NHIEM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khao sát các biên dạng của quả xoài và nguyên lý gọt vỏ.- _ Xây dựng mô hình vật lý va mô hình tính toán của máy gọt.- Phan tích đặc tính động lực học của máy got
XAY DUNG MO HINH VAT LY VA MO HINH TOAN CHƯƠNG 4 PHAN TICH DONG LUC HOC DUNG GIẢI TÍCH
Chương này trình bày tổng quan về vị trí quả xoài trong ngành nông nghiệp của nước ta, hướng di của quả xoài khi Việt Nam gia nhập TPP và khả năng cạnh tranh của sản phẩm với các nước Các nghiên cứu ứng dụng máy móc, thiết bị trên thé giới vào việc chế biến quả xoài và các loại quả có hình dang tương tự theo hướng tự động hóa và công nghiệp hóa Từ đó dua ra mục tiêu và định hướng nội dung nghiên cứu của luận văn.
CHƯƠNG2 TIM HIẾU NGUYEN LY GOT PHU HỢP QUÁ XOÀI
VIỆT NAM 2.1 Phân tích đặc điểm hình dáng quả xoài Ở nước ta xoài rất đa dạng về chúng loại: xoài Cát Hòa Lộc, xoài Cát Chu, xoài Thanh Ca, xoài Thái, xoài Đài Loan, xoài Úc Tuy khác nhau về giống loại nhưng hình dáng quả xoài không khác nhau nhiêu Đặc điểm quả thuôn dai, tron mình, co rỗn rỏ, đỉnh nhỏ bầu tròn sân cuốn.
Xoài Úc: Hiện nay trồng nhiều ở Khánh Hòa, quả to tròn, vỏ dày và cứng, thân quả xoài hình bầu dục gan như đối xứng, đỉnh nhỏ, càng về gần cuống thi càng to tròn Mặt cắt ngang của quả có tiết diện gan như là hình tròn Biên dạng dọc theo quả xoài là đường cong thoải đều.
Xoài Việt Nam ôm nhiều loại như: xoài cát Hòa Lộc, xoài cát chu, xoài thanh ca trong nhiều ở vùng đồng băng sông Cửu Long Đặc điểm chung là quả thuôn dài, vỏ mỏng và mềm hơn xoài so với các giống xoài nhập từ nước ngoài vào, đỉnh nhỏ, càng về cuống phình to, có loại tròn mình có loại dẹp hai bên, biên dang dọc quả xoài uốn cong ở phân đỉnh và hơi thoải ở gần cuốn Mặt cắt ngang của quả có dang gan như elip ở phan đỉnh, càng về gần cudng có dạng tương đối tròn, có loại gần như elip từ đỉnh đến cuốn.
Từ đặc điểm hình dáng của hai loại quả xoài trên ta thấy tự động hóa khâu got vỏ quả xoài Việt Nam có phan khó hơn nhiều so với xoài Uc Dé tìm ra nguyên lý cắt got vỏ quả xoài Việt Nam là phức tạp và khó khăn về cơ cau máy, hình dáng dao và thông số cắt Trong luận văn này tác giả chỉ tiễn hành thử nghiệm xoài cát Hòa Lộc và xoài Thanh Ca như hình 2.2.
2.2 Mô hình máy gọt phù hop quả xoài Việt Nam
Dé got vỏ xoài và các loại qua có hình dáng tương tự có nhiêu phương án tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại quả Nhưng hâu hết các máy đề có chung đặc điểm đó là quá trình cắt, hớt lớp vỏ gan giống như quá trình gia công trên máy tiện Quả xoài đóng vai trò là phôi quay tròn tạo ra vận tôc cat, còn dao cắt có hình dáng nhất định chuyên động tịnh tiễn dọc theo quả xoài dé hớt hết phân vỏ, có trường hợp dao vừa tịnh tiên vừa quay quanh trục của nó, đâu dao phải luôn áp sát bê mặt quả xoài, quả xoài có thê đặt thăng đứng hoặc năm ngang Dé got vỏ xoài có ba phương án như hình 2.3.
Phương án 1: Trái xoài được kẹp thắng đứng và quay quanh trục của nó, dao luôn tiếp xúc với bề mặt vỏ xoài và chuyên động tịnh tiễn từ dưới lên hoặc từ trên xuống dé gọt vỏ xoài.
Phương án 2: Tương tự phương an 1 nhưng trục mang dao có thêm chuyển động quay tròn dé tăng tốc độ cat gọt cho nâng suất cao hơn.
Phương án 3: Quả xoài kẹp năm ngang và quay quanh trục của nó, cơ mang dao được đặt thắng đứng và chuyền động tịnh tiễn dé cắt hết phan
Từ ba phương án trên tác giả chọn phương án 2 dé nghiên cứu.
Hình 2.3 Các phương an got vỏ xoài
Hình dáng hình và cau tạo dao gọt cũng là yếu ảnh hưởng đến quá trình cắt, chất lượng bề mặt của quả sau khi gọt vỏ và năng suất của máy Do biên dạng doc và ngang của quả xoài déu là đường cong nên dao dùng got quả xoài có dạng mặt cong dé quá trình cắt xảy ra liên tục theo hết chiêu dài của qua, dao cắt không bị trượt, vỏ xoài được cắt hết Cơ cầu mang dao phái có tính tự lựa dé dao luôn áp sát vào biên dạng của quả xoài, áp lực đây dao ấn sau vào quả xoài cắt đi lớp vỏ có chiều dày không đổi tại các mặt cắt ngang dọc theo quả không thay đổi Các loại dao gọt xoài hoặc các loại quả tượng tự thường dùng có hình dạng giống như 3 loại dao hình 2.4 Trong giới hạn nghiên cứu của dé tài tác giả chọn dao số 2 hình 2.4 dé tiến hành nghiên cứu theo phương án 2 đã chọn ở trên.
Một số mô hình nguyên lý gọt vỏ xoài và các loại quả có hình dáng tương tự được cấp băng sáng chê.
Patent US 2006/0213378 AI Patent US 3.881.406
IF 43 4g 34 ae LCh 5 at es ‘er iz DY m— + bị lề) ơ 0
Hình 2.5 Mô hình nguyên lý một số máy gọt
Từ những phân tích trên và tham khảo các patent, video đưa ra mô hình máy got xoài như hình vẽ sau:
Hình 2.6 Mô hình thí nghiệm may got xoài
Nguyên lý hoạt động: Động cơ (1) làm quả xoài (7) quay tròn tạo chuyên động cắt, động cơ (2) truyền chuyển động cho vít me (3) nâng bệ đỡ (6) cụm đỡ dao chuyển động tịnh tiến lên xuống, động cơ (4) làm trục dao (8) quay tròn, động cơ (5) truyền chuyển động cho bộ truyền bánh răng (12) - thanh răng (10).
Khi gọt vỏ xoài, dao (9) luôn tiếp xúc với biên dạng của quả xoài (7) và bệ đỡ dao di chuyên từ dưới lên dọc theo quả xoài, lực tỳ của dao vào quả xoài nhờ lực kéo của lò xo (14), lực kéo của lò xo (14) thay đổi nhờ vào bộ truyền bánh răng thanh răng, giá đỡ toàn bộ động cơ (4) và trục dao quay quanh chốt (13).
Khi gọt xong lò xo (14) về vị trí cân băng lò xo (13) kéo đầu dao không tiếp xúc quả xoài, cụm đỡ dao đi xuống kết thúc quá trình gọt.
Hình 2.8 Sơ đô động học cơ cấu dao Kết luận
Trong chương này trình bày đặc điểm cấu tạo, hình dáng, đặc tính của các loại xoài trên thế giới và Việt Nam, phân tích lựa chọn nguyên lý gọt, tham khảo phát minh và các loại dao cắt của các máy gọt có liên quan Từ đó đưa ra mô hình thí nghiệm máy gọt vỏ xoài cần nghiên cứu, phân tích nguyên lý hoạt động của máy, các cụm may, các cơ cau và dé xuất sơ đồ động học cơ cấu dao.
XAY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ MÔ HÌNH
Dé lập mô hình toán cho quá trình cắt gọt vỏ xoài phải đơn giản hóa máy got vỏ xoài và đưa ra mô hình vật lý Trong giới hạn của dé tài chỉ xét đến quá trình cắt gọt vỏ xoài, chỉ nghiên cứu các cơ câu, các chuyên động có liên quan trong quá trình cắt Quá trình got vỏ xoài chia ra làm hai chuyển động giống như quá trình tiện chỉ tiết dạng trục: chuyên động cắt và chuyển động chạy dao.
Chuyển động cắt được tao ra do quả xoài quay quanh trục với vận tốc góc Œm Chuyên động chạy dao là chuyển động dịch chuyển dao tịnh tiễn dọc trục quả xoài Vì tiết diện mặt cắt ngang của quả xoài là hình ô van có kích thước thay đối dọc theo quả xoài nên suốt quá trình got vỏ thì dao cắt phải luôn tiếp xúc với bề mặt quả xoài Mô hình nguyên lý gọt được mô tả bằng mô hình vật lý như hình 3.2 Chuyển động chạy dao là chuyên động tịnh tiến của dao từ dưới dọc trục quả xoài do vít me dai ốc thực hiện Chuyển động quay tròn của dao có tác dụng tăng tốc độ cắt để đơn giản quá trình tính toán bỏ qua chuyển động này khi lập mô hình vật lý của máy.
Giả sử quả xoài có độ cứng là k„ và độ mềm là c„ Thanh răng có khối lượng zm; ăn khớp với bánh răng có bán kính vòng chia là R, b hệ số nhớt khi thanh răng trượt trong rãnh Lò xo có độ cứng k một đâu nối với thanh răng một đầu nói với bệ đỡ trục dao Thanh AB có chiều dài (1;+i›) là trục mang dao cắt có khối lượng m2 và quay quanh trục qua điểm O, khối tâm của thanh AB là
18 điểm G cách O một đoạn có chiều dài /¿=(1z-1;)⁄2 u(t) là tập hợp các điểm mà đao sẽ đi qua trên biên dạng của quả xoài theo thời gian. lạ hy B X>
Hình 3.2 Mô hình vat lý 3.2 Mô hình toán
Mô hình vật lý là hệ cơ cau hai bậc tự do, tiến hành tách nhóm và phân tích lực tác dụng vào các cơ câu.
Giả sử ứ thay đụi rat nhỏ, suy ra cosg=1 và
Từ (1) và (4) ta có mô hình toán như sau: mã +bk+ kx—k Dự, =0
—“(>— +l)% +¢,,%, +(k„ tk>)x, —k-—x= k„uŒ) + c„nŒ) L3 LL, l l, Đặt /=! n mx + bx + kx — kix, =0
Sau khi đưa ra mô hình máy gọt vỏ xoài phù hợp với các đặc tính hình học của quả xoài Việt Nam Xây dựng mô hình vật lý từ mô hình CAD đã có, tách nhóm các cơ cầu của mô hình vật lý, phân tích các lực tác dụng, tiễn hành tính toán và đưa ra mô hình toán của nguyên lý máy got vỏ xoài.
CHƯƠNG4 PHÂN TÍCH DONG LỰC HOC DUNG GIẢI TÍCH
4.1 Tìm dao động riêng của hệ
Tân số riêng của cơ hệ là thông sô động lực học mà nếu tân sô lực kích thích từ bên ngoài trùng với tân sô riêng, cơ hệ sẽ rung động nhiêu nhất vì bị cộng hưởng Cơ hệ, tùy theo sô bậc tự do n, sẽ có n tân số riêng tương ứng n dao động Với mô hình vật lý ở trên cơ hệ này có 2 bậc tự do.
Từ phương trình mô hình toán:
(m, 0 \” Àx b 0 " k —kl x 0 i op LETT [o cle [ee karla kun tea
Gia su 1;=m›=m, b=0, c„=0, k=km, u(t)=0, mô hình toán trở thành:
(m 0 \” xv|(& =M \(xì\_(9 g TT? led cee lls} \o
Nghiệm cua phương trình trên có dang:
Al [Ao : Aa | › xX = sinot; X = COS@f; X =— sinot = —0@“ X
| mo? — k kl - ae ay Pt ne? —(k +k?) "
Phương trình (M wo —K X =0 duoc viết lại: lmao? — k kl
=> (mo —k)A, + klA, =0 (7) b+ Vb ~3a thay vào phương trình (7) ta được:
— Ay _ —l0—84/1.75
