Thiết kế chế tạo máy thái rau, cỏ phục vụ cho trang trại chăn nuôi

+ Chăn nuôi kiểu công nghiệp với quy trình công nghệ nuôi dưỡng khép kín: Hầu hết thức ăn cho gia súc phải qua sơ chế thái nhỏ bằng máy, yêu cầu máy phải có công suất lớn để chế biến thứ

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước Một trong những chủ trương của Đảng ta hiện nay là công nghiệp hoá nông nghiệp, đưa máy móc thiết bị vào phục vụ nông nghiệp, nhằm nâng cao năng suất và giảm nhẹ sức lao động cho người nông dân

Trước tình hình đó Khoa Cơ khí trường Đại học Thuỷ sản, cụ thể là bộ môn Chế tạo máy đã đưa ra một số đề tài yêu cầu thiết kế một số máy công tác phục vụ nông nghiệp Đây cũng là cơ hội tốt cho sinh viên chế tạo máy sắp tốt nghiệp tổng hợp lại tất cả kiến thức đã học ở trường Đại học và làm quen với công việc của một

kĩ sư chế tạo máy trong lĩnh vực thiết kế chế taọ máy công tác

Tôi được Bộ môn Chế tạo máy – Khoa Cơ khí - Trường Đại học Thuỷ sản giao phó thực hiện Đề tài tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo máy thái rau cỏ phục vụ cho trang trại chăn nuôi” Đề tài gồm các nội dung sau:

1 Tổng quan về tình trạng sản xuất và trang bị cơ giới tại các trang trai chăn nuôi ở Việt Nam và nhu cầu sử dụng thiết bị

2 Chọn phương án thiết kế

3 Tính toán động lực học cho thiết bị

4 Thiết kế các bộ phận của thiết bị

5 Lập quy trình chế tạo các chi tiết tại các xưởng cơ khí của trường

6 Hướng dẫn lắp ráp và sử dụng

Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã cố gắng học hỏi, tìm hiểu tài liệu tham khảo, khảo sát thực tế và sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn, đến nay đề tài đã được hoàn thành Nhưng do năng lực và sự hiểu biết còn hạn chế, nên nội dung của

đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót Tôi rất mong được sự góp ý và chỉ bảo chân thành của thầy cô giáo và các bạn sinh viên để cho đề tài càng hoàn thiện hơn

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn chế tạo máy, khoa Cơ khí, Trường Đại học Thuỷ sản đã giao phó cho tôi đề tài mang tính thực tiễn cao này Tôi xin chân cảm ơn xưởng cơ khí trường đã tạo điều kiện cho tôi quan sát máy thái rau cụ thể hiện có, điều đó đã giúp tôi hoàn thiện ý tưởng thiết kế máy thái rau cỏ đã dự định từ trước

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Ba đã bỏ nhiều thời gian quý giá của thầy để tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi thực hiện thành công đề tài này

Nha Trang, tháng 11 năm 2005 Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Anh Tuấn

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG SẢN XUẤT

VÀ TRANG THIẾT BỊ CƠ GIỚI TẠI CÁC TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM VÀ

NHU CẦU SỬ DỤNG THIẾT BỊ

Chăn nuôi ở nước ta hiện nay đang được đưa lên thành một ngành chính của nền nông nghiệp, nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm ngày càng tăng cũng như yêu cầu về sức kéo và phân bón phục vụ cho trồng trọt

Năng suất chăn nuôi trước hết phụ thuộc vào việc cung cấp đúng đắn thức ăn cho gia súc, gia cầm Việc cung cấp thức ăn đúng đắn có nghĩa là phù hợp với nhu cầu chức năng của gia súc với mức tiêu thụ thức ăn ít nhất nhưng lại cho sản lượng

có ích lớn nhất

Thức ăn ở dạng tự nhiên chưa thể đáp ứng được yêu cầu dinh dưỡng đa dạng theo chức năng và lứa tuổi của gia súc, cho nên phải tiến hành chế biến và thái nhỏ nhằm đáp ứng nhu cầu trên Đồng thời với ngành chăn nuôi hiện nay là chăn nuôi với quy mô lớn theo kiểu trang trại, không còn chăn thả tự nhiên như trước Nên đòi hỏi thức ăn xanh phải được trồng trọt với qui mô lớn và năng suất cao mới đủ lượng thức ăn cho gia súc Các loài cây cỏ trồng năng suất cao hiện nay, thân cây có kích thước lớn và khối lượng lớn nên để đáp ứng nhu cầu tiêu hoá cho gia súc thì phải có một thiết bị máy móc cắt thái thành những đoạn thức ăn có độ dài vừa phải

Từ những yêu cầu bức xúc trên, nên máy thái rau cỏ phục vụ cho trang trại chăn nuôi được thiết kế và chế tạo

Hiện nay, trong lĩnh vực máy công tác phục vụ cho chăn nuôi đã có máy thái rau cỏ Nhưng máy thái rau cỏ phục vụ cho chăn nuôi được sản xuất ở nước ngoài

có giá rất cao không phù hợp với nông dân nước ta Còn ở nước ta máy thái rau cỏ phục vụ cho chăn nuôi hiện có chỉ hoạt động với năng suất nhỏ, khả năng tự động hóa trong khâu tiếp liệu không cao và khả năng điều chỉnh độ dài đoạn cắt thái

không linh hoạt Nên ở nội dung đề tài này, tôi thiết kế chế tạo một máy thái rau cỏ mới, nhưng có nguyên lí cắt giống như những máy hiện có

Để công việc thiết kế được dễ dàng và sát thực tế, ta đi tìm hiểu về đặc tính của thức ăn xanh, là nguyên liệu của máy thái

Thức ăn xanh là tất cả các loại cỏ trồng, cỏ tự nhiên, các loại rau xanh cho gia súc ăn ở trạng thái tươi xanh bao gồm: rau muống, bèo hoa dâu, lá bắp cải, xu hào,

cỏ voi, cỏ pagola, rau dừa nước, rau dền, rau lắp, cỏ bắp, cỏ sữa…

Thức ăn xanh có đặc điểm là chứa nhiều nước, nhiều chất xơ, tỉ lệ nước trung bình 80-90%, tỉ lệ xơ trung bình ở giai đoạn non là 2-3%, trưởng thành 6-8% Theo khảo sát thực tế tại một trang trại cụ thể ở tỉnh Ninh Thuận, một tỉnh có ngành chăn nuôi phát triển; cụ thể là chăn nuôi trâu, bò, dê, cừu, lợn…Các trang trại vừa và nhỏ ở đây có số lượng gia súc khoảng 100-200 con Khẩu phần ăn chủ yếu là thức ăn xanh, cụ thể theo bảng điều tra sau:

Loại gia súc % tính theo khẩu phần ăn

Trâu bò (cao sản) 70-80 Trâu bò (thấp sản) 100

ăn không hết Vì vậy phần thức ăn thừa lại rất nhiều, gây lãng phí rất lớn

Vì vậy khi đưa máy thái rau cỏ vào thực tế tại các trang trại chăn nuôi này, sẽ giảm một khối lượng thức ăn rất lớn, mang lại nguồn lợi kinh tế cao cho người nông dân trong ngành chăn nuôi

CHƯƠNG 2:

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Cơ sở chọn phương án:

Tùy thuộc quy trình nuôi dưỡng, loại gia súc, quy mô sản xuất và loại thức

ăn mà quyết định sử dụng máy thái có nguyên lí và kết cấu khác nhau

- Dựa theo quy trình công nghệ nuôi dưỡng để xác định công suất máy: + Chăn nuôi theo kiểu tự nhiên, chăn thả: Không cần dùng máy móc thái thức

ăn nguyên sơ (không qua sơ chế)

+ Chăn nuôi theo kiểu bán tự nhiên (vừa chăn thả vừa nhốt kiểu nuôi công nghiệp): Dùng máy thái thức ăn với công suất nhỏ, vì chỉ ăn dặm nên thức không nhiều

+ Chăn nuôi kiểu công nghiệp với quy trình công nghệ nuôi dưỡng khép kín: Hầu hết thức ăn cho gia súc phải qua sơ chế thái nhỏ bằng máy, yêu cầu máy phải

có công suất lớn để chế biến thức ăn thô với khối lượng lớn

- Dựa theo loại gia súc: Tùy theo loại gia súc (tiểu gia súc hay đại gia súc) mà người thiết kế xác định tốc độ tương quan giữa dao cắt và chuyển động của nguyên liệu để có kích thước sản phẩm thái khác nhau theo yêu cầu

- Dựa theo quy mô sản xuất, để xác định công suất máy:

+ Quy mô sản xuất vừa và nhỏ: Dùng máy thái có công suất vừa, công suất dưới 1 tấn/h

+ Quy mô sản xuất lớn (trang trại): Dùng máy thái có công suất lớn, công suất trên 1tấn/h

- Dựa theo loại thức ăn: rau, cỏ; tươi, khô; kích thước cây to, nhỏ; cứng, mềm,… mà dùng các kiểu máy thái khác nhau Những loại cỏ có kích thước cây lớn, cứng và tươi như: cỏ bắp, cỏ voi, cây bắp,… thì máy thái cần phải có bộ phận làm mềm thân trước khi thái, để gia súc có thể dễ dàng tiêu hóa Những loại thức ăn còn lại như rơm, cỏ khô, rau tươi không cần phải ép mềm trước khi thái

Theo yêu cầu của đề tài là “Thiết kế và chế tạo máy thái rau, cỏ, phục vụ cho trang trại chăn nuôi” Ta xác định đối tượng cắt thái là: rau, cỏ các loại, phục vụ cho chăn nuôi nói chung, với quy mô sản xuất trang trại Dựa vào các cơ sở nêu trên tra xác định công suất sơ bộ của máy là 1tấn/h, kiểu máy thái vạn năng, có kết cấu và nguyên lí hoạt động sẽ được trình bày ở phần tiếp theo

2.2 Các hình thức chuyển động của dao cắt và nguyên lí cắt:

a Hình thức 1: Dao cắt chuyển động tịnh tiến

Nguyên lí cắt:

Dao cắt chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng, còn nguyên liệu chuyển động theo phương vuông góc với phương chuyển động của dao Lưỡi cắt của dao dưới tác dụng của lực P đi xuống ép vào thân của nguyên liệu; phối hợp với tấm kê cắt ở phía dưới cắt đứt thân nguyên liệu thành từng đoạn nhỏ có kích thước được xác định trước

b Hình thức 2: Nguyên liệu chuyển động tịnh tiến còn dao cắt chuyển động quay tròn

Nguyên lí cắt : Dao cắt chuyển động quay tròn quanh một trục cố định còn nguyên liệu chuyển động tịnh tiến theo phương vuông góc với phương vận tốc của dao cắt Máy thiết kế theo hình thức này thì dao cắt có thể bố trí theo 2 kiểu cơ bản như sau:

P

Hình 2.1

Thứ nhất: Dao cắt được bố trí vị trí theo kiểu đĩa quay tròn

Theo cách bố trí này, thì các vị trí của dao cắt được bố trí cách đều nhau trên một vòng tròn quanh một trục và số lượng dao cắt được tính toán một cách hợp lí để dao cắt có thể cắt đứt nguyên liệu một cách liên tục trên một vòng quay của đĩa cắt mang dao

Thứ hai: Dao cắt được bố trí theo kiểu trống quay

Theo cách bố trí này thì các dao cắt được đặt theo đường sinh hình trụ hai đầu lắp trên hai mặt bích, có một trục quay nối cứng hai mặt bích tại tâm Lưỡi dao, mặt bích

và trục dao tạo thành trống dao Số lượng dao được tính toán hợp lí Theo cách bố trí dao như vậy đảm bảo lúc nào cũng có lưỡi dao cắt nguyên liệu một cách liên tục

lưỡi cắt Mặt bích

Trục dao Hình 2.3

Các dao cắt

w

Hình 2.2 Trục dao

Các bộ phận của máy:

1.Động cơ điện, 2.Đai, 3 Bánh đai, 4.Gối đỡ, 5.Trục khuỷu, 6.Thanh truyền, 7.Khung máy, 8.Máng đưa sản phẩm ra, 9.Nắp đậy, 10.Rãnh tịnh tiến của dao cắt, 11.Rulô cuốn liệu, 12.Dao cắt, 13.Tấm kê cắt, 14.Bộ truyền động đai của bộ phận cuốn liệu, 15.Bộ truyền động bánh răng trụ răng thẳng, 16.Máng dẫn nguyên liệu vào

- Nguyên lí hoạt động:

Nguyên liệu được đưa bằng tay vào máng dẫn liệu (16), và được Rulô cuốn (11) kéo nguyên liệu vào và nén xuống rồi đẩy vào họng thái Ở đây dao cắt chuyển động lên xuống, kết hợp với hai tấm kê (13) sẽ thái nhiên liệu thành những đoạn nhỏ theo máng nghiêng rơi ra ngoài

- Nguyên lí cụ thể của từng bộ phận như sau:

+ Bộ phận cuốn liệu: Nguyên liệu cắt được cuốn vào nhờ Rulô cuốn (16) Theo sơ đồ cấu tạo (hình 2.4) ta thấy bộ truyền động đai (2) truyền chuyển động từ trục trung gian sang Rulô cuốn chủ động Qua bộ truyền động bánh răng trụ (15) đảo chiều quay cho Rulô cuốn bị động Hai Rulô (11) có chiều quay ngược chiều nhau tạo lực kéo và ép nguyên liệu vào họng thái, để thực hiện công việc cắt thái tiếp theo

+ Bộ phận cắt liệu: Ở phương án này, dao cắt chuyển động tịnh tiến theo rãnh (10) nhờ cơ cấu trục khuỷu (5) và thanh truyền (6) Cơ cấu này biến chuyển động quay của động cơ (1) thành chuyển động tịnh tiến của dao cắt (12), lúc này thực hiện công việc cắt thái

- Đặc điểm của máy:

+ Ưu điểm:

1 Áp suất cắt thái lớn, nên máy cắt được những nguyên liệu có độ cứng cao

2 Làm việc êm, ít rung động

3 Kết cấu máy gọn, nhẹ

+ Nhược điểm:

1 Dao cắt không liên tục nên dễ bị ùn tắc nguyên liệu trong buồng thái

2 Lực cắt thái không đều do dao chuyển động khứ hồi

3 Năng suất cắt không cao, do dao chuyển động khứ hồi nên vận tốc không đồng nhất

4 Khả năng điều chỉnh độ dài đoạn sản phẩm không linh hoạt

b Phương án 2: Chọn hình thức dao chuyển động quay đượcbố trí dạng đĩa

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.5

Bộ truyền động bánh răng côn từ trục dao cắt đến trục Rulô:

Hình 2.6 Các bộ phận của máy:

1.Động cơ, 2.Khung máy, 3.Máng đưa sản phẩm ra, 4.Tấm kê cắt, 5 Bộ truyền động đai, 6.Gối đỡ, 7 Rulô cuốn nguyên liệu, 8 Dao cắt, 9 Bộ truyền động bánh răng trụ, 10 Máng dẫn liêu, 11 Nắp đậy, 12 Bộ truyền động bánh răng côn Nguyên lí hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào máng dẫn liệu (10), nhờ Rulô cuốn liệu (7) kéo nguyên liệu vào và nén nguyên liệu xuống sau đó đưa vào buồng thái

Ở buồng thái dao cắt (8) có dạng đĩa quay liên tục, kết hợp với tấm kê cắt tạo thành góc cắt thái, sẽ cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo máng nghiêng rơi ra ngoài Nguyên lí hoạt động của từng bộ phận cụ thể như sau:

- Bộ phận cuốn liệu: Nguyên liệu cắt được cuốn vào nhờ Rulô cuốn liệu (7) Theo sơ đồ cấu tạo (hình 2.5), ta thấy chuyển động quay của Rulô cuốn liệu được truyền từ trục quay của dao cắt, nhờ bộ truyền bánh răng côn (12) Bộ truyền bánh răng côn có tác dụng làm thay đổi phương của trục Rulô cuốn so với trục của dao một góc 900 Cặp Rulô cuốn liệu (7) có chiều quay ngược nhau là nhờ cặp bánh răng trụ (9) Chuyển động ngược này có tác dụng tạo lực kéo và nén nguyên liệu đi vào bộ phận cắt để tiếp tục công đoạn cắt thái

- Bộ phận cắt: Chuyển động của dao cắt được truyền từ động cơ (1) qua bộ truyền đai (5) Dao cắt quay liên tục kết hợp với tấm kê cắt (4) đứng yên tạo thành góc cắt thái, cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo yêu cầu

Ở phương án này toàn bộ chuyển động của máy đều xuất phát từ động cơ (1)

Bộ phận cuốn liệu và bộ phận cắt thái có quan hệ chuyển động với nhau qua bộ truyền bánh răng côn Để có thể tăng chiều dài sản phẩm thái ta điều chỉnh bằng cách giảm số lượng dao đối xứng nhau

Đặc điểm của máy:

- Ưu điểm:

+ Điều chỉnh đơn giản và mài sắc thuận lợi

+ Cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng

+ Chuyển động của dao liên tục nên nguyên liệu cắt không bị ùn tắc + Máy làm việc êm

- Nhược điểm:

+ Lực cắt thái không lớn + Khả năng điều chỉnh độ dài sản phẩm cắt thái không linh hoạt + Bộ phận cấp liệu chưa được tự động hoá

Như đã nói ở phần đầu, khi đưa ra những phương án thiết kế ta phải dựa vào hình thức chuyển động của dao Khi dựa vào hình thức chuyển động quay, dao được

bố trí theo kiểu trống ta có một số phương án thiết kế như sau:

Phương án 3:

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.7

Các bộ phận của máy:

1.Động cơ điện; 2.Khung máy; 3.Máng nghiêng đưa sản phẩm ra ngoài; 4.Nắp đậy; 5.Bộ truyền động đai đến bộ phận cuốn; 6.Lưỡi cắt; 7.Mặt bích của trống cắt; 8.Bộ truyền động đai đến bộ phận cắt; 9.Rulô cuốn nguyên liệu; 10.Tấm kê cắt; 11.Gối đỡ; 12.Bộ truyền động bánh răng trụ; 13.Máng dẫn liệu vào máy

Nguyên lí hoạt đông:

Nguyên liệu được đưa vào máng dẫn liệu (13), nhờ Rulô cuốn liệu (9) kéo nguyên liệu vào và nén nguyên liệu xuống sau đó đưa vào buồng thái Ở buồng thái dao cắt (5) có dạng trống, quay liên tục, kết hợp với tấm kê cắt tạo thành góc cắt thái, sẽ cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo máng nghiêng rơi ra ngoài Nguyên lí hoạt động của từng bộ phận cụ thể như sau:

- Bộ phận cuốn liệu: Nguyên liệu cắt được cuốn vào nhờ Rulô cuốn liệu (6) Theo

sơ đồ cấu tạo hình 2.5, ta thấy chuyển động quay của Rulô cuốn liệu được truyền từ trục quay của trống dao cắt, nhờ bộ truyền động đai (3) Cặp Rulô cuốn liệu (6) có chiều quay ngược nhau là nhờ cặp bánh răng trụ (4) Chuyển động ngược này có tác dụng tạo lực kéo và nén nguyên liệu đi vào bộ phận cắt để tiếp tục công đoạn cắt thái

- Bộ phận cắt: Chuyển động của dao cắt được truyền từ động cơ (1) qua bộ truyền đai (2) Trống dao cắt quay liên tục quanh trục của nó Lưỡi cắt đặt nghiêng

so với đường sinh của trống dao nên kết hợp với tấm kê cắt (10) đứng yên tạo thành góc cắt thái, cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo yêu cầu

Ở phương án này toàn bộ chuyển động của máy đều xuất phát từ động cơ (1)

Bộ phận cuốn liệu và bộ phận cắt thái có quan hệ chuyển động với nhau qua bộ truyền động đai (5) Để có thể tăng chiều dài sản phẩm thái ta điều chỉnh bằng cách giảm tỉ số truyền của bộ truyền động đai hoặc giảm số lượng dao đối xứng nhau Đặc điểm của máy:

- Ưu điểm:

+ Điều chỉnh đơn giản và mài sắc thuận lợi

+ Cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng

+ Chuyển động của dao liên tục nên nguyên liệu cắt không bị ùn tắc

+ Máy làm việc êm

Các bộ phận của máy:

1.Khung máy; 2.Trục kéo băng tải; 3.Động cơ điện; 4.Thùng chứa liệu; 5.Đai; 6.Máng nghiêng đưa sản phẩm ra ngoài; 7.Puli đai; 8.Nắp đậy; 9.Mặt bích trống cắt; 10.Bộ truyền động đai đến trục rulô cuốn liệu; 11.Lưỡi cắt; 12.Rulô cuốn liệu; 13.Tấm kê cắt; 14.Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng; 15.Bộ truyền động đai đến

bộ phận cuốn liệu; 16.Tấm che; 17.Băng tải; 18.Ổ đỡ

Nguyên lí hoạt đông:

Nguyên liệu được đặt trên băng tải (17), nhờ băng tải đưa nguyên liệu vào trục Rulô cuốn liệu (13), Rulô kéo nguyên liệu vào và nén nguyên liệu xuống sau đó đưa vào buồng thái Ở buồng thái lưỡi cắt (12) bố trí dạng trống, quay liên tục, kết hợp với tấm kê cắt (14) tạo thành góc cắt thái, sẽ cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo máng nghiêng rơi ra ngoài

Nguyên lí hoạt động của từng bộ phận cụ thể như sau:

- Bộ phận cuốn liệu: Nguyên liệu cắt được mang vào khe hở 2 Rulô cuốn liệu (13) nhờ băng tải tự động (18), chuyển động này được truyền từ trục Rulô bị động qua bộ truyền động đai (10) đến trục chủ động kéo băng tải Chuyển động của cặp Rulô cuốn liệu được truyền từ Puli chủ động nằm trên trục trống cắt của bộ truyền động đai (15) Chuyển động quay của Rulô bị động được truyền từ Rulô chủ động qua bộ truyền động bánh răng trụ (14) với tỉ số truyền bằng 1 để đảm bảo tốc độ 2 trục Rulô là bằng nhau

và ngược chiều nhau Chuyển động ngược này có tác dụng tạo lực kéo và nén nguyên liệu đi vào bộ phận cắt để tiếp tục công đoạn cắt thái

- Bộ phận cắt: Chuyển động của dao cắt được truyền từ động cơ (3) qua bộ truyền đai (5) Trống dao cắt quay liên tục quanh trục của nó Lưỡi cắt đặt nghiêng

so với đường sinh của trống dao nên kết hợp với tấm kê cắt (13) đứng yên tạo thành góc cắt thái, cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo yêu cầu

Ở phương án này toàn bộ chuyển động của máy đều xuất phát từ động cơ (3)

Bộ phận cuốn liệu và bộ phận cắt thái có quan hệ chuyển động với nhau qua bộ truyền động đai (15) Để có thể tăng chiều dài sản phẩm thái ta điều chỉnh bằng cách giảm tỉ số truyền của bộ truyền động đai hoặc giảm số lượng dao đối xứng nhau

Đặc điểm của máy:

- Ưu điểm:

+ Có tính vạn năng, thái được nhiều loại rơm, cỏ, rau

+ Có mức độ cơ khí hoá cao trong việc đưa thức ăn vào và thu thức ăn đã thái ra + Điều chỉnh đơn giản và mài sắc thuận lợi

+ Cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng

+ Năng suất của máy cao

Phương án 5:

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.9

Các bộ phận của máy:

1.Động cơ điện vô cấp 1.Khung máy; 3.Động cơ điện thường truyền động cho

bộ phận cắt; 4.Trục kéo băng tải 5.Thùng chứa sản phẩm; 6.Đai; 7.Máng nghiêng đưa sản phẩm ra ngoài; 8.Puli đai; 9.Nắp đậy; 10.Mặt bích trống cắt; 11.Bộ truyền động đai đến trục Rulô cuốn liệu; 12.Lưỡi cắt; 13.Rulô cuốn liệu; 14.Tấm kê cắt; 15.Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng; 16.Tấm che; 17.Bộ truyền động đai đến trục băng tải; 18.Băng tải; 19.Ổ đỡ

Nguyên lí hoạt đông:

Nguyên liệu được đặt trên băng tải (18), nhờ băng tải đưa nguyên liệu vào trục Rulô cuốn liệu (13), Rulô kéo nguyên liệu vào và nén nguyên liệu xuống sau đó đưa vào buồng thái.Ở buồng thái lưỡi cắt (12) bố trí dạng trống, quay liên tục, kết hợp với tấm kê cắt (14) tạo thành góc cắt thái, sẽ cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo máng nghiêng rơi ra ngoài

Nguyên lí hoạt động của từng bộ phận cụ thể như sau:

- Bộ phận cuốn liệu: Nguyên liệu cắt được mang vào khe hở 2 Rulô cuốn liệu (13) nhờ băng tải tự động (18), chuyển động này được truyền từ động cơ vô cấp (1) qua bộ truyền động đai (17) đến trục chủ động kéo băng tải Qua bộ truyền động đai (11) chuyển động được truyền qua trục Rulô chủ động với tỉ số truyền bằng 1, nên tốc độ quay của băng tải và của Rulô cuốn liệu là bằng nhau Chuyển động quay của Rulô bị động được truyền từ Rulô chủ động qua bộ truyền động bánh răng trụ (15) với tỉ số truyền bằng 1 để đảm bảo tốc độ 2 trục Rulô là bằng nhau và ngược chiều nhau Chuyển động ngược này có tác dụng tạo lực kéo và nén nguyên liệu đi vào bộ phận cắt

để tiếp tục công đoạn cắt thái

- Bộ phận cắt: Chuyển động của dao cắt được truyền từ động cơ (3) qua bộ truyền đai (6) Trống dao cắt quay liên tục quanh trục của nó Lưỡi cắt đặt nghiêng

so với đường sinh của trống dao nên kết hợp với tấm kê cắt (11) đứng yên tạo thành góc cắt thái, cắt nguyên liệu thành những đoạn sản phẩm theo yêu cầu

Ở phương án này máy có 2 động cơ truyền động: Chuyển động tạo lực cắt do động cơ (3) truyền động; chuyển động đưa nguyên liệu vào máy do động cơ vô cấp

(1) truyền động Bộ phận cuốn liệu và bộ phận cắt thái có chuyển động độc lập với nhau Để có thể tăng chiều dài sản phẩm thái ta điều chỉnh bằng cách tăng tốc động

cơ vô cấp (1)

Đặc điểm của máy:

- Ưu điểm:

+ Có khả năng điều chỉnh độ dài đoạn thái theo yêu cầu chăn nuôi

+ Có tính vạn năng, thái được nhiều loại rơm, cỏ, rau

+ Có mức độ cơ khí hoá cao trong việc đưa thức ăn vào và thu thức ăn đã thái ra

+ Điều chỉnh đơn giản và mài sắc thuận lợi

+ Cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng

+ Năng suất của máy cao

CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHO MÁY

3.1 Cơ sở tính toán động lực học cho phần cắt của máy: 3.1.1 Chọn năng suất cắt cho máy:

Một trong những cơ sở quan trọng để chọn năng suất cho máy thái rau cỏ là ta phải căn cứ vào qui mô của trang trại chăn nuôi đó Như vậy, chúng ta phải đi tìm hiểu thực tế số lượng gia súc trong một trang trại chăn nuôi điển hình ở Việt Nam, để định ra khối lượng thức ăn cần thiết Từ đó xác định chính xác năng suất cho máy Theo tìm hiểu, trong một trang trại vừa và nhỏ điển hình:

Như vậy ta xác định năng suất của máy dự tính khoảng 2 tấn/giờ

Để đảm bảo lượng thức ăn cần thiết thì máy phải hoạt động liên tục trong 2 giờ Với thời gian hoạt động như vậy máy có thể đáp ứng được năng suất và hiệu quả kinh tế

3.1.2 Chọn chiều dài sản phẩm cắt thái:

Cơ sở để chọn chiều dài của sản phẩm cắt thái là kích thước trung bình của thức ăn xanh cho gia súc Để có thể thoả mãn với tất cả các loại gia súc khác nhau trong trang trại thì ta phải chọn kích thước nhỏ nhất ứng với một loại gia súc nào

đó Để xác định được kích thước nhỏ nhất thì ta phải làm một mẫu điều tra thực tế của một trang trại vừa và nhỏ như sau:

Bảng 3.2:

Loại gia súc Chiều dài trung bình của thức ăn xanh (mm) Lợn

Cừu, dê Trâu, bò

10 – 20

20 – 30

40 – 60

Dựa vào bảng trên, ta chọn chiều dài cắt l=10mm Để tăng chiều dài sản phẩm cắt thì ta có 2 cách:

1 Giảm số lượng dao cắt có khoảng cách đều nhau

2 Ta tăng tốc độ quay của trục cuốn trong khi tốc độ trống dao cắt vẫn không đổi

Để khoảng điều chỉnh độ dài sản phẩm thái lớn ta chọn cách 2

3.1.3 Chọn số lượng dao cắt và cách bố trí dao:

Để máy làm việc có năng suất thì trong một vòng quay của trống dao phải có nhiều lưỡi dao tham gia cắt nguyên liệu Ta chọn Z = 4 (dao)

Cách bố trí dao:

- Trên cơ sở nghiên cứu của Giabơlov và Gơriatrơkin đã chỉ cho thấy: Sự giảm lực ép pháp tuyến tối đa lên vật liệu chỉ bắt đầu xuất hiện khi góc trượt t đạt đến một giá trị nhất định Theo Giabơlov thì góc t = 20÷300

Để dao có thể cắt nguyên liệu một cách dễ dàng với lực cắt nhỏ, thì khi cắt lưỡi dao phải trượt trên nguyên liệu cắt, vì vậy chọn góc nghiêng của dao so với đường sinh hình trụ t = 300

- Các dao đều bố trí cách đều nhau trên hai mặt bích của trống dao như hình sau:

Hình 3.2:

3.1.4 Chọn kích thước của họng thái:

Đây là một thông số ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy Vì vậy ta phải chọn thích hợp và cụ thể để làm cơ sở tính toán động lực học Để có thể tính toán kích thước họng thái một cách chính xác, thì đầu tiên ta chọn kích thước sơ bộ như sau: a=60mm, b=300mm Sau đó điều chỉnh cho phù hợp với năng suất đã chọn

3.1.5 Tính chọn đường kính mặt bích của trống dao:

Để tính chính xác đường kính mặt bích của trống dao, ta dựa vào công thức b.tgt =

Z - Số lưỡi dao trên trống

Từ (3.1) Ta có công thức tính đường kính trống dao:

030

=

t

Trục dao

D=

p

t tg z

b . =

14 , 3

30 4

320 tg 0 =235,2(mm)

Ta chọn D = 240 (mm)

3.2 Tính toán động lực học lực cắt cho máy:

Năng suất của bất kì máy thái rau, cỏ rơm nào cũng phụ thuộc vào kích thước tiết diện của họng thái, độ dài đoạn sản phẩm thái, số dao và số vòng quay của trống dao và độ nén lớp thức ăn do các trục cuốn cung cấp tạo nên

Nên năng suất lí thuyết được tính theo công thức:

Q=60.k.a.b.n.l.g (kg/giờ) (3.2) Trong đó:

k – Số dao cắt trên trống dao

a – Chiều cao của họng thái (m)

b – Chiều rộng của họng thái (m)

n – Số vòng quay của trống dao trong 1 phút (vg/phút)

l – Độ dài đoạn sản phẩm thái (m)

g – Khối lượng riêng của nguyên liệu khi trục cuốn nén xuống (kg/m3)

Từ công thức (3.2) ta suy ra số vòng quay của trống dao trong 1 phút theo lí thuyết như sau: Nlt =

g

.

Theo số liệu khảo nghiệm (1, trang 102 ) Với: Rơm: g=120 – 160kg/m3

Thức ăn xanh: g=360 – 500kg/m3

Vì ban đầu ta chọn năng suất máy theo nguyên liệu là thức ăn xanh nên ta chọn: g= 400 kg/m3

Thế vào công thức (3.3) ta được:

Nlt=

400 01 , 0 3 , 0 06 , 0 4 60

2000

=115,7 (vòng/phút)

Theo lý thuyết ta chọn nlt=120 (vòng/phút) Nhưng trên thực tế, do nguyên liệu không được cấp một cách liên tục, hay nguyên liệu vào trục cuốn nhiều khi không điền đầy thiết diện họng thái, cho nên tốc độ quay thực tế tính toán phải được tính toán như sau:

Với: Ktt - Hệ số thực tế; (Ktt=1,5 ÷ 3) Chọn: Ktt = 2

Thế vào (3.4) ta được: Ntt=120 x 2= 240 (vòng/phút)

3.2.2 Tính lực cắt thái:

Trên thực tế không có một tài liệu nào đưa ra công thức tính lực cắt thái, hay một số liệu cụ thể để cắt đứt một khối vật liệu thức ăn rơm, rau, cỏ với một thiết diện cho trước

Vì vậy để tìm ra được số liệu cụ thể về lực cắt thái ta tiến hành một thí nghiệm thực tế như sau:

Trong thí nghiệm này, chọn nguyện liệu cần cắt thái là cỏ voi Nguyên liệu được nén lại với độ nén theo yêu cầu cần thiết kế, có kích thước bằng thiết diện của họng thái như đã chọn sơ bộ, chiều cao a = 60mm, chiều rộng b = 300mm

Sau khi tiến hành thí nghiệm, ta xác định được khối lượng vật thử là m=1,5kg

*Tính toán lực cắt thí nghiệm:

Như ta đã biết, ta tính công thức tính công:

Áp dụng công thức (3.5) vào thí nghiệm ta có:

A – Công cắt đứt khối nguyên liệu (J)

P – Lực cắt đứt khối nguyên liệu (N)

Dao cắt Vật thử

Tấm kê Nguyên liệu

s – Là quãng đường mà con dao đã di chuyển khối nguyên liệu (m)

- Lấy điểm mốc là sống dao, khi vật thử có khối lượng m=1,5kg ở độ cao h=1m so với sống dao, thì:

+Động năng: Wđo=0 (J)

- Sau khi rơi tự, chạm vào sống dao thì:

+Thế năng: Wt1=0 (J) +Động năng: Wđ1=Wto=m.g.h (J)

- Trước va chạm:

+Con dao:W’đ1=0 (J) +Vật thử: Wđ1=m.g.h (J)

- Sau va chạm:

+Vật thử: Wđ2=0 +Con dao: W’đ2Theo định luật bảo toàn động năng:

W’ đ1+Wđ1=W’

đ2+Wđ2

=> W’đ2=Wđ1=m.g.h (J) Động năng Wđ2 làm dao chuyển động trong khối nguyên liệu và khi đó nó trở thành công cắt đứt hoàn toàn khối nguyên liệu:

Acắt=W’đ2= m.g.h (J) Theo công thức (3.5): Acắt=Pcắt.s= m.g.h (J) => Pcắt=

s

Trong đó:

s = a = 60 (mm) = 0,06 (m) m=1,5 (kg)

h=1 (m) g=9,8 (m/s2) Thế vào (3.7): Pcắt=

06 , 0

1 8 , 9 5 ,

1 =245 (N)

Tuy nhiên thực tế thì dao cắt chuyển động cắt đứt nguyên liệu sau một thời gian thì sẽ bị mòn làm cho lực cắt tăng lên Mặt khác, khi cắt thái gặp nhiều loại nguyên liệu khác nhau, có độ sơ cứng khác nhau, đôi khi nguyên liệu cắt quá sơ cứng không nằm trong độ sơ cứng dự tính, nên làm cho lực cắt cũng tăng lên Như vậy, trong thực tế lực cắt thái nguyên liệu sẽ lớn hơn nhiều so với lực cắt lý thuyết Nên khi tính toán thực tế ta phải nhân lực cắt lý thuyết với hệ số làm tăng lực:

Trong đó:

K=K1.K2 -Hệ số tăng lực Với: K1- Hệ số tăng lực khi dao bị mòn (K1=1,2 – 1,4)

K2- Hệ số tăng lực khi gặp vật liệu cắt có độ sơ cứng bất thường (K2=1,1 – 1,4)

Ta chọn: K1=1,2; K2=1,1 Thay vào (3.8) ta được:Ptt=1,2.1,1.245=323,4 (N)

Sơ đồ động của bộ phận cắt:

Hình 3.4 Mặt bích

Trục trống dao Lưỡi dao

Bánh đai bị dẫn

Bánh đai dẫn

Đai Động cơ

Ổ đỡ

3.2.3 Tính toán động cơ điện cho phần cắt:

Công suất yêu cầu của động cơ được xác định theo công thức trong tài liệu

[6, trang 22] ta có: Nycđc=

t lv

N

Trong đó: Nlv- Công suất làm việc của trống cắt (KW)

h t- Hiệu suất của hệ thống Tính công suất làm việc của máy (trống cắt) được xác định theo công thức:

Trong đó: Ptt- Lực cắt tác dụng lên dao cắt (N)

V - Vận tốc dài của dao cắt (m/s)

- Xác định vận tốc dài của dao cắt:

60

2 R p nR

323 =0,977 (KW) Xác định hiệu suất của hệ thống:

Theo sơ đồ động của bộ phận cắt hình (3.4) ta xác định hiệu suất của hệ thống theo công thức: ht=h đ.h0 (3.12)

Trong đó:

h đ - Hiệu suất của bộ truyền chuyển động đai

h0 - Hiệu suất của một cặp ổ lăn Chọn: hđ=0,96, h0=0,99

w

V

R

Þ ht=0,96.0,99=0,95

Thay vào (3.4) ta có: Nycđc=

95 , 0

977 , 0

Từ sơ đồ động của máy (hình 3.4) ta thấy tỉ số truyền của hệ thống chính là tỉ

số truyền động của bộ truyền động đai Tỉ số truyền của bộ truyền chuyển động đai được xác định theo công thức:

Công suất trên trục động cơ:

N1=Nđc=1,2 (KW) Công suất trên trục của đĩa cắt:

N2=N1-2 N1=0,95.1,1=1,045 (KW) Xác định mômen xoắn trên các trục:

Mômen xoắn trên trục động cơ:

=41582(N.mm)

3.3 Phần cuốn nạp liệu:

3.3.1 Cơ sở tính toán động lực học cho phần cuốn nạp liệu:

3.3.1.1 Phân tích lực học cho phần trục Rulô cuốn:

Để giải thích điều kiện đẩy lớp thức ăn do các trục cuốn Chúng ta hãy phân chia áp lực q của trục cuốn lên vật liệu thành 2 thành phần:

N – Hướng theo bán kính của trục cuốn nghiêng một góc a theo góc áp lực tổng hợp

H – Nằm ngang ép trục cuốn sang bên Dưới tác dụng của lực N tạo thành lực tiếp tuyến f.N (hình3.5) Qua phân tích lực cho thấy thành phần thẳng đứng sẽ nén lớp thức ăn, thành phần nằm ngang f.N.Cosa kéo lớp thức ăn, còn lực N.sina chống lại lực kéo này

Để đảm bảo kéo được lớp thức ăn trong các trục cuốn phải thoả mãn điều kiện:

fN Cosa ³ fNsina

Û f ³ tga

Û a j£ (3.13) Trong đó j là góc ma sát giữa vật liệu chế tạo trục cuốn và thức ăn, hệ số ma sát f=tgj

Với rơm j=17- 270; với rau, cỏ xanh j=18 - 300

a

a

Hình 3.5

3.3.1.2 Tính chọn đường kính của trục cuốn:

Nếu biết trước bề dày lớp rau A trước khi thái và bề dày lớp rau a sau khi nén

thì có thể tính được bán kính cần thiết của các trục cuốn theo công thức:

) cos 1 (

j=18 -300, ta chọn j=300 Theo điều kiện (3.13):a £j, ta chọn a=300 làm cơ sở

để tính bán kính trục cuốn Thế các số liệu trên vào công thức (3.14) ta được:

) 30 cos 1 ( 2

60 80

3.3.1.3 Tính vận tốc của trục Rulô cuốn:

Ta thấy độ dài của sản phẩm cắt thái phụ thuộc vào sự tương quan giữa vận tốc quay của trống dao cắt và vận tốc quay của trục cuốn liệu Vận tốc quay của trống dao cắt cố định, khi tăng vận tốc quay của trục cuốn liệu thì độ dài của sản phẩm cắt thái càng tăng Theo mục 3.1.2 thì đây là phương án điều chỉnh chiều dài của sản phẩm cắt Để tốc độ của trục cuốn cắt thái dễ dàng, ta nên tách biệt hai nguồn chuyển động độc lập nhau là phần cắt và phần cuốn liệu

Phần cuốn liệu được truyền bằng một động cơ có tốc độ thay đổi được (động

cơ vô cấp) để làm tốc độ quay trục cuốn thay đổi, từ đó ta có thể điều chỉnh chiều dài sản phẩm một cách linh hoạt theo yêu cầu

Công việc ở đây là phải tính được giới hạn tốc độ quay của trục cuốn liệu, để

từ đó chọn ra được một động cơ vô cấp có miền điều chỉnh tốc độ phù hợp

· Tốc độ quay của trục cuốn: n (vòng/phút)

Cơ sở tính toán là chiều dài của sản phẩm cắt Để cắt được một sản phẩm

có độ dài l(mm), thì dao cắt phải quay 1

4 vòng (vì trống dao có 4 lưỡi dao)

Thời gian quay là: t1/4vòng= ( )

.4

4

Vnl l Vn

n l R

V

n nl

p p p

2 2 60

4 60 2

60

Tốc độ quay nhỏ nhất của trục cuốn (n’min) ứng với lmin=10 (mm)

20 75 14 , 3

240 10 2

2

min = = =

R

n l n

Tốc độ quay lớn nhất của trục cuốn (n’

min) ứng với lmax=60mm (theo bảng 3.2) 122

75 14 , 3

240 60 2

2

R

n l n

Miền thay đổi tốc độ của trục cuốn là: (22 -122) (vòng/phút)

3.3.2 Tính chọn đường kính cho trục băng tải:

Vận tốc chuyển động của băng tải phải là vận tốc dài của trục cuốn, lúc này nguyên liệu mới không bị trượt trên băng tải Để dễ dàng tính toán vận tốc của băng

w

V

R

tải ta chọn đường kính trục của băng tải bằng với đường kính của trục Rulô cuốn liệu: Dtrụcbt =Dtrục rulô =2.R=2.75=150 (mm)

3.3.3 Sơ đồ động phần cuốn liệu:

3.3.4 Tính chọn động cơ cho phần cuốn nạp liệu:

Để xác định được chính xác công suất của động cơ điện truyền động cho bộ phận cuốn nạp liệu này thì ta phải đi xác định công suất yêu cầu mà động cơ điện cung cấp cho từng bộ phận riêng biệt trong toàn hệ thống cuốn nạp liệu Theo sơ đồ động hình 3.6 thì phần cuốn nạp liệu có 2 bộ phận riêng biệt đó là:

Trục Băng tải chủ động

1 Công suất làm việc của bộ phận băng tải:

Năng suất của băng tải vận chuyển nguyên liệu vào trục cuốn liệu, chính là năng suất cuốn liệu của trục Rulô cuốn và cũng chính là năng suất của máy Qbt= 2 tấn/h Công suất của băng tải được xác định theo công thức 3.8 [6, trang 103]:

k

K(kw)

Trong đó:

N2 - Công suất cần để vận chuyển vật liệu dọc theo chiều dài băng tải

K - Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài băng tải đối với công suất, được tra bảng 5.5 [6, trang 106] có giá trị K = 1,5

k - hệ số xét đến trở lực khi tấm băng bị uốn taị các tang và ma sát trong các ngõng trục

6 , 3

Q l g c

= 1,5.10-4.2.1 = 3.10-4 (kw)

Vậy công suất của băng tải: N2 = 3.10-4

85,0

5,1

= 0,00053 (KW)

2 Công suất yêu cầu động cơ truyền cho bộ phận Rulô cuốn liệu:

Ta chọn vật liệu làm Rulô cuốn liệu là Gang Xám

A R

D +

(N).(Tính cho một khối vật liệu có tiết diện AxA)

-=

15 , 1 14 , 3

23 , 0

1 - 2

= 0,262

Với: μ = 0,23, hệ số poatxông cho gang

E = 1,15 MN/m2 , mô đun đàn hồi cho gang

ð P =

266 , 0 14 , 3 3 4

4

70 75

75 2

70

5 3 + = 95 ( N)

d Công suất của trục Rulô cuốn:

Công suất làm việc của 2 trục Rulô để kéo vật liệu vào buồng thái:

2 nmaxR

Fvg p

=

60 1000

075 , 0 122 14 , 3 2 204

= 0,195 (KW)

Công suất làm việc này chia đều cho 2 trục Rulô:

N3= N4 = N/2 = 0,049 (KW)

3 Công suất làm việc trên các trục:

Công suất làm việc trên trục III:

Công suất làm việc trên trục II:

0 = 0,113 (KW)

5 Tính chọn động cơ điện:

Theo mục 3.3.1.3 thì tốc độ trục cuốn phải thay đổi được, vì vậy động cơ phải

có tốc độ thay đổi được Cho nên ta chọn động cơ vô cấp có nhiều cấp tốc độ Để khi tăng tốc độ động cơ thì tốc độ trục cuốn tăng, từ đó làm tăng độ dài của sản phẩm cắt thái

Chọn động cơ vô cấp có thông số sau:

- Kí hiệu: Vari Speeder ( sản xuất tại Japan, năm 1975)

3.3.5 Xác định tỉ số truyền của hệ thống:

Từ sơ đồ động của phần cuốn liệu (hình 3.6) Tỉ số truyền của hệ thống:

iht =ibr .iđai1 .iđai2 (3.19)Trong đó: ibr =1 (2 trục cuốn quay đồng tốc)

iđai1=1 (trục cuốn đồng tốc với trục băng tải)

iđai2=

bt

dc

n n

Ta chọn sơ bộ: iđ2 2,4

122

300(max) (max)= =

=

bt

dc

n n

Vì : iđ2£ id2max= 2 , 4

Ta chọn: iđ2 =2

Thế ibr, iđ1,iđ2vào (3.19): iht= 1.1.2=2

Xác định công suất trên các trục:

Công suất trên trục động cơ điện:

N1=NĐC=0,37 (Kw)

Công suất trên trục băng tải chủ động:

N2=h1-2.N1=0,95.0,37=0,35 (Kw) Công suất trên trục Rulô cuốn chủ động:

N3=h2-3.N2=hổ.hđ.N2=0,99.0,96.0,35=0,33 (Kw) Công suất trên trục Rulô cuốn bị động:

N4=h3-4.N3=hbr.hổ.N3=0,93.0,99.0,33=0,3 (Kw)

Xác định mômen xoắn trên trục:

Mômen xoắn trên trục động cơ:

37,0

=23484 (N.mm)