Máy hủy tài liệu hay còn gọi là máy hủy giấy là thiết bị văn phòng được cấu tạo bao gồm dao cắt, lưỡi dao, các bánh rang, thùng chứa và đầu máy… Các lưỡi dao được giấy sẽ được hủy thành
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN
Tổng quan về máy hủy tài liệu công nghiệp
Xuất phát từ những nhu cầu cấp thiết trong cuộc sống như cắt dây cáp, đồng, nghiền rác thải, đệm, lốp xe, v.v… Hill (1986) đã đưa ra 3 phương án thiết kế máy với 2 trục dao, 4 trục dao và hệ thống băng tải cấp phôi [1] Cơ chế tạo ra có thể giúp cắt sợi và nghiền Tsai (1994) đã đề xuất cải tiến biên dạng răng của dao cắt nhờ thay đổi góc lượn và độ dốc Ngoài ra các răng được gia công có độ côn hoặc lưỡi sắc, và các đĩa cữa được lắp ráp trên trục hình lục giác giúp dễ dàng sắp xếp các đĩa lệch nhau theo hình xoắn ốc [2]
Ming (2002) đã chỉ ra phương án cải tiến biên dạng đĩa cắt bằng cách làm nhọn các răng và tạo răng cưa không quá sâu trên biên dạng cong của đĩa, nhằm giúp việc bám giấy tốt hơn [3] Năm 2006, Bai và Shuhui trong sáng chế của mình đã thay 1 đĩa dày bằng 2 đĩa mỏng hơn ghép lại với nhau với một khoảng trống ở giữa Cách làm này sẽ giúp tiết kiệm được vật liệu, giảm khối lượng trục đồng thời giảm yêu cầu về độ chính xác gia công cho hệ thống [4] Thừa hưởng những thành tựu đã có, Azimi (2007) đã cho ra đời một mô hình máy nhỏ gọn, đơn giản hơn chỉ gồm 3 bộ phận chính: Tay quay, dao cắt và thùng chứa Máy có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng [5]
Tuy rất nhiều cơ cấu máy hủy giấy đã được phát triển nhưng chúng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu đa dạng của thực tế Điều đó thôi thúc nhóm tác giả Weidman, Klowak cùng các cộng sự (2014) cho ra đời một cơ cấu máy mới, ở đó công việc hủy giấy được chia thành 3 giai đoạn (tương ứng với 3 tầng) đảm bảo đầu ra cuối cùng là giấy bị băm nhỏ hoàn toàn để đảm bảo tính bảo mật theo yêu cầu Bên cạnh đó, quá trình hủy còn được điều khiển bằng chương trình để đảm bảo các công đoạn diễn ra đồng bộ [6] Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các phương pháp gia công tiên tiến ngày nay được ứng dụng rộng rãi, cho phép Sanjay cùng các công sự (2015) tăng số lượng lưỡi cắt trên hai trục, xoay theo hướng song song Quá trình cắt được tiến hành trong không gian chật hẹp hơn để tài liệu bị nghiền nhỏ thành dạng bột [7] Sara ở trường đại học Vilnius Gediminas lại xuất phát từ nhu cầu nghiền rác thải nên đã tăng bề dày của đĩa cưa để đảm bảo khả năng chịu mô men xoắn lớn Hai trục dao được điều khiển bằng động cơ thủy lực để đảm bảo cắt – nghiền được vật liệu cứng [8] Ở một góc độ khác, để đáp ứng yêu cầu nhỏ gọn và giảm tiếng ồn ở một số văn phòng, Shahrani cùng các cộng sự ở trường Đại học Arizona, Hoa Kỳ đã thiết kế lại máy, trong đó trục cắt có gắn nhiều miếng dao nhỏ liên tiếp, tay quay được liên kết với trục cắt Máy này có khá nhiều ưu điểm như giảm tiếng ồn, tiết kiệm năng lượng, nhỏ gọn dễ di chuyển, dễ chế tạo, bảo trì, v.v… [9]
Tương tự như việc hủy giấy, trong thực tế sản xuất cũng nảy sinh các nhu cầu sử dụng các máy băm, cắt nông sản Sreenivas cùng các cộng sự (2017) đã cho ra đời loại máy như vậy [10] Điều đó cho thấy cơ cấu hủy giấy có thể ứng dụng trong các lĩnh vực khác Ogbeide, Nwabudike và các đồng nghiệp lại tập trung vào vấn đề tối ưu truyền dẫn và giảm tiếng ồn bằng đề xuất thêm vào cơ cấu máy các ròng rọc [11] Cũng giống như Tsai (1994) và Ming (2002), Siddiqui cùng các đồng nghiệp (2017) tập trung vào vấn đề cải tiến hình học dao cắt Nhờ ứng dụng các công cụ mô phỏng, phân tích số hiện đại, các tác giả đã tìm ra mẫu thiết kế biên dạng dụng cụ cắt ưu việt hơn [12] Ngoài ra, khác với quan điểm của Ogbeide [11], Pavankumar và các cộng sự (2018) lại cho rằng cần thay thế cơ cấu truyền động đai, ròng rọc bằng cơ cấu động cơ điện gắn bộ bánh răng ăn khớp Bằng thực nghiệm các tác giả đã chỉ ra rằng ý tưởng này sẽ đảm bảo hệ truyền động không xảy ra hiện tượng trượt khi quá tải [13] Đối với các loại rác thải nhựa, Atadious và Joel đây đã đề xuất cơ cấu buồng băm được làm từ những tấm thép dày, nhọn quay với tốc độ cao để bào – cắt dần các rác thải nhựa, thay vì cơ cấu nghiền Nhựa bị cắt từ từ sẽ đảm bảo cơ cấu cắt không bị quá tải [14] Một cải tiến nữa đáng chú ý của Ekman cùng các cộng sự là trong máy chỉ sử dụng 1 trục dao kết hợp với 2 thành bên của máy để nghiền Điều này tiết kiệm được một trục dao Đồng thời có màng lưới lọc để vụn khi nghiền lọt qua [15] Ravi [16] trong đề xuất của mình đã phủ 1 lớp Crom hoặc Nikel để tăng cường độ cứng và giảm ăn mòn của dao cắt
- Chiếc máy hủy tài liệu đầu tiện được thiết kế bởi Abbot Augustus Low (1844 - 1912) xếp lại đan xen với nhau để khi người dùng bỏ giấy vào, mô tơ sẽ hoạt động, giấy đi qua các lưỡi dao và vào năm 1908, tuy nhiên vẫn chưa hoàn thiện phải đến năm 1936, chiếc máy mới được hoàn thiện bởi Adolf Ehinger Sau đó, ông đã giới thiệu sản phẩm của mình đến các cơ quan tổ chức tài chính, chính phủ Và công ty ông trở thành nhà sản xuất máy hủy tài liệu đầu tiên và hàng đầu
Từ đó máy hủy tài liệu được biết đến Máy hủy tài liệu hay còn gọi là máy hủy giấy là thiết bị văn phòng được cấu tạo bao gồm dao cắt, lưỡi dao, các bánh rang, thùng chứa và đầu máy… Các lưỡi dao được giấy sẽ được hủy thành vụn hoặc sợi tùy loại, dòng máy Ngoài giấy ra, máy còn hủy được các loại chất liệu nhựa như các thẻ tín dụng, đĩa CD, USB, card visit… không thể lắp ghép lại được
Mặc dù nhu cầu hủy giấy ở nước ta là rất lớn như đã nêu, nhưng phải đến gần đây loại máy này mới được nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm ở nước ta Mặc dù những nghiên cứu trong và ngoài nước đã có những thành tựu đáng kể trong việc phát triển máy hủy giấy, tuy nhiên, đến nay vẫn tồn đọng một số vấn đề kỹ thuật cơ bản và chưa có được phương án giải quyết triệt để Bên cạnh những ưu điểm thì cũng có những nhược điểm riêng Các loại máy hủy giấy hiện nay hoạt động theo cơ chế cắt, nghiền chủ yếu nhờ cơ cấu gồm hai hay nhiều trục cắt đặt song song nhau, khi động cơ quay làm các trục quay để nghiền, xé giấy Về cơ bản, mỗi loại khác nhau ở cấu tạo, biên dạng lưỡi dao, công suất của động cơ Ở dạng máy hủy giấy văn phòng, cấu tạo hai trục cắt nhỏ được gắn các lưỡi cắt mỏng đặt xen kẽ nhau Thiết kế nhỏ gọn là đặc điểm nổi bật của máy, giúp tiết kiệm không gian, tính thẫm mĩ cao, dễ dàng di chuyển ở các không gian làm việc khác nhau Tuy nhiên, loại máy này chỉ phù hợp với công việc văn phòng chỉ có nhu cầu hủy lượng giấy ít mang tính bảo mật Máy có năng suất hủy giấy thấp, động cơ có công suất nhỏ, dễ bị kẹt giấy khi làm việc quá tải, nhiều lần hư hỏng sẽ làm cho động cơ dần bị xuống cấp và máy sẽ không hoạt động được Ở dạng máy hủy quy mô công nghiệp, có cấu tạo hai trục cắt (hoặc 3-4 trục) được gắn đĩa cắt dày có thiết kế các mấu răng Cơ cấu của máy có các ưu điểm nổi bật: đĩa cắt dày cộng với momen trục quay lớn giúp máy có thể cắt được một xấp giấy dày trong một lần, các đĩa cắt dày đặt xen kẽ sát nhau nên có độ cứng vững tốt khi các trục làm việc, biên dạng của đĩa cắt có các răng giúp kéo giấy một cách hiệu quả Tuy nhiên, chính vì cấu tạo của các đĩa cắt được đặt xen kẽ và sát nhau, với khoảng hở rất nhỏ nên yêu cầu về độ chính xác gia công, lắp ráp rất cao Sai số chế tạo sẽ dẫn đến va chạm giữa các đĩa vào nhau, gây vỡ lưỡi dao cũng như phá hủy hệ thống Đồng thời, khi gặp xấp giấy quá dày, các lưỡi cắt do các đĩa tạo ra có thể chưa kịp cắt hết được giấy, trong khi răng của đĩa thì vẫn bám bắt và kéo giấy xuống liên tục Quá trình cắt – kéo giấy không đồng bộ trong khi hủy tập giấy dày chính là nguyên nhân khiến cho máy bị kẹt Bên cạnh đó, biên dạng của đĩa cắt rất phức tạp với yêu cầu đạt độ chính cao, đòi hỏi phải gia công bằng phương pháp cắt dây, tốn khá nhiều chi phí Khi máy hoạt động hết công suất thì sẽ tạo ra tiếng ồn lớn, tiếng giật mạnh của động cơ Điều này không phù hợp với môi trường văn phòng Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố (ưu, khuyết, những tồn tại…) Như vậy, qua quá trình khảo sát ta thấy các máy nghiền vật liệu mềm được giới thiệu trên thị trường cũng như đang được nghiên cứu phát triển hiện nay chưa đáp ứng hoặc không phù hợp với đặc điểm, nhu cầu là: - Giấy cần hủy là các đề thi rời rạc và tập đề thi khoảng 4-5 tờ A4 (có khi 10-15 tờ) không bị vò bóp, được bấm ghim lại với nhau; đòi hỏi năng suất hủy giấy cao, không tạo ra tiếng ồn lớn, v.v… - Số lượng giấy đề thi cần hủy trong ngày là hàng ngàn, thậm chí hàng chục ngàn tờ Dẫn tới năng suất của các máy hủy giấy văn phòng hiện nay là chưa đáp ứng được - Chỉ hủy giấy đề thi, ngoài ra không có nhu cầu hủy các đối tượng khác như đĩa CD, bìa cứng, các tài liệu được đóng quyển, v.v nên nếu sử dụng các máy công nghiệp hiện có thì dẫn tới thừa công suất, tốn chi phí, năng lượng, v.v… không cần thiết - Một số máy đang được nghiên cứu hiện nay tập trung vào phương án cắt-kéo cổ điển với nhiều nhược điểm đã nêu, như tốc độ cắt chậm, dễ bị kẹt, yêu cầu công suất của động cơ lớn.
Những đặt điểm cơ bản của máy hủy giấy văn phòng
Ưu điểm cơ bản của máy hủy giấy văn phòng
Bảo mật thông tin, các tài liệu quan trọng, bí mật công ty là điều vô cùng quan trọng và cần thiết, luôn được quan tâm hàng đầu Để tránh các giấy tờ quan trọng, tài liệu mật rơi vào tay kẻ xấu làm thiệt hại công ty doanh nghiệp Bỡi thương trường như chiến trường, cạnh tranh, ganh đua nhau khóc liệt, việc để tài liệu quan trọng rơi ra ngoài là vô cùng nguy hiểm
Một công dụng rất tuyệt vời của máy hủy giấy văn phòng là góp phần bảo vệ môi trường Thay vì vứt giấy tờ vào sọt rác thì chúng ta có thể xén vụn nó ra rồi tận dụng cho nhiều việc khác như lót chuồng, trồng cây cảnh…
Ngoài ra, máy hủy giấy văn phòng còn là thiết bị vệ sinh rất hiệu quả bạn có thể tống khứ các loại tài liệu không liên quan vướng víu vào máy mà không mất nhiều thời gian dọn dẹp giúp văn phòng, nơi làm việc của bạn trở nên thoáng hơn, ngăn nắp và gọn gàng hơn hình 1: máy nghiền giấy văn phòng Ưu điểm khác
-Giá thành rẽ phù hợp với cá nhân
-Có thể hủy nhiều tờ cùng một lúc
-Nhẹ nhàng dễ di chuyển
-Ít tốn kém chi phí bảo trì bảo dưỡng
-Hủy giấy nhanh, gọn gàn
Chỉ sử dụng ở nhũng nơi sạch sẽ không mưa gió
Không được sử dụng phổ biến (thường là ở các công ty xí nghiệp)
Cũng thường xuyên bị kẹp giấy.
Khái niệm chung về quá trình nghiền
Nghiền là quá trình làm giảm kích thước hạt vật liệu từ kích thước ban đầu đến kích thước sử dụng Theo yêu cầu công nghệ, hạt vật liệu thường phải qua nhiều công đoạn nghiền kế tiếp nhau
Có nhiều phương pháp giảm kích thước khác nhau song phổ biến hơn cả là quá trình nghiền cơ học Các công cụ để thực hiện quá trình nghiền này được gọi là các máy nghiền
Sản phẩm nghiền đa dạng, nó có thể là một nhóm các kích thước hạt gần giống nhau, nó có thể phải đáp ứng cả tiêu chuẩn về độ hạt và sự phân bố của nó trong sản phẩm
Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền
Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền thường được gặp trong sản xuất nguyên liệu công nghiệp đó là: độ bền, độ cứng, độ giòn, độ mài mòn, khối lượng riêng, modun đàn hồi và độ hạt… Độ bền: là tính chất đặc trưng cho khả năng chông lại sự phá hủy của vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực Độ bền của vật liệu lại chia thành độ bền nén, độ bền uốn, độ bền kéo…
Trong công nghệ nghiền thì độ bền nén thường là đại lượng đặc trưng cho tính chất của vật liệu Theo đó vật liệu được chia thành:
- Vật liệu có độ bền nén thấp: σn ≤ 10 MN /m2
- Vật liệu có độ bền nén trung bình: σn = (10 – 50) MN /m 2
- Vật liệu có độ bền nén cao: σn = (350 – 450) MN /m2 Độ cứng của vật liệu là tính chất đặc trưng cho khả năng chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực
Dựa vào độ cứng có thể phân loại vật liệu theo các loại sau:
- Vật liệu mềm: có cấp độ cứng từ 1 – 4 (cọ xước được bằng tay)
- Vật liệu trung bình: có cấp độ cứng từ 5 – 8 (cọ xước được bằng dao, kính)
- Vật liệu cứng: có độ cứng từ 9 – 10 (cắt được kính) Độ cứng là một tính chất quan trọng của vật liệu và có ảnh hưởng lớn đến lực tác dụng khi nghiền cũng như lựa chọn máy nghiền, tuy nhiên nó không thể dùng để đánh giá khả năng nghiền của vật liệu Độ giòn của vật liệu chính là tính chất đặc trưng cho khả năng vật liệu bị phá hủy (không còn có biến dạng dẻo) dưới tác dụng của các tác động cơ học
Ngược lại với độ giòn là độ dẻo Vật liệu có độ giòn cao thường có tính nghiền tốt, vật liệu càng dẻo việc nghiền nhỏ nó càng khó Độ mài mòn là tính chất đặc trưng cho mài mòn bộ công tác của vật liệu cần nghiền Đại lượng đặc trưng cao độ mài mòn là tỷ số giữa lượng vật liệu bị mài mòn các bộ công tác trên một tấn sản phẩm nghiền, được gọi là chỉ số hao mòn I (gam/ tấn)
Khối lượng riêng của vật liệu nghiền nằm trong phạm vi khá rộng Khối lượng riêng càng lớn, khả năng chịu tác dụng của tải trọng càng tăng, và do đó tính nghiền của vật liệu thay đổi theo.
Nguyên lý hoạt động của máy nghiền
Nguyên lý hoạt động Ở dạng máy hủy giấy văn phòng, cấu tạo hai trục cắt nhỏ được gắn các lưỡi cắt mỏng đặt xen kẽ nhau Thiết kế nhỏ gọn là đặc điểm nổi bật của máy, giúp tiết kiệm không gian, tính thẫm mĩ cao, dễ dàng di chuyển ở các không gian làm việc khác nhau Tuy nhiên, loại máy này chỉ phù hợp với công việc văn phòng chỉ có nhu cầu hủy lượng giấy ít mang tính bảo mật Máy có năng suất hủy giấy thấp, động cơ có công suất nhỏ, dễ bị kẹt giấy khi làm việc quá tải, nhiều lần hư hỏng sẽ làm cho động cơ dần bị xuống cấp và máy sẽ không hoạt động được Ở dạng máy hủy quy mô công nghiệp, có cấu tạo hai trục cắt (hoặc 3-4 trục) được gắn đĩa cắt dày có thiết kế các mấu răng Cơ cấu của máy có các ưu điểm nổi bật: đĩa cắt dày cộng với momen trục quay lớn giúp máy có thể cắt được một xấp giấy dày trong một lần, các đĩa cắt dày đặt xen kẽ sát nhau nên có độ cứng vững tốt khi các trục làm việc, biên dạng của đĩa cắt có các răng giúp kéo giấy một cách hiệu quả Tuy nhiên, chính vì cấu tạo của các đĩa cắt được đặt xen kẽ và sát nhau, với khoảng hở rất nhỏ nên yêu cầu về độ chính xác gia công, lắp ráp rất cao Sai số chế tạo sẽ dẫn đến va chạm giữa các đĩa vào nhau, gây vỡ lưỡi dao cũng như phá hủy hệ thống Đồng thời, khi gặp xấp giấy quá dày, các lưỡi cắt do các đĩa tạo ra có thể chưa kịp cắt hết được giấy, trong khi răng của đĩa thì vẫn bám bắt và kéo giấy xuống liên tục Quá trình cắt – kéo giấy không đồng bộ trong khi hủy tập giấy dày chính là nguyên nhân khiến cho máy bị kẹt Bên cạnh đó, biên dạng của đĩa cắt rất phức tạp với yêu cầu đạt độ chính cao, đòi hỏi phải gia công bằng phương pháp cắt dây, tốn khá nhiều chi phí Khi máy hoạt động hết công suất thì sẽ tạo ra tiếng ồn lớn, tiếng giật mạnh của động cơ Điều này không phù hợp với môi trường văn phòng
Một số máy nghiền trên thế giới và phạm vi ứng dụng
Một số máy nghiền vật liệu mềm trên thế giới
Hình 1.1 Máy hủy tài liệu EBA 1125S
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy hủy tài liệu EBA 1125S
- Cơ chế: Máy được thiết kế với hai trục có gắn các lưỡi cắt đặt song song nhau Khi động cơ hoạt động, hai trục cắt quay làm nhiệm vụ nghiền nát giấy
- Thông số kỹ thuật: Điện áp: 220V,
- Phạm vi hoạt động: Dùng cho văn phòng, công nghiệp nhỏ
Hình 1.3 Máy hủy tài liệu công nghiệp FUZHIYUAN
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy hủy tài liệu công nghiệp FUZHIYUAN
- Cơ chế: Máy được thiết kế với hai trục có gắn các lưỡi cắt đặt song song nhau Khi động cơ hoạt động, hai trục cắt quay làm nhiệm vụ nghiền nát giấy
- Thông số kỹ thuật: Điện áp: 380V,
-Phạm vi sử dụng: Dùng trong công nghiệp
Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy
Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống
- Chế tạo được máy nghiền vật liệu mềm để hoạt động trong các lĩnh vực cần
- Máy phải đạt được năng suất cần thiết
- Sản phẩm được bảo hành, thay thế linh kiện dễ dàng do trong nước sản xuất
- Sản phẩm sử dụng công nghệ, vật liệu có săng trong nước
- Sản phẩm phải giúp khép kín toàn bộ các khâu có liên quan trong quá trình chế tại, đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế
- Sản phẩm có thời gian sử dụng lâu dài, dễ dàng nâng cấp, lắp đặt, thay thế, bổ sung mới bằng vật liệu chế tạo tại Việt Nam
- Năng suất đạt được: 500 kg/giờ
- Vật liệu mềm được hủy thành sợi
- Máy được thiết kế dễ sử dụng và phù hợp với nhiều đối tượng khác nhau trong quá trình sản xuất
- Máy được thiết kế an toàn trong quá trình sử dụng cho cả người và máy
- Giá thành thấp hơn so với máy có trên thị trường
Yêu cầu của máy hủy giấy văn phòng
- Phù hợp với nhu cầu sản xuất, năng xuất máy, chi phí năng lượng riêng thấp
- Chế độ bảo mật tài liệu không sử dụng đến nữa cao
- Nguồn động lực: sử dụng động cơ 1 pha
- Sử dụng dễ dàng, dễ di chuyển và an toàn
- Kết cấu đơn giản dễ chế tạo
Phân tích các phương án và lựa chọn phương án a Các loại dao nghiền
- Dao cắt sợi :chúng có những lưỡi dao đặt chéo nhau và hoạt động một cách đồng bộ Bao gồm một bộ lưỡi dao, một lược giấy và một động cơ ổ đĩa Giấy được cho ăn từ giữa lưỡi cắt và được chia thành nhiều mẩu giấy nhỏ cho mục đích bảo mật thông tin Phương pháp băm hủy ở đây chính là hình dạng của giấy đã được cắt hủy bởi máy hủy sau khi được bỏ vào máy hủy giấy cho ra từng sợi Hiệu quả của việc bảo mật thông tin được được bảo đảm
Hình 1.5 Cụm dao cắt sợi
- Dao cắt vụn, cũng có những lưỡi dao được đặt chéo nhau và có một luỡi dao bên dưới để xoắn vụn những mẫu giấy đã bị cắt thành sợi Bao gồm một lưỡi dao và một lưỡi dao xoắn bên dưới Phương pháp hủy vụn được đảm bảo mật thông tin cao nhưng đổi lại giá thành sẽ tăng vì công dụng của cắt vụn đảm bảo, bảo mật thông tin hơn và khó chế tạo hơn
Hình 1.6 Cụm dao cắt vụn
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN
Nguyên lý hoạt động và sơ đồ động học của máy nghiền
Hình 2.1 Sơ đồ động học của máy Nguyên lý làm việc Động cơ điện hoạt động truyền chuyển động cho bánh răng chủ động, thông qua bộ truyền bánh răng thẳng truyền chuyển động cho 2 trục chính Trên mỗi trục chính có gắn cụm răng nghiền vật liệu mềm Hai trục chính quay ngược chiều nhau làm cụm dao nghiền quay Sau khi nguyên liệu được đưa vào cửa nạp nguyên liệu và vào vị trí cụm dao nghiền Dao nghiền xong thì sản phẩm được ra ngoài tại cửa ra sản phẩm Kết thúc quá trình
Sơ đồ động học của máy nghiền
- Với xích tốc độ: Động cơ Trục gắn dao
- Lượng di động tính toán: nđc (vòng/phút) ntc (vòng/phút)
- Phương trình cân bằng động học: nđc i12 iv i34 = ntc
- Công thức điều chỉnh: iv = Cv Nt
Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng
- Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng, kích thước máy cố gắng thật nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ dàng …
- Để làm được điều này người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy đồng thời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý
- Máy có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được đồ bền, không thay đổi kích thước cũng như hình dạng của máy, ngoài ra vẫn giữ được sự ổn định, có tính bền mòn, chịu được nhiệt và chấn động
- Để máy có đủ khả năng làm việc cần xác định hợp lý hình dạng, kích thước chi tiết máy, chọn vật liệu thích hợp chế tạo chúng và sử dụng các biện pháp tăng bền như nhiệt luyện, … Độ tin cậy
- Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, …) trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện công việc đã quy định
- Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một thời gian quy định hoặc quá trình thực hiện công việc
An toàn trong sử dụng
Một kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường thì kết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh
Tính công nghệ và tính kinh tế
- Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thỏa mãn yêu cầu về tính công nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản suất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, ít tốn vật liệu nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất kết quả cuối cùng là giá thành thấp
- Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể.
Tính toán, thiết kế hệ thống tuyền động cơ khí
Các thông số đầu vào cho quá trình thiết kế
Theo quá trình tìm hiểu cũng như nghiên cứu các máy có sẵn trên thị trường, và nhu cầu thực tế của người dùng chúng em đưa ra những thông số thiết kế như sau:
Vận tốc làm việc của máy n = 90-100 vòng/phút
Kích thước sản phẩm đầu ra: Bxh = 12mm x 120mm
Xác định các thông số hình học của máy
Theo tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019, ta có: Đường kính đỉnh của dao cắt là:
Z: số dao cắt l: chiều dài của sản phẩm
Năng suất thiết kế máy là 500kg/ giờ, vận tốc làm việc của máy là n = 90-
100 vòng/phút, nên chiều dài l cần có là 120mm
Qm là năng suất máy n là tốc độ quay của trục dao cắt, (v/ph); k là số lượng trục; d là số lượng dao cắt trên một trục,
Z là số lưỡi cắt q là thể tích vật liệu cắt trên 1 lưỡi cắt
=> Chọn số dao cắt là 29
Hình 2.2 Dao nghiền Tính toán đệm chắn rác
Do dao có đường kính ngoài dao cắt là 240mm, ta chọn đường kính hở giữa đệm ngăn dao và đệm chắc rác là 5mm, khoảng cách giữa các thành đệm chắc giác và dao là 2mm Từ đó ta được thông số đệm chắc rác
Số lượng đệm chắn rác 29
Khoảng cách giữa hai trục cắt là a = 𝑑 𝑎 +𝑑 𝑏
2 + δ2 (mm) trong đó da là đường kính vòng đỉnh lưỡi cắt của dao cắt, (mm); db là đường kính của vòng cách, (mm); δ2 là khe hở giữa lưỡi cắt và vòng cắt
Kích thước của buồng cắt phải phù hợp với các thông số hình học của dao cắt đã chọn trước, khoảng cách trục a đã tính toán Từ đó, xác định được chiều rộng (B) và chiều dài (L) của buồng cắt:
- Chiều rộng của buồng cắt: B = a + da + 2δ3 (mm)
- Chiều dài của buồng cắt: L = d(b + t) (mm) trong đó a là khoảng cách giữa hai trục dao, (mm); da là đường kính vòng đỉnh lưỡi cắt của dao cắt, (mm); δ3 là khe hở giữa đỉnh lưỡi cắt với thành bên của buồng cắt, (mm); d là số lượng dao cắt trên một trục; b là chiều rộng của dao cắt, (mm); t là khoảng cách giữa hai dao cắt kề nhau trên một trục, (mm)
- Chiều rộng của buồng cắt: B = a + da + 2δ3 = 132 + 120 +2 1,5 255(mm)
- Chiều dài của buồng cắt: L = d(b + t) = 14(12 + 16) = 392 (mm)
Tính toán bộ truyền bánh răng a Chọn vật liệu
Chọn vật liệu bánh răng với:
Thép 45 tôi cải thiện có độ cứng HB 241…285
Giới hạn chảy ch 1 = 580 (MPa)
Thép 45 tôi cải thiện có độ rắn HB 192…240
Giới hạn chảy ch 2 = 450 (MPa) b Định ứng suất cho phép
- Ứng suất tiếp xúc cho phép: H = H o lim
+ Tính ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở H o lim = 2.HB + 70
+ Hệ số tuổi thọ xét đến thời hạn phục vụ
KHL = m H N HO / N HE với mH là bậc của đường cong mỏi
Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO = 30.HB 2.4
Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương NHE1 = 60.c i i i n t
1 với c ,ni,Ti,ti lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay,số vòng quay, mô men xoắn, tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét
Vì NHE2 > NHO2 nên lấy NHE2 = NHO2 KHL2 = 1
+ Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc SH = 1,1
- Ứng suất uốn cho phép: F = F o lim KFL KFC / SF
+ Tính ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở F o lim = 1,8.HB
+ Hệ số tuổi thọ xét đến chế độ tải trọng
Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn NFO1 = NFO2 = 4.10 6
Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương NFE1 = 60.c i n i t i
Vì NFE2 > NFO2 nên lấy NFE2 = NFO2 KFL2 = 1
Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải KFC = 1 do tải đặt một phía
+ Hệ số an toàn khi tính về uốn SF = 1,75
- Ứng suất quá tải cho phép
F 2 max 0 , 8 ch 2 0,8 450 = 360 (MPa) c Xác định sơ bộ khoảng cách trục aw1 = Ka (u1 + 1)
+ Theo bảng (6.5) , (6.6) Ta có Ka = 49,5
+ Theo bảng (6.7) ta chọn hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng kHB = 1,05
+ Mô men xoắn truyền trên trục bánh chủ động
- Xác định các thông số ăn khớp
+ Xác định môđun m = (0,01…0,02) aw1 =1,65…3,3 (mm) chọn môddun pháp theo bảng 6.8 ta có m = 2 (mm)
Tỷ số truyền thực tế là u1 = 150
20 = 7,5 Tính lại khoảng cách trục aw1 2 ) ( z 1 z 2 m
- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
+ Theo bảng (6.5) ta có hệ số kể đến cơ tính của vật liệu ZM = 274 (Mpa 1/3 )
+ Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc ZH tw b
+ Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Z 3
Hệ số trùng khớp ngang = 1,88 – 3,2.(
+ Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc KH = K H K HV K H
Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp K H = 1
1 Đường kính vòng lăn bánh nhỏ dw1 1 2
60000 = 1,43 (m/s) Theo bảng (6.13) chọn cấp chính xác là 9
Chiều rộng vành răng bw = ba a w 1 = 0,4 132 = 28 (mm)
Tính lại ứng suất cho phép
Với V = 1,75 (m/s), zv = 1; với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám Rz = 10…40 ( m ),do đó zR = 0,95 ; với da
