18, trang 61, tài liệu [1], 𝐶 𝑧 = 1 z = 𝑃 1 𝐾 đ

Chiều rộng bánh đai: Theo công thức 4.17, trang 63, tài liệu [1]

( với t = 12 và e = 8 tra bảng 4.21, trang 63, tài liệu [1])

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Theo công thức 4.19, trang 63, tài liệu [1],

Trong đó: 𝐹 𝑣 = 𝑞 𝑚 𝑣 2 (định kỳ điều chỉnh lực căng)

Với 𝑞 𝑚 = 0,061kg/m (Bảng 4.22 tài liệu [1]) => 𝐹 𝑣 =0,061.5,28 2 = 1,7 N

5,28.0,89.2 + 1,7 = 111(N) Lực tác dụng lên trục: Theo công thức 4.21, trang 64, tài liệu [1],

Bảng 5 4: Thông số kỹ thuật trên đai I

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Công suất trên trục dẫn 𝑃 đ𝑐 1.1 (kW)

Tốc độ quay trục dẫn 𝑛 𝑑𝑐 1440 (vòng/phút)

Loại đai và tiết diện đai Đai thanh thường; tiết diện loại O Đường kính bánh đai đẫn 𝑑 1 70 (mm) Đường kính bánh đai bị dẫn

Góc ôm bánh đai nhỏ 𝛼 1 120 (độ)

Lực tác dụng lên trục 𝐹 𝑟𝑑 408 (N)

5.2.6 Tính toán bộ truyền đai II

- Công suất trên trục dẫn 𝑃 1 = 0,538 kW

- Tốc độ trục dẫn 𝑛 1 = 288 vòng/phút

- TST của bộ truyền đai: u = 𝑢 đ1 = 1 Điều kiện làm việc:

Tải trọng giao động nhẹ, va đạp nhẹ Đai điều chỉnh được

Trong một năm, công việc liên quan đến quả macca chỉ diễn ra trong 150 ngày do tính chất thời vụ Mỗi ngày làm việc bao gồm hai ca, mỗi ca kéo dài 8 tiếng Đai được điều chỉnh lực căng một cách định kỳ để đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu.

Chọn loại đai và tiết diện đai:

Dựa theo điều kiện làm việc và kết cấu của máy:

Với công suất 𝑃 1 = 0,538 kW và tốc độ 𝑛 1 = 288 vòng/phút ta chọn đai thang tiết diện loại O (dựa vào hình 4.1 và chú thích, trang 59, tài liệu [1])

Chọn đường kính 2 bánh đai

Dựa vào bảng 4.13 và 4.21, trang 59 và 63, tài liệu [1]

Ta chọn đường kính bánh đai dẫn theo tiêu chuẩn => 𝑑 1 = 100 mm

60000 = 1,8 m/s < 25m/s Theo công thức 4.2, trang 53, tài liệu[1] Đường kính bánh đai bị dẫn: ( với hệ số trượt 𝜀 = 0,01~0,02 Chọn 𝜀 = 0,02)

Chọn đường kính bánh đai theo tiêu chuẩn => 𝑑 2 = 100 mm

Như vậy tỉ số truyền thực tế: 𝑢 𝑡 = 𝑑 2

Xác định khoảng cách trục sơ bộ:

Với u = 1 Dựa vào bảng 4.14 trang 60, tài liệu [1], nội suy ta được 𝑎

Kiểm tra a theo điều kiện:

Theo công thức 4.14, trang 60, tài liệu [1], ta có:

(với h = 6 mm ( tra bảng 4.13, trang 59, tài liệu [1]))

Chiều dai đai: Theo công thức 4.4, trang 54, tài liệu [1]: l = 2a + 0,5𝜋( 𝑑 1 + 𝑑 2 ) + ( 𝑑 2 − 𝑑 1 )

4.150 = 538 mm Theo bảng 4.13, trang 59, tài liệu [1], ta chọn chiều dài đai tiêu chuẩn là: l = 580 mm

Số vòng chạy của dây đai trong 1 giây theo công thức 4.15, trang 60, tài liệu [1] i = 𝑣

0,56 = 3.2 lần/s < 10 lần/s => Thỏa yêu cầu về tuổi thọ đai

Khoảng cách trục a : Theo công thức 4.6, trang 54, tài liệu [1], a = ( λ + √λ 2 − 8∆ 2 )/4

Góc ôm: Theo công thức 4.7, trang 54, tài liệu [1],

Xác định số đai: Theo công thức 4.16, trang 60, tài liệu [1],

- Theo bảng 4.7, trang 55, tài liệu [1], ta chọn 𝐾 đ = 1,1+ 0,1 = 1,2

( do máy làm việc 2 ca)

- Tra bảng 4.15, trang 61, tài liệu [1], chọn 𝐶 𝛼 = 1

- Với tiết diện đai loại O và dựa vào bảng 4.19, trang 62, tài liệu [1] có 𝑙 0 = 580 mm

1320 = 0,56 Dựa vào bảng 4.16, trang 61, tài liệu [1], ta chọn 𝐶 𝑙 = 0,89

- Tra bảng 4.19, trang 62, tài liệu [1], ta được [ 𝑃 0 ] = 0,48

- Tra bảng 4.18, trang 61, tài liệu [1], 𝐶 𝑧 = 1 z = 𝑃 1 𝐾 đ

Chiều rộng bánh đai: Theo công thức 4.17, trang 63, tài liệu [1]

( với t = 12 và e =8 tra bảng 4.21, trang 63, tài liệu [1])

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Theo công thức 4.19, trang 63, tài liệu [1],

Trong đó: 𝐹 𝑣 = 𝑞 𝑚 𝑣 2 (định kỳ điều chỉnh lực căng)

Với 𝑞 𝑚 = 0,061 kg/m (Bảng 4.22 tài liệu [1]) => 𝐹 𝑣 =0,061.1,8 2 = 0,2 N

1,8.1.1 + 0,06 ≈ 31,79 (N) Lực tác dụng lên trục: Theo công thức 4.21, trang 64, tài liệu [1],

Bảng 5 5: Các thông số của bộ truyền đai II

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Công suất trên trục dẫn 𝑃 1 0,538 (kW)

Tốc độ quay trục dẫn 𝑛 1 288 (vòng/phút)

Loại đai và tiết diện đai Đai thanh thường; tiết diện loại O Đường kính bánh đai dẫn 𝑑 1 100 (mm) Đường kính bánh đai bị dẫn 𝑑 2 100 (mm)

Góc ôm bánh đai nhỏ 𝛼 1 150 (độ)

Lực tác dụng lên trục 𝐹 𝑟𝑑 63,58 (N)

Theo công thức 7.4, trang 192, tài liệu [2] thì

Chọn [τ] = 15 (MPa) là ứng suất xoắn cho phép

3 = 24.123 (mm) chọn d10mm Vậy chọn trục có đường kính sơ bộ 35mm

Lực tác dụng từ bộ truyền đai: Fr2 = 63,58 (N)

Lực tác dụng từ rulo với hạt macca tạo lực vòng 𝐹 𝑡1 = 2𝑇 1

Lực tác dụng từ rulo với hạt macca tạo lực hướng tâm 𝐹 𝑟1 = 𝐹 𝑡1 𝑡𝑎𝑛( 𝛼′) = 623,9(𝑁) tan(20) = 227(N)

Ta chọn sơ bộ kích thước trục như hình vẽ:

Hình 5 8: Kích thước sơ bộ của trục 1

Tính phản lực trên các gối đỡ:

Hình 5 9: Góc nghiêng tạo bởi dây đai 1 và trục 1

Và do bộ truyền dai 2 tác dụng lực căng đai 2 lên trục chính một góc nghiêng 70,8° nên

Hình 5 10: Góc nghiêng tạo bởi dây đai 2 và trục 2

Xét Phương trình moment tại A:

Phương trĩnh cân bằng tĩnh học trên trục chính:

Phương trình cân bằng lực moment tại A:

Phương trình tổng lực theo phương X:

Hình 5 11: Biểu đồ nội lực trục 1

Xác định mômen tổng uốn theo công thức 10.15 tài liệu [1]

Xác định mômen tương đương theo công thức 10.16, trang 194, tài liệu [1]:

Tính đường kính trục theo bảng 7.5 trang198, tài liệu [2]: với đường kính sơ bộ d = 30 mm ta chọn [𝜎]= 67 Mpa

Ta có: Theo công thức 7.12, trang 198, tài liệu [2] tính đường kính trục đặc, trục rỗng tại các tiết diện:

Vậy trục thỏa điều kiện yêu cầu thiết kế

- Tính toán chọn gối đỡ

- Tốc độ quay 288 vòng/phút

- Do Fa/Fr = 0 do không chịu lực dọc trục

- Ta chọn gối đỡ UCP 207, tài liệu [1*]

Hình 5 12: Hình gối đỡ trục chính

Hình 5 13: Bản vẽ gối đỡ trục chính

Chọn gối đỡ UCP 207 tài liệu [3*] với các thông số kỹ thuật như sau: Đường kính trong d= 35mm

Khả năng tải trọng động C= 25,5 KN

Khả năng tải trọng tĩnh Co= 15,3 KN

Tốc độ quay tối đa của gối 4300r/min

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 1:

Kiểm nghiệm khả năng tải động:

Khả năng tải động Cd được tính theo công thức 8.1, trang 224, tài liệu [2]

Q − tải trọng động qui ước

Tuổi thọ L của ổ lăn được tính bằng triệu vòng quay, với bậc m của đường cong mỏi là 3 Đối với ổ bi đỡ tải trọng động Q, công thức tính được trình bày trong tài liệu [1], trang 214.

Fa: Tải trọng dọc trục ổ lăn Fa= 0

V: Hệ số vòng quay, vòng trong quay V=1 kt: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, kt= 1 (t < 105°C ) kđ: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, kđ= 1 ( Bảng 11.3, trang 215, tài liệu [1] )

X: Hệ số tải trọng hướng tâm, X= 1 ( Bảng 11.4, trang 216, tài liệu [1] )

Y: Hệ số tải trọng dọc trục, Y= 0 ( Bảng 11.4, trang 216, tài liệu [1] )

Với n: Số vòng quay (vòng/phút)

𝐿 ℎ : Tuổi thọ tính bằng giờ 𝐿 ℎ = 7 10 3 ( Bảng 11.2, trang 214, tài liệu[1])

Vậy khả năng tải trọng động của ổ lăn đạt yêu cầu

Kiểm nghiệm khả năng tải trọng tĩnh của ổ lăn: dựa trên công thức 11.18, trang 221, tài liệu [1]

Ta có Fa= 0, dựa trên công thức 11.19 và bảng 11.6, trang 221, tài liệu [1]

Qt1= Xo Fr + Yo Fa = 0,6 0,742 + 0,5 0= 0,4452 kN

Trong đó: Xo: Hệ số tải trọng hướng tâm ( Xo= 0,6 )

Yo: Hệ số tải trọng dọc trục ( Yo= 0,5 )

Qt = max [ Qt1; Qt2 ] = 0,742 kN < Co= 15,3 kN

Vậy khả năng tải tĩnh của ổ lăn đạt yêu cầu

Theo công thức 7.4, trang 192, tài liệu [2] thì

Chọn [τ] = 15 (MPa) là ứng suất xoắn cho phép, 𝑇 𝑘 là momen xoắn

Lực tác dụng từ bộ truyền đai: Fr2 = 63,58 (N)

Lực tác dụng từ thanh cam lên trục một lực vòng 𝐹 𝑡1 = 2𝑇 1

Lực tác dụng từ thanh cam lên trục tạo lực hướng tâm 𝐹 𝑟2 = 𝐹 𝑡2 𝑡𝑎𝑛( 𝛼′) 96,74(𝑁) 𝑡𝑎𝑛( 20) = 35,21(N)

Ta chọn sơ bộ kích thước trục như hình vẽ:

Hình 5 14: Kích thước sơ bộ trục bộ

Hình 5 15: Độ nghiêng dây đai với trục 2

Và do bộ truyền dai 2 tác dụng lực căng đai 2 lên trục chính một góc nghiêng 70,8°nên

Phương trình tổng lực theo phương X:

Xét phương trình moment tại A:

Phương trĩnh cân bằng tĩnh học trên trục chính:

Hình 5 16: Biểu đồ nội lực của trục 2

Xác định mômen tương đương theo công thức 10.16 tài liệu [1]:

Tính đường kính trục theo bảng 7.5, trang198, tài liệu [2]:với đường kính sơ bộ d = 15 mm ta chọn [𝜎]= 67 Mpa

Ta có: công thức 7.12 trang 198, tài liệu [2] tính đường kính trục đặc, trục rỗng tại các tiết diện:

Vậy trục thỏa điều kiện yêu cầu thiết kế

Số vòng quay 288 vòng/ phút

Ta chọn gối đỡ UCP 204, tài liệu [1*]

Hình 5 17: Hình gối đỡ trục 2

Chọn gối đỡ UCP 204 tài liệu [3*] với các thông số kỹ thuật như sau: Đường kính trong d= 20mm

Khả năng tải trọng động C= 12,7 KN

Khả năng tải trọng tĩnh Co= 6,7 KN

Tốc độ quay tối đa của gối 6500 r/min

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 1:

Kiểm nghiệm khả năng tải động:

Khả năng tải động Cd được tính theo công thức 8.1, trang 224, tài liệu [2]

Q − tải trọng động qui ước

L − tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay Đối với ổ bi đỡ tải trọng động Q được tính theo công thức 11.3, trang 214, tài liệu [1]

Fa: Tải trọng dọc trục ổ lăn Fa= 0

V: Hệ số vòng quay, vòng trong quay V=1 kt: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, kt= 1 (t < 105°C ) kđ: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, kđ= 1 ( Bảng 11.3, trang 215, tài liệu [1] )

X: Hệ số tải trọng hướng tâm, X= 1 ( Bảng 11.4, trang 216, tài liệu [1] )

Y: Hệ số tải trọng dọc trục, Y= 0 ( Bảng 11.4, trang 216, tài liệu [1] )

Thời hạn tính bằng triệu vòng quay

10 6 = 120,4 ( triệu vòng ) Với n: Số vòng quay (vòng/phút)

𝐿 ℎ : Tuổi thọ tính bằng giờ 𝐿 ℎ = 7 10 3 (Theo bảng 11.2, trang 214, tài liệu [1])

Vậy khả năng tải trọng động của ổ lăn đạt yêu cầu

Kiểm nghiệm khả năng tải trọng tĩnh của ổ lăn: dựa trên công thức 11.18, trang 221, tài liệu [1]

Ta có Fa= 0, dựa trên công thức 11.19 và bảng 11.6, trang 221, tài liệu [1]

Qt1= Xo Fr + Yo Fa = 0,6 0,21 + 0,5 0= 0,126 kN

Trong đó: Xo: Hệ số tải trọng hướng tâm ( Xo= 0,6 )

Yo: Hệ số tải trọng dọc trục ( Yo= 0,5 )

Qt = max [ Qt1; Qt2 ] = 0.21 kN < Co= 6.7 kN

Vậy khả năng tải tĩnh của ổ lăn đạt yêu cầu

5.2.9 Tính toán chọn lò xo Để phù hợp với kích thước vỏ thay đổi tùy từng trái đồng thời tạo lực ép vừa đủ thông qua phù hợp với vật liệu sinh học của vỏ trái macca Nhóm chọn lò xo có độ cứng và số lượng phù hợp với quá trình thực nghiệm cho ra kết quả tốt nhất

Lực ép rulo để phá vỡ vỏ có lực hướng tâm ép lò xo

𝐹 𝑟1 = 𝐹 𝑡1 𝑡𝑎𝑛( 𝛼′) = 623,9(𝑁) tan(20)= 227(N) Để rulo làm việc hiệu quả quả xanh được bóc sạch mà vỏ nâu không bị vỡ thì

Sử dụng bảng tra lò xo kéo tải nặng của hãng MISUMI, ta chọn được loại lò xo AP200-095- 2.0 [2*] với các hông số kỹ thuật:

Hình 5 18: Bản vẽ lò xo Bảng 5.6: Thông số lò xo Đường kính vòng ngoài D = 20mm Đường kính dây lò xo d =2mm

Chiều dài lò xo L = 95mm

Chiều dài nén đạt hiệu quả tốt nhất L = 48.6 mm

Lực nén lò xo max 𝐹 𝑙𝑥𝑚𝑎𝑥 = 81.65 (N)

Kích thước nén đạt hiệu quả tốt nhất L = 48,6 > kích thước co dãn của vỏ 5mm

Lực nén lò xo max 𝐹 𝑙𝑥𝑚𝑎𝑥 = 81,65.3 $4.6 (N)≥ 𝐹 𝑡 = 227𝑁 Đạt yêu cầu kỹ thuật

Tính toán khung máy

Khung máy là bộ phận thiết yếu chịu tải trọng, vì vậy việc thiết kế kết cấu khung cần đảm bảo khả năng chịu lực tốt và hạn chế rung động Điều này giúp máy không bị biến dạng, ảnh hưởng đến quá trình vận hành Do đó, trong quá trình thiết kế, việc kiểm nghiệm độ bền khung là rất quan trọng.

Vật liệu: Thép CT3 hộp vuông 30x30x2 mm và thép tấm CT3 dày 8mm

Khung được chế tạo từ thép CT3, một loại thép carbon phổ biến trong ngành công nghiệp Thép CT3 nổi bật với các tính năng như độ cứng cao, khả năng bền kéo tốt và khả năng chịu nhiệt hiệu quả.

Thép CT3 có hàm lượng carbon ≤ 0,25%, giới hạn bền 373 - 461 M/𝑚𝑚 2

5.3.2 Kiểm nghiệm độ bền khung máy

Hình 5 19: Kết cấu khung máy trong Inventor 2022

Tải trọng trên khung không đồng đều do sự phân bố vị trí và khối lượng khác nhau của các bộ phận máy Hình ảnh dưới đây minh họa vị trí các bộ phận máy và cách mà lực được phân bố trên khung.

Hình 5 20: Lực phân bổ trên khung máy Phân tích lực

Khối lượng (kg) được chuyển sang lực (N) tác dụng vào khung máy khi mô phỏng, ta có: 1 kg ~ 9,807 N Động cơ: khối lượng 20 kg = 196,14 N

Cụm rulo: khối lượng 30kg = 294,21 N

Cụm trục 2: khối lượng 3kg = 29,421 N

Cụm sàng rung: khối lượng 13kg, phân bố đều trên 4 chấu nên F = 31,87 N

Quá trình kiểm nghiệm khung được tiến hành bằng phần mềm Inventor, chia làm 2 quá trình: kiểm nghiệm bền tĩnh và kiểm nghiệm bền động

Phân tích lưới khung máy trên Inventor 2022

Hình 5 21: Phân tích lưới trên Inventor 2022 Kiểm nghiệm bền tĩnh

Hình 5 22: Biến dạng toàn phần (chuyển vị) khung máy ở trạng thái tĩnh trong Inventor

Chuyển vị lớn nhất được ghi nhận là 0,04423 mm, trong khi chiều dài thép hộp thiết kế tại vị trí đó là 600 mm Dựa vào nguyên lý hoạt động và chức năng của các bộ phận máy, có thể kết luận rằng chuyển vị này là nhỏ và không ảnh hưởng đến các vị trí tương quan cũng như chức năng của máy.

Hình 5 23: Ứng suất ở trạng thái tĩnh khung máy trên Invenor 2022

So sánh ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung với ứng suất thép CT3,

Vậy khung máy trong trạng thái tĩnh đủ bền để chịu tải trọng của các bộ phận máy

Khung máy trong kiểm nghiệm bền động phải chịu tải trọng từ các bộ phận máy, cùng với các tác động như rung lắc và phản lực phức tạp Do đó, các lực trong trạng thái hoạt động cần được nhân với hệ số an toàn K=2 để đảm bảo độ bền và an toàn cho thiết bị.

Hình 5 24: Biến dạng toàn phần (chuyển vị) của khung máy ở trạng thái hoạt động trên Inventor 2022

Chuyển vị lớn nhất được ghi nhận là 0,08849 mm, cho thấy rằng chuyển vị này là nhỏ và không ảnh hưởng đến các vị trí tương quan cũng như chức năng của máy trong quá trình hoạt động.

Hình 5 25: Ứng suất ở trạng thái hoạt động của khung máy trên Inventor 2022

Xét hình, ta có ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung với ứng suất thép CT3, khi máy đang hoạt động là

Vậy khung máy trong trạng thái hoạt động đủ bền để chịu tải trọng, đồng thời là tác động khác như rung động, các phản lực liên kết

Kết luận: Qua hai quá trình kiểm nghiệm, có thể thấy khung máy được thiết kế đủ bền để máy luôn được vận hành ổn định.

CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

Chế tạo

Máy tách hạt đã được tính toán và thiết kế kỹ lưỡng, với tập bản vẽ bao gồm bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết, phục vụ cho quá trình chế tạo máy.

Nhóm đã sử dụng các phương pháp gia công như phay, tiện, cắt, khoan và mài để chế tạo các chi tiết máy Sau khi hoàn thiện, máy tách hạt đã được lắp ráp và thực nghiệm các bộ phận.

Một số ảnh chi tiết máy

Chương 6: Chế tạo và thử nghiệm

Hình 6 2: Ảnh Rulo 6.2.2 Phễu cấp liệu

Các bước gia công : Cắt lazer – chấn – Hàn – Mài

Vật liệu : Thép tấm dày 1mm

Hình 6 3: Phễu trong phần mềm 3D

Hình 6 4: Ảnh Phễu 6.2.3 Máng đập

Các bước gia công : Cắt – chấn

Hình 6 5: Máng trong phần mềm 3D

Hình 6 6: Ảnh máng đập 6.2.4 Cụm tay quay

Hình 6 7: Cụm tay quay trong phần mềm 3D

Hình 6 8: Lắp ráp cụm tay quay

6.2.5 Cụm tăng đai cho motor – cụm tay quay

Hình 6 9: Cụm tăng đai trong 3D

Hình 6 10: Sàng rung trong phần mềm 3D

Hình 6 12: Tấm cover máy trong phần mềm 3D

Hình 6 13: Lắp ráp Cover máy

Một số hình ảnh quá trình thực hiện

Hình 6 14: Gia công khung máy

Hình 6 15: Lắp ráp hoàn máy

Kết quả chế tạo máy tách hạt macca tươi

Hình 6 16: Máy tách hạt Macca tươi

Bảng 6 1: Thông số kỹ thuật của máy tách hạt

STT Thông số kĩ thuật Giá trị Đơn vị

6 Đường kính hạt macca 30-35 mm

6.5.1 Các chi tiết trong bộ điều khiển

Bảng 6 2: Bảng kê các thiết bị điện

STT Tên thiết bị Hình ảnh Chức năng Số lượng

1 Cầu dao (CB) Đóng ngắt nguồn cấp điện, bảo vệ hệ thống dẫn điện khi có sự cố

2 Nút E-Stop Đóng ngắt nguồn mạch khi có sự cố

6.5.2 Sơ đồ nối mạch điện

Hình 6 17: Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 6 18: Sơ đồ đấu nối mạch điện

Nguồn điện 220V được cấp vào cầu dao (CB) Khi CB được bật lên, điện sẽ được truyền đến động cơ, kích hoạt hoạt động của máy Để ngắt nguồn điện khỏi động cơ ngay lập tức, nút E-stop sẽ được sử dụng.

Tiêu đề	Thiết Kế, Chế Tạo Máy Tách Hạt Macca Tươi
Tác giả	Phạm Lam Trường, Nguyễn Văn Minh, Nguyễn Trọng Nguyên
Người hướng dẫn	TS. Phan Thị Đăng Thư
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	8,68 MB