LỜI MỞ ĐẦUĐặt vấn đề: Sản xuất và thiết kế máy móc đóng vai trò thiết yếu trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa của một quốc gia, không chỉ là thước đo cho sự phát triển mà còn
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Nguồn gốc xuất xứ hạt Macca
Hạt Mắc ca, có nguồn gốc từ các khu rừng nhiệt đới Úc, đã được biết đến từ hàng nghìn năm trước Các thổ dân Úc đã sử dụng hạt Mắc ca không chỉ như một nguồn thực phẩm quý giá mà còn như một loại thuốc, với tên gọi 'Kindal kindal'.
Vào giữa thế kỷ 19, cây Mắc ca được giới thiệu ra ngoài Úc và vào năm 1882, cây được chuyển đến Hawaii để trồng làm vật chắn gió cho các đồn điền mía Hạt Mắc ca nhanh chóng nổi bật nhờ hương vị ngọt ngào và giá trị dinh dưỡng cao.
Vào những năm 1960, cây Mắc ca đã được du nhập vào Châu Âu và nhanh chóng trở thành một trong những loại hạt có giá trị nhất Hiện nay, Mắc ca không chỉ được trồng tại Úc mà còn ở nhiều quốc gia khác như Mỹ, Nam Phi, và một số nước nhiệt đới, bao gồm cả Việt Nam Hạt Mắc ca ngày càng được ưa chuộng trên toàn thế giới nhờ hương vị thơm ngon và nhiều lợi ích sức khỏe mà nó mang lại.
Công dụng hạt Mắc ca
Hạt Mắc ca (Macadamia) nổi bật không chỉ nhờ hương vị thơm ngon mà còn nhờ vào nhiều lợi ích sức khỏe đáng kể Dưới đây là những công dụng chính của hạt Mắc ca mà bạn nên biết.
Hạt Mắc ca là nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng, cung cấp nhiều protein, chất béo không bão hòa và các vitamin thiết yếu như B1, B2, B3 và E Ngoài ra, hạt còn chứa các khoáng chất quan trọng như magiê, canxi, sắt và kẽm, hỗ trợ sức khỏe toàn diện.
Hạt Mắc ca rất tốt cho sức khỏe tim mạch nhờ vào hàm lượng cao axit béo không bão hòa đơn, giúp giảm cholesterol xấu (LDL) và tăng cholesterol tốt (HDL) Việc này hỗ trợ duy trì một trái tim khỏe mạnh.
Hạt Mắc ca giàu hợp chất chống oxy hóa, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do, từ đó giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính.
Hạt Mắc ca hỗ trợ giảm cân hiệu quả nhờ vào hàm lượng chất xơ và protein cao, giúp tạo cảm giác no lâu hơn mặc dù chúng có chứa calo Việc tiêu thụ hạt Mắc ca có thể góp phần vào việc kiểm soát cân nặng một cách hiệu quả.
- Tốt cho não bộ: Các axit béo omega-3 và omega-6 có trong hạt Mắc ca có thể hỗ trợ chức năng não bộ và cải thiện tâm trạng.
Dầu hạt Mắc ca là một thành phần phổ biến trong các sản phẩm chăm sóc da nhờ khả năng giữ ẩm và làm mềm da hiệu quả Ngoài ra, dầu này còn giúp giảm viêm và kích ứng da, mang lại làn da khỏe mạnh và mịn màng.
- Hỗ trợ tiêu hóa: Hạt Mắc ca chứa chất xơ, giúp cải thiện chức năng tiêu hóa và hỗ trợ sức khỏe đường ruột.
- Tăng cường sức khỏe xương: Hạt Mắc ca chứa canxi và magiê, hai khoáng chất quan trọng cho sự phát triển và duy trì sức khỏe xương.
Hạt Mắc ca là nguyên liệu tuyệt vời cho nhiều món ăn, từ đồ ăn nhẹ, bánh kẹo đến salad và món chính, không chỉ mang lại hương vị thơm ngon mà còn cung cấp giá trị dinh dưỡng cao.
Hình 1 2 : Thành phần dinh dưỡng hạt Mắc ca
Quy trình sản xuất hạt Mắc ca
Quy trình sản xuất hạt Mắc ca thường bao gồm các bước chính như sau:
- Thu hoạch: Hạt Mắc ca được thu hoạch từ cây khi trái chín.
Sau khi thu hoạch, lớp vỏ xanh được tách bỏ trong vòng 24 giờ để đảm bảo chất lượng hạt Quy trình này giúp duy trì độ tươi và giá trị dinh dưỡng của hạt.
Hình 1 3 : Thành phần tách vỏ của hạt Mắc ca xanh
- Sấy chín: Hạt Mắc ca được sấy chín ở nhiệt độ từ 100 – 120 độ C trong khoảng 40-
60 phút Đây là bước quan trọng để hạt giữ được độ giòn và béo.
Hình 1 4 : Hạt Mắc ca được sấy khô bằng khí nóng
- Sấy khô: Sau khi sấy chín, hạt sẽ được sấy khô trong khoảng 10-15 tiếng để đạt độ ẩm từ 10-13%, giúp bảo quản lâu hơn.
Hình 1 5 : Hạt Mắc ca sau khi sấy
- Tách vỏ cứng: Hạt Mắc ca sẽ được tách đôi lớp vỏ cứng bên ngoài, thường thực hiện bằng tay hoặc bằng máy.
Hạt Mắc ca được đóng gói cẩn thận trong bao bì phù hợp như hộp hoặc bao bì màng ghép phức hợp Sau đó, sản phẩm sẽ được dán tem nhãn để sẵn sàng cho quá trình vận chuyển và tiêu thụ.
- Bảo quản: Hạt Mắc ca cần được bảo quản đúng cách để duy trì chất lượng và hương vị trong thời gian dài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đặc điểm của quả Mắc ca
Cây mắc ca thường nở hoa vào cuối tháng 2 và đầu tháng 3, trong khi thời gian thu hoạch hạt diễn ra từ tháng 4 đến tháng 7 Giai đoạn từ khi ra hoa đến khi kết trái kéo dài, và hạt mắc ca chín không đồng đều, dẫn đến thời gian thu hoạch khác nhau Khi chín, hạt sẽ chuyển từ màu xanh sang nâu đen, vỏ khô và có vết nứt, sau đó quả sẽ rơi xuống đất.
Hạt mắc ca nổi bật với hương vị thơm ngon, bổ dưỡng và giòn, được mệnh danh là “Nữ hoàng của các loại hạt” Chúng chứa lượng axit béo bão hòa rất nhỏ và hoàn toàn không có cholesterol, mang lại lợi ích sức khỏe đáng kể Ngoài ra, hạt mắc ca còn được sử dụng trong lĩnh vực làm đẹp, đặc biệt là dầu mắc ca với hàm lượng axit Omega-7 Palmitoleic lên tới 22%, được xem như một nguyên liệu cao cấp thay thế cho dầu dâu tằm, góp phần chăm sóc và cải thiện làn da cho phái đẹp.
Khảo sát kích thước cơ bản của hạt Mắc ca
Bảng 2 1 : Khảo sát kích thước của hạt Mắc ca
Hình 2 2 : Khảo sát hạt Mắc ca
Sơ lượt về một số loại máy Mắc ca
2.1.1 Máy Mắc ca công suất nhỏ
- Tách và nứt trên cùng 1 máy
- Thích hợp cho các ứng dụng trong nước và thương mại lên đến 100 cây, hoặc như là 1 kiểm tra chất lượng cho các đồn điền lớn hơn.
- Không cần phân loại hạt trước.
Hì nh 2 3 : Máy Mắc ca công suất nhỏ
2.1.2 Máy Mắc ca công suất vừa
- Tách và nứt trên cùng 1 máy
- Dựa trên công nghệ tương tự như máy công suất nhỏ, sử dụng dao thép cứng để đạt được 65% hoặc cao hơn.
- Có thêm phễu chứa hạt lớn hơn.
Hình 2 4 : Máy Mắc ca công suất vừa 2.1.3 Máy Mắc ca công suất lớn
- Được cung cấp bằng động cơ điện hoặc máy kéo cho phép nó được vận hành trong vườn cây hoặc nhà kho chế biến
- Cổng đầu vào có thể chỉnh cho các loại hạt có đường kính từ 20mm đến
Hình 2 5 : Máy Mắc ca công suất lớn
Hình 2 6 : Tách vỏ ngoài 300kg/h
Hình 2 7 : Máy tách vỏ 100kg/h
Hình 2 8 : Máy tách vỏ xanh
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Các nguyên lý máy tách vỏ hạt mác ca hiện đang được áp dụng phổ biến trên thị trường Việc so sánh và đánh giá các phương pháp này giúp lựa chọn giải pháp tối ưu nhất cho đề tài nghiên cứu.
Các phương án để thiết kế máy tách hạt Mắc ca
Hiện nay, thị trường máy tách hạt macca rất đa dạng, chủ yếu chia thành hai loại: máy tách hạt macca công suất nhỏ, lý tưởng cho chế biến với số lượng ít, và máy tách hạt macca công suất lớn, phù hợp cho quy trình chế biến quy mô lớn.
3.1.1 Phương án 1 : Kìm tách hạt Mắc ca
Sản phẩm này, thường được các hộ gia đình và trang trại nhỏ sử dụng, có thiết kế đơn giản và hiệu quả Người dùng có thể dễ dàng tách hạt Mắc ca bằng cách sử dụng lực thông qua kìm tách hạt, với hai má kẹp hỗ trợ quá trình này.
Hình 3 1 : Kìm tách hạt bằng hợp kim nhôm Ưu điểm :
- Giá của kìm tách hạt Mắc ca khá phải chăng, dao động từ 55.000 đến 250.000 VNĐ.
- Bạn có thể dễ dàng tìm mua tại các cửa hàng ống nước PVC hoặc trên các trang thương mại điện tử như Shopee, Lazada, v.v.
- Sản phẩm chỉ phù hợp cho việc sử dụng trong gia đình.
- Việc tách hạt tốn khá nhiều thời gian và công sức.
- Hạt sau khi tách có thể bị sứt mẻ và không còn nguyên vẹn.
3.1.2 Phương án 2 : Bàn dập tách hạt Mắc ca
Công cụ tách hạt Mắc ca là một thiết bị nhỏ gọn, lý tưởng cho các gia đình, bao gồm hai bộ phận chính: cơ cấu giữ hạt và thanh gạt, giúp tạo ra lực ép mạnh mẽ để tách hạt một cách hiệu quả.
Hình 3 2 : Bàn dập tách vỏ hạt Mắc ca Ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng.
- Tiết kiệm thời gian nhưng vẫn có thể bóc tách đủ số lượng hạt Mắc ca cho nhu cầu gia đình.
- Giá thành công cụ dao động từ 500.000 đến 950.000 VNĐ.
- Chỉ phù hợp cho nhu cầu sử dụng trong gia đình, không đáp ứng được số lượng lớn.
- Nhân hạt Mắc ca có thể bị bể hoặc nứt nếu bị ép quá mạnh.
3.1.3 Phương án 3: Máy tách hạt Mắc ca dùng bánh đà quay
Máy này rất phổ biến tại Việt Nam nhờ công suất lớn Khi người vận hành quay bánh đà, lực dập được sinh ra và tác động lên hạt Mắc ca được cố định trên bàn ép Lực này sẽ làm vỡ hạt thông qua một đường chẻ do lưỡi dao của máy tạo ra.
Hình 3 3 : Bàn dập tách vỏ hạt Mắc ca
- Máy tạo ra đường chẻ đẹp mắt, giúp hạt vẫn giữ nguyên vẹn sau khi cắt.
- Công suất lớn và dễ dàng vận hành.
- Năng suất của một người vận hành có kinh nghiệm có thể đạt từ 45 – 75 kg/ngày, rất phù hợp cho các nhà máy chế biến nhỏ và vừa.
- Chi phí đầu tư để mua máy không quá cao, dao động từ 2.900.000 đến 9.800.000 VNĐ.
- Tốn chi phí nhân công do phải tách từng hạt một.
- Người vận hành cần có kiến thức chuyên môn để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng.
3.1.4 Máy cắt, xẻ rãnh hạt Mắc ca có lưỡi cưa tự động.
Máy này, mặc dù chưa phổ biến ở Việt Nam, sở hữu tiềm năng lớn cho tương lai Với khả năng hoạt động tự động, nó có thể cưa hoặc làm nứt vỏ hạt một cách hiệu quả.
Hình 3.4 : Máy cắt, xẻ rãnh hạt Mắc ca có lưỡi cưa tự động vỏ hạt Mắc ca Ưu điểm:
- Máy hoạt động tự động và được trang bị nhiều lưỡi cưa nhỏ.
- Năng suất sản xuất đạt từ 750 đến 1200 kg/ngày.
- Giúp giảm chi phí sản xuất, tạo ra lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp.
- Do sử dụng lưỡi cưa nhỏ, nhân hạt có thể bị dính mùn cưa.
- Nhân hạt cũng có khả năng bị cắt phải do quá trình cưa.
- Chi phí đầu tư ban đầu cho một máy thường khá cao, dao động từ 65.000.000 đến145.000.000 VNĐ.
Kết luận
Sau khi đánh giá bốn phương án, chúng tôi nhận thấy phương án 4 nổi bật với nhiều ưu điểm và tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai Do đó, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án này và cam kết nỗ lực khắc phục nhược điểm lớn nhất của nó, đó chính là vấn đề giá thành.
Xây dựng ý tưởng
3.3.1 Mục đích của việc thiết kế
Nghiên cứu và phát triển máy tách vỏ hạt Mắc ca đã giúp chúng em có cái nhìn sâu sắc về lĩnh vực cơ khí và mở rộng kiến thức về điện tử, cơ điện và chế tạo Hoạt động chế tạo máy không chỉ mang lại cơ hội học tập và nghiên cứu có hệ thống mà còn nâng cao sự tự tin của chúng em khi bước vào môi trường làm việc thực tế.
Với nhu cầu thực phẩm ngày càng tăng ở Việt Nam, sản lượng hạt Mắc ca cũng gia tăng, dẫn đến việc cần nhiều nhân công cho quá trình chế biến, tốn thời gian Do đó, phát triển máy tách vỏ Mắc ca nhỏ gọn, giá hợp lý nhưng hiệu quả cao là cần thiết Hiện tại, thị trường có một số máy tách vỏ hạt Mắc ca, nhưng chúng thường có giá cao và kích thước lớn, trong khi người tiêu dùng cần sản phẩm chi phí thấp hơn Ý tưởng của chúng tôi là tạo ra máy tách vỏ hạt Mắc ca nhỏ gọn, dễ di chuyển với kích thước 60cm x 34cm x 123cm, sử dụng vật liệu sắt đảm bảo an toàn trong công nghiệp.
Việc chế tạo máy bóc vỏ hạt Mắc ca không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ quy trình sản xuất mà còn nâng cao khả năng tổ chức và quản lý, từ đó tối ưu hóa hiệu quả kinh tế Dự án này tạo cơ hội cho sinh viên kết nối lý thuyết với thực tiễn, mang lại kinh nghiệm quý báu và nâng cao trình độ kỹ thuật, giúp giải quyết các vấn đề phức tạp trong sản xuất.
3.3.2 Yêu cầu nhiệm vụ các bước thiết kế
Trước khi tiến hành thiết kế và sản xuất máy, việc khảo sát thị trường để đánh giá nhu cầu và thói quen của người dùng là rất cần thiết Điều này giúp xác định rõ ràng nhu cầu của thị trường, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng đúng mong đợi của khách hàng.
Sau khi xác định nhu cầu, chúng ta sẽ xây dựng một hệ thống tối ưu bằng cách phân tích kỹ lưỡng các lợi ích và hạn chế của từng đề xuất Để hỗ trợ thiết kế, chúng ta sẽ áp dụng các phần mềm như AutoCAD và SolidWorks để tạo ra các bản thiết kế chính xác và hiệu quả.
Yêu cầu cơ khí
Thiết kế cần nhỏ gọn và phù hợp với nhu cầu học tập, nghiên cứu trong tương lai Bên cạnh đó, các thiết bị lắp đặt nên được bố trí thuận tiện để dễ dàng bảo trì, thay thế và nâng cấp hiệu quả.
Yêu cầu về điện
Các thiết bị điều khiển cần đảm bảo hoạt động chính xác và có thời gian phản hồi nhanh Sự phổ biến trên thị trường của chúng cũng rất quan trọng, giúp thuận lợi cho việc sửa chữa và nâng cấp trong tương lai.
Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy
Hạt macca được lựa theo kích thước từ 21,5 mm đến 23.5 mm
Hạt macca được cấp vào mâm xoay lấy cấp hạt.
Mâm xoay di chuyển đưa hạt macca đến vị trí kẹp định vị.
Tại vị trí kẹp định vị cơ cấu xy lanh kẹp giữ hạt đúng vị trí dao cắt tách hạt
Cơ cấu cam tạo lực ép từ trên xuống chẻ hạt thành 2 nửa.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY TÁCH VỎ HẠT MẮC CA
Phần tính toán
Tốc độ động cơ : n(r/min)
Từ thông số trên chọn động cơ Motor bước số hiệu PK564AW-A44
Hình 4.1: Động cơ Motor bước số hiệu PK564AW-A44
Vận tốc quay(vg/ph)
Hệ số công suất cosα
4.1.2 Xác định lực tách hạt Mắc ca và năng suất làm việc
Xác định lực tách hạt.
Ta tính lực của xy lanh MCQV-11-50-100M
Trong đó: P là áp suất đầu vào (N/m 2 )
S là tiết diện của piston (m 2 )
F là lực của xy lanh (N) Áp suất khí nén đầu vào của xy lanh p = 6 (bar)
Nhưng áp suất tuyệt đối tính cả áp suất khí quyển là 1atm (≈ 1 (bar)) Vậy ta trừ đi áp suất khí quyển là p = 6 – 1 = 5 (bar)
Và tiết diện xy lanh D = 50 (mm)
Diện tích S của piston là:
Ta có cánh tay đòn cửa lực d = 120 (mm) = 0,12 (m)
Vậy ta suy ra được công thức tính tách lực :
Năng xuất làm việc ước lượng 4s/ 1 hạt 10-12kg/1h
- Thông số cơ bản lò xo: Đường kính dây d chọn theo dãy số tiêu chuẩn: từ 0,5 đến 1,6mm cách nhau 0,1mm; 1,8; 2; 2,5; 3; 3,2 3,5; 4; 4,5; 5
Ta có đường kính trung bình lò xo D, đường kính ngoài và đường kính trong là (D+d),(D-d)
Chỉ số của lò xo c = D/d
Số vòng làm việc của lò xo n
Chiều cao (dài) của lò xo H.
-Ứng suất cắt sinh ra do lực cắt F: τ F =F
- Ứng suất cắt lớn nhất: τ max =τ T +τ F 821,6+382,1B03,7MPa15.4/589[1]
Lo xo nén dùng để định vị khoảng cách từ má tì tới đĩa đánh để đảm bảo hạt có thể đánh tốt nhất.
Hình 4 3 : Ổ đỡ vòng bi UCF 205
Bảng 4 1 : Tra thông số kỹ thuật ổ đỡ vòng bi UCF
Dựa vào trục ∅ 25 chọn ổ đỡ UCF 205.
Công suất trên trục là:
Số vòng quay trên trục 1 là: n=n dc u x i0
Momen xoắn trên trục truyền động là:
230 a867,4(Nmm)Kiểm nghiện hệ số an toàn:
Q: Tải trọng phá hỏng xích (N)
D 0 : Đường kính vòng chia p : Bước xích (mm)
F t : Lực vòng tác dụng lên xích (N) k = 1,5 hệ số làm việc
S = 1,8 ≤ 50 hệ số an toàn của xích là 7 tra bảng 16-7/65 [3]
Khớp nối xích có đường kính trục từ 18 đến 125 mm, với các đĩa được gắn lên trục qua mối ghép then Tuy nhiên, do có khe hở giữa xích và răng đĩa, khớp nối này không thích hợp cho các ứng dụng có tải trọng va đập lớn trong hệ truyền động quay hai chiều.
Chúng tôi đã lựa chọn khớp nối xích do cấu trúc của nó bao gồm hai đĩa xích, với bề mặt răng được thiết kế để giảm thiểu sự phân tán mỡ Thêm vào đó, việc sử dụng vỏ bảo vệ bằng hợp kim nhôm góp phần nâng cao tuổi thọ làm việc của xích.
Chúng em đã chọn A4988 Driver và động cơ bước Arduino cho dự án A4988 là trình điều khiển động cơ bước vi bước, giúp điều khiển động cơ bước lưỡng cực một cách dễ dàng nhờ vào bộ tích hợp sẵn Với A4988, việc điều khiển động cơ bước được thực hiện qua hai chân từ bộ điều khiển, trong đó một chân điều khiển hướng quay và chân còn lại điều khiển bước quay.
Arduino là một nền tảng mạnh mẽ cho việc điều khiển các thành phần khác nhau, cho phép nhận tín hiệu từ cảm biến để điều khiển động cơ, đèn và nhiều thiết bị khác Nó cũng hỗ trợ kết nối với nhiều module khác nhau, mở rộng khả năng ứng dụng của mạch.
Phần mềm lập trình cho Arduino là phần mềm IDE
Hình 4 6 : Vi điều khiển Arduino
Thông số kỹ thuật của Arduino:
Hình 4 7 : Thông số kĩ thuật của Arduino
4.1.4 Chọn hệ thống khí nén:
Chọn các xi lanh: MCQV-11-50-100M
Sơ đồ hoạt động hệ thống khí nén:
Hình 4 8 : Sơ đồ hoạt động của hệ thống khí nén
Hình 4 9 : Cơ cấu hoạt động của hệ thống khí nén
Phần điện
4.2.1 Tính toán và chọn Contactor
Từ công suất điện trở nhiệt ta tính ra dòng điện định mức khi làm việc ổn định I = P
1,73.U.0 85 Ở đây ta sử dụng 3 điện trở nhiệt cho 1 tiếp điểm chính contactor nên
Ta chọn Ict = Idm Hệ số khởi động lấy Ict = 1,2- 1,4 Idm
Ta chọn dòng điện làm việc từ 15 (A) trở lên. Để chọn dòng điện phù hợp thông thường ta tính như sau:
=> Chúng ta chọn dòng contactor cao hơn 31,53 (A) để contactor được làm việc lâu dài Ở đây ta chọn contactor dòng 32 (A).
Hình 4 10 : Contactor ba pha dòng 32A
Rơ-le là một thiết bị điện có chức năng như một công tắc với hai trạng thái cơ bản là ON và OFF Trạng thái của rơ-le sẽ chuyển đổi giữa ON và OFF dựa vào sự hiện diện của dòng điện chạy qua nó.
Hình 4 11 : Rơle và đế rơle trung gian 24V
Thiết kế các chi tiết máy
4.3.1 Bộ phận mâm xoay lấy hạt
Hình 4 12 : Mâm xoay lấy hạt
Dựa trên các khảo sát ban đầu, kích thước trung bình của hạt Mắc ca dao động từ 15-25 mm Từ thông tin này, chúng tôi đã thiết kế các rảnh của mâm xoay để lấy hạt với kích thước phù hợp.
- Kích thước rãnh của mâm xoay cần phải lớn hơn 25mm để hạt có thể dễ dàng rơi vào trong các rãnh.
- Khi mâm xoay quay, hạt macca lăn và rơi vào các rãnh của mâm xoay Kích
4.3.2 Bộ phận lồng xoay lấy hạt
Hình 4 13 : Lồng xoay lấy hạt.
Thiết kế lồng xoay lấy hạt có đường kính lớn hơn mâm xoay một khoảng thích hợp, giúp mỗi rãnh di chuyển hạt macca đến ống dẫn hướng Ống dẫn hướng có đường kính trong 30mm lớn hơn hạt macca, được bố trí để dẫn hướng hạt rơi vào vị trí tách hạt một cách chính xác.
4.3.3 Bộ phận tay kẹp hạt
Thiết kế tay kẹp hạt Macca giúp giữ hạt tại vị trí tách vỏ, hỗ trợ dao tách vỏ chính xác và hiệu quả Tay kẹp được gắn cố định ở lỗ giữa, trong khi lỗ còn lại kết nối với ổ bi, giảm ma sát với cam đẩy tay kẹp Tay kẹp hoạt động nhờ cam đẩy, kẹp chặt hạt và mở ra khi dao tách vỏ hoạt động.
Tay kẹp hạt có chức năng giữ chặt hạt Macca tại vị trí tách, vì vậy việc thiết kế phần kẹp và bố trí tay kẹp sao cho kẹp chính giữa hạt là rất quan trọng, nhằm ngăn chặn tình trạng hạt rơi ra ngoài vị trí tách.
Dựa trên kích thước của hộp máy và đĩa đánh, chúng tôi đã thiết kế trục theo các tiêu chí sau:
- Trục phải có khả năng chịu khối lượng của đĩa và được trang bị then để gắn chặt với đĩa đánh.
- Mô-men xoắn cần thiết để chịu lực khi đĩa đánh thực hiện quá trình tách vỏ hạt Mắc ca.
- Mô-men sinh ra từ khớp nối xích khi kết nối với động cơ.
Chúng tôi đã chọn trục quay có đường kính 30mm và chiều dài 214mm để đáp ứng yêu cầu thiết kế Hai đầu trục được tiện xuống còn 12mm nhằm cố định và lăn trên hai ổ đỡ gắn ở hai bên hông của hộp máy Đầu trục dẫn hướng dài 82,5mm được kết nối với động cơ xoay qua khớp nối xích Thiết kế này đảm bảo trục hoạt động ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành máy.
4.3.5 Bộ phận ống lót trục
Hình 4 16 : Ống lót trục Ống lót trục mà chúng tôi thiết kế cần đáp ứng các yêu cầu sau:
Độ dày ống lót cần đạt từ 7-10mm để đảm bảo rằng khi đĩa đánh hoạt động, ống lót sẽ ngăn chặn sự di chuyển của đĩa theo chiều dọc trục.
- Độ chính xác của đường kính trong phải có sai lệch không vượt quá 0,2mm.
Ống lót sẽ được cố định tại một vị trí bằng ốc bấm lục giác không đầu, giúp giữ cho đĩa đánh ổn định.
Thiết kế này sẽ đảm bảo ống lót hoạt động hiệu quả và an toàn trong quá trình vận hành.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM THI CÔNG
Quy trình nguyên công
5.1.1 Nghiên cứu chi tiết gia công a) Kết cấu và yêu cầu của chi tiết.
- Chi tiết có hình dạng điển hình là dạng trụ bậc với lỗ và trụ có lỗ bậc.
Bề mặt làm việc chính của chi tiết là lỗ trụ có đường kính ỉ20, hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp, thường xuyên chịu va đập Do đó, bề mặt này cần phải có khả năng chống ma sát lớn và chịu được dao động tốt.
- Đây là một bộ phận quan trọng dùng để dẫn hướng cho dao tách hạt Mắc ca.
Chi tiết chủ yếu thực hiện chuyển động tịnh tiến để dẫn hướng cho dao, đồng thời đứng yên để chịu tải động từ mâm xoay Do đó:
- Chi tiết sẽ phải chịu sự mài mòn ở bề mặt trụ trong do ma sát với dao.
- Chi tiết phải chịu lực ép dọc theo trục và momen xoắn.
- Bề mặt tiếp xúc cần đảm bảo độ nhám phù hợp.
- Chi tiết phải chịu tải nhỏ nhưng thường xuyên phải đối mặt với va đập.
Trụ cú đường kính ỉ20H7 được thiết kế để hoạt động trong môi trường có nhiệt độ thấp, có khả năng chịu va đập và ma sát lớn Chi tiết này cũng cần đảm bảo khả năng chịu lực quay tốt và độ cứng vững cao để chống lại dao động.
Độ đồng tâm giữa các đoạn trục là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động Đối với các trục có đường kính 136 và 165, độ lệch tâm cho phép nằm trong khoảng 0,05 đến 0,1 mm Ngoài ra, độ sai lệch cho phép cũng được xác định trong khoảng 0,1 đến 0,2 mm, giúp duy trì sự ổn định và độ chính xác trong quá trình vận hành.
Tại trụ ỉ20, yêu cầu về độ nhám bề mặt làm việc là Rz = 3,2 àm, tương ứng với độ nhám cấp 8 Phân tích chức năng làm việc theo các thông số kỹ thuật là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Trục ỉ20 cấp chớnh xỏc cấp 7 o Độ nhỏm Rz = 3,2 àm o Độ búng Ra = 2,5 àm o Độ nhám cấp 8
Phương pháp gia công tiện thô và tinh.
5.1.2 Phương pháp chế tạo và chọn phôi Để chế tạo phôi dạng trục, có nhiều phương pháp khác nhau như rèn, dập nguội, đúc, cán nóng, v.v Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, vì vậy cần phải xem xét kỹ lưỡng trước khi lựa chọn phương pháp phù hợp nhằm đạt được hiệu quả tối ưu về chất lượng sản phẩm và tính kinh tế. a) Vật liệu:
Ta chọn vật liệu phôi là thép C45.
Mác thép C Si Mn P max
Mác thép Giới hạn bền Độ cứng Độ dãn dài tương đối
Bảng 5.2: Cơ tính thép C45 o Các tính chất của thép C45
Để đảm bảo hiệu suất làm việc của máy móc, các chi tiết cần có độ bền cao nhằm chịu được tải trọng tĩnh, hoặc giới hạn chảy cao để ngăn ngừa biến dạng trong quá trình lắp ghép.
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình làm việc, các chi tiết cần có độ dai va chạm đủ lớn nhằm chịu được tải trọng động Điều này giúp tránh hiện tượng gãy vỡ đột ngột, đặc biệt trong các tình huống khởi động hoặc dừng máy đột ngột khi các chi tiết va chạm vào nhau.
- Cần có tính công nghệ tốt trong trạng thái gia công, đặc biệt là trong quá trình gia công gọt.
5.1.3 Chọn phôi a) Phôi cán nóng.
Cán là quá trình gia công phôi ở nhiệt độ cao, trong đó phôi được đưa qua khoảng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau Quá trình này tạo ra lực tác động, khiến phôi bị biến dạng, giảm chiều dày và tăng chiều dài một cách hiệu quả.
Ví dụ: Từ mặt cắt hình vuông trở thành tròn (cán ống).
Hình 5.2: Mô phỏng phương pháp cán nóng
Phôi cán nóng có những đặc điểm sau:
- Có cấp độ chính xác 12 ÷ 14 ta chọn cấp 13.
- Với phương pháp cán thường có cấp độ nhám bề mặt là 3 với R z `μm.
- Sai lệch giới hạn trên là 0,4 mm.
- Sai lệch giới hạn dưới là -0,5 mm.
Quy trình cán phôi mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm hình dạng phôi sau khi cán gần giống với chi tiết cuối cùng, giúp giảm thiểu lượng dư gia công và nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm Ngoài ra, năng suất sản xuất cao và khả năng tự động hóa, cơ khí hóa dễ dàng cũng là những lợi thế quan trọng của phương pháp này.
Nhược điểm: o Cần phải đầu tư vào máy móc lớn. o Phương pháp cán thường chỉ phù hợp cho sản xuất hàng loạt hoặc hàng khối. b) Phôi dập thể tích.
Rèn khuôn, hay còn gọi là dập thể tích, là phương pháp gia công kim loại bằng cách sử dụng áp lực để tạo hình Trong quá trình này, kim loại sẽ bị biến dạng hạn chế trong lòng khuôn dưới tác động của lực đập, giúp tạo ra các sản phẩm có hình dạng và kích thước chính xác.
Hình 5.3: Sơ đồ dập thể tích a Khi chưa dập; b Khi dập; 1 Khuôn trên; 2 Khuôn dưới; 3 Phôi; 4 Rãnh bavia; 5.
Nguyên lý của quá trình dập là nửa khuôn dưới được cố định với đe trên, trong khi nửa khuôn trên thực hiện dập Phôi được đặt vào nửa khuôn dưới và dưới tác động của lực đập, phôi sẽ bị biến dạng theo hình dạng của khuôn Kim loại thừa sẽ chảy vào các rãnh, tạo ra ba via cho sản phẩm rèn.
Đặc điểm của phôi rèn khuôn:
Phôi được sản xuất bằng phương pháp rèn khuôn thường được chia thành hai loại chính theo độ chính xác: cấp I, với độ chính xác cao, và cấp II, với độ chính xác trung bình.
- Phương pháp dập thể tích mang lại năng suất cao.
- Chi tiết sau khi dập có hình dạng tương tự như chi tiết cuối cùng.
- Lượng dư gia công của chi tiết rất ít, giúp bề mặt đạt chất lượng tốt.
- Quy trình thao tác đơn giản.
- Quá trình tự động hóa diễn ra thuận lợi.
- Với Cần đầu tư vào máy móc và khuôn mẫu lớn.
- Thường được áp dụng trong sản xuất hàng loạt.
Cả hai phương pháp gia công áp lực đều mang lại nhiều lợi ích, bao gồm năng suất cao, lượng dư gia công tối thiểu, hình dạng sản phẩm gần giống với chi tiết cuối cùng, và bề mặt sản phẩm đạt chất lượng tốt.
• Khi lựa chọn phôi, cần xem xét các yếu tố sau:
- Loại vật liệu và tính chất cơ học của nó.
- Kích thước và hình dáng của chi tiết.
- Hình thức sản xuất của chi tiết.
- Độ chính xác và các yêu cầu kỹ thuật.
- Lượng dư gia công tối thiểu.
- Hình dạng gần giống với chi tiết để giảm bớt các công đoạn gia công.
- Chi phí chế tạo hợp lý.
Kết luận: Qua việc phân tích hai phương pháp phôi, bao gồm phôi cán nóng và phôi dập thể tích (rèn khuôn), chúng tôi nhận thấy rằng phương pháp phôi dập thể tích là lựa chọn tối ưu nhất cho quy trình sản xuất.
Phù hợp cho sản xuất hàng loạt.
Vật liệu C45 là lựa chọn lý tưởng cho phương pháp này.
Hình dạng phôi đơn giản, thích hợp cho quy trình dập.
Chi phí chế tạo thấp, tiết kiệm thời gian và mang lại hiệu quả kinh tế.
Đảm bảo chất lượng chi tiết và các tính chất cơ học đáp ứng yêu cầu chức năng ban đầu. c) Định dạng sản xuất.
Sản lượng của chi tiết gia công được tính hằng năm theo công thức:
Sản lượng hằng năm: N = N t m(1+ β 100 + α ) [ tra cnctm1]
- N : Chi tiết sản xuất trong vòng một năm
- N t : Sản phẩm (số máy) sản xuất trên một năm ( N t = 11000)
- β : Chi tiết được tạo thêm để dự phòng ( β = 6% )
- m : Chi tiết trên một sản phẩm (m =1 )
- Ta tính được thể tích chi tiết:
Hình 5.4 : Bản vẽ thể tích
- Thể tích chi tiết là:
- Trọng lượng của chi tiết:
Khối lượng riêng của thép : γ =7,86 kg/dm 3
Tra bảng sách [1.1] trang 19 ta có sản lượng của chi tiết có khối lượng 0,61 kg 200kg 4 – 200kg
