NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA Mã số: T2014-02 Chủ nhiệm đề tài: GVC TS Võ Minh Trí Cần Thơ, 12/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA Mã số: T2014-02 Xác nhận trường Đại học Cần Thơ (ký, họ tên, đóng dấu) Cần Thơ, 12/2014 Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Các thành viên Đơn vị Ts Võ Minh Trí Bộ môn Tự Động Hóa, KCN Ths Lý Thanh Phương Bộ môn Tự Động Hóa, KCN Ths Trần Nhựt Thanh Bộ môn Tự Động Hóa, KCN Ths Phạm Trần Lam Hải Bộ môn Tự Động Hóa KCN GVC.TS Võ Minh Trí i Trường Đại học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH iv KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ix TÓM TẮT x ABSTRACT xi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU xii INFORMATION ON RESEARCH RESULTS xiv PHẦN MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 Ngoài nước 2.2 Trong nước GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI .8 4.1 Mục tiêu đề tài .8 4.2 Phạm vi đề tài .9 PHẦN KẾT QUẢ 10 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 1.1 TÌNH HÌNH CÂY DỪA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .11 1.1.1 Tổng quan dừa 11 1.1.2 Diện tích dừa 12 1.1.3 Năng suất sản lượng 13 1.1.4 Tình hình sản xuất, chế biến thương mại dừa Bến Tre 14 1.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 17 1.2.1 Đặc điểm 17 1.2.2 Nguyên tắc 17 1.2.3 Truyền dẫn khí máy 18 1.2.4 Truyền động đai .21 1.2.5 Thông số biến tần LG SV022iG5 – 24 CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU .25 GVC.TS Võ Minh Trí ii Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại học Cần Thơ 2.1 THU THẬP SỐ LIỆU CẦN THIẾT CHO ĐỀ TÀI .25 2.1.1 Tổng hợp phân tích số liệu kích thước cơm dừa chưa gọt bỏ vỏ nâu 25 2.1.2 Giả thuyết ban đầu 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CỦA MÁY 26 3.1 THIẾT KẾ CHẾ TẠO 26 3.1.1 Truyền động cấu: 26 3.1.2 Khâu cố định cơm dừa: 27 3.1.3 Khâu gọt vỏ nâu cơm dừa điều chỉnh độ sâu cắt: 40 3.1.4 Tính toán chọn động phù hợp 62 3.1.5 Tính toán chọn hộp giảm tốc 62 3.1.6 Thiết kế khung máy 67 3.2 BẢN VẼ LẮP CÁC CHI TIẾT 69 3.2.1 Bản vẽ lắp khâu cố định cơm dừa 69 3.2.2 Bản vẽ lắp khâu dao .70 CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 71 4.1 CÁC THÍ NGHIỆM .71 4.1.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm tìm lực gọt cần thiết 71 4.1.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm xác định tính khả thi dao gọt 77 4.1.3 Thí nghiệm 3: Xác định khối lượng cơm dừa hao hụt sau gọt 79 4.1.4 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm gọt vỏ nâu cơm dừa tự động .80 4.2 Nhận xét kết thí nghiệm 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .84 KẾT LUẬN .84 KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU KÍCH THƯỚC CƠM DỪA 87 PHỤ LỤC 2: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TÌM LỰC GỌT VỎ NÂU 93 PHỤ LỤC 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CỦA BIẾN TẦN 96 PHỤ LỤC 4: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN 98 PHỤ LỤC 5: KHỚP NỐI GIỮA TRỤC CỐI CỐ ĐỊNH VÀ HỘP GIẢM TỐC 99 GVC.TS Võ Minh Trí iii Trường Đại học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa COM30 Malaysia Hình 1.2 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa COM31 Malaysia .4 Hình 1.3 Nguyên lý vận hành máy gọt vỏ nâu Ấn Độ Hình 1.3 Gọt vỏ nâu tay người lao động tỉnh Bến Tre Hình 1.4 Nguyên lý máy gọt vỏ nâu cơm dừa Ks Lê Nhất Thống Hình 1.5 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa Ks Lê Nhất Thống Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý gọt vỏ nâu cơm dừa Hình 2.1 Diện tích canh tác dừa giới năm 2009 theo vùng địa lý (%) 12 Hình 2.2 Diện tích dừa 10 quốc gia canh tác dừa lớn giới năm 2009 (%) 12 Hình 2.3 Phân bố sản lượng dừa trồng theo khu vực địa lý (%) 13 Hình 2.4 Biểu đồ diện tích sản lượng dừa số tỉnh ĐBSCL 2012 .14 Hình 2.5 Biểu đồ tương quan số lượng sản phẩm xuất dừa giai đoạn 2009 từ tháng đến tháng năm 2014 16 Hình 2.6 Tương quan giá trị USD số sản phẩm xuất dừa giai đoạn 2009 từ tháng đến tháng năm 2014 .17 Hình 2.7 Nguyên lý cấu tạo truyền đai 21 Hình 2.8 Một số loại đai 22 Hình 2.9 Cấu tạo dây đai thang [7] .22 Hình 2.10 Bảng chịu tải trọng loại đai thang [7] .22 Hình 2.11 Chọn tiết diện loại đai 23 Hình 2.12 Truyền động đai tròn ( ∅ = φ) .23 Hình 2.12 Truyền động đai tròn ( ∅ = φ) 23 Hình 2.13 Biến tần LG sử dụng để thí nghiệm 24 Hình 3.1 Sơ đồ động ban đầu máy gọt vỏ nâu cơm dừa 26 Hình 3.2 Cối giữ cố định dừa 27 Hình 3.3 Thiết kế trục cố định cơm dừa 29 Hình 3.4 Phân bố lực trục cối 29 Hình 3.5 Phân bố lực đinh ghim 31 Hình 3.6 Kích thước đinh ghim .32 Hình 3.7 Kích thước dao chẻ dừa 32 GVC.TS Võ Minh Trí iv Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại học Cần Thơ Hình 3.8 Phân bố lực lưỡi dao chẻ 33 Hình 3.9 Kích thước đinh ghim 34 Hình 3.10 Đường sinh chén úp .35 Hình 3.11 Thiết kế chén úp 35 Hình 3.12 Bulong lắp lỏng chịu lực dọc trục 36 Hình 3.13 Sơ đồ khí nén 37 Hình 3.14 Chi tiết ép dừa 39 Hình 3.15 Hình 3D xy lanh khí nén .39 Hình 3.16 Một số hình thiết kế 3D khâu cố định cơm dừa 40 Hình 3.17 Sơ đồ truyền động hộp giảm tốc gắn dao .41 Hình 3.18 Nguyên lý cấu chuyển động dao 41 Hình 3.19 Càng dao sơ đồ nguyên lý 42 Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý khâu điều chỉnh độ sâu lớp gọt 42 Hình 3.21 Mô tả vị trí kích thước ban đầu 43 Hình 3.22 Hình dạng miếng cơm dừa 44 Hình 3.23 Kích thước vị trí lỗ gắn chi tiết khâu 45 Hình 3.24 Kích thước hình dạng gối đỡ dao 46 Hình 3.25 Chuyển vị gối 46 Hình 3.26 Hình ảnh 3D gối đỡ dao .47 Hình 3.27 Hình dạng kích thước cữ chặn biên dạng 47 Hình 3.28 Vị trí trục tâm cơm dừa lý tưởng 48 Hình 3.29 Cải tiến thêm biên dạng nhỏ 48 Hình 3.30 Vị trí bố trí lò xo nén 49 Hình 3.31 Con lăn 50 Hình 3.32 Bạc trượt .50 Hình 3.33 Cơ sở chọn kích thước dao 51 Hình 3.34 Kích thước dao 52 Hình 3.35 Vị trí dao chịu uốn lớn 52 Hình 3.36 Giả định mô hình dao 53 Hình 3.37 Phân tích lực .53 Hình 3.38 Chi tiết truyền chuyển động (khâu 4) 54 GVC.TS Võ Minh Trí v Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại học Cần Thơ Hình 3.39 Quá trình làm việc dao 54 Hình 3.40 Điều kiện quay toàn vòng giá 55 Hình 3.41 Tay quay ( Khâu 2) 56 Hình 3.42 Dầm liên kết ( Khâu 3) 56 Hình 3.43 Mô hình hóa cấu khâu lề .57 Hình 3.44 Một số loại dao bán thị trường 58 Hình 3.45 Lưỡi dao chọn để ứng dụng 59 Hình 3.46 Chi tiết .59 Hình 3.47 Chi tiết 60 Hình 3.48 Chi tiết gắn lưỡi dao .60 Hình 3.49 Lưỡi dao .61 Hình 3.50 Gối đỡ cố định trục dao 61 Hình 3.51 Hình ảnh 3D hộp giảm tốc vô cấp 63 Hình 3.52 Motor DC giảm tốc 64 Hình 3.53 Cấu tạo motor DC giảm tốc cấp 64 Hình 3.54 Bánh nón cong .65 Hình 3.55 Hai trục truyền bánh nón 66 Hình 3.56 Lắp ghép bánh với truyền động bánh nón 66 Hình 3.57 Khung đỡ hộp giảm tốc 67 Hình 3.58 Hình vẽ thiết kế khung máy 68 Hình 3.59 Hình ảnh 3D khung máy .68 Hình 3.60 Sơ đồ thí nghiệm tìm lực cắt 71 Hình 3.61 Tiến hành thí nghiệm với dao tĩnh .72 Hình 3.62 Thí nghiệm với dao động .72 Hình 3.63 Đồ thị biểu diễn lực gọt vỏ nâu cơm dừa .74 Hình 3.64 lưỡi dao cưa 74 Hình 3.65 Biểu đồ biễu diễn lực cắt 74 Hình 3.66 Biểu đồ biễu diễn lực cắt dao động (xoay tròn) 75 Hình 3.67 Tính tổng diện tích lực gọt miền thời gian 75 Hình 3.68 Diện tích phân bố lực thí nghiệm b (dao động) 76 Hình 3.69 Bố trí dao gọt gắn với động DC .77 GVC.TS Võ Minh Trí vi Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại học Cần Thơ Hình 3.70 Bố trí thí nghiệm gọt vỏ nâu cầm miếng dừa tay 78 Hình 3.71 Kết gọt cối cố định (lưỡi dao chưa tự động di chuyển) 78 Hình 3.72 Thí nghiệm gọt vỏ nâu cơm dừa với dao hai lưỡi 79 Hình 3.73 Một số hình ảnh thí nghiệm 81 Hình 3.74 Miếng cơm dừa sau gọt vỏ nâu từ thí nghiệm 81 GVC.TS Võ Minh Trí vii Trường Đại học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông số máy COM30 Bảng 1.2 Thông số máy COM31 Bảng 2.1 Diện tích sản lượng dừa tỉnh năm 2012 14 Bảng 2.2 Một số mặt hàng xuất từ dừa Bến Tre 2009 .15 Bảng 2.3 Một số mặt hàng xuất từ dừa Bến Tre (Tháng - 9/2014) .16 Bảng 2.4 Tỉ số truyền nên dùng cho truyền hệ 19 Bảng 2.5 Chỉ số hiệu suất loại truyền ổ 20 Bảng 3.1 Kích thước trung bình cơm dừa qua phân tích (Đv: cm) 25 Bảng 3.2 Trị số E số vật liệu 30 Bảng 3.3 Cơ tính thép làm tiết máy có ren [1][3] 37 Bảng 3.4 Thông số xy lanh SCA2 theo đường kính [18] .38 Bảng 3.5 Trị số áp xuất [P] tích số [Pv] số vật liệu [4] .51 Bảng 3.6 Thông số hộp giảm tốc 64 Bảng 3.7 Tổng hợp kết tính toán thông số thí nghiệm .73 Bảng 3.8 Số liệu có gọt vỏ nâu cơm dừa dao hai lưỡi 80 Bảng 3.9 Số liệu gọt vỏ nâu với dao chạy tự động .82 GVC.TS Võ Minh Trí viii Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Bảng – Số liệu thí nghiệm gọt vỏ nâu lưỡi dao xoay – dao động (đv g) Thời gian (s) Lần Lần Lần 0 32 24.82 48.17 27.79 33 19.8 41.68 33.56 34 24.53 39.32 35.91 0 35 27.54 44.5 38.91 2 36 24.5 45.21 40.35 10.48 10.71 37 18.66 44.15 42.71 13 2.93 16.91 38 16.18 48.76 34.78 13.15 3.68 19.61 39 18.35 52.15 27.59 16.24 4.4 30.27 40 19.76 55.38 31.09 17.29 10.33 37.51 41 18.08 47.66 32.28 11.6 19.26 43.07 42 13.7 43.74 39.16 10 11.96 22.67 41.39 43 15.49 50.94 50.49 11 15.76 20.33 48.31 44 17.47 51.33 57.19 12 16.46 30.55 52.47 45 18.22 53.61 58.74 13 13.15 36.24 46.21 46 11.64 47.1 51.22 14 18.4 35.53 44.32 47 11.67 50.17 36.65 15 22.83 30.21 51.02 48 17.39 50.2 26.93 16 23.08 33.65 52.85 49 17.37 38 29.45 17 21.43 38.27 39.89 50 11.16 27.08 31.96 18 23.61 37.47 48.2 51 8.04 16.41 29.83 19 26.89 37.57 53.74 52 15.86 14.9 30.46 20 28.56 35.26 58.72 53 17.54 12.66 29.9 21 24.69 35.99 59.24 54 14.94 23.35 22.62 22 20.65 40.81 60.71 55 12.66 27.78 10.64 23 21.85 34.38 56.72 56 13.9 35.42 4.32 24 23 28.34 45.22 57 16.26 40.72 10.32 25 18.56 23.1 35.48 58 14.8 43.89 14.59 26 13.07 20.2 25.33 59 18.18 50.31 23.13 27 19.21 15.35 12.65 60 24.24 39.07 33.76 28 22.02 21.83 14.73 61 26.22 32.86 38.86 29 17.78 32.87 21.13 62 26.88 29.13 43.32 30 17.35 44.37 25.21 63 18.78 28.96 43.04 31 23.61 50.72 26.05 64 17.11 30.08 41.9 GVC.TS Võ Minh Trí 94 Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học 65 15.54 42.37 39.13 81 17.54 36.94 18.54 66 13.91 52.84 35.14 82 20.56 39.74 22.65 67 18.21 48.84 32.57 83 19.25 40.27 24.56 68 23.35 45.77 31.53 84 17.54 40.31 18.48 69 23.77 41.3 32.45 85 17.56 37.88 18.47 70 21.38 38.81 28.6 86 16.82 30.15 18.33 71 17.87 34.86 28.39 87 15.23 23.79 14.5 72 17.12 28.51 34.12 88 11.2 10.9 6.4 73 13.42 26.3 31.59 89 10.98 9.2 6.3 74 9.42 18.58 23.61 90 7.36 7.23 2.69 75 11.8 8.27 15.96 91 4.46 5.45 2.7 76 11.38 14.06 92 3.12 2.9 77 7.77 11.58 9.99 93 3.14 1 78 11.7 19.71 11.02 94 2.1 79 12.2 26.28 11.74 95 0 80 17.7 32.86 13.26 Bảng – số liệu thí nghiệm lần 10 lần hai dao xét Dao cưa Dao thường t(s) F (g) t(s) F (g) 0.94 2.23 1.25 134 2.54 783 1.56 573 2.85 1044 1.87 1535 3.16 1627 2.18 2067 3.48 2192 2.49 2062 3.79 2304 2.81 2055 4.1 2301 3.17 1856 4.41 2140 3.48 1146 4.72 1712 3.79 215 5.04 1171 4.1 5.35 GVC.TS Võ Minh Trí 94 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Số liệu lần 1, 2, 3… lực gọt thời điểm xét có đơn vị g Thời gian thống kê bảng – thời điểm đầu gọt vỏ mâu mẫu thí nghiệm Mỗi mẫu ta chấm chấm (tương đối) tiến hành chia hình 16 phần Đo chiều dài đoạn thẳng từ tâm (xác định tương đối) tới biên dạng hình cắt Mặt khác vẽ đa giác 16 đỉnh nối đỉnh đa giác tới tâm 16 đoạn thẳng xóa đường bao đa giác dùng hàm Spline – Vẽ biên dạng cong (solidworks) tiến hành nối đỉnh lại Nhập thông số chiều dài đo vào đoạn thẳng vẽ  thu hình dạng mặt cắt tương đối (Hình 1.5) Hình – Dựng biên dạng mặt cắt mẫu Dùng lệnh Section Properties – tính thông số hình học mặt phẳng (Solidworks) dễ dàng có diện tích hình cần tính, số liệu thống kê bảng 3.7 GVC.TS Võ Minh Trí 95 Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học PHỤ LỤC 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CỦA BIẾN TẦN Sơ đồ: Cài đặt số thông số liên quan tới thí nghiệm GVC.TS Võ Minh Trí 96 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Do đề tài quan tâm tới tốc độ chiều quay động pha, nên tiến hành cài đặt thông số biến tần đê giải toán tốc độ Một số cách điều khiển tốc độ động thông qua biến tần  Cài đặt tốc độ quay động (0 -1500 v/p)  Bước 1: Ấn phím [FUNC] biến tần Sử dụng phím di chuyển lên [ ] di chuyển xuống [ ] để chọn mục ( Motor Speed) Trên màng hình hiển thị biến tần Ấn phím [FUCN] để chọn chế độ  Bước 2: Tiếp tục sử dụng phím [ ] [ muốn tối đa 1500v/p sau ấn [FUNC] ] để đặt tốc độ quay mong  Bước 4: Ấn [RUN] để động hoạt động  Cài đặt tốc độ quay thay đổi tần số biến tần  Bước 1: Ấn [FUNC] biến tần sử dụng phím di chuyển lên [ ] di chuyển xuống [ ] để chọn mục (Frequency Mode) Trên hình biến tần ấn [FUNC] để chọn chế độ Sau sử dụng phím di chuyển [ ] [ ] để chọn mục mục thị từ đến chon mục ấn [FUNC]  Bước 2: Tiếp tục sử dụng phím lên xuống để chọn tần số ( – 50hz)  Bước 3: Ấn [FUNC] để động hoạt động Ngoài phương pháp điều chỉnh tốc độ động thay đổi giá trị điện trở đầu vào (biến trở nối vào pin sau: VR, V1, CM) mô tả sơ đồ kết nối biến tần GVC.TS Võ Minh Trí 97 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ PHỤ LỤC 4: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN GVC.TS Võ Minh Trí 98 Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học PHỤ LỤC 5: KHỚP NỐI GIỨA TRỤC CỐI CỐ ĐỊNH VÀ HỘP GIẢM TỐC GVC.TS Võ Minh Trí 99 Trường Đại Học Cần Báo cáo Nghiên cứu khoa học Thơ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ CHẾ TẠO CƠ CẤU GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Võ Minh Trí Nguyễn Sĩ Nam (MSSV: 1101399) Ngành: Cơ điện tử Khóa: 36 Tháng 12/2014 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trường Đại Học Cần Thơ