Thiết kế và chế tạo mô hình máy ép cơm phục vụ dây chuyền sản xuất cơm cháy

Nội dung chính của đồ án: - Tìm hiểu các quy trình sản xuất, nhu cầu của doanh nghiệp - Tìm hiểu về nguyên lý của máy ép cơm - Nghiên cứu lên phương án thiết kế máy trên phần mềm Invento

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Cơm cháy hiện nay là một món ăn vặt phổ biến, được nhiều người yêu thích nhờ độ giòn hoàn hảo và hương thơm đặc trưng từ gạo nếp chiên Món ăn này không chỉ hấp dẫn mà còn đã được đóng gói và phát triển thành nhiều thương hiệu nổi bật, phù hợp để làm quà biếu trong các dịp lễ Đặc biệt, cơm cháy còn được xem là đặc sản của Ninh Bình, nơi có lịch sử phát triển món ăn này hơn 100 năm qua.

Cơm cháy có thể được chế biến theo nhiều phương pháp và quy mô khác nhau, từ những quán ăn vặt nhỏ đến các nhà máy sản xuất lớn, cung cấp số lượng lớn sản phẩm.

Thị trường cơm cháy trong nước: Có 9 nhãn hiệu cơm cháy có tên tuổi trên thị trường

➢ Thương hiệu Cố Đô (Công ty cổ phần Sinh hóa Ninh Bình)

➢ Thương hiệu Hoa Lư (Công ty cổ phần Công nghệ thực phẩm Hoa Lư)

➢ Thương hiệu Đại Long (Công ty cổ phần Sản xuất và Thương mại Đại Long)

➢ Thương hiệu Việt Hưng (Công Ty TNHH MTV Việt Hưng Ninh Bình)

➢ Thương hiệu Hoàng Trang (Công ty CP ĐT và PT Hoàng Trang Ninh Bình)

➢ Thương hiệu Khải Hoa (Công ty TNHH MTV Khải Hoa)

➢ Thương hiệu Nếp Nhung (Công ty cổ phần Công nghệ thực phẩm Hoa Lư)

Hình 1 1 Sản phẩm cơm cháy Hoa Lư [13]

Thị trường cơm cháy quốc tế đang phát triển mạnh mẽ với các thương hiệu nổi bật như Chaosua ở Thái Lan, Dine With The Locals tại Campuchia và Kimbo ở Trung Quốc Mỗi thương hiệu này mang đến hương vị và thành phần độc đáo, phản ánh phong cách ẩm thực đặc trưng của từng quốc gia.

Hình 1 2 Sản phẩm cơm cháy bán ở Thái Lan [14]

Mặc dù quy trình làm cơm cháy đã được biết đến từ lâu, nhưng khâu ép cơm để tạo hình vẫn chủ yếu thực hiện thủ công hoặc bán tự động Điều này dẫn đến việc sản xuất phụ thuộc vào nhiều công nhân, gây ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của sản phẩm, khiến cho miếng cơm ép chưa đạt độ đồng đều tối ưu.

Nhằm nâng cao năng suất trong quy trình sản xuất cơm cháy quy mô lớn và tiết kiệm sức lao động, nhóm đã quyết định nghiên cứu đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình máy ép cơm phục vụ dây chuyền sản xuất cơm cháy” Mục tiêu là không chỉ tăng năng suất mà còn góp phần nâng cao giá trị nền kinh tế nước nhà.

Nhóm sinh viên mong muốn áp dụng kiến thức đã học vào thực tế thông qua đề tài này, nhằm góp phần nhỏ vào sự phát triển của nền công nghiệp Việt Nam hiện nay.

Mục tiêu của đề tài

Các mục tiêu cần đạt được khi nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy:

Thiết kế được mô hình 2D và 3D, xây dựng các bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của mô hình máy

Từ những thiết kế và lý thuyết, gia công và lắp ráp được mô hình máy đạt được các yêu cầu sau đây:

✓ Mô hình máy hoạt động ổn định, ép cơm thành hình đồng đều theo kích thước 100mm x 100mm x 20mm và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

✓ Đạt năng suất từ 100 kg/giờ

Giới hạn của đề tài chỉ dừng lại ở chế tạo mô hình máy thể thử nghiệm nguyên lí cũng nhưng năng suất của máy

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các sản phẩm cơm cháy, những cách ép, cắt, định hình cơm cháy và các máy ép cơm đã có trên thị trường

Nghiên cứu các phương án ép và cắt định hình miếng cơm hiện đang được áp dụng trên thị trường Các tài liệu, tạp chí khoa học và sách báo liên quan đến chủ đề này cung cấp thông tin quan trọng để hiểu rõ hơn về quy trình và công nghệ sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Các sản phẩm máy ép cơm đã có trên thị trường.

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 của người tiêu dùng

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

Tham khảo tài liệu về tính toán và thiết kế máy và các kiến thức đã được tích lũy trong quá trình học tập

Tài liệu tham khảo được thu thập qua sách vở, giáo trình và Internet

Sử dụng phần mềm Inventor 2020 để thiết kế sản phẩm, từ đó tiến hành các bước tiếp theo như chế tạo và gia công vật liệu.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế

Chương 5: Tính toán thiết kế

Chương 6: Chế tạo và thực nghiệm

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Gạo là sản phẩm lương thực quan trọng thu được từ cây lúa, với hạt gạo thường có màu trắng, nâu hoặc đỏ thẫm, chứa nhiều dinh dưỡng Sau khi thu hoạch, hạt gạo được xay để tách bỏ vỏ trấu, tạo thành gạo lứt hay gạo lật Nếu tiếp tục xát để tách cám, sản phẩm sẽ trở thành gạo xát hay gạo trắng Ngược lại, nếu xát nhẹ để giữ lại phần lớn cám bổ dưỡng, sản phẩm sẽ được gọi là gạo xát rối hoặc gạo nguyên cám.

Gạo là lương thực phổ biển của gần một nửa dân số thế giới

Một số loại gạo trên thế giới:

Gạo xuất khẩu ở Thái Lan gồm: gạo thơm và gạo trắng hạt dài

Gạo ở Việt Nam gồm: gạo nếp, gạo tấm và gạo tẻ

Các thể loại khác: gạo basmati (Ấn Độ); gạo Gerdeh, Hansani, Hashe`mi, và Gharib (Iran)

Hình 2 1 Các loại gạo khác nhau trên thế giới [15]

Người Việt Nam thường ưa chuộng một số giống gạo phổ biến như gạo ST21, ST24, gạo cao sản, gạo Jasmine, ST25 và gạo hương lài Bên cạnh đó, cũng có những loại gạo đặc biệt như gạo nếp, gạo nếp than, gạo tấm và gạo lức, mang đến sự đa dạng trong ẩm thực.

Cơm là sản phẩm chính từ gạo, được chế biến bằng cách luộc trong nước hoặc hấp bằng hơi nước Tùy thuộc vào loại gạo, cơm sẽ có những đặc tính khác nhau.

Cơm nếp là một món ăn truyền thống trong ẩm thực Việt Nam, được chế biến từ gạo nếp Điểm khác biệt giữa cơm nếp và xôi là cơm nếp được nấu trực tiếp trong nước, trong khi xôi thường được hấp bằng hơi nước.

Cơm (trắng) thường có nguyên liệu là gạo tẻ và không có thêm gia vị, là thức ăn chính gần như hàng ngày của người Đông Nam Á và Đông Á

2.1.3 Giá trị dinh dưỡng của cơm

Bảng 2 1 Giá trị dinh dưỡng của cơm

Giá trị dinh dưỡng chính

2.2 Tổng quan về quy trình làm cơm cháy

Sơ đồ quy trình làm cơm cháy:

Chi tiết quá trình làm cơm cháy:

❖ Chọn gạo và vo gạo

Cơm cháy được làm từ gạo nếp hoặc gạo tẻ, tùy thuộc vào sự lựa chọn của nhà sản xuất Gạo nếp mang lại độ dẻo, tăng cường sự kết dính và hương thơm, trong khi gạo tẻ giúp tạo độ giòn cho sản phẩm.

Nấu cơm Xới cơm Ép và định hình cơm

Chiên cơm Tẩm gia vị Đóng gói phẩmsản

Cơm dùng làm cơm cháy được nấu theo cách thông thường

Hình 2 3 Cơm được nấu bằng nồi cơm điện [17]

❖ Ép và cắt định hình cơm

Miếng cơm được định hình theo mong muốn của nhà sản xuất, thường có hình tròn, vuông hoặc chữ nhật Quá trình định hình rất quan trọng; nếu cơm bị ép quá chặt, bánh sẽ nở không đều khi chiên, trong khi nếu quá lỏng, độ liên kết kém có thể làm bánh bị vụn Độ dày của miếng cơm cũng tùy thuộc vào sự lựa chọn của nhà sản xuất.

Hình 2 4 Máy ép và cắt định hình miếng cơm [18]

Mục tiêu của quá trình sấy bánh là đạt được độ khô cần thiết để tạo ra độ cứng, tuy nhiên, độ khô này phụ thuộc vào bí quyết của từng nhà sản xuất Một số người ưa thích bánh được sấy khô hoàn toàn để có độ cứng và giòn, trong khi những người khác lại muốn giữ lại một chút độ ẩm để bánh có thêm độ dẻo.

Quá trình chiên bánh diễn ra nhanh chóng, chỉ trong vài phút Để bánh nở tối đa, dầu chiên cần đạt nhiệt độ phù hợp Thời gian chiên phụ thuộc vào loại gạo được sử dụng và độ dày của miếng cơm.

Sau khi chiên, miếng cơm được để ráo dầu và tẩm gia vị Công thức tẩm gia vị là bí quyết riêng của từng nhà sản xuất, đóng vai trò quan trọng nhất trong quy trình chế biến cơm cháy.

Hình 2 7 Miếng cơm tẩm gia vị [20]

Để bảo quản sản phẩm tốt nhất sau khi hoàn thiện, việc đóng gói hút chân không là rất cần thiết Sản phẩm thành phẩm nên được lưu trữ ở nơi mát mẻ để đảm bảo chất lượng lâu dài.

Hình 2 8 Miếng cơm đã được đóng gói [21]

2.3 Tổng quan nguyên liệu đầu vào

2.3.1 Đặc tính cần thiết để chọn gạo nấu cơm

Cơm cần được nấu kỹ trước khi đưa vào máy, với độ dẻo, thơm, không quá nhão hay khô, và có độ dính hợp lý Nên chọn các loại gạo dễ nở, nở đều để đảm bảo chất lượng cơm cháy sau khi sấy và chiên Hầu hết các loại gạo bình dân trên thị trường đều đáp ứng các tiêu chí này và có thể sử dụng để làm cơm cháy.

Một số loại gạo nở xốp mềm phổ biến bao gồm gạo bụi sữa, gạo tài nguyên, gạo chợ đào và gạo sơ-ri Những loại gạo này có đặc tính nở mềm, mang lại cơm mềm mại, không bị khô, xốp và ngọt Đặc biệt, cơm từ những loại gạo này vẫn giữ được hương vị ngon sau khi để nguội.

Một số loại gạo dẻo và thơm phổ biến như gạo Jasmine, gạo thơm lài, gạo ST24 (Sóc Trăng 24) và gạo ST25 (Sóc Trăng 25) đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho nguyên liệu làm cơm cháy.

2.3.2 Vấn đề độ dính của cơm Độ dính của cơm là một đặc điểm quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với món ăn Độ dính của cơm được xác định bởi sự tương tác giữa các hạt gạo và các bề mặt khác sau khi nấu Độ dính của cơm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại gạo, thành phần tinh bột, lượng nước, thời gian nấu và nồi cơm Mục đích của bài viết này là tổng quan các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến độ dính của cơm và các phương pháp đánh giá độ dính của cơm một cách khách quan và khoa học

Loại gạo ảnh hưởng lớn đến độ dính của cơm, do các loại gạo có thành phần tinh bột khác nhau, bao gồm amylose và amylopectin Amylose không tan trong nước và không dẻo, trong khi amylopectin tan trong nước và dẻo Gạo có hàm lượng amylose cao thường cho cơm tơi xốp, từng hạt rời, như gạo lứt, gạo thơm và gạo Basmati Ngược lại, gạo có hàm lượng amylose thấp thường cho cơm dính, mềm và dẻo, như gạo tẻ, gạo nếp và gạo Nhật Bản.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1.1 Nguồn gốc đề tài và nơi nhận

Nhận thấy tiềm năng to lớn của cơ giới hóa trong sản xuất và chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong thị trường cơm cháy, chúng tôi đã chủ động liên hệ với một số doanh nghiệp trong lĩnh vực này để tìm kiếm cơ hội hợp tác phát triển.

Nhờ sự hỗ trợ từ Công ty TNHH Giải pháp công nghiệp CODIA, chuyên thiết kế và chế tạo máy tự động hóa, chúng em đã tham gia vào dự án “Dây chuyền sản xuất cơm cháy tự động” Dự án này gồm 6 quy trình: Vo gạo, Nấu cơm, Xới cơm, Ép tạo hình cơm, Chiên cơm và rắc gia vị, cùng với Đóng gói Nhóm em phụ trách phần Ép tạo hình cơm và từ đó đã phát triển đề tài tốt nghiệp “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP CƠM PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CƠM CHÁY”.

3.1.2 Yêu cầu của máy và sản phẩm

Sau khi tiếp cận dự án, chúng tôi đã hợp tác với công ty để xác định nội dung của 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

• 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 cơ bản như sau:

• Máy ép cơm cháy hoạt động với năng suất 100 kg/giờ, ngày làm việc 8 giờ

• Máy làm việc trong điều kiện xưởng thoáng mát, chỉ cần tối thiểu một lao động phổ thông để vận hành

• Thiết kế đơn giản, tháo lắp dễ dàng, thuận tiện vệ sinh máy và an toàn cho người vận hành

• Tối ưu hóa về chi phí

Yêu cầu của sản phẩm

• Kích thước miếng cơm: 100 x 100 x 20 (±2mm)

• Cơm phải có độ dính vừa phải, không bông tróc, hay rời rạc

• Các miếng cơm phải đồng nhất về hình dạng, kích thước

Sơ đồ nguyên lí làm việc

Cơm được cho vào thùng chứa và di chuyển qua băng tải đến cụm ép phẳng, nơi được rulo quay ép lại Sau khi ép, cơm sẽ tiếp tục di chuyển trên băng tải qua cụm cắt định hình Cuối cùng, sản phẩm cơm đã được ép và cắt sẽ được đưa ra ngoài.

3.3 Tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm trong thiết kế máy thực phẩm

An toàn thực phẩm là yếu tố quan trọng trong thiết kế máy móc cho dây chuyền sản xuất thực phẩm, đảm bảo không gây lây nhiễm, hư hỏng hay giảm chất lượng sản phẩm Bên cạnh đó, máy móc cũng cần bảo vệ người sử dụng và công nhân khỏi nguy cơ chấn thương từ các bộ phận cơ động và cố định.

Vật liệu trong thiết kế máy sản xuất thực phẩm phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền, an toàn và dễ dàng vệ sinh Chúng cần chịu được nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, pH và các yếu tố môi trường khác mà không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng và người lao động Các vật liệu như thép không gỉ, nhựa và cao su thường được sử dụng Bên cạnh đó, quy tắc thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn về vệ sinh và an toàn thực phẩm, đồng thời tích hợp các thiết bị điều khiển và tự động hóa để giám sát các thông số quan trọng trong quá trình sản xuất Các tính năng kỹ thuật của máy cũng cần phù hợp với mục đích sử dụng, đảm bảo khả năng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.

Các tiêu chuẩn dành cho thiết kế máy móc trong ngành thực phẩm:

ISO/TC 326 là ủy ban tiêu chuẩn quốc tế chuyên về máy móc và phụ kiện trong chuỗi cung ứng thực phẩm, bao gồm cả hệ thống xử lý và dây chuyền sản xuất Các tiêu chuẩn do ủy ban này ban hành tập trung vào các khía cạnh quan trọng của máy móc trong ngành thực phẩm, như sức khỏe và an toàn lao động cho người vận hành, cũng như an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng Ngoài ra, các tiêu chuẩn cũng nhấn mạnh nguyên tắc thiết kế vệ sinh để đảm bảo chất lượng và an toàn trong sản xuất thực phẩm.

Hướng dẫn thiết kế vệ sinh cho thiết bị thực phẩm - MPC cung cấp các yêu cầu thiết kế an toàn cho thiết bị xử lý thực phẩm Một số nguyên tắc cốt lõi trong thiết kế thiết bị thực phẩm vệ sinh bao gồm việc đảm bảo dễ dàng vệ sinh, sử dụng vật liệu không độc hại, và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm.

• Làm cho việc làm sạch vi sinh vật là có thể

• Sử dụng các vật liệu tương thích trong toàn bộ nhà máy

• Có thể truy cập vào mọi phần của nhà máy (và tất cả thiết bị) để làm sạch

• Ngăn chặn sự tích tụ nước ngưng trên máy móc

• Niêm phong các khe hở hoặc khu vực rỗng

• Tạo ra các tiêu chuẩn làm sạch cho tất cả nhân viên tuân theo

Tiêu chuẩn thiết bị thực phẩm NSF | NSF: NSF/ANSI 25 quy định các yêu cầu tối thiểu về bảo vệ và vệ sinh thực phẩm cho máy bán hàng tự động cung cấp thực phẩm và đồ uống Tiêu chuẩn này áp dụng cho thiết kế, xây dựng, hiệu suất và các vật liệu liên quan đến máy bán hàng tự động, bao gồm cả thực phẩm đóng gói và thực phẩm số lượng lớn.

3.4 Cơ sở lý thuyết về thiết kế băng tải

Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế băng tải là một lĩnh vực phức tạp, bao gồm nhiều yếu tố quan trọng như loại băng tải, năng suất, kích thước, vận tốc, công suất, góc nâng hạ, kết cấu và các phụ kiện đi kèm.

Băng tải là thiết bị vận chuyển vật liệu hiệu quả, sử dụng dây băng tải liên tục kéo bởi động cơ Nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như khai thác, chế biến, sản xuất và phân phối Để thiết kế băng tải an toàn và hiệu quả, cần tính toán các thông số kỹ thuật dựa trên loại vật liệu, năng suất, khoảng cách, độ cao, góc nâng hạ, kết cấu và phụ kiện đi kèm.

Một số thông số kỹ thuật quan trọng của băng tải là:

Chiều rộng của băng tải là khoảng cách giữa hai mép dây băng tải, cần đủ lớn để chứa vật liệu vận chuyển mà không bị rơi ra ngoài Kích thước và hình dạng của vật liệu cũng ảnh hưởng đến chiều rộng băng tải Để xác định chiều rộng tối thiểu cho các loại vật liệu khác nhau, có thể tham khảo các bảng biểu chuyên dụng.

Vận tốc của băng tải, được đo bằng mét trên giây hoặc kilômét trên giờ, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, độ ồn, độ rung, độ mòn và độ an toàn của hệ thống Việc chọn lựa vận tốc phù hợp cần dựa trên loại vật liệu vận chuyển cũng như kích thước của băng tải, bao gồm chiều rộng và chiều dài Để tính toán vận tốc tối ưu cho từng trường hợp cụ thể, người dùng có thể tham khảo các công thức và biểu đồ liên quan.

Công suất của băng tải là lượng công việc mà băng tải có thể thực hiện trong một đơn vị thời gian, thường được đo bằng watt hoặc kilowatt Để lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc phù hợp, công suất băng tải cần được tính toán dựa trên nhiều yếu tố như trọng lượng và góc mái của vật liệu, chiều dài và góc nâng hạ của băng tải, cũng như ma sát giữa dây băng và con lăn Hiệu suất của động cơ và hộp giảm tốc cũng ảnh hưởng đến công suất này Có thể tham khảo các công thức và ví dụ để tính toán công suất băng tải một cách chính xác.

Lực kéo của băng tải là yếu tố quan trọng để di chuyển dây băng và vật liệu, được đo bằng newton hoặc kilonewton Việc tính toán lực kéo giúp lựa chọn dây băng tải và các phụ kiện như puly, con lăn, bạc đạn, khớp nối, phanh và cảm biến Lực kéo phụ thuộc vào trọng lượng và góc mái của vật liệu, chiều dài và góc nâng hạ của băng tải, cũng như ma sát giữa dây băng và con lăn Để thiết kế băng tải hiệu quả, cần xem xét nhiều thông số khác như cấu trúc, bố trí các puly, con lăn, góc máng và độ bền Các dữ liệu đầu vào như loại vật liệu, năng suất, khoảng cách, độ cao và góc nâng hạ cần được xác định dựa trên yêu cầu của khách hàng hoặc thực tế công trình.

Nhóm đã tham khảo tài liệu Kỹ thuật nâng chuyển tập 2 máy vận chuyển liên tục trong quá trình tính toán thiết kế băng tải

Hình 3 2 Băng tải thực phẩm [25]

3.5 Cơ sở lý thuyết về thiết kế bộ truyền đai và trục

Nhóm đã tham khảo tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 trong quá trình tính toán thiết kế trục

3.5.1 Cơ sở lý thuyết về thiết kế bộ truyền đai

Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế bộ truyền đai là một phần quan trọng trong đồ án

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ

Dựa theo phần nguyên lí hoạt động đã nêu ở phần cơ sở lý thuyết, máy ép cơm tự động được cấu tạo từ những bộ phân chính sau:

Hình 4 1 Cấu tạo của máy ép cơm

• Cơ cấu hoạt động ổn định

• Cơ cấu có thể di chuyển chính xác, liên tục, không bị lệch đai cao su

• Đảm bảo vận chuyển được một lượng tải trọng cơm theo yêu cầu, đồng thời chịu được áp lực của quá trình ép cũng như lực cắt của xilanh

• Cơ cấu được thiết kế tối giản, thuận tiện cho việc vệ sinh cũng như bảo trì

Hình 4 2 Cấu tạo của bộ phận băng tải

Tấm băng tải là dây đai cao su PVC, đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển vật liệu Dây đai PVC được phân loại theo màu sắc, bao gồm các loại như PVC màu xanh, ghi, đen và trắng, mỗi loại có tính chất và ứng dụng riêng Ví dụ, để vận chuyển cơm, người ta sử dụng đai PVC màu trắng với chu vi 3,5m và độ dày 1mm.

Puly là thiết bị quan trọng trong hệ thống dẫn động, có chức năng dẫn động và hướng dẫn bộ phận kéo Khi chọn puly, cần xác định đường kính dựa trên tỷ số truyền mong muốn và kích thước rãnh puly phải phù hợp với kích thước đai tiêu chuẩn bản A.

Bộ phận tựa đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn võng và lắc cho bộ phận kéo Trong số các loại bộ phận tựa, con lăn tựa thường được sử dụng như tấm đỡ đặt phía dưới đai PVC, giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

Bộ phận dẫn động: Bộ phận dẫn động gồm có: động cơ giảm tốc, bộ truyền đai Dùng để truyền chuyển động từ động cơ lên băng tải

Bộ phận kéo căng: Bộ phận kéo căng có tác dụng căng đai cho băng tải, cũng như hỗ trợ căng đai cho động cơ

Bộ phận định hình kích thước cơm được thiết kế đơn giản với hai tấm inox chắn, giúp đảm bảo rằng kích thước ép cơm đạt 300mm theo phương ngang.

❖ Phương án 1: Sử dụng bộ truyền đai thang

Hình 4 3 Bộ truyền đai thang

Phạm vi sử dụng của bộ truyền đai:

Bộ truyền đai là một thành phần quan trọng trong các máy đơn giản, giúp truyền chuyển động giữa các trục cách xa nhau Ngoài ra, nó còn được sử dụng như một cơ cấu an toàn để bảo vệ động cơ khỏi những hư hỏng có thể xảy ra.

• Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tải trọng cực đại có thể đến 50 kW

• Bộ truyền có thể làm việc với vân tốc nhỏ, đến trung bình Vận tốc thường dùng không nên quá 20 m/s, vận tốc lớn nhất có thể dùng là 30 m/s

• Tỷ số truyền thường dùng từ 2 đến 6 cho đai thang Tỷ số truyền tối đa cho bộ truyền đai thang không nên quá 10

• Hiệu suất trung bình trong khoảng 0,92 đến 0,97 Ưu điểm Khuyết điểm

– Bộ truyền đai có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp

– Bộ truyền đai có khả năng truyền chuyển động giữa hai trục khá xa nhau, mà kích thước của bộ truyền không lớn lắm

– Bộ truyền làm việc êm, không có tiếng ồn

– Đảm bảo an toàn cho động cơ khi có quá tải

– Đai đảm bảo an toàn trong ngành thực phẩm do không cần dầu nhớt bôi trơn cũng như dễ vệ sinh

– Bộ truyền đai có trượt, nên tỷ số truyền và số vòng quay bánh bị dẫn không ổn định

– Bộ truyền có khả năng tải không cao Kích thước của bộ truyền lớn hơn các bộ truyền khác, khi làm việc với tải trọng như nhau

– Tuổi thọ của bộ truyền tương đối thấp, đặc biệt khi làm việc với vận tốc cao

– Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, có thể gấp 2÷3 lần so với bộ truyền bánh răng

❖ Phương án 2: Sử dụng bộ truyền xích

Phạm vi sử dụng của bộ truyền xích:

• Bộ truyền xích được dùng nhiều trong các máy nông nghiệp, máy vận chuyển, và trong tay máy

• Khi cần truyền chuyển động giữa các trục Xa nhau, hoặc truyền chuyển động từ một trục đến nhiều trục

• Bộ truyền xích thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tải trọng cực đại có thể đến 100 kW

Bộ truyền hoạt động hiệu quả ở vận tốc nhỏ đến trung bình, với vận tốc tối ưu không vượt quá 6 m/s Tuy nhiên, vận tốc lớn nhất có thể đạt được là 25 m/s, nhưng chỉ khi tỷ số truyền nhỏ hơn.

• Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 7 Tỷ số truyền tối đa không nên quá 15

• Hiệu suất trung bình trong khoảng 0,96 đến 0,98 Ưu điểm Khuyết điểm

– Bộ truyền xích có khả năng tải cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn so với bộ truyền đai

– Bộ truyền xích có thể truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau, mà kích thước của bộ truyền không lớn

– Bộ truyền xích có thể truyền chuyền động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn ở xa nhau

– Hiệu suất truyền động cao hơn đai

– Bộ truyền xích có vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định

– Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn – Yêu cầu chăm sóc, bôi trơn thường xuyên trong quá trình sử dụng

– Bản lề xích mau bị mòn, và có quá nhiều mối ghép, nên tuổi thọ không cao

– Không được ưu tiên sử dụng trong ngành thực phẩm do cần dầu nhớt bôi trơn có thể ảnh hưởng vệ sinh an toàn thực phẩm

Kết luận: Sau khi phân tích các ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng, bộ truyền đai thang, đặc biệt là loại A, được xác định là lựa chọn tối ưu nhất Bộ truyền này đáp ứng tốt các tiêu chí như giá thành thấp, dễ chế tạo, hoạt động êm ái, phù hợp với tải trọng nhẹ và đặc biệt đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

4.2.2 Thiết kế bộ căng băng tải

Cơ cấu căng băng tải phải được thiết kế sao cho không ảnh hưởng đến lái băng, dễ dàng tiếp cận bảo trì và tái căn chỉnh

❖ Phương án 1: Căng băng tải bằng vít kéo

Nguyên lí làm việc: Người công nhân chỉ cần xiết đều bulong 2 bên nếu muốn căng đai Ngược lại nếu hạ đai thì người công nhân nới bulong ra

Hình 4 5 Căng băng tải bằng vít kéo Ưu điểm Khuyết điểm

Nhanh chóng, gọn gàng và dễ thực hiện, công nhân cần phải điều chỉnh căng đai hai bên một cách đồng đều Nếu không, việc này có thể dẫn đến hiện tượng lệch đai trong thời gian dài.

❖ Phương án 2: Căng băng tải bằng vít đẩy

Nguyên lí làm việc: Người công nhân chỉ cần xiết đều bulong 2 bên nếu muốn căng đai Ngược lại nếu hạ đai thì người công nhân nới bulong ra

Hình 4 6 Căng băng tải bằng vít đẩy

– Nhanh, gọn, dễ thực hiện – Cơ cấu chưa trơn tru lắp khi căng đai, còn hiện tượng cứng khi xiết bulong hoặc nới bulong do rãnh trượt nằm ngang

– Rãnh trượt căng đai nhanh mòn theo thời gian do chịu ma sát dẫn đến sai lệch về độ đồng tâm trục rulo sau này

– Người công nhân phải canh sao cho căng đai hai bên càng đều cằng tốt, nếu không về lâu dài sẽ gây ra hiện tượng lệch đai

Nhóm đã quyết định chọn phương án 1 cho thiết kế cơ cấu căng đai băng tải nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội, cơ cấu đơn giản, dễ dàng thao tác căng chỉnh, và khả năng hoạt động ổn định theo thời gian.

• Đảm bảo phôi đươc cấp đều và liên tục, không bị ứng động

• Đảm bảo độ tơi xốp của phôi như lúc mới cấp

• Đảm bảo phôi không bị tràn ra khỏi băng tải

• Đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm

❖ Phương án 1: Cơm trong thùng chứa cơm rơi thẳng xuống băng tải

Thùng chứa được thiết kế với độ dốc hai bên và cửa thoát ở giữa, cho phép phôi được cấp vào thùng trượt xuống và rơi vào băng tải một cách hiệu quả.

Hình 4 7 Thùng cơm phương án 1 Ưu điểm Khuyết điểm

– Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo

– Chi phi gia công chế tạo thấp

– Dễ gây ứng động – Việc cấp một khối lượng lớn phôi đè trực tiếp lên băng tải có thể làm băng tải bị kẹt

❖ Phương án 2: Cơm trong thùng chứa trượt theo góc nghiêng xuống băng tải

Nguyên lí làm việc: Thùng chứa được thiết kế với độ dốc hướng về cửa thoát Cơm trượt xuống qua cửa thoát

Hình 4 8 Thùng cơm phương án 2

– Cơm được cấp liên tục không gây ứng động, không gây kẹt băng tải

– Cơm được cấp vừa phải không gây tràn ra ngoài

– Không gây ảnh hưởng tới độ tơi của cơm

– Thiết kế gồm 2 phần: thùng chứa và chân đế nên khó chế tạo và căn chỉnh hơn

Kết luận: Nhóm lựa chọn phương án 2 để thiết kế thùng chứa cơm vì có nhiều ưu điểm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hơn

• Kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sữa chữa bảo trì

• Đảm bảo kích thước sản phẩm sau khi ép

• Đảm bảo cơm không bị đùn

• Đảm bảo ăn toàn vệ sinh thực phẩm

❖ Phương án 1: Sử dụng xilanh ép phẳng

Nguyên lí làm việc: Cơm được đưa vào vị trí có xilanh, xilanh duỗi để ép cơm

Hình 4 9 Ép cơm bằng xilanh khí nén [22] Ưu điểm Khuyết điểm

– Đảm bảo kích thước sản phẩm

– Năng suất cao, có khả năng kết hợp với các loại khuôn

– Kích thước máy lớn, cồng kềnh

– Không phù hợp với khả năng làm việc liên tục, tự động

❖ Phương án 2: Sử dụng rulo để ép phẳng

Nguyên lý làm việc của quá trình này là cơm được đưa qua ba rulo tuần tự Đầu tiên, cơm sẽ được định hình gợn sóng lớn khi đi qua rulo 1, sau đó tiếp tục qua rulo 2 để tạo gợn sóng nhỏ hơn Cuối cùng, cơm sẽ được ép qua rulo 3 để đạt kích thước sản phẩm mong muốn.

Hình 4 10 Ép cơm bằng các rulo [23] Ưu điểm Khuyết điểm

– Làm việc liên tục, tự động, đồng bộ với băng tải

– Khó chế tạo do các rulo có kết cấu phức tạp

Kết luận: Nhóm lựa chọn phương án 2 để thiết kế bộ phận ép cơm vì có nhiều ưu điểm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hơn

• Cơ cấu hoạt động liên tục, ổn định

• Lực cắt đủ, đảm bảo kích thước sản phẩm

• Có thể điều chỉnh kích thước và số lượng sản phẩm

❖ Phương án 1: Sử dụng rulo cắt dọc và dao cắt ngang

Cơ cấu hoạt động của thiết bị bao gồm một rulo với các lưỡi dao tròn để cắt dọc cơm, kết hợp với xilanh gắn dao cắt ngang băng tải, nhằm thực hiện quá trình cắt ngang cơm hiệu quả.

Hình 4 11 Trục quay gắng các lưỡi dao tròn để cắt cơm Ưu điểm Khuyết điểm

– Khó thay thế, sửa chữa, bảo trì – Kết cấu máy phức tạp

❖ Phương án 2: Sử dụng xilanh khí nén và cụm dao vừa cắt dọc vừa cắt ngang

Nguyên lí làm việc: Cơ cấu sử dụng bằng xilanh khí nén gắn với cụm dao, xilanh duỗi ra để cắt miếng cơm

Hình 4 12 Xilanh gắn với cụm dao để cắt cơm [23] Ưu điểm Khuyết điểm

– Dễ tháo lắp, thay thế, sửa chữa, bảo trì

– Cơ cấu chịu lực tải nhỏ

Kết luận: Dựa vào yêu cầu kỹ thuật và các ưu nhược điểm của các phương án, nhóm chọn phương án 2 sử dụng xilanh gắn với cụm dao cắt.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Hình 5 1 Phác thảo 2D hai rulo ép cơm ở cuối

Theo thiết kế rulo ép, độ dày của miếng cơm trước khi được ép bởi rulo cuối phụ thuộc vào rulo ngay trước đó Do đó, khi rulo cuối thực hiện quá trình ép, nó sẽ tạo ra một bề mặt tiếp xúc giữa rulo và miếng cơm.

Theo phát thảo trong phần mềm AutoCAD thì phần cung tiếp xúc có góc là 38°

Tính diện tích của bề mặt tiếp xúc này:

Trong đó: S – là diện tích bề mặt ép cơm

𝛼 – là góc của cung bề mặt ép cơm d – là đường kính rulo ép h – là chiều dài của rulo

Vậy lực ép cần thiết của rulo ép là:

Trong đó: 𝐹 𝑟 – là lực ép, lực hướng tâm của rulo

P – là áp suất cần để ép

S – là diện tích bề mặt ép cơm

Lực vòng cần thiết trên rulo quay phải lớn hơn lực ép nhân cho hệ số ma sát và nhân với hệ số an toàn

Trong đó: 𝐹 𝑡 – là lực vòng của rulo

𝐹 𝑟 – là lực ép, lực hướng tâm của rulo

𝑓 – là hệ số ma sát giữa cơm và inox, 𝑓 = 1.31

𝑘 – là hệ số an toàn Chọn hệ số an toàn 1,5

• Vận tốc chuyển động của băng tải:

Trong đó: 𝑣– vận tốc của băng tải (m/s)

𝐷 – đường kính của tang băng tải, 𝐷 = 60 (𝑚𝑚)

𝑛 – là hệ số ma sát giữa cơm và inox, n= 20 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡)

Tính toán trọng lượng vật liệu trên mỗi mét chiều dài băng tải là rất quan trọng Khi cơm được ép trên băng tải, nó trải phẳng và liên tục, tạo thành một mặt cắt ngang hình chữ nhật Do đó, khối lượng của 1 mét băng tải cơm có thể được xác định một cách chính xác.

Trong đó: 𝑞 𝑣𝑙 – khối lượng vật liệu trên một mét chiều dài băng (kG)

𝛾– tỷ trọng của cơm, chọn tỷ trọng vật liệu trung bình cho cơm 𝛾 = 0,6 ( 𝑇

𝑆 – diện tích mặt cắt ngang của cơm, chiều ngang băng chứa cơm là 300 (mm), chiều cao của miếng cơm là 20 (mm):

• Trọng lượng của một mét dài của tấm băng tải:

Trong đó: 𝑞 𝑏 – khối lượng một mét chiều dài tấm băng (kG)

Chọn tấm băng tải PVC dày 1mm dành cho thực phẩm, khối lượng riêng của tấm băng là 3.3 (𝑘𝐺/𝑚 2 )[9]

• Xác định lực cản chuyển động và lực kéo căng băng tải

Hình 5 2 Biểu đồ lực căng băng tải

Chia chu tuyến băng thành 4 đoạn từ điểm 1 đến điểm 4 với các dạng lực cản khác nhau Tại điểm 1, lực căng 𝑆1 là nhỏ nhất, và tại đây, lực căng tại nhánh ra của tang dẫn động được xác định là 𝑆1 = 𝑆𝑟𝑎.

Lực cản chuyển động ở đoạn 1-2 là nhánh có tải, suy theo công thức (2.34)[1]:

𝑞 𝑣𝑙 – khối lượng vật liệu trên một mét chiều dài băng (kG)

𝐿 1−2 – chiều dài đoạn 1-2 của băng (m)

Lực cản của 4 rulo ép:

Trong đó: 𝐹 𝑟 – lực cản của một rulo, 𝐹 𝑟 = 50 (𝑁)= 5 (𝑘𝐺)

Tổng lực cản trên nhánh tải:

𝑊 1−2 + 𝑊 é𝑝 = 2,702 + 26,2 = 28,902 (𝑘𝐺) Lực kéo căng tại điểm 2 tính theo công thức (2.51)[1]:

𝑆 2 = 𝑆 1 + 𝑊 1−2 + 𝑊 é𝑝 = 𝑆 1 + 28,902 (𝑘𝐺) Lực cản chuyển động ở đoạn 2-3 tính theo công thức (2.45)[1]:

𝑊 2−3 = 0,07𝑆 2 = 0,07(𝑆 1 + 28,902) (𝑘𝐺) Lực kéo căng tại điểm 3 tính theo công thức (2.51)[1]:

𝑆 3 = 𝑆 2 + 𝑊 2−3 = 1,07(𝑆 1 + 28,902) (𝑘𝐺) Lực cản chuyển động ở đoạn 3-4 là nhánh không tải, suy theo công thức (2.33)[1]:

𝐿 3−4 – chiều dài đoạn 3-4 của băng (m)

𝜔– hệ số cản chuyển động nếu nhánh không tải có con lăn đỡ, ở đây không có con lăn đỡ nên 𝜔 = 0

Lực kéo căng tại điểm 4 tính theo công thức (2.51)[1]:

Lực cản ở tang dẫn động không tính đến cản trong ổ trục xác đinh theo công thức (2.44)[1]

Lực kéo tính theo công thức (2.53)[1]

𝑊 𝑇 = 𝑆 4 − 𝑆 1 + 𝑊 𝑑𝑑 = 44,486 − 12,674 + 1,7 = 33,512 (𝑘𝐺) Công suất cần thiết của động cơ theo công thức (2.54) [1]

Trong đó: 𝜂 ℎ – hiệu suất hộp số

Lực kéo ở trạm kéo căng xác định theo công thức (3.14)[1], cho rằng nhánh băng song song

Sơ bộ lấy tổn thất do chuyển động của con trượt trong vít kéo căng là 15 kG

Lực kéo trong 1 vít được xác định theo công thức

Chọn sơ đồ trạm kéo căng kiểu vít chịu kéo với tải trọng P Ren vít theo hệ mét được chọn là M14, có đường kính trong 𝑑1 = 12mm Ứng suất kéo tại mặt cắt của vít được tính toán dựa trên tải trọng này.

Số vòng ren vít trong đai ốc

4× (1,4 2 − 1,2 2 ) × 40≈ 1,8 Chiều cao cần thiết của đai ốc

𝐻 = 𝑧 𝑠 = 1,8 × 2 = 3,6 (𝑚𝑚) Đai ốc tiêu chuẩn với ren M14 có chiều cao 12 mm

Nếu vít chịu nén, ta kiểm tra uốn dọc của vít theo công thức:

Tỷ số đường kính của ngõng trục với đường kính của bánh lăn thường là 1

3 (71)[1] Đường kính ngõng trục là: 𝑑 = 𝐷

• Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền:

Để đáp ứng yêu cầu công suất 20W và tốc độ 20 vòng/phút, chúng tôi đã tra cứu thông tin trên trang web của hãng Oriental Motor và chọn động cơ 4IK25GN-CW2L2 với công suất 25W và tốc độ 1500 vòng/phút.

Tỉ số truyền chung là:

Tra thông tin của hãng Oriental Motor[10] chọn hộp giảm tốc 4GN36KF có: 𝑖 ℎ = 36 Chọn tỉ số truyền đai là 𝑖 đ = 2

Vậy tỉ số truyền chung thực tế là:

Vận tốc thực tế là:

Vận tốc thực tế là

• Công suất trên các trục:

• Momen xoắn trên trục băng tải:

• Tính toán bộ truyền đai:

+ Công suất trên trục dẫn 𝑃 1 = 20 (W)

+ Tốc độ quay trên trục dẫn 𝑛 1 = 42 (vòng/phút)

+ TST cho bộ truyền đai u = 2

Chọn loại đai và tiết diện đai

+ Dựa vào công suất 𝑃 1 và tốc độ 𝑛 1 ta chọn loại đai A (TCVN) (hình 4.1)[2]

Chọn đường kính bánh đai:

+ Đường kính bánh đai dẫn chọn theo tiêu chuẩn: 𝑑 1 = 50 (𝑚𝑚)

+ Kiểm tra lại vận tốc bánh đai dẫn

60000 = 0,11 (𝑚 𝑠)⁄ + Đường tính bánh đai bị dẫn:

+ Xét điều kiện a thỏa công thức [2]

90,5 ≤ 𝑎 ≤ 300, Vậy a = 250 (mm) (thỏa điều kiện)

Chọn theo tiêu chuẩn: L = 762 (mm) (A30), theo tiêu chuẩn đai hãng Masuka [11] Kiểm nghiệm về tuổi thọ:

Tính chính xác ở khoảng cách trục

Kiểm tra điều kiện góc ôm

𝑃 1 – công suất trên trục bánh đai chủ động (kW)

𝐾 đ – hệ số tải trọng động, [2]; 𝐾 đ = 1

[𝑃 0 ] – công suất cho phép (kW), [2]; [𝑃 0 ] = 0,7

𝐶 𝛼 – hệ số ảnh hưởng của góc ôm 𝛼 1 , [2]; 𝐶 𝛼 = 0,98

𝐶 𝑙 – hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai, [2]; 𝐶 𝑙 = 0,86

𝐶 𝑢 – hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền, [2]; 𝐶 𝑢 = 1,13

𝐶 𝑧 – hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng trên các dây đai, chọn z = 2, [2]; 𝐶 𝑧 = 0,95

➔ Số dây đai là 1 dây

Z – là số dây đai, z = 1 t, e - (bảng 4.21)[2], được t = 15; e = 10

Tính lực tác dụng lên trục

𝐹 𝑣 – lực căng do lực li tâm sinh ra:

𝑞 𝑚 – khối lượng 1 mét chiều dài đai (bảng 4.22)[2]

+ Lực tác dụng lên trục:

5.2.3 Tính toán và kiểm nghiệm trục

• Chọn vật liệu làm trục:

Trục chịu tải trọng trung bình thường được chế tạo từ thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện Khi chọn thép 45 thường hóa, cơ tính của nó đạt giới hạn bền 600 MPa (bảng 6.1).

Giới hạn chảy: 𝜎 𝑐ℎ = 340 Mpa Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏] = 15 ÷ 30 MPa

Lực tác dụng của bộ truyền đai từ động cơ sang trục: Frđ = 288 (𝑁)

Có 2 thành phần: Fyđ = Fr Cos (20) = 288 × Cos (20) = 271 (N)

• Tính phản lực tại các gối đỡ trục:

Hình 5 3 Biểu đồ nội lực trục tang băng tải

• Đường kính tại các tiết diện nguy hiểm của trục

Tính momen tổng 𝑀 𝑗 và momen tương đương 𝑀 𝑡đ𝑗 tại các tiết diện nguy hiểm theo các công thức 10.15 và 10.16 [2]

Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức 10.17 [2]

Chọn 𝑑 𝐶 = 25 𝑚𝑚 => Tiết diện nguy hiểm

Để đảm bảo độ bền của trục, cần xác định tiết diện có momen tương đương lớn nhất tại vị trí C Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm nhất phải thỏa mãn điều kiện: s C = s σC × s τC.

▪ [𝑠] – hệ số an toàn cho phép, thông thường [𝑠] = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ cứng [𝑠]

= 2,5… 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục)

▪ sC và sC – hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện C s σC = σ −1

Trong đó: σ −1 và τ −1 – giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng có thể lấy gần đúng

𝜏 −1 = 0,58𝜎 −1 = 0,58 × 261,6 = 151,73 (MPa) σ aB , τ aB , σ mB , τ mB là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện B, do quay trục một chiều:

2 × 3066= 1,4 Với WC, W0C là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện C của trục được tính theo công thức bảng 10.6 [2]:

▪ ѱ σ , ѱ τ – hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 [2] với 𝜎 𝑏 = 600 MPa, ta có:

▪ K σdB , K τdB – hệ số xác định theo công thức 10.25 và 10.26 [2]

Do vị trí này lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi Chọn kiểu lắp k6 Tra [2] với 𝜎 𝑏 = 600 MPa, ta có:

Hệ số tập trung ứng suất Kx phụ thuộc vào trạng thái bề mặt, phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt, như được trình bày trong bảng 10.8 Đối với phương pháp gia công tiện, với độ nhẵn bề mặt R a từ 2,5 đến 0,63 và ứng suất bền 𝜎 𝑏 là 600 MPa, hệ số Kx đạt giá trị 1,06.

Hệ số tăng bền trục Ky, được trình bày trong bảng 10.9, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt và cơ tính vật liệu Trong trường hợp này, vì không áp dụng các phương pháp tăng bền bề mặt, giá trị Ky được xác định là 1.

5.3 Tính toán cụm ép cơm

Hình 5 4 Các trục cụm ép

• Tính công suất, chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

Công suất trên trục ép cuối (trục 4)

Trong đó: 𝑃– công suất trên trục ép

𝑣 – tốc độ của rulo, lấy bằng tốc độ băng tải

Trong đó: η đ − hiệu suất bộ truyền đai, η đ = 0,96

Công suất cần thiết trên trục cộng cơ

Tốc độ quay của các rulo bằng nhau, bằng rulo lớn nhất:

Động cơ cần thiết có công suất 7,93 W và tốc độ 8,5 vòng/phút Sau khi tra cứu thông tin trên trang web của hãng Oriental Motor, động cơ 4IK25GN-CW2L2 với công suất 25W và tốc độ 1500 vòng/phút được lựa chọn.

8,6 ≈ 174,4 Tra thông tin của hãng Oriental Motor [10] chọn hộp giảm tốc 4GN90KF có 𝑖 ℎ = 90 Chọn tỉ số truyền đai từ động cơ qua rulo là 𝑖 đ1 = 2

Chọn tỉ số truyền đai giữa các rulo là 𝑖 đ2 = 1 (các rulo quay đồng tốc)

Vậy tỉ số truyền chung thực tế là:

Vận tốc thực tế là:

Vận tốc thực tế là

• Công suất trên các trục:

• Mômen xoắn trên các trục:

Bảng 5 1 Bảng số liệu các bộ truyền Trục

Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục 4

5.3.1 Tính toán các bộ truyền

• Tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục 1

+ Công suất trên trục dẫn 𝑃 = 8 (W)

+ Tốc độ quay trên trục dẫn 𝑛 = 17 (vòng/phút)

+ Dựa vào công suất P và tốc độ n ta chọn loại đai A (TCVN) (hình 4.1) [2]

+ Đường kính bánh đai dẫn: 𝑑 1 = 50 (𝑚𝑚)

+ Đường tính bánh đai bị dẫn:

+ Xét điều kiện a thỏa công thức:

90,5 ≤ 𝑎 ≤ 300, Vậy a = 250 (mm) (thỏa điều kiện)

Chọn theo tiêu chuẩn: L = 762 (mm) (A30) theo catalogue hãng Masuka [11] Kiểm nghiệm về tuổi thọ:

𝐾 đ – hệ số tải trọng động, tra bảng 4.7 trang 55[2]; 𝐾 đ = 1

[𝑃 0 ] – công suất cho phép (kW), tra bảng 4.19 trang 62[2]; [𝑃 0 ] = 0,7

𝐶 𝛼 – hệ số ảnh hưởng của góc ôm 𝛼 1 , tra bảng 4.15 trang 61 [2]; 𝐶 𝛼 = 0,98

𝐶 𝑙 – hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai, bảng 4.16 trang 61[2]; 𝐶 𝑙 = 0,86

𝐶 𝑢 – hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền, tra bảng 4.17 trang 61 [2]; 𝐶 𝑢 = 1,13

𝐶 𝑧 – hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng trên các dây đai, chọn z = 2, tra bảng 4.18 trang 61 [2]; 𝐶 𝑧 = 0,95

Z – là số dây đai, z = 1 t, e – (bảng 4.21) [2], được t = 15; e = 10

𝑞 𝑚 – khối lượng 1 mét chiều dài đai (bảng 4.22) [2]

+ Lực tác dụng lên trục

• Tính toán bộ truyền đai từ trục 1 sang trục 2

+ Công suất trên trục dẫn 𝑃 = 7,6 (W)

+ Tốc độ quay trên trục dẫn 𝑛 = 8,5 (vòng/phút)

+ Dựa vào công suất P và tốc độ n ta chọn loại đai A (TCVN) (hình 4.1)[2]

+ Đường tính bánh đai bị dẫn:

63 ≤ 𝑎 ≤ 200, Vậy a = 200 (mm) (thỏa điều kiện)

Chọn theo tiêu chuẩn: L = 558,8 (mm) (A22) theo catalogue hãng Masuka [11] Kiểm nghiệm về tuổi thọ:

𝐾 đ – hệ số tải trọng động, tra bảng 4.7 [2]; 𝐾 đ = 1

[𝑃 0 ] – công suất cho phép (kW), tra bảng 4.19 [2]; [𝑃 0 ] = 0,7

𝐶 𝛼 – hệ số ảnh hưởng của góc ôm 𝛼 1 , tra bảng 4.15 [2]; 𝐶 𝛼 = 1

𝐶 𝑙 – hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai, bảng 4.16 [2]; 𝐶 𝑙 = 0,86

𝐶 𝑢 – hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền, tra bảng 4.17 [2]; 𝐶 𝑢 = 1

𝐶 𝑧 – hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng trên các dây đai, chọn z = 2, tra bảng 4.18 [2]; 𝐶 𝑧 = 0,95

Z – là số dây đai, z = 1 t, e tra bảng 4.21 [2], được t = 15; e = 10

• Tính bộ truyền đai từ trục 2 sang trục 3

+ Dựa vào công suất P và tốc độ n ta chọn loại đai A (TCVN) [2]

60000 = 0,022 (𝑚/𝑠) + Đường tính bánh đai bị dẫn:

Xét điều kiện a thỏa công thức:

Z – là số dây đai, z = 1 t, e – (bảng 4.21) [2], được t = 15; e = 10

• Tính toán bộ truyền đai từ trục 3 sang trục 4

+ Dựa vào công suất P và tốc độ n ta chọn loại đai A (TCVN) (hình 4.1) [2]

60000 = 0,022(𝑚/𝑠) + Đường tính bánh đai bị dẫn:

Z – là số dây đai, z = 1 t, e tra bảng 4.21 [2], được t = 15; e = 10

5.3.2 Tính toán và kiểm nghiệm các trục

Trục chịu tải trọng trung bình thường được chế tạo từ thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện Khi chọn thép 45 thường hóa, cơ tính của nó đạt giới hạn bền 600 Mpa, như được thể hiện trong bảng 6.1.

Giới hạn chảy: 𝜎 𝑐ℎ = 340 Mpa Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏] = 15 ÷ 30 MPa

• Tính toán và kiểm nghiệm trục 1

Lực tác động lên trục 1

Lực tác dụng của bộ truyền đai từ trục 1 sang trục 2: Frđ = 540 (𝑁)

Lực tác dụng của bộ truyền đai từ động cơ sang trục 1: Frđ = 283 (𝑁)

Có 2 thành phần: Fxđ = 283 × Sin (60°) = 245 (N)

Fyđ = 283 × Cos (60°) = 142 (N) Lực vòng trên rulo 𝐹 𝑡 = 100 (𝑁)

Hình 5 5 Biểu đồ nội lực trục 1 Đường kính tại các tiết diện nguy hiểm của trục

Tiết diện trục tại điểm B có momen tương đương lớn nhất, đảm bảo độ bền của trục nếu hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm nhất thỏa mãn điều kiện: s B = s σB × s τB.

▪ sB và sB – hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện B s σB = σ −1

𝜏 −1 = 0,58𝜎 −1 = 0,58 × 261,6 = 151,73 (MPa) σ aB , τ aB , σ mB , τ mB là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện B, do quay trục một chiều:

2 × 1570,8= 2,7 Với WB, W0B là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện B của trục được tính theo công thức tại bảng 10.6 trang 196[2]:

▪ ѱ σ , ѱ τ – hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 trang 197[2] với 𝜎 𝑏 = 600 MPa, ta có:

▪ K σdB , K τdB – hệ số xác định theo công thức 10.25 và 10.26

Do vị trí này lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi Chọn kiểu lắp k6

Tra bảng 10.11 trang 198[2] với 𝜎 𝑏 = 600 MPa, ta có:

Hệ số tập trung ứng suất Kx phụ thuộc vào trạng thái bề mặt, phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt, như được nêu trong bảng 10.8 trang 197 Đối với phương pháp gia công tiện với độ nhẵn bề mặt R a từ 2,5 đến 0,63 và ứng suất bền 𝜎 𝑏 = 600 MPa, hệ số Kx được xác định là 1,06.

Hệ số tăng bền trục Ky, được nêu trong bảng 10.9, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt và cơ tính của vật liệu Trong trường hợp này, do không áp dụng các phương pháp tăng bền bề mặt, giá trị của Ky được xác định là 1.

• Tính toán và kiểm nghiệm trục 2

Lực tác động lên trục 2

Lực tác dụng của bộ truyền đai từ trục 1 sang trục 2: Frđ1 = 540 (𝑁)

Lực tác dụng của bộ truyền đai từ trục 2 sang trục 3: Frđ2 = 510 (𝑁)

Hình 5 6 Biểu đồ nội lực trục 2 Đường kính tại các tiết diện nguy hiểm của trục

Để đảm bảo độ bền của trục, cần xem xét tiết diện có momen tương đương lớn nhất tại vị trí H Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm nhất phải thoả mãn điều kiện: s H = s σH × s τH.

▪ sH và sH – hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện H s σH = σ −1

65 σ aH , τ aH , σ mH , τ mH là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện H, do quay trục một chiều:

2 × 3068= 1,32 Với WH, W0H là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện H của trục được tính theo công thức tại bảng 10.6 trang 196[2]:

▪ ѱ σ , ѱ τ – hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 trang 197[2] với 𝜎 𝑏 = 600 MPa, ta có:

▪ K σdH , K τdH – hệ số xác định theo công thức 10.25 và 10.26

Do vị trí này lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi Chọn kiểu lắp k6

Tra bảng 10.11 trang 198[2] với 𝜎 𝑏 = 600 MPa, ta có:

Tiêu đề	Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Máy Ép Cơm Phục Vụ Dây Chuyền Sản Xuất Cơm Cháy
Tác giả	Trương Phan Bảo, Trần Thanh Duy, Lưu Vĩnh Đạt
Người hướng dẫn	ThS. Dương Thị Vân Anh
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	135
Dung lượng	14,39 MB