Nghiên cứu và chế tạo máy gọt vỏ dừa tươi

GIỚI THIÊU TỔNG QUÁT VỀ CÔNG VIÊC TRỒNG VÀ

Giới thiệu về quả dừa tươi

Dừa (danh pháp khoa học: Cocos nucifera), là một loài cây trong họ Cau (Arecaceae) Nó cũng là thành viên duy nhất trong chi Cocos và là một loại cây lớn, thân đơn trục (nhiều khi gọi là nhóm thân cau dừa) có thể cao tới 30 m, với các lá đơn xẻ thùy lông chim 1 lần, cuống và gân chính dài 4–6 m các thùy với gân cấp

2 có thể dài 60–90 cm; lá kèm thường biến thành bẹ dạng lưới ôm lấy thân; các lá già khi rụng để lại vết sẹo trên thân

1.1.1 Đặc tính của quả dừa

Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn tốt cũng như nó ưa thích các nơi sinh sống có nhiều nắng và lượng mưa bình thường (750– 2.000 mm hàng năm), điều này giúp nó trở thành loại cây định cƣ bên các bờ biển nhiệt đới một cách tương đối dễ dàng Dừa cần độ ẩm cao (70–80%+) để có thể phát triển một cách tối ƣu nhất, điều này lý giải tại sao nó rất ít khi đƣợc tìm thấy trong các khu vực có độ ẩm thấp (ví dụ khu vực Địa Trung Hải), thậm chí cả khi các khu vực này có nhiệt độ đủ cao Nó rất khó trồng và phát triển trong các khu vực khô cằn

1.1.1.1 Độ ẩm của quả dừa Độ ẩm của dừa có liên quan mật thiết tới chất lƣợng của quả dừa Độ ẩm càng cao thì màu sắc và nước dừa càng mau hỏng ,va cuống dừa dễ bị bong ra, , , làm ảnh hưởng tới quá trình định vị quả dừa khi cắt gọt

1.1.1.2 Cơ tính của quả dừa

- Liên kết giữa cuống dừa : ( 20 – 40N )

- Độ bền của vỏ dừa : ( 200 - 350N )

- Độ bền của gáo dừa : (1200 – 2000N )

1.1.1.3 Thành phần của quả dừa

1.1.2 Một Số Loại Dừa Đƣợc Trồng Ở Việt Nam

Là giống dừa uống nước phổ biến nhất ở đồng bằng sông Cửu Long, ra hoa sớm sau khoảng 2,5 - 3 năm trồng, năng suất bình quân 140-150 trái/cây/năm, vỏ mỏng có màu xanh, nước có vị ngọt thanh (7-7,5% đường), thể tích nước 250-350 ml/trái, có nhu cầu tiêu thụ rộng rãi trên thị trường

Hình 1.1 Dừa xiêm xanh 1.1.2.2 Dừa xiêm đỏ

Là giống dừa uống nước phổ biến thứ nhì ở đồng bằng sông Cửu Long, ra hoa sớm sau khoảng 3 năm trồng, năng suất bình quân 140-150 trái/cây/năm, vỏ trái mỏng có màu nâu đỏ, nước có vị ngọt thanh (7-7,5% đường), thể tích nước 250-350 ml/trái, có nhu cầu tiêu thụ rộng rãi trên thị trường

Là giống dừa uống nước có chất lượng ngon nhất, có nguồn gốc Bến Tre, ra hoa rất sớm sau khoảng 2 năm trồng, năng suất bình quân 150-160 trái/cây/năm, vỏ trái rất mỏng có màu xanh đậm, nước rất ngọt (8-9% đường), thể tích nước 250-300 ml/trái, rất được ưa chuộng trên thị trường

Hình 1.3 Dừa xiêm lục 1.1.2.4 Dừa xiêm lửa

Là giống dừa uống nước có màu sắc đẹp, ra hoa sớm sau khoảng 2,5 -3 năm trồng, trái sai, kích thước trái nhỏ, vỏ mỏng có màu vàng cam, nước ngọt (6,5-7% đường), năng suất bình quân 140 – 150 trái/cây/năm, thể tích nước 250-300 ml/trái, có thể trồng để uống nước kết hợp để khai thác du lịch sinh thái vườn dừa

Ngoài ra, còn một số loại dừa khác nhƣ: dừa xiêm núm, dừa dứa, dừa cao ( dừa ta, dừa dâu, dừa sáp), dừa lai ( dừa lai PB 121, dừa lai JVA1, dừa lai JVA2),

1.1.3 Gía trị dinh dƣỡng của quả dừa

 Phần cùi (cơm) dừa trắng ăn được và được sử dụng ở dạng tươi hay sấy khô trong một số món ăn Cơm dừa khô là nguyên liệu sản xuất dầu dừa

 Nước dừa nằm trong khoang bên trong quả dừa có chứa các chất như đường, đạm, chất chống ôxi hóa, các vitamin và khoáng chất, là nguồn cung cấp và tạo ra cân bằng điện giải đẳng trương tốt cũng như là nguồn thực phẩm bổ dưỡng Nước dừa được dùng làm nước giải khát tại nhiều vùng nhiệt đới Nước dừa là vô trùng khi quả dừa chƣa bị bổ ra, và có thể dùng làm dung dịch truyền ven Nó cũng đƣợc dùng để sản xuất món tráng miệng dạng sệt có tên gọi Thạch dừa (nata de coco) Đôi khi, nước dừa khô cũng được cô cạn thành chất có màu nâu đen được gọi là nước màu dừa, dùng làm chất tạo màu cho thức ăn thay cho nước màu được làm từ đường (gluco)

Trong nước dừa có gần như toàn bộ dưỡng chất cần cho cơ thể, nhiều vitamin nhóm B và chất khoáng Hàm lượng kali và magiê trong nước dừa tương tự như dịch tế bào của người nên nó thường được dùng cho bệnh nhân bị tiêu chảy, thậm chí làm dịch truyền

Trẻ bị tiêu chảy được khuyến khích uống nước dừa pha muối Nước dừa làm đẹp da, đen mƣợt tóc Nhân dừa non (mềm nhƣ thạch) chứa nhiều enzym tốt cho tiêu hóa, dùng chữa các bệnh viêm loét dạ dày, viêm gan, đái tháo đường, lỵ, trĩ, viêm ruột kết Polysacharit của nước dừa kích thích miễn dịch đối với bệnh lao phổi

Nước quả dừa xanh còn non được các nhà khoa học gọi là “nước khoáng thực vật” vì chứa nhiều vi lượng khoáng cần thiết cho cơ thể và đường ở dạng dễ tiêu hóa, lƣợng vitamin C đủ cho nhu cầu 1 ngày

Nước dừa còn có công dụng bảo quản tinh trùng của người và động vật trong trạng thái “sức khỏe dồi dào”, tránh phải đông lạnh gây giảm khả năng thụ tinh

1.1.4 Công dụng của quả dừa

Theo Đông y, nước dừa ngọt ấm, không độc, giúp tăng cường khí lực, tươi nhuận nhan sắc, giải nhiệt, cầm máu nên rất tốt khi điều trị cảm nắng, thổ huyết, máu cam Một số cách dùng nước dừa chữa bệnh:

 Khản tiếng: Nước dừa non 1 cốc, rau má 8 g Giã rau má, vắt lấy nước cốt pha với nước dừa uống

 Kiết lỵ cấp tính: Rau má 50 g, nước dừa tươi một quả Rửa sạch rau má, giã nhỏ, vắt lấy nước, pha với nước dừa uống Mỗi ngày một quả

 Nôn mửa: Nước dừa 2 chén, rượu nho 1 chén, nước gừng 10 giọt trộn đều uống

 Lợi tiểu giải độc: Nước dừa non có tác dụng lợi tiểu trong các bệnh tim mạch, thận

 Viêm thận phù nề: Nước dừa, nước rễ cỏ tranh, nước rễ cỏ lau mỗi thứ

Giới thiệu về quá trình thu hoạch dừa làm nguyên liệu

Dừa sau khi được đạt độ ngọt của nước sẽ được thu hoạch về ,công việc này chủ yếu làm bằng thủ công

Hiện nay đã có máy gọt vỏ dừa tươi do anh Lê Tân Kỳ ở Bến Tre nghiên cứu và sản suất ,máy này có khả năng gọt đƣợc khoảng cả 1000 quả dừa trong một ngày ,trung bình khoảng 1 quả trong 1 phút đạt năng suất bằng 5 lao động phổ thông hiện nay ,tỉ lệ hao hụt dưới 3℅ ,tuy có nhiều ưu điểm song loại máy này còn chưa được sử dụng rộng rãi bởi giá thành còn cao,thông thường người ta chọn phương pháp gọt dừa bằng thủ công

Qúa trình gọt quả dừa tươi có hai cách :

- Gọt bằng phương pháp thủ công : dùng dao gọt quả dừa thông thường như hiện nay và gọt hết lớp vỏ da xanh bên ngoài Tuy nhiên phương pháp này cho năng suất thấp, phù hợp với hộ sản suất nhỏ lẻ và có lao động nhàn rỗi

- Gọt bằng máy gọt vỏ dừa tươi : với việc sử dụng động cơ thay thế cho sức người loại máy này cho năng suất rất cao Giảm được thời gian và lượng công nhân rất nhiều

Những ảnh hưởng của trái dừa tới máy gọt vỏ dừa

Khi dùng máy gọt vỏ dừa tươi thì dừa cũng là một trong những thành phần quan trọng quyết định tới khả năng hoạt động và năng suất của máy cũng nhƣ là quyết định biên dạng mà dừa đƣợc gọt ra

- Khi gọt vỏ dừa thì hình dạng và kích thước trái dừa có ảnh hưởng lớn đến khả năng cắt gọt và biên dạng trái sản phẩm đƣợc tạo ra

- Dừa già, dừa non, dừa được hái lâu ngày hay mới hái cũng ảnh hưởng đến khả hoạt động của máy, dao và biên dạng của trái dừa đƣợc cắt ra.

Qúa trình thu hoạch dừa cho đến quá trình gọt vỏ

Quá trình thu hoạch dừa trải qua rất nhiều công đoạn trước khi phân phối và đây là bản tóm tắt của nhóm về quá trình thu hoạch cho đến đóng gói quả dừa: Thu hoạch => phân loại => vận chuyển => làm sạch => gọt vỏ => ngâm dung dịch làm giữ màu cho quả dừa => đóng gói

Các phương án gọt dừa

Phương án 1 : Thao tác thủ công, sử dụng dụng cụ là dao cắt và dùng tay để gọt dừa Ƣu điểm :

- Phụ thuộc vào tay nghề và sức lao động của con ngưới rất lớn

- Có thể gọt đƣợc nhiều biên dạng dừa nhất định, nhƣng không lớn

- Tránh đƣợc những va chạm về chập điện

- Sử dụng sức người lao động nhiều

- Người lao động có thể gặp phải những nguy hiểm khi gọt bằng tay

Hình 1.5 Gọt vỏ dừa tươi bằng tay Phương án 2 : Thao tác bằng máy Ƣu điểm : o Năng suất cao o Ít tốn công

Nhƣợc điểm: o Gọt đƣợc ít biên dạng o Có thể gặp phải nguy hiểm về điện và dao cắt

Hình 1.6 Gọt dừa bằng máy

Tình hình nghiên cứu máy gọt vỏ dừa

Trong mấy năm trở lại đây thì máy gọt vỏ dừa tươi khá phát triển do dừa tươi bán rất chạy và lượng nhân công thành thạo không đủ để đáp ứng nhu cầu

Do đó, có nhiều nơi đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo máy gọt vỏ dừa tươi trong và ngoài nước mà chủ yếu là khu vực Đông Nam Á

Trong quá trình thực hiện đồ án thì nhóm cũng có đi thực tế để tìm hiểu về máy cũng như là nhu cầu của máy trên thị trường

- Ở trong nước thì cũng có một số nơi nghiên cứu và chế tạo máy gọt vỏ dừa tươi mà người đầu tiên chế tạo ra máy là anh Lê Tân Kỳ ở Bến Tre Máy có kết cấu đơn giản và chạy hoàn toàn bằng tay

Năng suất của máy cũng khá cao 30s/quả và giá thành cũng hợp lí 15 triệu/máy, rẻ hơn rất nhiều so với máy nhập từ nước ngoài

Hình 1.7 Máy gọt vỏ dừa tươi của anh Lê Tân Kỳ ( ến Tre)

Ngoài ra, hiện nay ở trong nước cũng có thêm một số cơ sở sản xuất cũng tiến hành sản xuất và phát triển máy gọt vỏ dừa tươi với hình dạng nhỏ gọn và mẫu mã khác nhau

Hình 1.8 máy gọt vỏ dừa tươi của công ty Tân Tiến

Hình 1.9 Máy gọt vỏ dừa tươi của công ty Gia Long

- Ở nước ngoài thì cũng có một số nơi sản xuất máy gọt vỏ dừa tươi nhưng do cách biệt về địa lý và tài liệu trên mạng còn hạn chế nên nhóm chỉ tìm đƣợc một số hình ảnh về máy:

Hình 1.10 Một số hình ảnh về máy gọt vỏ dừa tươi ở nước ngoài

Máy gọt vỏ dừa tươi ở nước ngoài có kết cấu tương đối gọn, hoạt động cũng hiệu quả Nói chung thì máy ở Việt Nam hay nước ngoài thì cũng có nhiều nét tương đồng về cấu tạo và hoạt động

Hiện nay trên thị trường xuất hiện thêm loại máy chạy bằng khí nén mà theo nhóm thì máy này có thể xem là bản cải tiến tốt nhất từ trước đến nay

Hình 1.11 Máy gọt vỏ dừa tươi chạy bằng khí nén

GIỚI THIỆU VỀ MÁY GỌT VỎ DỪA TƯƠI

Thông số kĩ thuật của máy

+ Máy sử dụng động cơ 0.2Kw, số vòng quay 280 v/ph

+ Kích thước của máy: dài x rộng x cao H00mm x4800mm x 15000mm

+ Thời gian hoàn thành gọt xong 1 trái dứa là 40s/trái, trung bình một ngày có thể chế biến khoảng 1000trái/ngày.

Nguyên lí hoạt động của máy

Sơ đồ khối của máy:

Hình 2.1 Sơ đồ khối của máy gọt vỏ dừa tươi

Nguyên lí hoạt động của máy: Đầu tiên, khi đặt quả dừa vào thì động cơ 1 sẽ đẩy động cơ chính ( có gắn bàn chông) lên đƣa qua dừa cùng đi lên, khi lên tới cử thì có một mũi định tâm gắn với động cơ 2 sẽ đâm vào giúp định tâm cho qua dừa Sau đó, động cơ chính quay, đồng thời động cơ 1 và 2 cũng hoạt động cùng lúc đƣa quả dừa đi lên chạm dao gắn ở nón để gọt phần đỉnh Khi gọt xong phần đỉnh thì động cơ 1 và 2 sẽ cùng đi xuống tới cử dao và dừng lại, sau đó thì động cơ 3 sẽ đẩy dao gọt thân vào khi gọt xong phần thân thì dao gọt thân lùi ra và đồng thời động cơ 4 sẽ đẩy dao vào cắt đứt phần đế của quả dừa Sau khi cắt xong thì dao cắt lùi ra và đông thời động cơ chính cũng ngừng quay một lúc sau thì đông cơ 1 đi xuống và động cơ 2 đi lên kết thúc chu trình cắt.

Chọn cơ cấu thích hợp cho máy

Nhóm đã tìm hiểu nhiều cơ cấu có khả năng dùng cho máy và cuối cùng đã chọn cơ cấu vít me – đai ốc và cơ cấu ray trƣợt

Hình 2.2 Vít me và ray trƣợt

Ngoài ra, nhóm còn sử dụng một số ổ bi trƣợt để di chuyển động cơ quay quả dừa và chống lắc cho trục bàn chông:

Hình 2.3 Ổ trƣợt di chuyển động cơ quay quả dừa

2.5.1 Cơ cấu cấp nguyên liệu cho máy:

Dừa đƣợc đặt trên bàn chông của máy Đƣợc định vị bởi 4 mũi đinh, phần trên của quả dừa đƣợc định vị và kẹp chặt bởi chốt định tâm Bàn trong đƣợc nối với trục chính của đông cơ để tạo chuyển động quay lên quả dừa với vận tốc không đổi

Phương án 1 : Thao tác thủ công, người công nhân dùng tay để đặt quả dừa vào

+ Định tâm cho quả dừa một cách dễ dàng

+ Loại bỏ đƣợc những quả hƣ

+ Phụ thuộc vào trạng thái và khả năng làm việc của người công nhân

+ Tính an toàn không cao, người công nhân dễ bị cuốn tay vào tay gắp khi không cẩn thận trong thao tác

Phương án 2 : Cấp dừa tự động

+ Nhanh, gọn, năng suất cao

+ An toàn cho người công nhân

Do quả dừa có nhiều hình dạng khác nhau và không đồng đều nên khó điều chỉnh trong quá trình định tâm cho máy nên dễ gây ra những sai hỏng khi gọt Chọn phương án 1 vì không tốn quá nhiều tiền cho việc chế tạo, bảo dưỡng định kì và sửa chữa khi bị hư hỏng Bên cạnh đó, việc lựa chọn phương án cũng phù hợp với yêu cầu kĩ thuật cũng nhƣ kinh phí cho một số doanh nghiệp cũng nhƣ nhà máy nhỏ và vừa ở nước ta, đồng thời cũng tạo ra việc làm cho người lao động

2.5.2 Cơ cấu dao cắt cho máy:

Theo nhƣ hoạt động của máy thì ở phần này có các dao với chức năng nhƣ sau:

- Dao 1: để gọt phần chóp quả dừa và đƣợc đặt cố định vào nón Chóp quả dừa đƣợc gọt bằng cách quả dừa đƣợc truyền đông đi lên xuống thông qua 1 trục vít me thẳng gắn với động cơ chính

- Dao 2: để gọt phần thân quả dừa và đƣợc đặt lên 1 cần dao cố định thông qua qua ray trƣợt thì vít me sẽ truyền động giúp dao di chuyển ra vào để phần thân quả dừa

- Dao 3: để cắt phần đế của quả dừa và cũng đƣợc đặt lên 1 ray trƣợt và ray trƣợt này sẽ liên kết với 1 vít me truyền động giúp dao di chuyển ra vào cắt phần đế của quả dừa

2.5.3 Cơ cấu nâng hạ bàn chông: Đây là 1 cơ cấu rất quan trọng trong việc gọt dừa vì trong cơ cấu này có 2 động cơ và 2 vít me hoạt động song song với nhau Trong cơ cấu này do nhóm đã dùng 2 vít me có bước xoắn không giống nhau và 2 động cơ để truyền động 2 vít me này cũng có tốc độ không giống nhau nên muốn máy hoạt động đƣợc thì phải điều khiển tốc độ của 2 động cơ này sao cho mũi định tâm và bàn chông di chuyển theo một tốc độ giống nhau Vì việc định tâm của quả dừa có ảnh hưởng trực tiếp tới độ lắc của quả dừa và cũng nhƣ khả năng cắt của dao.

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

Phương án truyền động cho máy

Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu thì nhóm đá tìm ra 2 phương án truyền động cho máy:

Phương án 1 : Dùng các thiết bị khí nén để truyền động

+ Các thiết bị này có độ chính xác cao

+ Chi phí để mua các thiết bị này rất cao

+ Phức tạp ( cần phải trang bị thêm một máy khí nén)

Phương án 2 : Dùng động cơ và vít me để truyền động

+ Có thể điều chỉnh về kích thước

+ Cần có có đồ gá thích hợp

+ Muốn có thiết bị có độ chính xác cao phải tốn nhiều chi phí

=> Có rất nhiều lý do mà chủ yếu là vì chi phí hạn hẹp nên nhóm quyết định chọn phương án 2 làm phương án truyền động cho máy.

Tính toán và chọn động cơ điện

3.2.1 Động cơ chính quay trái dừa Ở đây nhóm chọn động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha với ƣu điểm tiện lợi, vận hành đơn giản và kinh tế

Cấu tạo của một động cơ không đồng bộ 3 pha:

Hình 3.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha

Hình 3.2 Cấu tạo của stato

- Vỏ máy: để cố định lõi thép và dây quấn, không dùng làm mạch dẫn từ Thường làm bằng gang hay thép tấm hàn lại

- Lõi thép: là phần dẫn từ, đƣợc làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0.35 ÷ 0.5mm ép lại

- Dây quấn: đƣợc đặt trong rãnh của lõi thép và đƣợc cách điện tốt với rãnh

Phần quay ( roto): có 2 loại đó là roto dây quấn và roto lồng sốc

Hình 3.3 cấu tạo của roto

- Lõi thép: dẫn từ, làm bằng những lá thép kỹ thuật điện, phía ngoài có xẻ rãnh

+ Roto dây quấn: quấn giống stato

+ Roto lồng sóc: trong mỗi rãnh đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm dài ra khỏi lõi thép và đƣợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch

Hình 3.4 Mô tả hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f1 vào dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ nđb= Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn roto và cảm ứng nên sức điện động e2 Vì dây quấn roto nối kín mạch nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện i2 trong các thanh dẫn roto

Dòng điện i2 trong từ trường chịu tác động của lực điện từ F và sinh ra moment quay Mquay làm roto quay với tốc độ n

Trong đó: f: là tần số của dòng điện xoay chiều ( thưởng sử dụng là f= 50Hz ) n: số đôi cực

Khi có tải tốc độ của động cơ giảm xuống Sự giảm số vòng quay của động cơ điện đƣợc đặc trƣng bằng độ trƣợt s, tính theo công thức: Độ trƣợt: s% = db 100 db n n n

Trong đó: n: là số vòng quay thực của động cơ ứng với tải trọng đã cho

Tính toán chọn động cơ:

Pct: là công suất cần thiết của động cơ

Pt: là công suất làm việc của động cơ

: là hiệu suất của cả hệ thống

Tra hiệu suất trong bảng “ trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ”

Do máy hoạt động với thay đổi tải trọng là không đáng kể nên công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác

Plv: là công suất làm việc trên trục (Kw)

F: là lực liên kết của vỏ dừa (N) v: là vận tốc của bàn chông ( m/s)

Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động đƣợc tính theo công thức: u t  u u u 1 2 3 u t  u 1  16

( bộ truyền bánh răng trụ hộp giảm tốc 2 cấp )

Số vòng quay của trục máy công tác:

Trong đó: v: vận tốc của bàn chông, m/s

D: là đường kính tang quay, mm

Từ ut và nlv có thể tính đƣợc số vòng quay sơ bộ của động cơ:

Chọn quy cách động cơ:

Dựa vào công suất cần thiết và số vòng quay sơ bộ của động cơ kết hợp với các momen yêu cầu về mở máy và phương pháp lắp đặt động cơ để chọn động cơ theo các bảng P1.1 P1.7, phụ lục Động cơ đƣợc chọn phải có công suất Pđc và số vòng quay đồng bộ thỏa mãn điều kiện:

P dc  P ct và n db n sb Đồng thời có momen mở máy thỏa điều kiện:

Chọn động cơ 4AA56A4Y3 – 0.12 ( Kw) – 1380 (v/p)

3.2.2 Động cơ di chuyển dao

3.2.2.1 Động cơ di chuyển dao gọt thân: Động cơ dùng để truyền động cho trục vít me, thông qua sự truyền động của vít me thì sẽ giúp dao di chuyển để gọt phần thân của quả dừa

Các thông số đầu vào:

- Chọn vít me có bước: l=5(mm)

- Hệ số ma sát trƣợt giữa thép và thép ta chọn:  0.3

- gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=5(m/s 2 )

- Vận tốc lớn nhất của dao: v max  0.47( / ) m p

- Chiều dài dịch chuyển lớn nhất của dao bàn dao: L max  150( mm )

- Khối lƣợng bàn dao: 1kg

- Tỉ số truyền i=1 (vì chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vít me không qua hộp giảm tốc)

- Trọng lƣợng bàn gá trục:Wyp ( N )

- Khối lƣợng lớn nhất của chi tiết: M=1 ( kg )

- Độ chính xác vị trí không tải : ±0,03/1000mm

- Độ chính xác lặp : ±0,005mm

- Độ lệch truyền động : ±0,02mm

- Hệ số ma sát trơn bề mặt : 𝜇 =0,1

Tính các lực dọc trục:

D là đường kính trục vít, l’là chiều dài nối trục

GD GD GD GD     Kgf cm

Thời gian chạy dành cho quá trình có gia tốc là rất ngắn, do đó ở đây ta chỉ tính toán cho giai đoạn chạy đều ( chiếm phần lớn thời gian gia công)

Momen do lực ma sát: max 5.6 0.5

Do đó momen phát động cần thiết phải bằng tổng momen đặt trước và momen cần thiết khi gia công:

Các dữ liệu tính cho cho động cơ:

- Chọn vít me có bước h=5mm

- Hệ số má sát trƣợt giữa thép và thép ta chọn  0.3

- Khối lƣợng của phần đầu dịch chuyển là m = 1kg

- Tỉ số truyền giảm tốc i=1 ( do chọn phương án nối trực tiếp động cơ với vít me không qua hộp giảm tốc)

- Hiệu suất của máy chọn  0.9

- Lực cắt lớn nhất FmP0N

- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ là:94v/p

  Tính momen chống trọng lực cho kết cấu: w sin 0 z 2

Vì cơ cấu nằm ngang nên  0

Với đường kính trục vít được chọn là 24mm, ta có: max

Tính tốc độ quay của motor: max 0.12 1

Dựa vào momen tĩnh và tốc độ của động cơ, ta chọn động cơ với điều kiện: motor mot n  n và m motor  n sta

Chọn động cơ Stukasa có thông số kĩ thuật:

- Điện áp định mức: 24VDC

- Điện áp làm việc: 12V - 24VDC

- Dòng điện khi không tải: 100mA

- Dòng điện khi có tải là: 500mA

- Tốc độ khi không tải:94 v/p

- Tốc độ khi có tải: 83 V/p

- Momen định mức: 6,5 kgf.cm

- Momen xoắn tối đa: 12 kgf.cm

3.2.2.2 Động cơ di chuyển dao cắt đứt: Động cơ dùng để truyền động cho trục vít me, thông qua sự truyền động của vít me thì sẽ giúp dao di chuyển để cắt phần đế của quả dừa

- Chọn vít me có bước: h=5(mm)

- gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=5( m/s 2 )

- Khối lƣợng bàn dao: 0.3kg

- Trọng lƣợng bàn gá trục:Wyp ( N )

4 Độ chính xác vị trí không tải : ±0,03/1000mm

5 Độ chính xác lặp : ±0,005mm

6 Độ lệch truyền động : ±0,02mm

7 =- Hệ số ma sát trơn bề mặt : 𝜇 =0,1

Tính toán tương tự như động cơ di chuyển dao gọt thân, ta được:

- Khối lƣợng của phần đầu dịch chuyển là m = 0.3kg

  Tính momen chống trọng lực cho kết cấu: w sin 0 z 2

Vì cơ cấu nằm ngang nên  0

Với đường kính trục vít được chọn là 19.6mm, ta có: max

Dựa vào momen tĩnh và tốc độ của động cơ, ta chọn động cơ với điều kiện: motor mot n  n và m motor  n sta

3.2.2.3 Động cơ di chuyển động cơ chính quay quả dừa Động cơ dùng để truyền động cho trục vít me, thông qua sự truyền động của vít me thì sẽ giúp đƣa động cơ chính quay quả dừa lên xuống theo từng cử để cắt gọt từng phần của quả dừa

Các thông số đầu vào:

- Chọn vít me có bước: l=5(mm)

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=5(m/s 2 )

- Trọng lƣợng bàn gá trục:Wy5 ( N )

- Khối lƣợng của phần đầu dịch chuyển là m = 1kg

Tính momen ma sát: cos 0 fric 2

Vì do trục vít đƣợc đặt thẳng đứng nên α 0 vì vậy cos α=0 nên Mfric=0

Tính momen chống trọng lực cho kết cấu:

Dựa vào momen tĩnh và tốc độ của động cơ, ta chọn động cơ với điều kiện: motor mot n  n và m motor  m sta

3.2.2.4 Động cơ di chuyên mũi định vị trái dừa Động cơ dùng để truyền động cho trục vít me, thông qua sự truyền động của vít me thì sẽ di chuyển cây định tâm để giữ cho quả dừa đƣợc định vị và không bị bung ra Các thông số đầu vào:

- Chọn vít me có bước: 3(mm)

- Hệ số ma sát trƣợt giữa thép và gang ta chọn:  0.12

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=5(m/s 2 )

- Vận tốc lớn nhất của mũi tâm: v max  0.47( / ) m p

- Trọng lƣợng bàn gá trục:Wy=0.5 ( N )

GD GD GD GD       Kgf cm

Momen do lực ma sát: max 1.05 0.3 0.06( )

- Hệ số má sát trƣợt giữa thép và gang ta chọn  0.12

- Khối lƣợng của phần đầu dịch chuyển là m = 0.5kg

Tính momen ma sát: cos 0 fric 2

Vì do trục vít đƣợc đặt thẳng đứng nên α 0 vì vậy cos α=0 nên Mfric=0 Tính momen chống trọng lực cho kết cấu:

Dựa vào momen tĩnh và tốc độ của động cơ, ta chọn động cơ với điều kiện: motor mot n  n và m motor  m sta

Chọn động cơ: TG – 05J – SG

THIẾT KẾ MÁY

Lên bản vẽ khung máy và thiết kế các chi tiết trong máy

Ở đây, nhóm đã vẽ khung và các chi tiết trong máy bằng phần mềm Solidworks

Hình 4.1 Hình ảnh mô phỏng của máy trong phần mềm

Một số hình ảnh máy thực tế:

Hình 4.2 Phần trên của máy

Hình 4.3 Cơ cấu truyền động cho máy

Hình 4.4 Động cơ chính quay quả dừa

Các chi tiết trong máy cần đƣợc gia công chính xác để máy có thể hoạt động đƣợc và đạt năng suất cao hơn:

- Vòng lót ổ lăn trục đứng ( 12 – 32 ):

+ Chọn kiểu lắp ghép theo hệ thống trục có dung sai lắp ghép: 7 s 7 h J

+ Đối với vòng trong của ổ lăn chọn kiểu lắp ghép theo hệ thống lỗ có dung sai lắp ghép: 0 0.018 0.055

- Vòng lót trục vít me ( 15 – 32 ):

- Vòng lót ổ lăn trục động cơ chính ( 17 – 35 ) :

- Lỗ lắp ổ lăn chống lắc cho trục động cơ quay quả dừa ( 32 – 65 ):

Thiết kê, thi công mạch điện, chọn phương án điều khiển và các thiết bị điện dùng trong máy

4.2.1 Thiết kế và thi công mạch điện

Vì máy dùng động cơ DC – 24V thông qua các cơ cấu cơ khí để truyền động giúp dao và động cơ chính dịch chuyển nên nhóm đã tìm hiểu về các phương án để điều khiển các động cơ này một cách tối ƣu nhất, do động cơ DC dùng để di chuyển dao và động cơ chính có 2 hành trình là đi và về nên cần có phương án để đảo chiều các động cơ DC này Theo nhƣ nhóm đã tìm hiểu thì có 2 cách để đảo chiều động cơ DC này là dùng mạch cầu H hoặc dùng Rơle

Phương án 1 : Dùng mạch cầu H

- Ƣu điểm : Có thể đóng ngắt, đảo chiều và điều khiển tốc độ động cơ một cách dễ dàng

+ Điều khiển khó và cần có mạch điều khiển

+ Chỉ dùng đƣợc cho động cơ DC

+ Tốc độ đóng mở chậm, nếu đóng mở quá nhanh thì có thể dẫn đến hiện tƣợng dính tiếp điểm và hƣ hỏng

Chọn phương án 1: dùng mạch cầu H vì: mạch cầu H tuy có nhiều nhược điểm nhưng do máy dùng những trục vít me có bước xoắn không giống nhau nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ sẽ có ảnh hưởng quyết định tới khả năng hoạt động của máy và do yêu cầu về năng suất nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất hoạt động của máy

Qua quá trình tìm hiểu thì nhóm đã thi công mạch cầu H dùng MOSFET:

Hình 4.6 Mạch thực tế đã thi công

Hình 4.7 Nguyên lí hoạt động của mạch cầu H

Sơ lƣợc về các linh kiện dùng trong mạch cầu H dùng MOSFET:

MOSFET là viết tắt của cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn Dưới đây là mô tả cấu tạo của MOSFET kênh n và ký hiệu của 2 loại MOSFET kênh N và kênh P

Hình 4.8 Cấu tạo của MOSFET

MOSFET có 3 chân gọi là Gate (G), Drain (D) và Source (S) tương ứng với B,

E và C của BJT Cơ bản, đối với MOSFET kênh N, nếu điện áp chân G lớn hơn chân S khoảng từ 3V thì MOSFET bão hòa hay dẫn Khi đó điện trở giữa 2 chân D và S rất nhỏ (gọi là điện trở dẫn DS), MOSFET tương đương với một khóa đóng Ngược lại, với MOSFET kênh P, khi điện áp chân G nhỏ hơn điện áp chân S khoảng 3V thì MOSFET dẫn, điện trở dẫn cũng rất nhỏ Vì tính dẫn của MOSFET phụ thuộc vào điện áp chân G (khác với BJT, tính dẫn phụ thuộc vào dòng IB), MOSFET đƣợc gọi là linh kiện điều khiển bằng điện áp, rất lý tưởng cho các mạch số nơi mà điện áp được dùng làm mức logic (ví dụ 0V là mức 0, 5V là mức 1)

MOSFET thường được dùng thay các BJT trong các mạch cầu H vì dòng mà linh kiện bán dẫn này có thể dẫn rất cao, thích hợp cho các mạch công suất lớn Do cách thức hoạt động, có thể hình dung MOSFET kênh N tương đương một BJT loại npn và MOSFET kênh P tương đương BJT loại pnp Thông thường các nhà sản xuất MOSFET thường tạo ra 1 cặp MOSFET gồm 1 linh kiện kênh N và 1 linh kiện kênh P,

2 MOSFET này có thông số tương đồng nhau và thường được dùng cùng nhau Một ví dụ dùng 2 MOSFET tương đồng là các mạch số CMOS (Complemetary MOS) Cũng giống nhƣ BJT, khi dùng MOSFET cho mạch cầu H, mỗi loại MOSFET chỉ thích hợp với 1 vị trí nhất định, MOSFET kênh N được dùng cho các khóa phía dưới và MOSFET kênh P dùng cho các khóa phía trên

Hình 4.9 Dùng MOSFET kênh N điều khiển động cơ DC

Ban đầu MOSFET ko đƣợc kích, ko có dòng điện trong mạch, điện áp chân S bằng 0 Khi MOSFET đƣợc kích và dẫn, điện trở dẫn DS rất nhỏ so với trở kháng của motor nên điện áp chân S gần bằng điện áp nguồn là 12V Do yêu cầu của MOSFET, để kích dẫn MOSFET thì điện áp kích chân G phải lớn hơn chân S ít nhất 3V, nghĩa là ít nhất 15V trong khi chúng ta dùng vi điều khiển để kích MOSFET, rất khó tạo ra điện áp 15V Nhƣ thế MOSFET kênh N không phù hợp để làm các khóa phía trên trong mạch cầu H (ít nhất là theo cách giải thích trên) MOSFET loại P thường được dùng trong trường hợp này Tuy nhiên, một nhược điểm của MOSFET kênh P là điện trở dẫn DS của nó lớn hơn MOSFET loại N Vì thế, dù đƣợc thiết kế tốt, MOSFET kênh P trong các mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET thường bị nóng và dễ hỏng hơn MOSFET loại N, công suất mạch cũng bị giảm phần nào

IC CD4001BE là IC thuộc họ CMOS có chức năng là chống đƣợc hiện tƣợng trùng dẫn và có hãm động năng khá tốt

Hình 4.10 Cấu tạo của IC 4001 OPTO 6N137

Hình 4.11 Cấu tạo của OPTO 6N137 Ở Trong mạch thì opto 6N137 có chức năng là dùng để kích cho MOSFET IRF

Hình 4.12 Cấu tạo của OPTO 1518

OPTO có tác dụng là dùng để ngăn các xung điện áp cao hay các phần mạch điện công suất lớn có thể làm hƣ hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên một bo mạch Ở trong mạch thì OPTO B1518 có tác dụng là dùng để cách ly giữa bo mạch điều khiển và Motor DC

Hình 4.13 Cấu tạo của IC 7805

Thông số kĩ thuật của IC 7805:

- Điện áp ngõ vào: lên tới 35V

- Điện áp ngõ vào nhỏ nhất: 7V

- Dải nhiệt độ làm việc: 0 - 125 ºC

Công dụng của IC 7805 trong mạch:

IC 7805 có chức năng là chuyển đổi điện áp từ 12VDC xuống 5VDC để cấp nguồn cho IC LOGIC

Hình 4.14 Cấu tạo của IC 7812

Thông số kĩ thuật của IC 7812:

- Điện áp ngõ vào: 12.5 – 35VDC

- Dòng đầu ra tối đa: 2.2A

- Dải nhiệt độ làm việc: (-)20 – (+)80ºC

Công dụng của IC 7812 trong mạch:

Chuyển điện áp ngõ vào từ 24VDC thành 12VDC

Do trong quá trình thử nghiệm máy thì một số mạch bị hỏng và thời gian hơi gấp nên nhóm đã quyết định thay thế mạch hƣ bằng mạch cầu H có sẵn:

Hình 4.15 Mạch điều khiển động cơ DC 200W Hbr – M

Mạch điều khiển động cơ DC 200W Hbr – M là mạch cầu H cho phép điều khiển động cơ DC /DC SERVO, mạch đƣợc thiết kế cho các động cơ DC có công suất nhỏ hơn 200W, cho phép tần số băm PWM cao Về mặt điều khiển các tín hiệu vào đều được đệm trước khi vào mạch, giúp cho quá trình đáp ứng ngõ ra tốc độ cao hơn, ít biến dạng về biên dạng Bên cạnh đó tín hiệu PWM ngõ vào còn được xử lí giúp người sử dụng có thể dễ dàng chọn lựa mức tác dung của PWM thông qua một jumper trên phần cứng

Mạch điều khiển động cơ DC 200W Hbr – M có chất lượng tốt, kích thước nhỏ gọn, độ bền và độ ổn định cao

- Điện áp vận hành: 10 - 28VDC

- Dòng điện liên tục lên tới 10A tại 25 o C, công suất 200W

- Led bào hiệu chiều quay, Led báo nguồn

- Cho phép độ rộng xung trên toàn giải 0 – 100%

- Tần số PM lên đến 100 KHz.5

4.2.2 Chọn phương án điều khiển

Qua tìm hiểu thì nhóm đã tìm ra các phương án để điều khiển máy:

- Nhƣợc điểm: chi phí để mua PlC khá cao

Phương án 2 : dùng vi điều khiển

+ Số chân pwm hạn chế

=> Do kinh phí hạn chế và đây chỉ là mô hình nên nhóm đã chọn vi điều khiển Nhóm đá chọn dùng Arduino để điều khiển các thiết bị trong máy:

Arduino Leonardo sử dụng vi điều khiển ATmega32u4 có phần cứng Hardware USB tích hợp và đƣợc lập trình để module này có thể giả lập COMPORT và nhiều chức năng khác

Thông số kĩ thuật của Arduino Leonardo:

- Điện áp hoạt động: 5VDC

- Điện thế khi cấp nguồn ngoài: nên dùng 7- 9VDC, không nên cấp 12VDC vì khi cấp 12VDC thì IC ổn áp rất dễ chết

- Dòng tiêu thụ ở các chân I/O: 40mA

- Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40mA

- Dòng ra tối đa ( 5V) : 500mA

- Dòng ra tối đa ( 3.3V) : 50mA

- Bộ nhớ Flash: 32 KB ( ATmega32u4), 4 KB sử dụng cho Bootloader

Mạch nguyên lí của Arduino Leonardo:

Hình 4.17 Mạch nguyên lí của Arduino Leonardo

4.2.3 Chọn các thiết bị dùng để điều khiển trong máy

Trong máy có các cử hành trình chuyển động của dao và động cơ chính nên cần dùng các thiết bị để điều khiển các động cơ DC hoạt động theo đúng chu trình đã đề ra Nhóm tìm hiểu các thiết bị có thể dùng để làm các cử chặn và đƣa ra 2 phương án sau:

Phương án 1 : Dùng cảm biến

Cảm biến ở đây thì nhóm chỉ đề cập tới 2 loại đó là cảm biến quang và cảm biến tiệm cận Vì các nguyên liệu làm máy chủ yếu là kim loại và thêm một lí do nữa làm cảm biến quang hay bị nhiễu nên nhóm đã quyết định dùng cảm biến kim loại tiệm cận

Hình 4.18 Cảm biến tiệm cận LJ12A3

Cấu tạo của cảm biến tiệm cận LJ12A3:

Hình 4.19 Cấu tạo của cảm biến tiệm cận LJ12A3

Thông số kĩ thuật của cảm biến kim loại tiệm cận:

- Ngõ ra: NPN cực thu hở

Màu đen Ngõ ra NPN cực thu hở ( cần phải có trở kéo lên

+ Linh hoạt có thể bố trí ở nhiều cử khác nhau

Phương án 2 : Dùng công tắc hành trình

Công tắc hành trình nó dùng để giới hạn một chuyển động nào đó Gồm 1 hay nhiều tiếp điểm NO NC Các công tắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếp điểm và cả công tắc quang, Công tắc hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng mở mạch điện và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay Khi công tắc hành trình đƣợc tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác

Hình 4.21 Công tắc hành trình

Hình 4.20 Cấu tạo của công tắc hành trình

+ Đơn giản, dễ sử dụng

+ Có thể lắp đặt linh hoạt ở nhiều vị trí

THỰC NGHIỆM

Mô hình máy thực tế

Sau quá trình nghiên cứu thì nhóm đá tiến hành thi công máy thực tế:

Hình 5.1 Các dao cắt của máy

Kết quả của quá trình thực nghiệm

Sau khi thi công hoàn thành phần cơ khí và lắp ráp phần điện thì nhóm đã bắt đầu tiến hành thử nghiệm máy trên thực tế

Quá trình ban đầu thì nhóm đã thử nghiệm máy bằng cách chạy tay từng giai đoạn để gọt quả dừa và thu được sản phẩm như bên dưới:

Hình 5.3 Sản phẩm chạy bằng tay Ở phần này thì máy hoạt động tạm ổn, dao gọt thân hoạt động rất tốt gọt đƣợc phần thân đều và sạch Dao gọt phần chóp thì gọt chƣa hiệu quả cho lắm vì dao do nhóm tự mài nên hơi lục và gá dao chƣa sát vào tâm nên còn để lại 1 chóp ở quả dừa

Khắc phục: Mài lại dao và tiến hành gá sát vào tâm

Sau khi thử nghiệm chạy tay thì nhóm bắt đầu thử nghiệm phương án chạy tự động và thu đƣợc kết quả:

Lần 1: thử nghiệm 3 quả dừa và thu được kết quả như bên dưới

Hình 5.4 Thử nghiệm quả thứ nhất

Hình 5.5 Thử nghiệm quả thứ 2 và 3

Qua quá trình thử nghiệm khả năng chạy tự động của máy thì nhóm thu đƣợc kết quả là: dao gọt thân và dao cắt đứt hoạt động khá tốt

Quả thứ nhất cắt đƣợc phần thân nhƣng sau đó lại văng ra do định tâm chƣa tốt nguyên nhân là vì quả dừa không ăn đƣợc vào bàn đinh do đinh hơi to và không đƣợc nhọn, cây định tâm cũng chƣa ăn đƣợc vào quả dừa

Khắc phục: chỉnh lại bàn đinh và cử của cây định tâm

Quả thứ 2 và 3: đều gọt đƣợc phần thân và cắt đƣợc phần đuôi

Cả 3 lần chạy thử nghiệm thì đều không gọt đƣợc phần chóp Do dao phần chóp lục gá dao chƣa hợp lí và nhóm cho chạy tốc độ khá cao nên quả dừa bị văng ra

Khắc phục: thay dao, điều chỉnh lại bộ phận gá dao thử hạ thấp tốc độ dịch chuyển của động cơ.

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	7,67 MB