TỔNG QUAN VỀ MÁY TÁCH VỎ LỤA
Yêu cầu xã hội
1 Giới thiệu về các loại cà phê và quy trình sản xuất cà phê:
Trên thế giới, cà phê có rất nhiều loại, đây là một loại cây có khả năng thích nghi với môi trường Hiện nay, các nước trên thế giới cũng như ở nước ta đều trồng ba loại cà phê là: arabica (cà phê chè), canephora (cà phê vối), excelsa (cà phê mít).
Cà phê chè (arabica): là loại cà phê được trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, chiếm 9/10 tổng sản lượng cà phê Cây cao 3 - 5 m, có khi 7 - 10 m, độc thân hoặc nhiều thân, vỏ mốc trắng, gỗ vàng ngà, hoa mọc thành từng chùm gồm 5 cánh màu trắng, thời gian ra hoa ở nước ta từ tháng 2 đến tháng 4 Quả hình trứng hay hình tròn, khi chín có màu đỏ tươi, kích thước quả: dài 17 - 18 mm, đường kính tiết diện 10 - 15 mm, 500 - 700 quả/kg, thời gian từ lúc có quả đến lúc chín 6 - 7 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 2 Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân, kích thước: dài 5 - 10 mm, rộng 4 - 7 mm, dày 2 - 4 mm, kích thước này thay đổi theo từng loại và theo điều kiện môi trường Khối lượng 500 - 700 hạt/100g, hàm lượng cafein 1,3 %, hạt có màu xám xanh, xanh lục tùy theo chủng và cách chế biến, năng suất 3–4 tấn cà phê nhân/ha Tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với nguyên liệu (cà phê quả tươi) là 14 - 20 %.Cà phê chè là loại cà phê được ưa chuộng nhất do hương thơm và mùi vị tốt.
Cà phê vối (canephora): Cây cao từ 3 - 8 m, vỏ cây mốc trắng, gỗ vàng hoặc trắng ngà, hoa màu trắng mọc thành cụm có 5 - 7 cánh, mùa hoa từ tháng 4 đến tháng 6 Quả hình tròn hoặc hình trứng, khi chín có màu đỏ hoặc hồng, trên quả thường có đường gân dọc, vỏ quả mỏng so với cà phê chè, thời gian từ khi có quả đến lúc chín 10 - 12 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 1 đến tháng 4 Hạt hình bầu dục hay tròn, vỏ lụa trắng dễ bong, khoảng 600 - 900 hạt/100g, hạt dài
5 - 8 mm, hạt có màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy theo chủng và cách chế biến, hàm lượng cafein 2 - 3 %, đây là loại cà phê có nhiều cafein nhất.Năng suất trồng trọt 3–5 tấn cà phê nhân/ha, ít hương thơm, thường dùng để pha trộn với cà phê chè hay để chế biến cà phê hòa tan và bánh kẹo cà phê. Loại cà phê này giá trị thương phẩm kém nhưng lại chịu được hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh.
Cà phê mít (excelsa): Cây cao từ 6 - 15 m, nếu đất tốt có thể cao đến 20m. Hoa màu trắng có 5 cánh, quả hình trứng hơi ép ngang, quả chín có màu đỏ, to và dày Khối lượng 500 - 700 quả/kg Hình dạng hạt cà phê mít giống như hạt cà phê chè, màu vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong, khoảng 700 - 1000 hạt/100g, hàm lượng cafein 1 - 1,2 %.Năng suất 3–5 tấn kg cà phê nhân/ha, tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với cà phê quả tươi khoảng 10 - 15 %.Giá trị thương phẩm không cao do hạt không đều, khó chế biến, hương vị thất thường, tuy nhiên đây là loại cà phê chịu được hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh
Có 2 phương pháp chế biến cà phê:
Chế biến cà phê theo phương pháp ướt:
Nguyên liệu→Bảo quản nguyên liệu→Phân loại kích thước quả→Phân loại trong bể Sifon→Xát cà phê quả tươi→Ngâm ủ→Rửa nhớt→Làm ráo nước→Phơi sấy→Sàng tạp chất→Xát cà phê thóc khô→Đánh bóng→Phân loại kích thước nhân→Phân loại trọng lượng→Phân loại màu sắc→Pha trộn theo tiêu chuẩn Nhà nước→Cân, đóng bao, bảo quản.
Chế biến theo phương pháp khô:
Nguyên liệu→Phơi sấy→Sàng tạp chất→Xát cà phê quả khô→Đánh bóng→Phân loại kích thước nhân→Phân loại trọng lượng nhân→Phân loại màu sắc→Pha trộn theo tiêu chuẩn Nhà nước→Cân, đóng gói , bảo quản.
2 Vai trò của ngành cà phê:
Cà phê là một mặt hàng thương mại quan trọng trên thị trường quốc tế Trên thế giới hiện nay có 80 nước trồng cà phê với tổng diện tích trên 10 triệu ha và giá trị hàng hoá xuất khẩu hàng năm trên 10 tỷ USD.
Cà phê du nhập vào Việt Nam từ thế kỷ XIX và hiện nay trở thành một mặt hàng xuất khẩu giá trị kinh tế cao Trong vòng 10 năm trở lại đây, ngành cà phê Việt Nam đã tiến những bước dài ngoạn mục: cà phê là mặt hàng nông sản xuất khẩu đứng thứ 2 sau lúa gạo, đồng thời Việt Nam đứng thứ 2 trong 10 nước xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới, sản lượng đạt 800.000 tấn /năm, kim ngạch xuất khẩu đạt gần nửa tỷ USD chiếm 25 - 27% kim ngạch xuất khẩu nông sản và 4-5% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, vươn ra trên 60 thị trường tiêu thụ. Những thành tựu mà ngành cà phê đạt được là rất đáng kể nhưng bên cạnh đó vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế cần khắc phục để tạo bước tiến mạnh mẽ trong thời gian tới.
3 Giới thiệu một số loại máy trong quy trình sản xuất cà phê nhân:
Máy phân loại theo tỉ trọng:
Hình 1.1 Máy xát quả tươi:
Hình 1.2 Máy sấy cà phê:
Hình 1.3 Máy xát cà phê khô:
Hình 1.4 Máy phân loại cà phê theo tỉ trong kiểu thẳng đứng:
Hình 1.5 Máy rang cà phê:
Phân tích sản phẩm
1 Cấu tạo quả cà phê:
Cấu tạo của quả: cấu tạo của một quả cà phê bao gồm các bộ phận sau đây:
Hình 1.7: Cấu tạo quả cà phê.
2 Phân tích cơ lý tính của hạt cà phê: a Cơ lý tính của hạt cà phê khô:
Quả cà phê khô gồm 4 lớp quả:
Ba lớp vỏ gồm: lớp ngoài cùng gọi là vỏ quả màu xám đen, khá cứng, dòn nên dễ bị chà nát Kế tiếp là lớp vỏ thịt và vỏ thóc màu vàng nâu, cứng và rất dòn, khi bị chà lớp vỏ này sẽ vỡ vụn Lớp vỏ cuối cùng gọi là vỏ lụa màu xám, dính sát với nhân và rất mềm do đó chỉ có thể tách ra bằng cách chà xát.
Quả cà phê khô có khối lượng riêng là 0,4 kg/lít.0
Giữa bốn lớp vỏ có khoảng trống (không dính nhau ), vỏ lụa dính sát vào nhân Đặc biệt là giữa lớp vỏ trấu và vỏ lụa có khoảng không lớn 1-2 mm. b Cơ lý tính của nhân cà phê:
Nhân cà phê cứng nhưng dẻo do đó có thể chịu được lực nén ép lớn.
Bề mặt nhân tròn cạnh, trơn láng.
Khối lượng riêng của nhân cà phê là 0,7kg/lít.
Yêu cầu của máy
Máy gồm 3 bộ phận chính:
+ Cối xay xát có nhiệm vụ làm tróc lớp vỏ ra khỏi nhân cà phê.
+ Hệ thống quạt gió có 2 nhiệm vụ là thổi bụi và hổ trợ cho hệ thống sàng làm việc tốt hơn Nhờ hệ thống gió máy sẽ ít tạo ra bụi làm ít ô nhiễm so với 1 số máy khác.
+ Hệ thống sàng rung có nhiệm vụ phân loại cà phê.
Các chi tiết trong máy được thiết kế dễ gia công, các chi tiết máy được tách rời nhau nên dễ dàng sửa chữa và thay thế Vật liệu làm các chi tiết chủ yếu là gang và thép có bán sẵn trên thị trường, những chi tiết bu lông, đai ốc và 1 số chi tiết khác được thiết kế theo tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường.
2 Tính hiệu quả và tính kinh tế:
Hạt cà phê khô sau khi qua máy sẽ được tách lớp vỏ ngoài và lớp vỏ lụa bên trong và qua hệ thống phân loại theo kích thước ta thu được nhân loại I Phần vỏ và nhân loại II được sàng và phân loại 1 lần nửa ta được nhân loại II.
Máy tách vỏ và phân loại cà phê có chi phí phù hợp với hộ gia đình có khoảng 1-3 ha cà phê, phù hợp với sản xuất hộ gia đình.
THIẾT KẾ MÁY TÁCH VỎ LỤA
Lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy
Một số phương án lựa chọn:
Dùng nguyên lý ma sát và dao băm làm cho vỏ hạt cà phê bị trầy sau đó ma sát vào nhau làm nát vỏ Nguyên lý này hiện được áp dụng nhiều trên các máy có trên thị trường hiện nay như máy xát đĩa, máy xát dạng ống Ưu điểm: nhân cà phê thành phẩm có hình thức do vỏ lụa mỏng bám quanh nhân đã được chà xát sạch, năng xuất khá cao, có thể chà nát vỏ những hạt có kích thước lớn nhỏ khác nhau nên không cần phân loại kích thước quả khô trước khi chà.
Nhược điểm: công xuất động cơ lớn vì máy chà theo nguyên lý ma sát nên tổn thất công xuất do ma sát và nhiệt, có bụi khi máy hoạt động do vỏ bị chà nát tạo ra.
Dùng nguyên lý búa: các hạt cà phê sẽ bị những đầu búa quay quanh trục đập làm vỡ vỏ.
Vật liệu được nạp vào máy nghiền từ phía trên của máy, nhờ trọng lượng bản thân rơi hoặc trượt theo máng và vùng ra đập của búa đang quay với tốc độ cao Sau va đập, vật liệu bị vỡ thành nhiều mảnh và bay với góc phản chiếu khoảng 90˚, tạo thành một vùng đập nghiền Khi bay, các mảnh vỡ đập vào các tấm lót (được gắn vào các tấm phản hồi) trên thành vỏ máy, bật ngược trở lại đầu búa để nghiền tiếp, cứ như vậy cho đến khi đủ nhỏ lọt qua mặt sàng ra ngoài.
Hình 2.2 Ưu điểm: hiệu suất năng lượng cao do máy chỉ phải dùng động cơ công suất tương đối nhỏ, năng suất khá cao.
Nhược điểm: không thể tách được lớp vỏ lụa bám vào nhân do không cọ xát, hiệu quả tách vỏ đối với những quả cà phê có vỏ dính sát vào nhân, vỏ khi chà phải thật khô và giòn thì mới có thể đập vụn vỏ dẫn đến nhân khô quá mức cần thiết gây mất sản lượng nhân Ngoài ra do búa đập mạnh vào hạt nhân cà phê làm bề mặt hạt bị móp, hình thức không đẹp (nhân cà phê khá cứng và dẻo nên dễ bị móp khi bị đập mạnh).
→ KẾT LUẬN: chọn nguyên lý hoạt động của máy là nguyên lý ma sát kết hợp dao băm Mặc dù công xuất động cơ cần lớn nhưng hiệu quả chà cao.
Phân loại bằng hệ thống sàn ống:
Trong máy sàng ống, quá trình phân loại xảy ra khi quay ống sàng
Khi mặt sàng quay, hạt vật liệu được mặt sàng nâng lên cao do ma sát Đến độ cao xác định, hạt vật liệu trượt xuống dưới, đồng thời trượt dọc theo trục của ống sàng về phía cửa xả Trong quá trình trượt, trên mặt sàng, hạt vật liệu sẽ gặp lổ sàng và sẽ lọt qua nếu nhỏ hơn kích thước lỗ - chiều cao nâng của hạ phụ thuộc vào tốc độ quay của ống và không vượt quá giá trị giới hạn Nếu lớn quá thì khi rơi, các hạt vật liệu sẽ đập vào nhau, làm hạt vật liệu vỡ vụn tạo phế phẩm. Ưu điểm:
Mặt sàng có dạng hình trụ, hình nón hay hình lăng trụ, ống sàng hình trụ được dùng phổ biến để sàng và rửa các loại đá xây dựng khi khối lượng không lớn
Mặt sàng ống có cấu tạo đơn giản, làm vịêc không tiếng ồn, thời hạn sử dụng của mặt sàng ống cao hơn so với mặt sàng lưới.
Vì hạt vật liệu chỉ có trượt trên mặt sàng nên cường độ phân loại không cao Diện tích làm việc của mặt sàng thấp (khoảng 20% diện tích mặt sàng) Do vậy, hiệu quả sàng thấp (40-60%), năng suất thấp trong khi kích thước, trọng lượng lớn và tổn hao năng lượng nhiều.
Máy sàng ống ít được sử dụng, trừ trường hợp cần thiết phải kết hợp để rửa vật liệu (có độ bẩn trung bình).
Phân loại bằng hệ thống sàn rung:
Có bộ gây rung có hướng 1 đặt cố định trên hộp sàn 2.
Bộ gây rung gồm 1 trục cam (trên các trục có lắp ghép các bánh lệch tâm để gây rung) đặt song song quay cùng tốc độ và cùng chiều nhau, lực gây rung sẽ có hướng theo đường thẳng vuông góc trục Góc giữa phương của lực gây rung và mặt sàng thường từ 35 độ đến 40 độ Hộp sàng rung với các mặt sàng được tựa trên lò xo thẳng đứng, hoặc tựa trên các nhíp đặt vuông góc với hướng tác dụng của lực gây rung Thông thường các máy sàng làm việc hiệu quả hơn khi hộp sàng tựa trên các lò xo. Ưu điểm:phân loại chuẩn xác theo kích thước của hạt, giá thành rẻ do dễ chế tạo, năng lượng tiêu thụ tương đối thấp, năng suất cao, ít bụi bẩn, hiệu suất phân loại cao Hạt sau khi phân loại có độ đồng nhất cao về kích thước.
Nhược điểm:có rung động tần số lớn nên kết cấu cần chịu rung và chống tháo, không phân loại được các hạt lép có kích thước lớn.
Máy được chọn thiết kế là máy sàng rung động Đây là kiểu máy sàng mà mặt sàng được đặt nằm ngang với bộ gây rung có hướng.
Năng suất sàng là lượng sản phẩm được sàng trong một đơn vị thời gian.Hiệu quả và độ sạch là các chỉ tiêu quan trọng về chất lượng sàng.Các chỉ tiêu trên có sự phụ thuộc lẫn nhau,phụ thuộc vào các thông số máy sàng,thành phần hạt và phương pháp sàng,sàng ướt hay khô.
Cấu tạo máy sàng rung bao gồm các cụm chính như: mặt sàng, hộp sàng, cơ cấu gây rung, lò xo hoặc chi tiết đàn hồi
Yêu cầu của máy thiết kế:
+Tiếp nhận được các hạt cà phê đầu vào có kích thước (4 - 10) mm.
+Khả năng chống bịt lỗ sàng tốt.
Cách bố trí mặt sàng và ưu nhược điểm:
Mặt sàng I nằm trước và nối tiếp sàng II: Ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, năng suất cao do chỉ có một mặt sàng dài nên nhân đi nhanh hơn.
Nhược điểm: hiệu suất không cao nhân lớn sẽ che lấp một phần các lỗ sàng, các nhân nhỏ không rơi xuống hết (phần sàng sơ cấp ngắn).
Mặt sàng I nằm trên, mặt sàng II nằm dưới: Ưu điểm: kết cấu gọn gàng do chiều dài ngắn lại, hiệu suất cao.
Nhược điểm: kết cấu và điều chỉnh khá phức tạp.
→ Ta chọn cách sắp xếp mặt sàng I nằm trên, mặt sàng II nằm dưới.
Sau đây là một số phương án thiết kế máy sàng rung có hướng:
Phương án 1: Máy sàng với bộ gây rung điện từ:
Bộ phận đáng chú ý của loại máy sàng này là bộ gây rung điện từ Cấu tạo của bộ phận này bao gồm 2 nam châm điện đặt ở 2 đầu, chính giữa 2 nam châm điện là bánh khối lượng bằng thép với 2 lò xo ở hai bên kiểu con lắc lò xo Khi máy hoạt động,các nam châm điện liên tục đóng ngắt xen kẽ nhau với tần số bằng tần số mong muốn của sàng Dưới tác dụng của lực điện trường, bánh thép sẽ được hút về phía nam châm đang hoạt động và sẽ dao động qua lại theo thứ tự hoạt động của các nam châm
Hai lò xo hai bên đóng vai trò ngăn chặn va đập, triệt tiêu lực quán tính khi bánh thép đảo chiều, đây mới là mục đích quan trọng nhất của lò xo Như vậy, khi bánh thép dao động sẽ chỉ chịu tác động của lực điện từ,quá trình đảo chiều diễn ra nhanh gọn hơn.
Kết cấu của máy được biểu diễn ở hình 7 Trong đó: 1-Thân máy; 2-lò xo; 3-
Bộ gây chấn; 4-hai lò xo cùng độ cứng; 5- nam châm điện; 6- bánh thép. Ưu điểm: của loại máy sàng này là kết cấu rất gọn nhẹ, bộ gây chấn tháo lắp dễ dàng, không dầu mỡ nên có thể ứng dụng cho nhiều ngành khác như thực phẩm, dược phẩm
Nhược điểm: bộ gây rung chế tạo phức tạp.
Phương án 2: Máy sàng có bộ gây chấn là hai quả lệch tâm quay cùng chiều: Đây là kiểu máy sàng rung có hướng khá phổ biến, với bộ gây chấn gồm hai trục cam có bánh lệch tâm quay cùng tốc độ, cùng chiều nhau Khi được truyền cơ năng từ động cơ tới, các bánh lệch tâm sẽ quay nhanh, gây chấn động làm rung mặt sàng, các vật liệu hợp cỡ sẽ lọt qua mắt sàng.Kết cấu máy sàng được biểu diễn trong hình 8 Trong đó: 1- động cơ; 2-bộ gây chấn; 3- lò xo; 4- thân sàng.
Hình 2.4 Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ vận hành, sửa chữa, các chi tiết chế tạo đơn giản, thích hợp dùng trong dây chuyền phân loại.
Nhược điểm: So với máy sàng trước, không tìm ra nhược điểm so sánh nào đáng kể ngoài sự hạn chế về mở rộng khả năng công nghệ.
Phương án 3: Máy sàng lắc lệch tâm:
Tính toán động học cho máy
1 Chọn các động cơ sơ bộ cho máy:
Động cơ chính của máy:
Tra bảng Động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc trang 19 Phụ Lục Thuyết Minh Chọn động cơ 3K112M4 công suất 4KW có số vòng quay
2 Phânphối các tỉ số truyền: i= n đ /c n t/ c = 1460
Trong đó: nđ/c: số vòng quay của động cơ nt/c: số vòng quay của trục chính
3 Số vòng quay của trục chính: n60
4 Công suất và momen xoắn của các trục:
Momen xoắn của trục động cơ: (CT 3-53/55) sách TK CTM)
Momen xoắn của trục chính:
5 Trục vít tải vật liệu: a Đặc điểm kết cấu:
Vít tải được sử dụng để vận chuyển vật liệu rời bên cạnh các loại máy vận chuyển khác Nhưng vít tải có khác với chúng ở chổ độ chắc chắn cao và có thể vận chuyển các vật trong máng kín Vít tải được sử dụng để vận chuyển theo phương ngang và đôi khi theo góc nghiêng không quá 15 ÷ 20° các loại vật liệu rời dạng bụi, dạng hạt và cục nhỏ. b Ưu nhược điểm: Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, giá thành không cao, kích thước bao ngang nhỏ, có khả năng vận chuyển các vật nóng, có khả năng chất tải và dỡ tải bất kỳ vị trí nào của máng, không có tổn thất vật liệu và không làm bẩn nhà xưởng do bụi nhờ có máng đậy kín, an toàn làm việc và bảo dưỡng.
Nhược điểm: làm vở vụn và mài mòn vật liệu, chi phí năng lượng cao do sự khuấy trộn mạnh các phần tử suốt chiều dài của máng, năng suất tương đối thấp, do ma sát giữa vật liệu với máng, với cánh vít; do sự kẹt và đè nén các phần tử vật liệu trong các khe hở giữa máng và vít. c Các bộ phận hợp thành:
Máng của vít tải thường được chế tạo bằng thép, đôi khi được làm bằng gang thì nặng và đắt hơn được sử dụng để vận chuyển các vật liệu mài mòn hoặc vật liệu nóng
Nắp máng được chế tạo dạng tháo được, nắp và máng được chế tạo thành những đoạn riêng biệt được nối với nhau bằng mặt bích (đối với những vít tải có chiều dài lớn.)
Trục vít thường là trục đặc hoặc trục ống Người ta thường sủ dụng là trục vít liền đủ thành (trục vít có các loại: đủ thành có bề mặt vít liền, dải, có cánh, định hình) Thường thì trục vít được chế tạo một mối ren phải, ít khi dùng ren trái, trục vít hai mối ren và ba mối ren được sử dụng trong các băng tải cấp liệu.
Tính toán động lực học cho máy
1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang: a Chọn loại đai Giả thuyết vận tốc của đai V>5 m/s, có thể dùng đai loại A hoặc loại Б (bảng 5-13/93) Ta tính theo cả hai phương án và chọn phương án nào có lợi hơn.
Kích thước tiết diện đai a×h(mm) (bảng 5-11/92) 13×8 17×10,5
Diện tích tiết diện F ( mm 2 ) 81 138 b Định đường kính bánh đai nhỏ Theo bảng 5-14/93 lấy
Kiểm nghiệm vận tốc của đai: v= π D 1 n 1
, m/s 7,64 10,7 v < v max =( 30÷35 ) m/ s c Tính đường kính D 2 của bánh lớn:
Lấy theo tiêu chuẩn (Bảng 5-15/93) D2 180 250
Số vòng quay thực n 2 ' của trục bị dẫn: n 2 ' =(1−0 , 02) 1460 D 1
Số vòng quay n 2 ' sai lệch rất ít so với yêu cầu.
Tỉ số truyền n 1 n 2 ' 1,83 1,82 d Chọn sơ bộ khoảng cách trục A theo bảng 5-16/94
A≈1,2.D 2 , mm 216 300 e Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A sơ bộ [CT 5-1/83] 879 1223
Lấy L theo tiêu chuẩn, mm (Bảng 5-12/92 900 1250
Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây: u= v
L 8,7 8,7 Đều nhỏ hơn umax = 10 f Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo chiều dài tiêu chuẩn [CT 5-2/83] 226 313 Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện 5-19/94
Khoảng cách nhỏ nhất, cần thiết để mắc đai
Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để mắc đai
Amax = A + 0,03.L, mm 253 350 g Tính góc ôm α 1 [CT 5-3/83] 160°
Góc ôm thỏa mãn điều kiện α1 ¿ 120 o h Xác định số đai Z cần thiết Chọn ứng suất căng ban đầu σ 0 =1,5 N /mm 2 và theo trị số D1 tra bảng 5-17/95 tìm được ứng suất có ích cho phép
Số đai tính theo công thức 5-22/95
Lấy số đai Z 7 3 i Định các kích thước chủ yếu của bánh đai:
Chiều rộng bánh đai [CT 5-23/96]
65 Đường kính ngoài cùng của bánh đai [CT 5-24/96]
Các kích thước t, S, h0 xem bảng 10-3/257 j Tính lực căng ban đầu S 0 [CT 5-25/96] và lực tác dụng lên trục R [CT 5-26/96]
Kết luận : chọn phương án dùng bộ truyền đai loại Б vì đai loại Б sử dụng ít đai hơn và lực tác dụng nhỏ hơn so với phương án dùng đai loại A.
2 Tính toán trục vít tải liệu:
Xác định năng suất và các kích thước của trục vít:
Năng suất trọng lượng của vít tải:
V: năng suất thể tích, ( m 3 /giờ) γ : tỷ trọng của vật liệu, (T/ m 3 )
S: bước vít n: số vòng quay của trục vít trong một phút ψ : hệ số điền đầy diện tích tiết diện ngang của trục vít trong vít tải ngang c: hệ số tính đến giảm sự điền đầy khi vận chuyển động lên trên theo độ nghiêng và sự giảm năng suất của vít tải.
Bước vít được xác định bằng đường kính của trục vít:
Trong điều kiện bình thườngngười ta lấy K=1 và S=D Đối với vật liệu khó vận chuyển lấy K=0,8 và S=0,8D.
Số vòng quay của trục vít tải bằng số vòng quay của trục chính: 800 vòng/phút. Đối với vật liệu nhẹ, ít mài mòn: ψ = 0,32
Giá trị của hệ số c phụ thuộc vào góc nghiêng:
Khi thay vào công thức (2.1) ta có:
Từ đó ta có đường kính của trục vít:
Xác định momen xoắn và lực dọc trục:
Momen xoắn trên trục là:
Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên trục vít:
Trong đó: r: bán kính tác dụng của lực P, (mm): r ≈ (0,35÷0,4)D ≈ 0,4×54 ≈ 22 mm α: góc nâng đường xoắn vít ở bán kính r: tg α =
2πS.r φ: góc ma sát, tgφ=f; trong đó f là hệ số ma sát quy dẫn của vật trên bề mặt trục vít. r = 0,4.D = 0,4.54 = 21,6 mm
3 Tính toán trục dao băm:
Chọn vật liệu chế tạo:
Thép 45 thường hóa Theo bảng 3-6/39 sách TK CTM
Ta có các thông số của thép như sau Theo bảng 3-8/40 sách TK CTM
+ Đường kính phôi:dưới 100 mm.
+ Giới hạn bền kéo: bk = 560 N/mm 2
+ Giới hạn chảy: ch = 280 N/mm 2
+ Độ rắn: 170 ÷ 220 HB Chọn 170 HB. a.Định ứng suất cho phép:
Theo công thức [3-3/42 sách TK CTM]
Ntđ = 60×u×n×T Trong đó: u = 1 : là số lần gặp nhau của một răng khi trục răng quay một vòng. n là số vòng quay trong một phút của trục răng.
T = 5×300×2×8 = 2400 là tổng số giờ làm việc
+ Số chu kì làm việc của trục răng:
Theo bảng [3-9/43 sách TK CTM] ta chọn chu kì cơ sở No = 10 7
Do đó đối với cả hai bánh lấy k’N = 1 a.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Tra bảng [3-9/43 sách TK CTM] ta có [ ]Notx = 2,6HB
Ứng suất tiếp xúc của trục răng:
[ ]tx = 2,6×170 = 442 N/mm 2 Lấy trị số [ ]tx = 442 N/mm 2 để tính toán. a.2 Ứng suất uốn cho phép:
Số chu kì làm việc của trục răng nhỏ lớn hơn No = 5×10 6 cho nên k”N =1 (No là số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn).
Tính ứng suất cho phép theo công thức [3-5/42] vì bộ truyền làm việc một mặt (quay một chiều) răng chịu ứng suất thay đổi theo mạch động. Để định ứng suất uốn cho phép, lấy hệ số an toàn (thép rèn) n = 1,5; hệ số tập trung ứng suất ở chân răng đối với trục răng bằng thép thường hóa là k=1,8.
Giới hạn mỏi của trục răng nhỏ thép 45 là:
Ứng suất uốn cho phép của trục răng là:
[ σ ] u =(1,4÷1,6)×σ×k rSub { size 8{N} } } over {n times k rSub { size 8{σ} } } } = { {1,5 times 240,8 times 1} over {1,5 times 1,8} } 4N/ ital mm rSup { size 8{2} } } {¿¿¿ b.Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K = 1,1. c.Tính lực tác dụng lên trục:
4 Tính toán thiết kế trục và then: a Tính toán trục:
Chọn vật liệu làm trục:
Chọn vật liệu làm trục: Thép 45 thường hóa có bk = 600 N/mm 2
Tính đường kính sơ bộ của trục theo [CT 7-2/114 sách TK CTM] d≥C× 3 √ N n
Đối với trục của cối tách vỏ cà phê:
C hệ số phụ thuộc ứng suất xoắn cho phép, đối với đầu trục vào và trục truyền chung có thể lấy C = 120 d0×√ 3 800 3 , 76 mm
Tính sức bền trục: Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng, ta có thể lấy trị số d = 30 để chọn loại ổ bi đỡ cỡ trung bình Tra bảng 14b/339 ta có chiều rộng ổ lăn B = 19 mm.
■ Tính gần đúng trục: Để tính các kích thước, chiều dài của trục ta tra bảng [7-1/118 sách TK CTM]
Ta chọn các kích thước như sau:
l1 khoảng cách từ nắp ổ đến mặt cạnh của chi tiết quay ngoài hộp l4 = (10 ÷ 20) mm Chọn l1 = 15 mm.
l 1 ' khoảng cách từ ổ lăn đến mặt ngoài của nắp ổ: l 1 ' = 15 mm
l2 chiều dài phần mayơ lắp đối với trục:
l 2 ' khoảng cách từ ổ lăn đến mặt chắn bụi: l 2 ' = 10 mm
l3 chiều dài đoạn trục vít tải liệu: 134mm
l4 chiều dài đoạn trục răng: 256 mm
l5 khoảng cách từ điểm giữa bánh đai đến giữa gối đỡ trục I: l 5 = l 2
l6 khoảng cách từ giữa gối đỡ trục I đến điểm đặt lực của trục vít: l 6 = B
l7 khoảng cách từ điểm đặt lực của trục vít đến đầu mút của dao băm: l 7 2,5mm
l8chiều dài dao băm: l 8 0mm
l9khoảng cách từ đao băm đến gối đỡ trục: l9 = 90 mm
Tính phản lực ở các gối đỡ trục: ¿ ∑ mAy =R đ ×l 5 + q l 8 ×(l 6 +l 7 + l 2 8 )+ R By ×( l 6 +l 7 + l 8 +l 9 )=0
Tính mômen uốn ở những tiết diện nguy hiểm:
Theo sơ đồ lực ta có: Ở tiết diện (1-1):
Mu1-1 = Rđ× l1 = 1835×59,5 = 109182 N.mm Ở tiết diện (2-2):
Tính đường kính trục ở hai tiết diện (1-1), (2-2),(3-3) và (4-4) theo [CT 7-3/117 sách TK CTM) ta có: d≥ 3 √ 0,1×[ M tđ σ ]
Tra bảng (7-2/119 sách TK CTM) ta chọn [] = 63 N/mm 2
+ Đường kính trục ở tiết diện (1-1):
Theo công thức (7-3/117) ta có:
+ Đường kính trục ở tiết diện (2-2):
+ Đường kính trục ở tiết diện (3-3):
Vậy ta lấy đường kính ở tiết diện (1-1) bằng 30 mm (theo tiêu chuẩn của ổ lăn), bảng 14P trang 339 sách TK CTM
Tính toán lại công suất động cơ cần thiết cho máy:
Vậy công suất chọn sơ bộ đủ để vận hành máy. b Chọn then: Ở phần gắn buly và quạt có đường kính trục d = 25 mm Ta chọn then bằng. Theo bảng [7-23/143 sách TK CTM] chọn các thông số then: b = 8; h = 7; t = 4; t1 = 3,1; k = 3,5
Kiểm nghiệm về sức bền dập theo công thức [7-11/139 sách TK CTM]
Ta có M = 44885 N.mm d = 25 mm k = 3,5 mm l = 45 mm [σ] = 150 N/mm Tra bảng [7-20/142 sách TK CTM] σ d = 2×44885
Kiểm nghiệm về sức bền cắt theo công thức [7-12/139 sách TK CTM] τ c = 2 × M z d ×b×l ≤[ τ ] c
Ta có: Mz = 44885 N.mm b = 8 mm d = 25 mm l = 45 mm [τ] = 120 N/mm Tra bảng [7-21/142 sách TK CTM] τ c = 2×44885
25×8 ×45 N / mm 2 500kg/giờ sẽ đáp ứng nhu cầu chế biến cà phê quy mô vừa phải Với nhiều mẫu máy được chế tạo phù hợp từng quy mô lớn nhỏ khác nhau chúng em tin tưởng mẫu máy của chúng em sẽ được sử dụng rộng rãi phục vụ nhu cầu sản xuất của các hộ dân đến xí nghiệp đồng thời góp phần hiện đại hóa công cụ sản xuất, chế biến hạt cà phê tại các vùng trồng cà phê của đất nước cung như nâng cao phẩm chất, chất lượng hạt cà phê xuất khẩu tăng thu nhập cho người dân.
II Hướng dẫn sử dụng bảo quản:
A: Chuẩn bị trước khi vận hành: trước khi vận hành cần có các bước chuẩn bị như sau. a Đặt cố định máy trên một khoảng trống, bên dưới có lót bạt hoặc nylon để thu hồi hạt rơi vãi. b Chuẩn bị nguồn điện cho máy với loại máy đang được nói đến là máy dùng động cơ điện một pha công xuất 3.7- 4.0kw điện áp 220V, dòng điện định mức 26A Với các hộ gia đình sử dụng máy dầu thì lắp đặt máy dầu với máy trà, truyền động qua bộ buly 100/180 dùng 2 đai thang loại β, động cơ quay với tốc độ 1400(V/P), giữ đều ga. c Lắp đạt các thiết bị bộ phận của máy: lắp phễu chứa nguyên liệu vào họng phễu trên thân cối chà, xoay núm điều chỉnh dao ngược chiều kim đồng hồ để kéo dao ra phía ngoài, đóng cửa nạp và xả của cối chà. d Chuẩn bị hai dụng cụ chứa nhân, ba bao tải lớn để hứng bụi từ ba cửa xả của máy, bao tải để chứa nhân. e Chuẩn bị nguyên liệu, nguyên liệu là quả cà phê khô đạt độ ẩm < 12%, nhiệt độ hạt 30 – 35 ºC f Người vận hành máy phải mang bảo hộ lao động: quần áo dài, khẩu trang, kính nếu cẩn thiết
B: Các bước vận hành máy Vận hành không tải cho thành thục trước khi vận hành có nguyên liệu. a Chuẩn bị: đặt các chậu hứng nhân dưới mỗi máng hứng nhân của sàng, dùng các bao tải cột miệng bao với miệng vòi ra bụi và mạt vỏ của máy Cho nguyên liệu vào phễu chứa nguyên liệu. b Bật lần lượt CB động cơ chính, động cơ rung, động cơ quạt va quan sát xem động cơ có hoạt động ổn định không, hệ thống sàng,hệ thống gió có phát ra âm thanh lạ không. c Kiểm tra các bộ phận truyền động, các cơ cấu của máy trước khi vận hành thử. d Bắt đầu vận hành thử máy theo các bước tuần tự sau:
+ Mở ẵ cửa hỳt giú phớa sau quạt thổi
+ Mở ẵ cửa hỳt giú của buồng quạt thổi bụi
+ Mở ẵ cửa xả sản phẩm đẩu ra của cối trà
+ Mở từ từ đến khoản ẵ cửa nạp liệu đồng thời quan sỏt sản phẩm ra ở phớa máng sàng: nếu nhân ra còn nguyên vỏ thì chỉnh tăng lượng nguyên liệu đầu vào hoặc giảm tiết diện cửa ra khi đó nguyên liệu sẽ bị dồn lại trong cối chà dẫn đến chà sạch hơn, nếu nhân bị nát và vỏ được xay nhuyễn thì ta chỉnh ngược lại
+ Khi nhân chảy xuống sàng thì tăng hoặc giảm tiết diện cửa hút gió ở quạt thổi gắn trên cối chà sao cho vỏ bị thổi đi tối đa nhưng nhân không bị thổi đi phần còn lại sẽ do sàng đảm nhiệm.