máy ép nước cam tự động

- Chương 3: Tính toán phần thân máy: trình bày rất không hợp lý, thể hiện cả tính toán bộ truyền đai, tính trục và kiểm nghiệm các lô ép cam bằng phần mềm abaqus…tính toán cấp phôi tự độ

TÌM HIỂU CHUNG

Đặt vấn đề

Nước trái cây đã và đang là sản phẩm quen thuộc đối với người tiêu dùng và thị trường nước trái cây ngày càng phát triển như một điều tất yếu theo xu hướng hiện đại Theo xu hướng ngày nay, con người ngày càng quan tâm đến sức khỏe, ngày càng nhận ra giá trị của các sản phẩm từ thiên nhiên, đặc biệt là nước trái cây và rau củ là sản phẩm gần gũi, giàu dinh dưỡng và cung cấp các chất cần thiết

Trong những năm gần đây, bắt đầu có sự cạnh tranh sản phẩm giữa các doanh nghiệp trong nước với các doanh nghiệp có vốn đầu tư từ nước ngoài Do áp lực cạnh tranh, các doanh nghiệp không ngừng tung ra các sản phẩm mới và thay đổi chiến lược sản xuất, trong đó có việc giảm tỷ trọng sản xuất nước giải khác có gas Trái với sự ảm đạm tại thị trường nước ngọt có gas, nhu cầu tiêu thụ nước giải khát không gas, đặc biệt là nước trái cây tại Việt Nam tăng rất mạnh đạt 30%/ năm Theo khảo sát mới đây trên các hộ gia đình ở thành thị cho thấy 70% quan tâm đến sức khỏe của mình hơn trước đây, 74% muốn sử dụng các loại vitamin và khoáng chất, 80% thích mua các loại sản phẩm có chứa các chất có lợi cho sức khỏe như nhân sâm, calcium

Cam là một loại trái cây nổi tiếng với lượng vitamin C dồi dào giúp thúc đẩy quá trình giải độc của cơ thể, tăng sức đề kháng cho cơ thể Vitamin C còn có thể giúp chống lại chứng loãng xương Hàm lượng khoảng chất trong quả cam có thể ngăn chặn sự phát triển bệnh ung thư ruột kết Nhiều tài liệu đã khẳng định, khi uống nước cam ép hàng ngày còn giúp chống ung thư vú và ung thư phổi vì cam rất dồi dào hợp chất Cirus Limonoid

Nước cam ép là loại nước trái cây hiện được rất nhiều gia đình ở Việt Nam chuyển sang sử dụng với 100% nguyên chất là tự nhiên, vừa tiện lợi vừa bổ dưỡng nhưng không phải ai cũng có nhiều thời gian để chuẩn bị Vì vậy do nhu cầu của thị trường của người tiêu dùng và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho ra đời các loại máy ép nước cam

Ngày nay, máy ép nước cam không còn là một vật dụng xa lạ với mỗi gia đình Việt Nam bởi sự tiện dụng và hiệu quả mà sản phẩm này đem lại là rất lớn Ép nước cam là một công đoạn rất quan trọng, nó quyết định khả năng lấy được bao nhiêu nước trong trái cam và không ép luôn phần tinh dầu ở trong vỏ cam, để tránh Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động ảnh hưởng tới chất lượng của nước cam Quá trình ép cảng tốt thì năng suất càng tăng lên, lợi nhuận được nhiều hơn.

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu và thiết kế một máy ép nước cam cụ thể nhằm:

- Tiết kiệm thời gian làm việc

- Đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu cho việc sử dụng

- Dễ dàng vận chuyển và sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát tình hình sử dụng nước ép cam ở Việt Nam hiện nay

Khảo sát các máy ép nước cam hiện có

Tiến hành nghiên cứu và tìm hiểu nguyên lý hoạt động, các yếu tố và tính chất cơ học cần thiết của máy: năng suất, lực ép, kích thước, khối lượng… của nguyên liệu

Trên cơ sở đó tiến hành thiết kế máy ép nước cam đáp ứng được mục tiêu của đề tài.

Sơ lược về cây cam Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

1.4.1 Giới thiệu về cây cam

Cây cam đã được biết đến từ rất lâu khoảng 2200 năm trước công nguyên ở Trung Quốc nhưng một số người lại cho rằng cây cam có nguồn gốc từ Ấn Độ Cam được trồng rất phổ biến từ Ấn Độ Sau đó được lan rộng về phía Đông đến cả vùng Đông Nam Á, vào khoảng thế kỉ thứ 3 TCN, cây cam được đưa đến Châu Âu, và nó lan ra tới cả vùng địa Trung Hải Sau đó cây cam được đưa đến Châu

Mỹ Những năm sau đó, những người làm vườn ở Châu Mỹ và Châu Âu đã đem cây cam đến Châu Úc và Châu Phi Ngày nay cây cam đã được trồng rất phổ biến ở rất nhiều nơi trên thế giới

Hinh 1.1 Cây cam Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

- Phân loại : Ở Việt Nam, có có 1 số giống cây cam phổ biến như:

Cam mật: Dạng trái tròn, vỏ dày 3-4mm, màu xanh đến xanh vàng, thịt trái vàng cam, ngọt đậm, khá nhiều nước Tuy nhiên nhiều hạt (13-20 hạt/trái), trọng lượng trung bình 20g/trái

Cam sành: Dạng trái hơi tròn, vỏ dày, sần sùi, thịt trái màu cam, khá nhiều nước, ngon ngọt nhiều hạt (15 hạt/trái) Trọng lượng trung bình 200-250/trái

Cam Canh chính là môt loại quýt, vỏ mỏng và dễ bóc Cây sinh trưởng khỏe, tán cây hình dù, lá màu xanh đậm

Giống cam Naven: Còn gọi là cam rốn, nguyên sản ở Califocnia (Mỹ), được trồng ở Việt Nam từ những năm 1937 hiện còn trồng rải rác ở một số vùng ở nước ta

Cam Xã Đoài, Cam Vân Du,… giống cam valencia

1.4.3 Trái cam và công dụng của trái cam:

Trái cam là nguyên liệu chính để tạo thành nước cam Cam được trồng rộng rãi ở những nơi có khí hậu ấm áp hoặc thay đổi tùy môi trường, vì vậy vị của trái cam có Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động thể biến đổi từ ngọt đến chua Cam thường lột vỏ và ăn lúc còn tươi, hay vắt lấy nước

Vỏ cam dày, có vị đắng, thường bị vứt đi nhưng có thể chế biến thành thức ăn cho súc vật bằng cách rút nước bằng sức ép và hơi nóng Nó cũng được dùng làm gia vị hay đồ trang trí trong một số món ăn Ứng dụng:

- Nước cam cung cấp rất nhiều chất dinh dưỡng cho cơ thể như: các vitamin (C, A, B, P), flavanoid, khoáng chất (canxi…), chất xơ, tinh dầu cam,…

- Cam gisuo ngăn ngừa các bệnh tim mạch, viêm nhiễm và cả ung thư, thúc đẩy nhanh quá trình liền sẹo, bổ trợ cho hệ thần kinh ( giúp ngủ ngon giấc)

+ Pectin: làm gel thực phẩm, là chất ổn định trong các sản phẩm sữa, nước giải khát…

+ Hesperidin: hòa tan cholesterol và chất béo trung tính

+ Tinh dầu cam: trung hòa axit, duy trì hoạt động bình thường của ruột

+ Có tác dụng chăm sóc da, làm đẹp

+ Làm tăng hương vị trong món ăn, kich thích vị giác

+ Khử mùi nấm mốc, mùi khó chịu trong ngôi nhà

+ Là chất tẩy tự nhiên

- Cam cũng chứa rutin (vitamin P), thành phần giúp mạch máu khỏe hơn; vitamin nhóm

B, dưỡng chất không thể thiếu cho hệ thần kinh, các khoáng chất và chất xơ (hòa tan và không hòa tan)

- Khi uống nước cam đều đặn, chúng ta - đặc biệt là trẻ nhỏ - có thể tận hưởng những dưỡng chất từ loại trái cây chua này (ít calori, giàu vitamin) và có thể giúp ngăn ngừa nguy cơ phát triển các bệnh tim mạch ở tuổi trưởng thành Tuy nhiên, người ta cũng lưu ý rằng cam nguyên trái, chín cây và sạch có chứa nhiều hesperidin hơn, vì qua quá trình vắt ép, thành phần này dễ bị thất thoát

Thành phần từ cam được sử dụng rất phong phú từ lá, hoa, vỏ cây và trái đều có thể dùng để hãm thành nước uống có vị đắng nhẹ và hương cam đặc trưng Nước hãm lá cam có thể giúp hạ hỏa, đặc biệt khi mất ngủ, xoa dịu rối loạn chức năng lưu thông máu Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

180 gam cam ở dạng đồ tráng miệng nguyên chất cung cấp tới 1605 nhu cầu vitamin C trung bình của một người trong một ngày Cam cũng chứa vitamin A, canxi và chất xơ

1 Tăng cường thể lực: Nước cam pha muối

2 Tẩy trang, làm sạch da: Nước cam ép

3 Làm săn chắc da mặt: Mặt nạ từ hạt (hột) cam

4 Trị bệnh phong thấp: Bột hạt cam

5 Tăng cường hệ miễn dịch: Sa-lát cam

6 Tẩy da chết, tăng độ láng mịn cho da: Mát-xa bằng vỏ cam

7 Giúp ngủ ngon giấc, đuổi muỗi: Hương thơm vỏ cam tươi

Kết luận: Giới thiệu chung về cây cam và trái cam giúp ta có thể có được một cái nhìn tổng quát về cây cam và công dụng của trái cam đổi với cuộc sống thường ngày

Từ những công dụng hữu ích mà trái cam mang lại, việc thiết kế máy ép nước cam được đánh giá là một sản phẩm thiết thực, đáp úng được với nhu cầu sử dụng nước cam trong đời sống và sản xuất của con người.

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP CAM

Lựa chọn phương án truyền động

Để thiết kế cho bộ phận công tác của máy, ta cần khảo xác các phương án khác nhau có thể áp dụng cho máy, từ đó so sánh các ưu, nhược điểm của từng phương án và đi đi đến lựa chọn phương án tối ưu nhất Dựa trên điều kiện làm thực tế của máy và đặt điểm cảu từng bộ truyền động khác nhau, nhóm chúng em đã chọn được 3 bộ truyền có thể áp dụng cho bộ phận công tác chính của máy là:

- Phương án I: sử dụng bộ truyền bánh răng

- Phương án II: sử dụng 2 động cơ bước

- Phương án III: sử dụng bộ truyền xích

2.1.1 Phương án sử dụng bộ truyền bánh răng Để truyền động cho bộ phận ép cam của máy, ta sử dụng 1 động cơ qua bộ truyền đai, từ đó phân phối tỉ số truyền cho 3 trục còn lại qua các cặp bánh răng như hình sau:

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lí phương án truyền động bánh răng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

Truyền động chính xác, tin cậy

Chỉ sử dụng 1 nguồn truyền động nên điều khiển đơn giản

Yêu cầu đảm bảo chính xác về tỉ số truyền giữa các bánh răng

Yêu cầu lắp ráp ăn khớp chính xác giữa các bánh răng

Làm việc gây tiếng ồn

2.1.2 phương án sử dụng 2 động cơ bước Ở phương án này, ta sử dụng 2 nguồn truyền động cho 2 cặp trục cùng tốc độ qua các bộ truyền đai, để tạo chuyển động ngược chiều cho các trục cùng tốc độ ta dùng 2 cặp bánh răng có tỉ số truyền bằng 1

Tốc độ của 2 cặp trục được điểu chỉnh chính xác bởi 2 động cơ bước nên các bộ truyền khác không yêu càu về số chính xác, chỉ cần từng cặp giống nhau, nên dễ tìm

Dễ sửa chữa thay thế

Yêu cầu chính xác trong lắp ráp không cao

Chi phí cao vì cần 2 động cơ bước

Yêu cầu có mạch điều khiển tốc độ cho 2 động cơ bước, và khởi động động thời

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lí phương án truyền động dùng 2 động cơ bước Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

2.1.3 Phương án sử dụng bộ truyền xích

Bộ ép cam được truyền động nhờ 1 động cơ qua bộ truyền đai, để phân phối tỉ số truyền cho các trục còn lại ta sử dụng bộ truyền xích, xích truyền qua các bánh xích có tỉ số truyền là: a:b:c:d = 4:4:3:3 Để các cặp trục cùng tốc độ quay ngược chiều ta sử dụng 2 bánh trung gian la e và f như hình 2.3

Hình 2 3 Sơ đồ nguyên lí phương án dùng bộ truyền xích

Các bộ truyền dễ tìm nên giá thành thấp

Yêu cầu độ chính xác trong lắp ráp không cao

Vì vận tốc tức thời của các điểm truyên bộ truyền xích khác nhau nên gây sai số khi hoạt động, nên độ tin cậy không cao

Vì có thêm 2 bánh trung gian nên bộ truyền phức tạp

Kết luận : Đối với 3 phương án này thì phương án thứ 1 là phương án tối ưu nhất

Vì cơ cấu đơn giản, giá thành sản xuất thấp, dễ dàng điều chỉnh khi lắp vào

→ Vậy ta chọn phương án thứ 1.

Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

2.2.1 Chọn động cơ Để chọn động cơ điện, ta cần tính công suất yêu cầu trên trục động cơ: ct yc

- P : công suất trên trục công tác Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

- F : lưc kéo lô cán cam

- v :vận tốc của lô cán cam

Chọn hiệu suất sơ bộ các bộ truyền và ổ lăn theo bảng 2 - 1 (TKCTM)/ 27 * ta chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:

- Hiệu suất của ổ lăn (bộ truyền được che kín ) 1 = 0,99

- Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ (bộ truyền được che kín ) 2 = 0,96

- Hiệu suất bộ truyền đai (bộ truyền được che kín) 3= 0,90

- Hiệu suất bộ truyền nối trục 4= 1

- Hiệu suất của hệ thống là :

 Công suất yêu cầu của động cơ là :

0.73 = 0,029 𝐾𝑤 tra bảng 2P [I]/323 ta chọn được động cơ có ký hiệu AO2(AO2π2)11-4 Các thông số của động cơ như sau:

P= 0.6 (Kw); khối lượng động cơ: m = 15(kg); n = 1350(vg/ph);  = 72%

2.2.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỷ số truyền động chung: i= ndc/nlô ép 50/5 = 270 i= ibn1.ibn2.ibt.id

✓ Ibn1: Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh 1

✓ ibn2: Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh 2

✓ ibt : Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm

✓ id2: Tỷ số truyền của bộ truyền đai sau hộp giảm tốc

 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động Để tạo điều kiện bôi trơn các bộ truyền bánh răng trông hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu, ta chọn ibn= ( 1.2 ÷1.3) ibt

Chọn ibn1= 6, ibn2=5 do đó ibt=4.5

Số vòng quay trên trục 2 là:

Số vòng quay trên trục 3 là:

Số vòng quay trên trục 4 là:

Số vòng quay trên trục 5 ( Trục công tác) là:

Công suất trên các trục:

P5= P4.1.3 = 0,99 2 0,9= 0.021 KW Mômen xoắn trên các trục:

5 = 40110 𝑁 𝑚𝑚 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

Bảng 2 1 Ta lập được bảng kết quả tính toán sau

Trục đông cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục 4 Trục công tác i 1 6 5 4,5 2 n( vòng/phút) 1350 1350 225 145 10 5

Tính toán thiết kế các bộ truyền

2.3.1 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ, răng thẳng cấp nhanh ( i=6)

2.3.1.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Bánh nhỏ: Thép 45 thường hóa: b1 = 600 MPa, ch1 = 300 MPa, độ rắn 170÷220 HB, Chọn HB1 = 170 (HB) ( gỉa sử phôi có đường kính nhỏ hơn 100 mm)

Bánh lớn : Thép 35 thường hóa: b2= 500 MPa ;ch2 = 260 MPa, độ rắn 140

 190 HB : Chọn HB2 = 150 (HB) ( giả sử đường kính phôi từ 100÷300 mm)

2.3.1.2 Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép

1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Trường hợp bộ truyền làm việc với tải trọng rung động nhẹ nên số chu kì làm việc của bánh lớn N2 tính theo Công thức (5.19) (Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy của tác giả Trịnh Chất )ta có:

- u : số lần ăn khớp của răng trong một vòng quay Nên ta có u =1

- n :số vòng quay của bánh răng đang xét (vg/ph)

- t  : tổng số giờ làm việc (h)

Do vậy với thời gian làm việct  = 5.365.8.2= 29200 (h)

Nên số chu kỳ làm việc của bánh lớn N 2 `.225.292009,42.10 7 N 0 7 Đương nhiên là số chu kỳ làm việc của bánh nhỏ

Vì N 1 và N 2 đều lớn hơn số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc và đường cong mỏi uốn nên với bánh nhỏ và bánh lớn đều lấy Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động

, = N N k k Ứng suất tiếp xúc cho phép :

Lấy trị số nhỏ   tx 2 90N/mm 2 để tính toán

2 Ứng suất uốn cho phép

Vì bộ truyền làm việc hai chiều ,răng chịu ứng suất uốn thay đổi theo dấu ( 3-6 TKCTM)

Hệ số an toàn n=1,5 ( Đối với bánh răng bằng thép rèn hoặc thép cán thường hóa)

Hệ số tập trung ứng suất chân răng đối với bánh răng bằng thép thường hóa hoặc tôi cải thiện

Giới hạn mỏi uốn của thép trong chu kỳ mạch động và chu kì đối xứng

Giới hạn mỏi của bánh nhỏ:  − 1 =0,43.600%8(N/mm 2 )

Giới hạn mỏi của bánh lớn :  − 1 =0,43.500!5(N/mm 2 )

Vậy: Ứng suất uốn cho phép trên bánh nhỏ là:

 Ứng suất uốn cho phép trên bánh lớn là:

2.3.1.3 Sơ bộ lấy hệ số tải trọng K= K tt K đ =1,3

2.3.1.4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng

 A Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy vắt cam tự động 2.3.1.5 Xác định sơ bộ khoảng cách trục

Trong đó : K - Hệ số tải trọng

2.3.1.6 Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Vận tốc vòng của bánh răng trụ

𝑣 = 2𝜋 58.1350 60.1000 (6 + 1)= 1,17 𝑚/𝑠 Tra bảng 3-11(TK CTM) chọn cấp chính xách chế tạo bánh răng là cấp 9

2.3.1.7 Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A

Hệ số tải trọng K được tính theo công thức ( 3-19 TK CTM) tt K đ

K Do cả hai bánh đều có HB