Trang 5 iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập tại trường với chuyên ngành Công nghệ Chế tạo máy tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, nhóm đã chọn đề tài “ Máy tách
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, nhu cầu về cơ khí chính xác đang tăng cao để đáp ứng cho các lĩnh vực sản xuất máy móc công nghiệp, ô tô và các ngành công nghiệp khác Sự phát triển này đã dẫn đến sự hình thành của nhiều doanh nghiệp cơ khí chính xác mới Do đó, việc sản xuất các chi tiết cơ khí ngày càng tăng, kéo theo lượng phoi liệu cần được cắt bỏ trong quá trình gia công cũng tăng lên đáng kể.
Trong quá trình gia công cắt gọt kim loại, việc sử dụng dung dịch tưới nguội là cần thiết để giảm ma sát và nhiệt, giúp bảo vệ dụng cụ cắt gọt và phôi liệu Tuy nhiên, sau khi cắt bỏ, phôi liệu thường bám một lượng dung dịch tưới nguội đáng kể, đòi hỏi phải tách chúng ra để tái chế Nhận thấy tầm quan trọng của vấn đề này, nhóm đã quyết định thực hiện đồ án với đề tài "Thiết kế, chế tạo máy tách dầu tưới nguội ra khỏi phoi" để đáp ứng nhu cầu tái sử dụng dung dịch tưới nguội và tái chế phôi liệu một cách hiệu quả.
Ý nghĩa của đề tài
1.2.1Ý nghĩa khoa học Đề tài tạo cho người thực hiện có cơ hội để vận dụng những kiến thức đã học và thực tế từ đó nhận ra những thiếu sót của bản thân, đồng thơi tạo điều kiện để có thể học hỏi, nâng cao khả năng sáng tạo hơn trong quá trình làm việc Đề tài cũng là điều kiên tốt để có thể tiếp cận quy trình nghiên cứu , thiết kế và chế tạo máy để đáp ứng nhu cầu của khách hàng
Sau khi hoàn thành đề tài, sản phẩm sẽ được chuyển giao công nghệ cho các công ty, giúp họ áp dụng vào quá trình sản xuất và tiết kiệm nguồn tài chính đáng kể Việc chuyển giao công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích về mặt tài chính mà còn góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và tăng cường khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứ cơ sở lý thuyết và tìm hiểu các dòng máy tách các dung dịch từ các vật rắn đang có trên thị trường hiện nay
Nghiên cứu chế tạo máy tách dung dịch tưới nguội từ phoi là một giải pháp quan trọng giúp tiết kiệm nguồn tài chính Để đạt được mục tiêu này, việc thiết kế sản phẩm phải đảm bảo năng suất và chất lượng cao Việc đưa ra phương án thiết kế phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quá trình tách dung dịch, từ đó giảm thiểu chi phí và tăng hiệu quả sử dụng.
Chế tạo theo phương án thiết kế và đảm bảo được năng suất làm việc cũng như đạt được hiệu suất tốt nhất.
Đối tượng và phạm vi giới hạn đề tài
- Phần mềm thiết kế, mô phỏng : Inventor 2022, Creo Parametric 8.0
- Phần mềm lập trình gia công chi tiết: Mastercam, Creo Parametric 8.0
- Nghiên cứu các máy vắt ly tâm hiện có trên thị trường
- Tìm hiểu các tài liệu về công nghệ vắt ly tâm
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Dựa vào kiến thức hiểu biết và nghiên cứu về máy vắt ly tâm, chúng ta có thể hiểu rõ cách thức hoạt động của công nghệ này trong việc tách dung dịch lỏng Quá trình hoạt động của máy vắt ly tâm cho phép tách riêng dung dịch lỏng khỏi chất rắn một cách hiệu quả, mang lại nhiều ứng dụng thực tế trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày.
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
Khảo sát thị trường về các loại máy tách dung dịch từ vật rắn giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nhu cầu của khách hàng và những hạn chế của sản phẩm hiện có Từ đó, chúng ta có thể hình thành ý tưởng thiết kế sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu thực tế của người dùng Việc nghiên cứu và phân tích các sản phẩm tương tự trên thị trường cũng giúp chúng ta xác định được những đặc điểm và tính năng cần thiết cho sản phẩm của mình, đồng thời tạo ra một thiết kế độc đáo và thu hút.
Tham khảo về tài liệu tính toán và thiết kế máy Kiến thức đã được tích lũy thông qua quá trình được học tập tại trường
Tài liệu tìm kiếm thông qua sách vở, giáo trình, Internet
Sử dụng phần mềm Inventor 2022 để thiết kế sản phẩm theo phương án, từ đó tiến hành chế tạo và gia công chi tiết
Để đảm bảo quá trình gia công hiệu quả, cần phải tìm hiểu kỹ các thông số và đặc điểm hoạt động của máy móc trên thị trường Từ đó, tiến hành tính toán cẩn thận và lập phương án gia công phù hợp, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Nội dung đề tài
Đồ án được thực hiện với các nội dung chính sau:
- Tìm hiểu nhu cầu về thị trường sản xuất cơ khí chính xác
- Tìm hiểu về phương pháp tách dung dịch chất lỏng từ vật rắn
- Nghiên cứu lên phương án thiết kế máy trên phần mềm Inventor
- Từ ý tưởng thiết kế mô hình 3D xuất ra 2D và tiến hành gia công các chi tiết
- Lắp ráp máy hoàn chỉnh
- Chạy thử và khắc phục lỗi tồn tại.
Kết cấu của ĐATN
- Chương 1: Giới thiệu đề tài
Đề tài nghiên cứu này có tính cấp thiết cao trong bối cảnh hiện nay, khi mà nhu cầu tìm hiểu và giải quyết vấn đề đang ngày càng tăng Mục tiêu chính của đề tài là phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề, từ đó đề xuất các giải pháp khả thi Nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào việc thu thập và phân tích dữ liệu, cũng như đánh giá các kết quả đã đạt được Phạm vi nghiên cứu sẽ bao gồm các đối tượng nghiên cứu cụ thể, nhằm đảm bảo tính đại diện và chính xác của kết quả Đối tượng nghiên cứu sẽ là các cá nhân, tổ chức và cộng đồng liên quan đến vấn đề Đề tài này có ý nghĩa thực tiễn cao, khi mà kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng vào thực tế để giải quyết vấn đề, cải thiện cuộc sống và đóng góp cho sự phát triển bền vững.
- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Trình bày tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu đề tài
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Công thức tính toán lực ly tâm
- Chương 4: Phương án thiết kế Đưa ra các phương án thiết kế và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu và phù hợp
- Chương 5: Tính toán thiết kế các bộ phận của máy
Từ các phương án đã được đề xuất, dựa vào kiến thức đã học và tài liệu tham khảo, quá trình tính toán cho các chi tiết máy sẽ được thực hiện để lựa chọn phương án tối ưu.
- Chương 6: Chế tạo thực nghiệm - đánh giá
Quá trình chế tạo và lắp ráp máy được thực hiện cẩn thận, sau đó tiến hành chạy thử nghiệm để đánh giá khả năng tách nước của máy Kết quả thử nghiệm được phân tích và đánh giá để xác định khả năng hoạt động của máy, đồng thời xác định và khắc phục các vấn đề phát sinh có thể xảy ra trong quá trình vận hành máy.
Sau khi hoàn thiện quá trình chạy thử nghiệm máy, chúng tôi đã rút ra những kết luận quan trọng và đề xuất hướng phát triển thêm cho đồ án Qua quá trình thử nghiệm, chúng tôi đã thu thập được những dữ liệu và kết quả đáng kể, giúp chúng tôi đánh giá được hiệu quả và khả năng của máy Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất một số hướng phát triển thêm để cải thiện và nâng cao hiệu suất của máy, đáp ứng nhu cầu thực tế và mở ra những cơ hội mới cho ứng dụng thực tiễn.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Tổng quan về các dạng phoi
Phoi là lớp kim loại bị biến dạng và tách ra khỏi chi tiết gia công trong quá trình cắt gọt Hình dạng của phoi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm điều kiện cắt, loại vật liệu gia công và các yếu tố khác, dẫn đến sự đa dạng về hình dạng phoi.
Quá trình cắt kim loại phụ thuộc vào chế độ cắt, vật liệu gia công và thông số hình học của phần dao cắt, dẫn đến việc tạo ra các dạng phoi khác nhau Tuy nhiên, phoi cắt kim loại thường được phân loại thành ba loại chính, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng Việc hiểu rõ về các loại phoi cắt giúp người gia công lựa chọn phương pháp và công cụ phù hợp, đảm bảo hiệu quả và chất lượng của quá trình gia công.
- Phoi cắt ra có dạng hạt nhỏ rời rạc không liên kết với nhau hoặc liên kết với nhau rất yếu
- Vật liệu gia công là loại vật liệu cứng và giòn như: Gang, đồng thau cứng cùng với tốc độ cắt thấp
Hình 2.1: Hình dạng phôi vụn
- Khi gia công vật liệu dẻo như thép, đồng thau mềm ở vận tốc cắt thấp, chiều dày cắt lớn và góc cắt tương đối lớn
Hình 2.2: Hình dạng phôi xếp
- Phoi cắt ra có dạng dây dài
- Khi gia công vật liệu dẻo ở tốc độ cao, chiều dày bé.
Giới thiệu chung về máy ly tâm
2.2.1 Giới thiệu về phương pháp quay ly tâm tách nước
Phương pháp quay ly tâm là một kỹ thuật tách các hạt rắn và chất lỏng hiệu quả, dựa trên nguyên tắc tận dụng lực ly tâm Khi một mẫu chứa hỗn hợp rắn-lỏng được đưa vào thiết bị quay ly tâm và quay ở tốc độ cao, lực ly tâm sẽ được tạo ra, làm thay đổi hướng của nước và các chất lỏng khác so với hướng của các hạt rắn Kết quả là các hạt rắn bị đẩy ra xa trục quay và tập trung ở bên ngoài, trong khi nước và các chất lỏng khác nằm ở gần trục quay, giúp tách rời các thành phần một cách hiệu quả.
Hình 2.4: Phân tích tác dụng lực ly tâm 2.2.2 Phân loại máy ly tâm
Có nhiều cách để phân loại máy ly tâm , nhưng thường máy ly tâm sẽ được phân thành các loại như:
2.2.2.1 Theo yếu tố phân ly
- Máy ly tâm tốc độ thường dùng để phân ly huyền phù có nồng độ khác nhau ( trừ huyền phù mịn )
- Máy ly tâm tốc độ cao dùng để phân ly huyền phù mịn và dung dịch keo
Hình 2.5: Máy ly tâm tốc độ thường
Hình 2.6: Máy ly tâm tốc độ cao 2.2.2.2 Theo công dụng của máy
- Máy dùng để lọc các huyền phù mà pha phân tán
- Máy lắng ly tâm dùng để phân riêng huyền phù khó lọc hoặc để lắng trong huyền phù có nồng độ thấp
- Máy phân ly dùng để phân riêng nhũ tương
2.2.2.3 Theo phương pháp tháo bã
Hình 2.7: Máy ly tâm tháo bã bằng tay
Hình 2.8: Máy ly tâm tháo bã bằng dao
- Tháo bã bằng vít xoắn
Hình 2.9: Máy ly tâm tháo bã bằng vít xoắn
Hình 2.10: Máy ly tâm tháo bã bằng pittong
2.2.2.4 Theo cấu tạo chỗ tựa
- Kiểu đứng ( Máy ly tâm 3 chân )
Hình 2.11: Máy ly tâm kiểu đứng
Hình 2.12: Máy ly tâm kiểu treo
Máy ly tâm trục đứng
Máy ly tâm trục đứng gồm :
+ Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường
+ Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao
2.3.1 Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường
Các máy ly tâm trục đứng tốc độ thấp thường có kích thước nhỏ gọn, phù hợp để đặt trên bàn làm việc và hoạt động với tốc độ khoảng vài ngàn vòng/phút Tốc độ quay của máy thường được cố định hoặc chỉ có thể điều chỉnh trong phạm vi hẹp, nhưng vẫn đáp ứng được nhiều mục đích sử dụng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Hình 2.13: Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường
Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường là thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp đường, hoạt động dựa trên nguyên tắc làm việc của máy ly tâm hình côn Quá trình này diễn ra liên tục khi đường non được tăng tốc đến tốc độ quay vòng và đi vào lưới lọc, giúp tách riêng các thành phần theo yêu cầu.
Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường có các kiểu:
- Máy ly tâm kiểu treo: dùng để phân biệt riêng huyền phù mịn và trung bình như tách đường, hóa chất
- Máy ly tâm ba chân: dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nhỏ, trung bình hoặc làm khô bã lọc,
2.3.2 Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao
Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao là thiết bị lý tưởng để phân biệt huyền phù mịn hoặc nhũ tương đòi hỏi lực ly tâm lớn Trên thị trường, máy ly tâm trục đứng tốc độ cao được chia thành hai loại chính dựa trên số vòng quay, bao gồm loại có tốc độ quay từ 5000 - 10000 vòng/phút và loại có tốc độ quay từ 14000 - 45000 vòng/phút, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng.
2.3.2.1 Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao loại đĩa
Máy ly tâm trục đứng kiểu đĩa thường được dùng để phân ly dung dịch nhũ tương hay để làm trong chất lỏng
Hình 2.14: Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao loại đĩa
Cấu tạo của thiết bị bao gồm thùng quay và các đĩa hình nón cụt gắn bên trong Nhũ tương đi vào qua ống và di chuyển xuống phần dưới của thùng, sau đó đi qua lỗ ở các đĩa và phân thành các lớp mỏng Chất lỏng nặng trượt xuống dưới và tập trung ở ngoài thành thùng, sau đó ra ngoài qua lỗ Trong khi đó, chất lỏng nhẹ chuyển động ngược trở lại theo hướng tâm và ra ngoài qua rãnh Để đảm bảo chất lỏng không dừng lại khi thùng quay, cánh được đặt sát thùng để tạo lực đẩy cần thiết.
Máy phân ly loại đĩa có ưu và nhược điểm
- Ưu điểm : Máy có mức độ phân ly cao, thể tích thùng lớn
- Nhược điểm: Máy có cấu tạo phúc tạp, khó gia công khi cần chế tạo bằng vật liệu chống ăn mòn
2.3.2.2 Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao loại ống
Máy ly tâm cao tốc loại ống là lựa chọn lý tưởng để phân riêng các hỗn hợp mịn, huyền phù ướt và nhũ tương Với bán kính nhỏ nhưng tốc độ quay cực lớn, lên đến 14.000 vòng/phút, máy ly tâm loại ống mang lại hiệu quả cao trong việc tách và phân riêng các thành phần.
Hình 2.15: Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao loại ống
Cấu tạo của máy bao gồm ống có đường kính 200mm và chiều dài gấp 5 đến 7 lần đường kính, được đặt trong vỏ hình nón Dung dịch được đưa vào máy thông qua ống dẫn, sau đó đầu trên của ống được nối với trục có dây đai kết nối với động cơ Đầu dưới của ống được lắp vào ổ đỡ để đảm bảo ống quay ổn định và tránh rung động Bên trong ống có ba hoặc bốn cánh hướng tâm chạy dọc suốt ống, giúp hướng chất lỏng chuyển động lên phía trên khi máy hoạt động.
Cấu tạo đầu ống có thể thay đổi tùy theo mục đích sử dụng Đối với mục đích lắng, đầu trên của ống thường được thiết kế với lỗ dẫn chất lỏng ra ngoài Ngược lại, nếu mục đích là phân riêng, đầu trên của ống sẽ có tấm ngăn chia thành hai lỗ riêng biệt, một lỗ dành cho pha nhẹ và một lỗ dành cho pha nặng.
Máy phân ly loại ống có ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm : Độ phân ly riêng rất lớn, lực ly tâm của máy gấp 8 đến 34 lần máy ly tâm thường, làm việc chắc chắn, cấu tạo gọn gàng
+ Nhược điểm: Làm việc gián đoạn, dung tích nhỏ, tháo bã bằng tay
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lực ly tâm
Khi một vật chuyển động tròn với vận tốc góc 𝜔, nó sẽ chịu tác động đồng thời của hai lực: lực hướng tâm 𝐹 ℎ𝑡 và lực ly tâm 𝐹 𝑙𝑡 Lực hướng tâm là lực kéo vật về phía tâm của quỹ đạo tròn, trong khi lực ly tâm là lực đẩy vật ra xa tâm của quỹ đạo tròn Hai lực này có cùng độ lớn nhưng ngược chiều nhau, tạo ra sự cân bằng cần thiết để vật chuyển động tròn ổn định.
Trong đó - r là bán kính vòng quay (m)
- m là khối lượng của vật quay (kg)
- 𝜔 là vận tốc góc quay (rad/s) được tính theo công thức 𝜔 = 2.𝜋.𝑛
Lực ly tâm tương đối
Vật không chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm mà còn phải chịu lực hút của trái đất, được ký hiệu là P, với giá trị xấp xỉ 9,8 N cho mỗi kilogram Khi tổng hợp lực, ta sẽ có được lực hướng tâm thực tế Do đó, trực đối với lực hướng tâm thực tế là lực ly tâm thực tế, còn được gọi là lực ly tâm tương đối.
1000 2 Trong đó n là tốc độ vòng quay (vòng/phút) r là bán kính vòng quay (m)
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Tổng quan về doanh nghiệp và yêu cầu của doanh nghiệp
4.1.1 Giới thiệu về doanh nghiệp
Công ty TNHH Sản xuất Thương Mại Dịch Vụ Thế Hải
Công ty TNHH Sản xuất Thương Mại Dịch Vụ Thế Hải là đơn vị chuyên cung cấp hàng gia công và chế tạo máy cho khu công nghiệp, khu chế xuất và khu công nghệ cao, trong đó có khách hàng lớn là NIDEC Nhận thấy sự gia tăng nhu cầu sử dụng dầu tưới nguội trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác, công ty NIDEC đã đặt gia công chế tạo máy tại Thế Hải để giải quyết vấn đề dầu tưới nguội bám vào phoi cắt Mục tiêu của dự án là thiết kế, chế tạo máy tách dầu tưới nguội ra khỏi phoi cắt, cho phép tái chế trực tiếp phoi cắt và tái sử dụng dung dịch tưới nguội, đáp ứng nhu cầu của khách hàng và góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành gia công cơ khí chính xác.
Hình 4.1: Công ty TNHH Sản xuất Thương Mại Dịch Vụ Thế Hải
4.1.2 Yêu cầu của doanh nghiệp
Trong quá trình nghiên cứu tài liệu và tham khảo các mẫu thiết kế, chúng tôi đã xác định được các thông số cụ thể đáp ứng tiêu chí của khách hàng, giúp tạo nền tảng vững chắc cho dự án.
- Thời gian vắt ly tâm mỗi mẻ 2p - 3p
- Tốc độ trục quay n = 700 - 1000 vòng/ phút
- Máy cho ra sản phẩm đạt yêu cầu, vận hành đơn giản và chỉ cần 1,2 công nhân vận hành.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động, thông số thiết kế của máy
* Nguyên lí hoạt động của máy
Hình 4.2: Nguyên lí làm việc của máy
Bảng 4.1: Thông số thiết kế máy
Năng suất tách 10 (kg/mẻ)
Thời gian tách 2 - 3 (phút/mẻ)
* Nguyên lí làm việc và các cụm làm việc của máy
- Đầu tiên cần xác định khối lượng phoi
- Sau đó cho phoi vào lồng quay ly tâm
- Thùng ly tâm quay tiến hành quá trình tách dung dịch dầu tưới nguội
- Sau khi tách xong sẽ mở van xả dung dịch tưới nguội được tách vào thùng chứa
- Hộp giảm tốc trục vít bánh vít sẽ quay thùng và đổ lượng phoi được tách ra ngoài
- Năng suất cao, tiết kiệm được thời gian
- Kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo trì
- Chi phí đầu tư thấp
- Quá trình tách cho được hiệu suất cao
- Tồn tại tiếng ồn trong quá trình làm việc
- Việc cấp nguyên liệu vào và lấy phoi ra khỏi thùng ly tâm vẫn cần có nhân công
* Hình vẽ sơ đồ động của máy
Dựa vào nguyên lí hoạt động của máy ta có sơ đồ truyền động như sau
Hình 4.3: Sơ đồ truyền động của máy Bảng 4.2: Cụm chi tiết sơ đồ truyền động
5 Hộp giảm tốc trục vít bánh vít
* Phác thảo thiết kế máy dưới dạng 2D
Hình 4.4: Phác thảo 2D ý tưởng thiết kế máy
Bảng 4.3: Cụm chi tiết của máy
STT Chi tiết STT Chi tiết
1 Khung đỡ hộp giảm tốc 8 Ổ lăn
2 Động cơ gắn hộp giảm tốc 9 Lồng vắt
3 Hộp giảm tốc 10 Trục quay
5 Khung bao lồng vắt 12 Động cơ lồng vắt
6 Lò xo 13 Bộ truyền đai
7 Lồng bao 14 Chân đế điều chỉnh
Lựa chọn phương án thiết kế cho kết cấu máy
4.3.1 Hệ thống giảm rung động
* Phương án 1 : Sử dụng hệ thống giảm rung bằng lò xo
Máy được thiết kế với lồng vắt được bao bọc bởi thùng ngoài, tạo thành hệ thống thùng quay gắn vào khung máy theo khối hình vuông Động cơ được lắp đặt trên khung máy, truyền động lực qua trục chính và bộ truyền đai để làm quay lồng vắt Đặc biệt, máy được trang bị tám lò xo tại các góc của khung, giúp giảm rung và cho phép máy hoạt động với tải trọng lệch tâm tương đối lớn, mang lại hiệu suất cao và ổn định.
Nhược điểm: Khối lượng máy nặng , tạo tiếng ồn
* Phương án 2 : Sử dụng đế cao su
Một phương án cải thiện hiệu suất hoạt động của máy là gắn thêm đế cao su đàn hồi dưới phần chân đế của khung máy, giúp giảm thiểu sự rung động Ưu điểm của phương án này là máy có kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ, rất phù hợp với máy có công suất nhỏ.
Nhược điểm: Độ bền và tuổi thọ thấp , giá thành cao
Dựa trên việc tìm hiểu và nghiên cứu cho hai phương án giảm rung động thì phương án
1 là phù hợp so với yêu cầu của máy
Phương án được thiết kế như hình dưới
Hình 4.5: Thiết kế hệ thống giảm rung lắc
Lồng vắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách dung dịch khỏi phoi, do đó cần được thiết kế đảm bảo độ bền và dễ dàng tháo lắp Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu, chúng tôi đã quyết định lựa chọn vật liệu inox 304 để chế tạo lồng vắt, nhờ vào những đặc tính vượt trội của nó Việc lựa chọn vật liệu này không chỉ giúp tăng độ bền cho lồng vắt mà còn đảm bảo quá trình vệ sinh và bảo trì dễ dàng hơn.
Phương án về lồng vắt được thiết kế như hình :
Hình 4.6: Thiết kế lồng vắt
Lồng vắt được chế tạo bằng cách hàn lại các tấm inox đã được cắt theo kích thước và hình dạng cụ thể Cụ thể, lồng vắt có dạng hình trụ tròn với đường kính 500 mm, chiều cao 300 mm và bề dày 1 mm Phần đáy của lồng vắt được hàn kín bằng tấm inox có cùng đường kính, trong khi phần trên được hàn với khớp lồng lưới để dễ dàng lắp vào trục chính và tạo chuyển động quay cho thùng ly tâm.
Lồng vắt được thiết kế thông minh với các lỗ có đường kính 2mm, sắp xếp thành từng hàng với khoảng cách đều nhau Điều này cho phép tạo ra nơi thoát nước hiệu quả trong quá trình vắt, đồng thời giữ lại toàn bộ lượng phoi ở lại trong lồng nhờ kích thước lỗ nhỏ 2mm.
4.3.3 Bộ phận lồng bao ngoài
* Phương án 1: Sử dụng inox 304
Thùng bao ngoài dùng vật liệu từ inox 304 với bề dày từ 1mm đến 2mm được cắt ra với kích thước đã yêu cầu và được hàn lại
+ Ưu điểm : Đồ bền cao và không rỉ
+ Nhược điểm : Chi phí cao
* Phương án 2 : Sử dụng vật liệu thép CT3
Sử dụng thép tấm CT3 dày từ 1mm đến 2mm được cắt ra theo đúng kích thước yêu cầu và hàn lại
+ Ưu điểm : Tiết kiệm chi phí và dễ gia công
+ Nhược điểm: Dễ bị rỉ sét khi sử dụng lâu dài
Do thường xuyên tiếp xúc với dung dịch, thùng bao ngoài lồng vắt dễ bị rỉ sét và gây hao mòn Vì vậy, lựa chọn phương án 1 là giải pháp tối ưu để sử dụng cho phần này, đảm bảo độ bền và hiệu suất sử dụng.
Hình 4.7: Thiết kế lồng bao ngoài 4.3.4 Cơ cấu quay bộ phận lồng vắt
* Phương án 1: Sử dụng xylanh quay
+ Ưu điểm : Khả năng linh hoạt và tính chính xác cao
+ Nhược điểm : Tốn nhiên liệu , tải trọng thấp
* Phương án 2: Sử dụng hộp giảm tốc trục vít bánh vít
+ Ưu điểm : Khả năng truyền động tốt , quay tải trọng với hiệu suất cao, dễ dàng sửa chữa và bảo trì
+ Nhược điểm : Khả năng tạo tiếng ồn trong quá trình làm việc
Hình 4.9: Hộp giảm tốc trục vít bánh vít
Vì quá trình quay cơ cấu lồng vắt với tải trọng tương đối lớn nên phương 2 sẽ được chọn để làm quay cơ cấu lồng vắt.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY
Lựa chọn vật liệu
Để đảm bảo quá trình máy hoạt động luôn tiếp xúc với dung dịch lỏng một cách an toàn và hiệu quả, inox là vật liệu lý tưởng để chế tạo các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với dung dịch như lồng vắt và lồng bao ngoài Trong khi đó, các bộ phận khác như khung máy và bàn đỡ sẽ được chế tạo từ vật liệu thép, giúp tăng cường độ bền và ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Tính toán, thiết kế các bộ phận của cụm tách dung dịch
5.3.1 Tính toán và chọn động cơ
Lực vòng tác dụng khi trục quay với tốc độ lớn nhất 2 (m/s) là :
Công suất làm việc được tính :
Công suất cần thiết trên động cơ
Trong đó : η là hiệu suất dẫn động trên động cơ
Tra bảng hiệu suất dẫn động ta được
+ Hiệu suất bộ truyền đai là: ηđ = 0,96
+ Hiệu suất ổ lăn là : ηol = 0,99
=> Công suất cần thiết của động cơ là
Theo bảng tỉ số truyền ( tài liệu [2] trang 54 ) ta chọn tỉ số truyền sơ bộ u 𝑠𝑏 = u đ = 2
=> Số vòng quay sơ bộ n 𝑠𝑏 = u 𝑠𝑏 n = 1400 (v/ph)
+ Pđc = 0,37 kW > 𝑃 𝑐𝑡 = 0,35 kW (thỏa mãn)
+ nđc = 1410 v/ph > n 𝑠𝑏 = 1400 v/ph (thỏa mãn)
* Phân phối tỉ số truyền
Tỉ số truyền hệ thống u đ = n đ𝑐
𝑛 = 2,01 Chọn tỉ số truyền đai theo tiêu chuẩn u đ = 2
Kiểm tra sai số tỉ số truyền của hệ thống
* Công suất trên các trục
- Công suất trên trục chính là :
- Công suất trên trục động cơ là :
* Số vòng quay trên các trục
- Trên trục động cơ là :
* Momen xoắn trên các trục
- Momen xoắn trên trục động cơ là :
- Momen xoắn trên trục chính là :
Bảng 5.1: Hệ thống số liệu tính toán công suất
Thông số Động cơ Công tác
Tốc độ quay n (vòng /phút) 1410 705
5.3.2 Tính toán bộ truyền đai
+ Công suất động cơ 𝑃 đ𝑐 = 0,35 (kW)
Dựa vào điều kiện làm việc ta chọn loại Đai thường A
Hình 5.2: Bảng tra chọn tiết diện đai
Ta có bảng thông số tiết diện đai hình thang ( bảng 4.13 tài liệu [2] trang 59 )
Bảng 5.2: Bảng tiết diện đai
Kích thước tiết diện (mm) Diện tích tiết diện A, 𝑚𝑚 2 Đường kính bánh đai nhỏ d1, mm
* Chọn đường kính bánh đai
Dựa vào bảng 4.13 trang 59 và bảng 4.21 trang 63 tài liệu [2]
Từ đó ta tính được đường kính bánh đai lớn 𝑑 2 là
(1− 𝜀 ) = 255 (mm) Trong đó 𝜀 = 0,02 là hệ số trượt
Dựa vào bảng 4.21 trang 63 tài liệu [2]
=> Chọn 𝑑 2 theo tiêu chuẩn 𝑑 2 = 250 mm
Kiểm tra lại tỉ số truyền thực tế
Với tỉ số truyền u = 2 ( dựa vào bảng 4.14 trang 60 tài liệu [2] ) thì
Chiều dài đai được xác định là ( công thức 4.4, trang 54 , tài liệu [2] ) :
4 300 = 1202,07 (mm) Dựa vào bảng 4.13, trang 59 , tài liệu [2]
=> Ta chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn L = 1250 (mm)
Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ theo số vòng của đai trong 1 giây i = 𝑣
𝐿 = 7,38 (lần/s) < 𝑖 𝑚𝑎𝑥 = 10 ( Công thức 4.15, trang 60, tài liệu [2] )
Tính chính xác lại khoảng cách trục theo công thức 4.6 , trang 54, tài liệu [2]
Góc ôm 𝛼 1 trên bánh đai dẫn được tính theo công thức α1 = 180° - 57° (𝑑 2 −𝑑 1 )
𝑎 ≈ 158° ≥ 120° ( Công thức 4.7, trang 60, tài liệu [2] )
Số đai z được xác định theo công thức z = 𝑃 1 𝐾 đ
[𝑃 0 ].𝐶 𝛼 𝐶 1 𝐶 𝑢 𝐶 𝑧 ( Công thức 4.16, trang 60 , tài liệu [2] )
- Công suất trên bánh đai chủ động 𝑃 1 = 0,35 (kW)
- Công suất cho phép : [𝑃 𝑜 ] (kW)
Từ bảng 4.19 , trang 62, tài liệu [2] ta nội suy được giá trị [𝑃 𝑜 ] = 1,87 kW
- Hệ số tải trọng động Kđ = 1 ( Tra bảng 4.7 , trang 55 , tài liệu [2] )
- Hệ số tải kể đến ảnh hưởng của góc ôm 𝛼 1 là : 𝐶 𝛼
𝐶 𝛼 = 1 - 0,0025 (180 - 𝛼 1 ) = 0,945 ( công thức trang 61, tài liệu [2] )
- Hệ số ảnh hưởng đến chiều dài đai 𝐶 1
Từ bảng 4.16, trang 61 , tài liệu [2] ta nội suy được giá trị 𝐶 1 = 0,93
- Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền 𝐶 𝑢
Từ bảng 4.17, trang 61, tài liệu [2] ta nội suy được giá trị 𝐶 𝑢 = 1,125
- Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng cho các dây đai: 𝐶 𝑧
Tra bảng 4.18, trang 61, tài liệu [2] ta được 𝐶 𝑧 = 1
Chiều rộng bánh đai được xác định là:
B = ( z - 1 ) t + 2.e ( Công thức 4.17, trang 63, tài liệu [2] )
Trong đó hệ số t và e được tra bảng 4.21, trang 63, tài liệu [2]
+ Đường kính ngoài bánh đai
𝑑 𝑎 = 𝑑 1 + 2 ℎ 𝑜 = 131,6 (mm) ( Công thức 4.17, trang 63, tài liệu [2] )
Trong đó hệ số ℎ 𝑜 được tra bảng 4.21, trang 63, tài liệu [2]
* Xác định lực căng và lực tác dụng lên đai
𝑣.𝐶 𝛼 𝑍 + 𝐹 𝑣 = 72,37 (N) ( Công thức 4.19, trang 63 tài liệu [2] ) Trong đó 𝐹 𝑣 = 𝑞 𝑚 𝑣 2 ( Công thức 4.20, trang 64 tài liệu [2] )
- Lực tác dụng lên trục
Bảng 5.3: Thông số bộ truyền đai thang
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Tốc độ quay trục dẫn 𝑛 1 1410 (v/ph)
Tiết diện đai A 81 (𝑚𝑚 2 ) Đường kính bánh đai nhỏ 𝑑 1 125 (mm) Đường kính bánh đai lớn 𝑑 2 250 (mm)
Góc ôm bánh đai nhỏ ∝ 1 158 (độ)
Lực tác dụng lên trục 𝐹 𝑟𝑑 79 (N)
* Lựa chọn vật liệu làm trục
Để đảm bảo hiệu suất làm việc của máy, đặc biệt khi thường xuyên tiếp xúc với dung dịch nước tưới nguội có thể gây ra rỉ sét, việc lựa chọn vật liệu SUS304 là giải pháp tối ưu, đáp ứng nhu cầu làm việc của máy và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị.
* Xác định tải trọng tác dụng lên trục
Hình 5.3: Phân tích lực tác dụng lên trục
* Tính sơ bộ đường kính trục Đường kính sơ bộ được tính theo công thức 10.9 , trang 188, tài liệu [2]
Trong đó : + [𝜏] là ứng suất xoắn cho phép chọn [𝜏] = 20 𝑀𝑃𝑎
* Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Chiều dài mayơ của bánh đai
Ta có 𝑙 𝑚 = (1,2 1,5).d ( Công thức 10.10 , trang 189, tài liệu [2] )
Tra bảng 10.2 ,trang 189, tài liệu [2] ta được 𝑏 𝑜 = 23
+ Khoảng cách từ gối đỡ thứ nhất đến bánh đai
Với K : Khoảng cách từ mặt bánh đai đến mặt ổ lăn
+ Khoảng cách của hai gối đỡ
Hình 5.4: Khoảng cách và vị trí đặt lực
* Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
Xét moment tại A ta có
Xét hợp tổng hợp lực theo phương Y ta có
Xét moment tại A ta có
Xét tổng hợp lực theo phương X ta có
Ta có biểu đồ nội lực
Hình 5.5: Biểu đồ nội lực
Dựa vào biểu đồ nội lực, chúng ta xác định được tiết diện nguy hiểm nhất tại điểm B, vì vậy chúng ta sẽ tập trung phân tích tại tiết diện này Tại đây, tiết diện phải chịu đồng thời cả lực momen uốn và momen xoắn, do đó chúng ta sẽ áp dụng thuyết bền để đánh giá khả năng chịu tải của tiết diện này một cách chính xác.
Trong đó : 𝑀 𝑥 ,𝑀 𝑦 : là momen uốn tại tiết diện
𝑀 𝑧 : là momen xoắn trên trục công tác với 𝑀 𝑧 = 𝑇 𝑙𝑣 = 4470,21 (Nmm) [𝜎 𝑏 ] : Giới hạn bền của vật liệu SUS304 [𝜎 𝑏 ] = 515 N.𝑚𝑚 2
- Xác định đường kính tại ổ lăn và bánh đai
𝑀 𝑡𝑑𝐴 = √𝑀 𝑥 2 + 𝑀 𝑦 2 + 0,75 𝑇 2 ( Công thức 10.16, trang 194, tài liệu [2] )
Trong đó 𝑀 𝑥 ,𝑀 𝑦 : là momen uốn tại tiết diện
T : là momen xoắn trên trục công tác với
=> 𝑀 𝑡𝑑𝐴 = 8799,25 (N.mm) Đường kính tại ổ lăn được xác định bằng công thức 10.17, trang 194, tài liệu [2]
Chọn 𝑑 𝐴 theo tiêu chuẩn 𝑑 𝐴 = 30 (mm)
Tương tự ta xác định đường kính tại bánh đai
Chọn 𝑑 𝑏𝑑 theo tiêu chuẩn 𝑑 𝑏𝑑 = 30 (mm)
5.3.4 Chọn ổ lăn trên trục chính
Theo tài liệu [2] ta có tỉ số 𝐹 𝑎
𝐹 𝑟 = < 0,3 nên ta chọn ổ bi đỡ 1 dãy
- Dựa trên yêu cầu làm việc cũng như dựa vào đường kính đã được tính ở trên ta chọn gối đỡ UCF 206 với thông số kỹ thuật như sau
+ Chiều cao gối đỡ a (mm) : 108
+ Tốc độ giới hạn (v/ph) : 4700 - 3400
* Kiểm nghiệm khả năng tải trọng động của ổ lăn
Ta có 𝐶 𝑑 = Q 𝑚 √𝐿 ( Công thức 11.1, trang 213, tài liệu [2] )
Trong đó : + Q : Tải trọng động quy ước kN
+ L : Tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay
+ m :Bậc của đường cong mỏi khi thử ổ lăn ( m = 3)
Xét công thức 11.2, trang 213 tài liệu [2] ta có
10 6 Trong đó : 𝐿 ℎ là tuổi thọ ổ tính bằng giờ ( 𝐿 ℎ = 3.10 3 giờ) n là số vòng quay (v/ph)
Xét công thức 11.3, trang 214, tài liệu [2] ta có
Trong đó + 𝐹 𝑟 và 𝐹 𝑎 : Lần lượt là tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục kN
+ V : Hệ số kể đến vòng quay ( V = 1 )
+ 𝑘 𝑡 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ ( 𝑘 𝑡 =1)
+ 𝑘 𝑑 : Hệ số kể đến đặc tính tải trọng ( 𝑘 𝑑 = 1,3 bảng 11.3, tài liệu [2]) + X : Là hệ số tải trọng hướng tâm X =1
+ Y : Là hệ số tải trọng dọc trục Y = 0
=> Khả năng tải trọng động của ổ lăn đạt yêu cầu
* Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn
Khả năng tải tĩnh của ổ được kiểm nghiệm theo công thức 11.18, trang 221, tài liệu [2]
Trong đó: + 𝐶 𝑜 : Khả năng tải tĩnh của ổ lăn (kN)
+ 𝑄 𝑡 : Tải trọng tĩnh quy ước (kN)
Theo công thức 11.19, trang 221, tài liệu [2]
Trong đó + 𝑋 0 ,𝑌 0 : Lần lượt là tải trọng hướng tâm và tải trọng lực dọc trục ( tra bảng 11.6, trang 221, tài liệu [2] )
Theo công thức 11.20, trang 221, tài liệu [2]
=> Khả năng tải trọng tĩnh đạt yêu cầu
Tính toán động cơ cho hộp giảm tốc của cụm lấy phôi
Sơ đồ truyền động tại hộp giảm tốc
Hình 5.6: Sơ đồ truyền động tại hộp giảm tốc
* Tính toán công suất và chọn động cơ
Công suất cần thiết trên động cơ là
𝑃 𝑐𝑡 = 𝑃 η 𝑙𝑣 ( Công thức 2.8, trang 19, tài liệu [2])
Trong đó : η : Là hiệu suất dẫn động trên động cơ
Tra bảng hiệu suất dẫn động trên động cơ ( bảng 2.3 , trang 19, tài liệu [2])
+ Hiệu suất bộ truyền trục vít η 𝑏𝑣𝑡𝑣 = 0,8
Công suất cần thiết trên trục động cơ
0,792 = 0,36 (kW) Chọn 𝑢 𝑠𝑏 của trục vít bánh vít là 60 ( Theo bảng 2.4, trang 21, tài liệu [2])
=> Số vòng quay sơ bộ
=> Chọn động cơ 3 phase có { 𝑃 𝑑𝑐 = 0,37 𝑘𝑊
* Phân phối tỉ số truyền
Tỉ số truyền hệ thống
4 = 62.5 Chọn tỉ số truyền theo tiêu chuẩn u = 60
Kiểm tra sai số hệ thống
* Chọn hộp giảm tốc trục vít bánh vít
Hộp giảm tốc trục vít bánh vít được thiết kế để đáp ứng yêu cầu làm việc của máy, đảm bảo tính ổn định cao và có khả năng chịu tải nặng Với thiết kế và điều kiện làm việc phù hợp, hộp giảm tốc trục vít bánh vít có thể hoạt động hiệu quả và ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, đáp ứng nhu cầu của máy móc trong các ngành công nghiệp.
Hộp giảm tốc WPA60 là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu lực và mài mòn cao, đặc biệt phù hợp với các thiết kế máy móc như máy nâng hạ, máy chuyền vật liệu và máy bơm, giúp truyền động và giảm tốc một cách hiệu quả.
- Thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc WPA60
+ Chiều ngang hộp giảm tốc 198mm
+ Đường kính mặt bích ngoài 160mm
+ Khoảng cách 2 tâm lỗ đế dọc 105mm
+ Khoảng cách tâm lỗ đế ngang trục 120mm
+ Đường kính trục vào HGT WPA60 15mm
+ Đường kính trục ra 22mm
Tính toán khung máy
Khung máy được thiết kế với khả năng chịu lực tác động tốt, giảm thiểu rung động và đảm bảo không di chuyển cũng như không bị biến dạng trong quá trình hoạt động Quá trình kiểm nghiệm bền được thực hiện sau thiết kế để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định của máy.
Khung máy được thiết kế chắc chắn với vật liệu thép CT3 có độ bền cao, bao gồm thép hộp vuông kích thước 40mmx40mmx2mm, thép tấm 40mmx40mmx3mm và thép tấm 320mmx80mmx20mm, giúp tăng cường độ vững chắc và ổn định cho toàn bộ cấu trúc Đặc biệt, thép CT3 có giới hạn bền kéo ấn tượng trong khoảng 373 - 461 N/mm2, đảm bảo khả năng chịu lực và độ tin cậy cao cho khung máy.
Bảng 5.4: Thông số kết cấu khung
STT Chiều dài (mm) Số lượng (cây) Tổng (mm)
Hình 5.7: Khung máy được thiết kế trong inventor 5.5.2 Kiểm nghiệm độ bền khung máy
* Đặt tải trọng tác dụng lên khung máy
Hình 5.8: Phân tích lực tác dụng lên khung trong Inventor 2022
Khung máy chịu lực tác dụng từ cơ cấu ly tâm được đặt lên trên hai tấm thép Lực tác dụng lên khung máy được xác định là:
Trong đó - m : khối lượng của vật tác dụng (kg)
- g : là gia tốc trọng trường ( g = 9,8 m/𝑠 2 )
Khối lượng của cơ cấu ly tâm được tính toán bằng phần mềm Inventor 2022 m = 90,1 kg
=> Lực tác dụng lên khung máy là: P = 90,1 × 9,8 ≈ 883 (N)
Thực hiện kiểm nghiệm bằng phần mềm Inventor 2022 lần lượt từ kiểm nghiệm độ bền tĩnh đến kiểm nghiệm độ bền động
Hình 5.9: Phân tích chia lưới khung máy bằng phần mềm Inventor 2022
Hình 5.10: Mô phỏng chuyển vị khung máy
Nhìn vào hình trên, chúng ta có thể thấy chuyển vị lớn nhất là 0,0013mm Dựa trên thiết kế và nguyên lý hoạt động của máy, giá trị chuyển vị này không gây ảnh hưởng đáng kể đến vị trí tương quan cũng như các chức năng của máy, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
Hình 5.11: Mô phỏng ứng suất khung máy
Từ hình trên ta nhận thấy ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung là 0,8656 MPa
=> Khung máy thỏa được điều kiện bền
CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Gia công cụm chi tiết số 1 - bàn đỡ động cơ và hộp giảm tốc
Hình 6.1: Bản vẽ cụm chi tiết bàn đỡ hộp giảm tốc, động cơ 6.1.1 Gia công bàn đặt hộp giảm tốc và động cơ
Khung bàn được hàn bằng théo hộp vuông C45 kích thươc 30mm x 30mm x 1,5mm với khả năng đỡ và chịu được trọng lực và tải của động cơ
Hình 6.2: Hình ảnh gia công thực thế bàn đặt hộp giảm tốc và động cơ
6.1.2 Gia công tấm đế hộp giảm tốc
Tấm đỡ hộp giảm tốc với kích thước 220mm x 115mm x 25mm được gia công chính xác trên máy CNC, áp dụng công nghệ lập trình hiện đại với phần mềm Creo 8.0 Quá trình gia công bắt đầu bằng việc đưa chương trình đã lập trình sẵn vào máy CNC, sau đó thực hiện gá đặt và gia công chi tiết một cách chính xác và hiệu quả.
Hình 6.3: Tấm đế hộp giảm tốc
Gia công cụm chi tiết số 2 - cụm quay ly tâm
Hình 6.4: Bản vẽ gia công cụm quay ly tâm 6.2.1 Gia công khung treo lồng ly tâm
- Khung treo được hàn từ những thanh thép hộp vuông 30mm x 30mm x 1,5mm đã được cắt về đúng kích thước bản vẽ
Hình 6.5: Gia công khung treo thùng ly tâm 6.2.2 Gia công bộ khung đỡ lồng
Bộ khung đóng vai trò quan trọng trong việc giữ lồng vắt ở vị trí cố định trên khung máy, đảm bảo quá trình hoạt động hiệu quả Bộ khung này bao gồm hai bộ phận chính: khung đỡ lồng và tấm đỡ lồng, mỗi bộ phận đều có chức năng riêng biệt nhưng cùng nhau tạo nên một hệ thống hỗ trợ vững chắc cho lồng vắt.
Khung đỡ lồng được chế tạo từ thép hộp C45 với kích thước 40mm x 40mm x 2mm, đảm bảo độ chắc chắn và bền vững Quá trình sản xuất khung đỡ lồng bao gồm việc cắt thép hộp vuông theo kích thước yêu cầu và hàn chúng lại với nhau để tạo thành một kết cấu vững chắc.
Hình 6.6: Gia công khung đỡ lồng
+ Tấm đỡ lồng được cắt laser theo đúng kích thước bản vẽ và sau đó được hàn với 4 ống trụ ∅25 dài 28mm
Hình 6.7: Tấm đỡ lồng và khung đỡ lồng 6.2.3 Gia công lồng tấm cố định lò xo
Tấm cố định lò xo được cắt laser với đúng kích thước bản vẽ và sau đó được hàn cố định với ống trụ dường kính lỗ 20mm
Hình 6.8: Tấm cố định lò xo
Gia công cụm chi tiết số 3 - Lồng vắt
Hình 6 9: Bản vẽ gia công cụm chi tiết lồng vắt 6.3.1 Gia công cụm lồng lưới
Lồng lưới được cắt từ tấm lưới dày 1,5mm và lỗ đột đường kính 3mm, sau đó được lắp ghép lại với nhau
Trục chính được tiện về đúng kính thước sau đó tiến hành phay rãnh then
Hình 6.11: Gia công trục chính 6.3.3 Gia công tấm chính
Tấm chính được gia công bằng phương pháp cắt laser
Hình 6.12: Gia công tấm chính
Gia công cụm số 4 - Đế điều chỉnh đai
Hình 6.13: Bản vẽ gia công cụm chi tiết số 4 6.4.1 Gia công đế lắp đai Đế lắp chỉnh đai được gia công bằng phương pháp cắt laser và chắn bẻ
Quá trình gia công đế điều chỉnh tăng đai được thực hiện thông qua phương pháp gia công các lỗ theo vị trí và kích thước cụ thể như bản vẽ Sau đó, đế điều chỉnh tăng đai được hoàn thiện bằng phương pháp chắn bẻ, đảm bảo độ chính xác và chất lượng cao.
Hình 6.15: Gia công đế điều chỉnh đai
Gia công khung máy
Hình 6.16: Bản vẽ gia công chi tiết khung máy
Khung máy được hàn lại từ những thanh thép hộp vuông đã cắt về đúng kích thước và sau đó lắp các chân đế tăng chỉnh
Hình 6.17: Gia công khung máy
Thiết kế hệ thống điều khiển
Hình 6.18: Sơ đồ giản thể
* Các thiết bị trong hệ thống điều khiển
Bảng 6.1: Hệ thống các thiết bị điều khiển
TT Tên thiết bị Hình ảnh Chức năng Số lượng
Dừng khẩn cấp nguồn khi có sự cố
2 Nút ấn nhả xanh Cấp điện cho mạch 1
3 Nút ấn nhả vàng Cấp điện cho mạch 1
4 Nút đỏ nhấn nhả Ngắt nguồn điện 1
5 Nút xanh nhấn giữ Duy trì cho mạch điện
Duy trì dòng điện trong mạch điện nhờ các tiếp điểm thường đóng và thường mở
Ngắt dòng điện khi quá tải
8 Tủ điện Chứa các thiết bị điện
* Thiết kế mạnh điểu kiển
Hình 6.19: Mạch điện điều khiển
- Nguyên lí hoạt động của hệ thống mạch điện
Để vận hành hệ thống, trước tiên cần mở CB để cấp nguồn điện đầu vào Sau đó, nhấn giữ nút xanh để kích hoạt hệ thống ly tâm và thực hiện quá trình tách ly tâm Tiếp theo, nhấn nút xanh một lần nữa để cấp nguồn cho động cơ hộp giảm tốc, giúp hệ thống nghiêng xuống và lấy phoi và dầu tưới ra ngoài Khi hoàn tất, nhấn nút vàng để động cơ quay ngược lại và đưa hệ thống ly tâm về trạng thái ban đầu, sau đó nhấn nút đỏ để kết thúc quá trình Trong trường hợp gặp sự cố, nhấn nút E-Stop để ngắt điện toàn bộ hệ thống, hoặc hệ thống sẽ tự động ngắt điện khi dòng điện quá tải thông qua role nhiệt.
Lắp máy hoàn thiện và chạy thực nghiệm đánh giá kết quả
6.7.1 Quy trình lắp ráp hoàn thiện máy
Dựa vào bản vẻ lắp đã thiết kế nhóm tiến hành lắp ráp thứ tự các chi tiết như theo bản vẽ lắp
Bước 1: Lắp ráp cụm chi tiết số 2
+ Lắp 4 tấm đỡ lò xo vào một phía của khung treo lồng vắt, sau đó lắp 4 lò xo
+ Tiến hành lắp cụm lồng vắt
Để hoàn thiện khung treo lồng vắt, bạn cần lắp đặt 4 tấm đỡ và 4 lò xo vào phía mặt còn lại của khung, sau đó siết các đai ốc để cố định chắc chắn Tiếp theo, hãy lắp tấm đỡ lồng vào hai bên của khung treo lồng vắt để tạo nên một cấu trúc vững chắc và hoàn chỉnh.
+ Tiến hành căn chỉnh và lắp vào gối đỡ được đặt trên khung
Hình 6.20: Hoàn thành lắp cụm chi tiết số 2
Bước 2: Lắp ráp cụm chi tiết số 3
+ Lắp trục chính vào lồng lưới
+ Tiến hành lắp bạc chặn và đai ốc
Hình 6.21: Lắp ráp cụm chi tiết số 3
Bước 3: Lắp cụm chi tiết số 3 vào cụm chi tiết số 2
Hình 6.22: Lắp ráp cụm chi tiết số 3 vào cụm chi tiết số 2
Bước 4 : Lắp cụm chi tiết số 4
Hình 6.23: Lắp ráp cụm chi tiết số 4
Bước 5 : Tiến hành điều chỉnh và căng đai cho cơ cấu lồng vắt
Bước 6: Lắp cụm chi tiết số 1
Hình 6 24: Lắp ráp cụm chi tiết số 1
Bước 7 : Tiến hành điều chỉnh đế tăng giảm ở hộp giảm tốc sao cho đồng tâm với trục tấm đỡ
Bước 8 : Đấu nối mạch điện, tiến hành chạy thử và hoàn thiện máy
Hình 6.25: Tủ điện được đấu nối hoàn thiện
6.7.2 Chạy thực nghiệm và đánh giá kết quả
Mục đích của nghiên cứu này là xác định ảnh hưởng của thời gian vắt, tốc độ quay ly tâm và kết cấu của hệ thống máy đến hiệu suất hoạt động, nhằm đánh giá xem các thông số này có đạt được yêu cầu đề ra hay không.
- Nguyên liệu thực nghiệm: 50 kg phoi dây
Phương pháp tổ chức thực nghiệm được thực hiện bằng cách thu thập phoi từ các máy CNC và máy tiện cơ, sau đó chia chúng thành 5 phần đều nhau, mỗi phần khoảng 10 kg Tiếp theo, các phần phoi này sẽ được sử dụng để chạy thực nghiệm, nhằm thu thập dữ liệu và đánh giá kết quả.
- Phương pháp đánh giá: Đánh giá dựa trên tổng quan máy hoạt động và kết quả của phoi sau khi tách
Phương pháp tiến hành và thu thập số liệu được thực hiện thông qua 5 đợt thí nghiệm, với mỗi đợt sử dụng 10kg mẫu Ở mỗi đợt thí nghiệm, thời gian tách được thiết lập trong khoảng từ 1-3 phút và tốc độ quay được duy trì ở mức 705 vòng/phút.
Bảng 6.2: Kết quả thực nghiệm
Khối lượng phoi đầu vào (kg)
Yêu cầu phoi sau khi tách
Hình 6.27: Quá trình chạy thực nghiệm
Hình 6.28: Kết quả phoi sau khi tách
Máy hoạt động ổn định và đạt được yêu cầu về tổng quan phoi sau khi tách, đáp ứng thời gian đã được đưa ra Động cơ và hộp giảm tốc cũng chứng tỏ khả năng chịu tải trọng của bộ khung treo một cách hiệu quả trong quá trình lấy phoi ra khỏi lồng lưới Bên cạnh đó, bộ lò xo giảm chấn cũng mang lại hiệu quả đáng kể trong quá trình tách dầu, góp phần vào sự ổn định và hiệu suất của máy.
Tuy nhiên, hệ thống máy vẫn còn tồn tại một số hạn chế, bao gồm tiếng ồn và rung nhẹ khi hoạt động Điều này phần lớn do việc căn chỉnh chân đế ở khung chữ A chưa đều, dẫn đến hiệu suất tách dầu chưa tối ưu Ngoài ra, kích thước lỗ đột lưới còn khá to, chỉ cho phép tách dầu hiệu quả với phoi tiện dạng sợi, trong khi phoi tiện dạng bột vẫn có thể lọt vào thùng chứa dầu.
Máy tách dầu hoạt động dựa trên nguyên lý lực li tâm, giúp vắt chất lỏng một cách hiệu quả Mặc dù vẫn còn một số hạn chế, máy này vẫn có thể tách được phần lớn lượng dầu tưới nguội dính trong phoi tiện dạng sợi, mang lại kết quả khá ổn.
Trong tương lai, nhóm dự kiến sẽ đề ra các biện pháp cải tiến và khắc phục những hạn chế còn tồn tại của máy, nhằm hoàn thiện hơn nữa và nâng cao hiệu quả ứng dụng thực tế của thiết bị này.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu thiết kế, tính toán, chế tạo và lắp ráp hoàn thiện, máy đã được kiểm nghiệm và chạy thử, mang lại kết quả đạt được những yêu cầu đã đề ra, cụ thể như sau: kết quả thu được từ máy đã đáp ứng được những tiêu chuẩn đặt ra, chứng minh hiệu quả của thiết kế và chế tạo.
- Khoảng hở của lồng chưa có thể lấy được lượng phoi sau khi đã tách dầu ra lồng vắt một cách dễ dàng
- Nhờ vào bộ phận lò xo giảm chấn đã làm giảm thiểu sự rung động của lồng máy trên động cơ trục chính hoạt động
- Thao tác vận hành máy khá đơn giản
Sau một thời gian hoạt động dài, lồng máy có thể bị tắc nghẽn do phoi vụn dính trên mặt lưới, đòi hỏi việc vệ sinh lồng vắt định kỳ Để giải quyết vấn đề này, máy được thiết kế với kết cấu đơn giản, dễ dàng tháo lắp, giúp quá trình sửa chữa và bảo trì trở nên thuận tiện hơn.
Hướng phát triển Để máy có thể hoàn thiện hơn trong thời gian sắp tới, nhóm em đề xuất phương án phát triển, cái tiến máy như sau :
- Bố trí thêm biến tần để giảm tốc độ quay trục chính lại một phần giúp máy có thể hoạt động đúng năng suất đề ra
Thiết kế bộ phân cấp phoi tự động, bao gồm băng tải và vít tải, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng hoạt động của máy móc và giảm thiểu thời gian thao tác máy cho người công nhân đứng máy Việc áp dụng hệ thống tự động hóa này giúp nâng cao hiệu suất làm việc, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người vào quá trình sản xuất, từ đó tăng cường an toàn lao động và giảm thiểu rủi ro.
Việc cải tiến lồng lưới với thiết kế lỗ hở nhỏ giúp tách phoi tiện dạng vụn, bột một cách hiệu quả, từ đó nâng cao năng suất và khả năng làm việc của máy, mang lại hiệu quả sản xuất tốt hơn.
Việc bố trí thêm cữ hành trình tại các vị trí xác định trên máy giúp tối ưu hóa quá trình lấy phoi, cho phép thực hiện nhanh chóng và dễ dàng mà không cần căn chỉnh độ nghiêng của thùng bằng mắt thường Khi lấy phoi ra khỏi lồng lưới, bộ phận treo của máy sẽ tự động nghiêng tới vị trí đã được đặt sẵn cữ hành trình, dừng lại và ngược lại, đảm bảo thao tác chính xác và tiết kiệm thời gian.
Một giải pháp thiết thực để nâng cao hiệu quả vệ sinh lồng lưới là thiết kế thêm hệ thống xịt khí Hệ thống này không chỉ giúp loại bỏ các vụn phoi bám trên mặt lưới mà còn hỗ trợ tách phần dầu tưới nguội còn đọng lại trên phoi, từ đó đảm bảo quá trình sản xuất được diễn ra liên tục và hiệu quả.
- Thiết kế nắp đậy che chắn cho lồng lưới, giúp giảm thiểu tiếng ồn gây ra trong quá trình máy hoạt động và đảm bảo an toàn lao động