TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TÁCH HẠT ĐẬU NÀNH ĐƠN THÂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TÁCH HẠT ĐẬU NÀNH ĐƠN THÂN Họ tên sinh viên thực hiện: BÙI HỮU LỢI Ngành: CƠ KHÍ NƠNG LÂM Niên khóa: 2007 – 2011 Tháng 06 năm 2011 Tính toán, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm máy đập đậu nành đơn Sinh viên: Bùi Hữu Lợi Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành: Cơ khí nơng lâm Giáo viên hướng dẫn Thạc sĩ: Nguyễn Hải Triều Tháng 06 năm 2011 i LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí Cơng Nghệ Tơi xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ trường Đại Học Nơng Lâm TP.HCM, đặc biệt q thầy Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ truyền đạt kiến thức để chúng tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hải Triều trực tiếp dạy dỗ, hướng dẫn giúp đỡ thực đề tài Cuối xin chân thành cảm ơn bạn bè gần xa lớp giúp đỡ, đóng góp ý kiến sửa chữa suốt q trình tơi thực đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Bùi Hữu Lợi ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “ Tính tồn, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm máy đập đậu nành đơn thân” tiến hành xưởng máy môn Công thôn, thời gian từ ngày 15 tháng năm 2011 đến ngày 10 tháng năm 2011 Kết thu được: - Chiều dài trống đập : 400 mm; - Đường kính đỉnh : 300 mm; - Số :6 - Góc bao máng trống : 2000; - Khe hở máng trống : 10 – 45 mm; iii MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix DANH SÁCH CÁC BẢNG ix Chương MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu đậu nành: 2.1.1 Lợi ích: 2.1.2 Xuất sứ: 2.1.3 Tính hình phát triển đậu nành: a) Thế giới: b) Việt Nam: 2.1.4 Quá trình thu hoạch tách hạt: 2.2 Các phương pháp tách hạt: 2.3 Phương pháp tách hạt sử dụng nay: 2.4 Tìm hiểu nguyên lý số phận khác: 2.4.1 Quạt ly tâm: .5 a) Phân loại b) Nhiệm vụ c) Yêu cầu d) Cấu tạo quạt ly tâm đ) Lý thuyết tính tốn quạt: 2.4.2 Lý thuyết sàng phẳng: .8 iv Chương 11 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 3.1 Các phương pháp tách hạt theo kiểu đập: 11 3.2.1 Bộ phận đập tiếp tuyến: 11 3.2.2 Bộ phận đập dọc trục: 13 3.2.3 Bộ phận đập tiếp tuyến dọc trục: 14 3.2 Xác định thông số động học máy đập: 19 Chương 4: 20 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 4.1 Kết quả: 20 4.1.1 Tính tốn thiết kế phận chủ yếu máy: 20 a) Trống đập: 20 b) Máng phân ly: 22 c) Sàng: 23 d) Quạt: 25 đ) Hệ thống truyền động, nguồn động lực: 29 e) Khung: 33 g) Các phận khác: 33 4.2 Khảo nghiệm thực tế: 34 4.2.1 Mục đích khảo nghiệm: 34 4.2.2 Chuẩn bị khảo nghiệm: 34 4.2.3 Phân tích sản phẩm: .34 a) Cửa thoát: 34 b) Cửa thu hạt: 35 4.2.4 Dụng cụ khảo nghiệm: 35 4.2.5 Khảo nghiệm 35 4.3 Đánh giá kết khảo nghiệm: 35 4.3.1 Khảo nghiệm lần 1: .35 a) Nhận xét: 36 b) Thảo luận: 37 4.3.2 Khảo nghiệm lần 2: .37 v a) Nhận xét: 38 b) Thảo luận: 38 Chương 39 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 39 5.1 Kết luận: 39 5.2 Đề nghị: 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT IRRI: International Rice Research Institute vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1: Đậu nành Hình 2 Thu hoạch đậu nành Hình 3: Các loại quạt ly tâm Hình 4: Cấu tạo quạt ly tâm Hình 5: Sơ đồ cấu tạo sàng phẳng 10 Hình 6: Hình dáng số loại sàng 10 Hình 1: Sơ đồ phân bố vận tốc lớp lúa khe hở đập 12 Hình 2: Sơ đồ khai triển trống trống trống đập 12 Hình 3: Sơ đồ cấu tạo phận đập dọc trục trống 13 Hình 4: Sơ đồ cấu tạo phận đập tiếp tuyến dọc trục 14 Hình 5: Bộ phận đập dọc trục trụ 16 Hình 6: Bộ phận đập dọc trục 18 Hình 1: Sơ đồ khai triển trống 20 Hình 2: Sơ đồ bố trí trống 21 Hình 3: Sơ đồ dẫn động cho sàng 23 Hình 4: Bố trí lỗ sàng 24 Hình 5: Trục trống đập 34 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Các số tính chất lý hạt đậu nành 23 Bảng 1: Kết khảo nghiệm lần ngày 9/6/2011 36  Bảng 2: Chỉ tiêu chất lượng máy lần khảo nghiệm 36  Bảng 3: Kết khảo nghiệm lần ngày 14/06/2011 37  Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng máy lần khảo nghiệm 37  ix Hm =  U 22   U 12 1  Trong γ khối lượng riêng khơng khí γ = 1,2 (kg/m3) Với giá trị :   tg ;  tg tg 1 U1 = ω d1   ; 1  tg tg 2 U2 = ω ; d2 Ta có : Cu = C’.sinβ = C’.cosγ  Cu1 = C’.cosγ1 Trong quạt nông nghiệp ta chọn: α1 = 350, α2 = 50; Với hệ số đặc trưng chế độ làm việc quạt: k  Hd = H 114,3 = 0,99 116,26 Với k = 0,99 từ bảng cho sẵn từ đồ thị ta chọn γ1 = 600, γ2 = 100 Vậy ta có: tgγ1 = 1,732; tgγ2 = 0,176; tgα1 = 0,7; tgα2 = 0,087   1  tg tg 1   = 0,452 ;  tg tg 2 = 0,985; Cu1 = C’.cosγ1 = 7.cos600 = 3,5 U1.Cu1 = tgα1.7.sinγ1 = 0,7.7.0,866 = 4,24  U1 = Cu1 + U1.Cu1 = 3,5 + 4,24 = 7,74 U1 d   1,8  U2 = 1,8.7,74 = 13,93 U2 d1 Từ suy ra: Hm =  U 22   U 12 1  = 1,2.(13,93 2.0,985  7,74 2.0,452) ≈.196,87 với H = 116,26   H H m = 116,26 ≈ 0,59 thoả mãn nằm khoảng 0,5 ÷ 0,6 196,87 Vậy thơng số lựa chọn hợp lý  Tính V: 28 Từ công thức V = U1.φ1.π.d1.b.μs.μ Với: - μ: hệ số tương đương (μ = 0,6 ÷ 0,8) chọn μ = 0,7 - μs: hệ số phụ thuộc cấu trúc quạt μs = - z.s1  d cos  Giá trị μs lấy nằm khoảng 0,85 ÷ 0,95 Ta chọn : μs = 0,85 z: số cánh quạt s1 :là độ dày chân cánh quạt Vậy  V = U1.φ1.π.d1.b.μs.μ = 7,74.0,452.3,14.0,1.0,3.0,85.0,7 = 0,196 (m/s)  Tính cơng suất quạt số vòng quay cần thiết - Số vòng quay cần thiết n 60.U 60.U =  60.7,74 = 1479 (v/ph) 3,14.0,1  d  d  Chi phí công suất xác định theo công thức: Nq = V.Hm = 0,2.196,87 = 39,4 (w)  Công suất thực tế: N N= q  với η: hiệu suất quạt lấy η = 0,9  N= 39,4 = 43,7 (w) 0,9 đ) Hệ thống truyền động, nguồn động lực:  Hệ thống truyền động: Chọn động điện pha, cơng suất 1HP, số vòng quay 1450 (v/ph) Công suất trống đập: 46,1W Vận tốc trống đập: 637 v/p Tỉ số truyền: i = n1 1450 =  2,28 n2 637  Tính truyền đai: 29 Chọn đai loại A Kích thước tiết diện: b.h = 13,8 mm2 Diện tích đai: F = 81 mm2 Đường kính bánh đai nhỏ: D1 = 1,2Dmin = 1,2.100 = 120 mm Chọn D1 = 125 mm Chọn số vòng quay động cơ, n = 1450 v/p Kiểm nghiệm vận tốc đai: v =  D1 n1 60.1000 =  125.1450 60.1000 = 9,48 m/s Chọn ξ = 0,015 Đường kính bánh đai lớn: D2 = i.(1 – ξ).D1 = 2,28.(1 – 0,015).125 = 280,7 mm Tra bảng chọn D2 = 280 mm Số vòng quay trục bị dẫn: n2 = 637 (v/ph) Chọn sơ khoảng cách trục a theo đường kính bánh đai lớn D2: a = 1,18.D2 = 1,18.280 = 330,4 mm Tính chiều dài đai theo khoảng cách trục a: L = 2.a +  ( D2  D1 )  ( D2  D1 ) (280  125)  = 2.330,4 + (280  125)  = 1494,2 4a 4.330,4 mm Chọn lại L theo tiêu chuẩn: L = 1400 mm Khoảng cách mắc đai: amin = a – 0,015L = 330,4 – 0,015.1400 = 309,4 mm amax = a + 0,03L = 330,4 + 0,03.1400 = 372,4 mm Xác định số đai: Góc ơm: α1 = 1800 α2 = 1800 + Z D2  D1 57 = 153 15’ a D2  D1 57 = 206 44’ a 1000.N v. P 0 C t C C v F Ứng suất ban đầu:σ = 1,2 - 1,5 N/mm2 Chọn hệ số theo bảng: 30 Ct = 0,9; Cα = 0,929; Cv = 1;   = 1,7 p Số đai Z  1000.0,76 = 0,69; 9,48.1,7.0,9.0,929.1.81 Chọn Z = Kích thước bánh đai: Bề rộng: B = (Z – 1).t + 2.s = 20 mm Đai bảng A: t = 16mm, s = 10, h0 = 3,5mm Đường kính ngồi bánh đai dẫn, bị dẫn: Dn1 = D1 + 2.h0 = 132 mm Dn2 = D2 + 2.h0 = 287 mm Lực căng ban đầu S0 = F.σ0 = 81.1,4 = 113,4 N  1   = 992,4 N   Lực tác dụng lên trục: R1 = 3.S0.Z sin   Tính trục:  Đường kính sơ bộ: d1  C N1 n2 Hiệu suất truyền đai: η = 0,9; C = 120 Công suất truyền động cơ: N = 0,9.Nđc = 0,9.0,76 = 0,684 kW => d  1203 0,684  12,2 mm 637 9,55.10 6.N = 10255 Nmm Mô-ment truyền Mx = n2 31 Ta xem momen từ động truyền đến hai bích trống nhau: Mb1 = Mb2 = Mx Lực vòng tác dụng lên hai mặt bích theo phương Ox Oy nhau: Px1 = Px2 = Py1 = Py2 = Mx = 25,6 Nmm 2.Rt Momen uốn tiết diện nguy hiểm: Mu  M ux  M uy2  = 20794 Nmm Chọn vật liệu làm trục thép CT5, có [σ] = 58 N/mm2 Momen tương đương: M td  M u   0,75.M x2 = 26085 Nmm Đường kính trục tiết diện nguy hiểm: d  32 M td = 16,51 mm 0,1.  Chọn đường kính trục tiết diện nguy hiểm 20 mm Tại vị trí khác thừa bền Hình 5: Trục trống đập  Tính then: Đường kính trục lắp then: Ø25, Kích thước then: b = h = 6mm, t = (mm), chiều dài then: l = 18 (mm) Kiểm nghiệm độ bền dập: d  2.M   d  = 150 (N/mm ); t d ll Với: M = 40 (Nmm): mô-ment xoắn; ll = 18 (mm): chiều dài làm việc then; t2 = (mm): độ sâu rãnh then may-ơ ; =>  d = 0,06 (N/mm2) <  d  Vậy then thừa bền e) Khung: Khung máy thiết kế dựa tham khảo mẫu máy khác có cấu tạo tương tự Khung máy thiết kế vững có kết cấu phù hợp để lắp phận đập máy g) Các phận khác:  Nắp trống – máng cấp liệu: Nắp trống có tác dụng che kín đảm bảo để vật liệu đập dịch chuyển dọc trục trống đập Trên nắp trống lắp dẫn hướng cho vật liệu Các chế tạo thép dày mm hàn vào nắp Khe hở nắp trống đập giảm tới mức tối đa để đảm bảo vật liệu đập không bị ngược vào trống đập - Chiều dài: Ln = 400 (mm) 33 - Bán kính: Rn = 200 (mm)  Máng thu hạt: Máng thu hạt thiết kế để tất hạt sau qua sàng tự chảy cốc đựng cuối máng Máng hứng lắp song song với sàng Góc nghiêng máng hứng 100 Máng làm tôn mm 4.2 Khảo nghiệm thực tế: Trước tiến hành khảo nghiệm cần chạy rà máy Dùng động truyền động cho trống đập điều kiện khơng tải Mục đích: - Kiểm tra mối ghép, kiểm tra làm việc máy phận quay - Kết quả:  Mối ghép cấu lắc sàng chưa tốt cần điều chỉnh lại Các mối ghép khác hoạt động tốt  Máy rung nhiều Khắc phục:  Sửa lại mối ghép cấu lắc  Kiềng chân cho khung máy 4.2.1 Mục đích khảo nghiệm: Kiểm tra thơng số máy với biến là: khe hở máng trống, góc cánh dẫn hướng, tốc độ trống Đo đạc thông số kỹ thuật, xác định lại thông số động học máy 4.2.2 Chuẩn bị khảo nghiệm: - Đo khe hở máng trống - Đo lại góc nghiêng cánh dẫn hướng - Cho máy hoạt động - Đo tốc độ trống đập làm việc 4.2.3 Phân tích sản phẩm: a) Cửa thốt: - Sau thí nghiệm, giũ hạt khỏi tạp chất 34 - Cân lượng hạt vừa thu với độ xác 0,01g ta trọngonh lượng hạt theo rơm - Thu hạt chưa tách khỏi đem cân b) Cửa thu hạt: - Sau thí nghiệm, cân tồn sản phẩm cửa thu hạt đem cân Tổng trọng lượng hỗn hợp Qh - Làm hốn hợp tay, thu khối lượng hạt Qs - Xác định độ tổn thương 4.2.4 Dụng cụ khảo nghiệm: - Cân điện tử xác 0,01g - Đồng hồ đo số vòng quay - Động cơ, dụng cụ chứa 4.2.5 Khảo nghiệm - Thời gian: 14/06/2011 - Địa điểm: Xưởng máy Công thôn - Nhân lực: sinh viên Bùi Hữu Lợi, sinh viên Lê Minh Nhật - Phương pháp khảo nghiệm: sau lắp, tiến hành chạy rà kiểm tra độ ổn định máy Bố trí thí nghiệm ngẫu nhiên hoàn toàn với mức: vận tốc trống đập, khe hở máng trống, góc nghiêng cánh dẫn hướng Số thí nghiệm lặp lại lần, lần tiến hành 10 thử nghiệm 4.3 Đánh giá kết khảo nghiệm: 4.3.1 Khảo nghiệm lần 1: 35 Bảng 1: Kết khảo nghiệm lần ngày 9/6/2011 Góc Khối Lần thí lượng nghiệm nghiêng cánh đập dẫn (g) hướng (độ) Khe hở Vận tốc Lượng hạt thu trống (g) máng trống n, (mm) v/ph v, Cửa Cửa Theo Tổn Hạt m/s thoát bổi thương 25,38 6,79 0,95 0,23 5,13 19,74 5,12 1,03 0,15 4,62 21,63 5,26 0,87 0,16 4,33 17,08 5,35 0,67 0,45 5,01 13,81 4,62 0,58 0,31 4,05 14,55 4,03 0,39 0,28 3,69 15 10 717 11,3 Tiến hành lấy mẫu xác định độ tổn thương hạt tính tiêu chất lượng máy Bảng 2: Chỉ tiêu chất lượng máy lần khảo nghiệm Lần thí nghiệm Độ sót (%) Độ tổn thương Tỷ lệ hạt theo Độ lẫn tạp (%) bổi (%) chất (%) Lần 11,92 2,89 24,44 Lần 16,34 2,38 9,77 Lần 13,83 2,54 17,68 Lần 10,36 6,96 6,36 Lần 10,52 5,62 12,34 Lần 8,3 5,96 8,44 a) Nhận xét: - Tỷ lệ hạt theo rơm: 11,88% (bao gồm hạt hỏng) - Khơng có tổn thương hạt - Độ lẫn tạp chất: 13,17% - Độ sót: 4,39% (bao gồm hạt hỏng) 36 b) Thảo luận: Để khắc phục tượng hạt theo rơm có hai cách: - Tăng tỉ số truyền - Giảm góc xoắn cánh dẫn hướng tăng số cánh dẫn hướng 4.3.2 Khảo nghiệm lần 2: Bảng 3: Kết khảo nghiệm lần ngày 14/06/2011 Góc Khối Lần thí lượng nghiệm nghiêng cánh đập dẫn (g) hướng (độ) Khe hở Vận tốc Lượng hạt thu trống (g) máng trống n, (mm) v/ph v, Cửa Cửa Theo Tổn Hạt m/s thoát bổi thương 21,37 7,93 0,19 7,62 16,49 6,28 0 5,89 7,37 2,42 0,25 0 2,33 13,28 3,95 0 3,82 13,53 4,54 0,05 0 3,80 15,22 5,08 0,12 0,05 4,78 10 10 679 10,7 Tiến hành lấy mẫu xác định độ tổn thương hạt tính tiêu chất lượng máy Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng máy lần khảo nghiệm Lần thí Hạt theo rơm Độ tổn thương Tỷ lệ hạt theo Độ lẫn tạp nghiệm (%) (%) bổi (%) chất (%) Lần 0 2,34 3,91 Lần 0 6,21 Lần 9,36 0 3,72 Lần 0 3,29 Lần 1,1 0 16,3 Lần 2,36 0,95 5,91 37 a) Nhận xét: - Không có hạt tổn thương - Tỉ lệ hạt theo rơm: 2,14% (bao gồm hạt hỏng) - Tỉ lệ sót: 0,55% (bao gồm hạt hỏng) - Độ lẫn tạp chất: 6,56% b) Thảo luận: - Lưới sàng làm việc chưa hiệu - Quạt chưa đạt hiệu tốt 38 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận: Máy đập đậu nành theo tính tốn thiết kế đáp ứng u cấu đề ra: - Hạt khơng có tổn thương - Độ tương đối cao - Độ hạt theo rơm thấp - Các thông số kỹ thuật phù hợp với tính tốn thực nghiệm - Máy dễ vận hành, an tồn, dễ chăm sóc, sữa chữa 5.2 Đề nghị: - Tiến hành thử nghiệm nhiều mẫu để kiểm tra thông số làm việc cảu máy - Cải tiến cấu sàng để đạt hiệu hơn, đồng thời giảm độ rung lắc - Tiếp tục thử nghiệm với biến: ẩm độ vật liệu vào, khe hở đập để tìm thơng số làm việc lý tưởng - Cải tiến quạt thổi tạp chất để đạt hiệu cao 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐOÀN VĂN ĐIỆN, NGUYỄN BẢNG – Lý thuyết tính tốn máy nơng nghiệp – Tủ sách Đại Học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh – 1987 NGUYỄN TRỌNG HIỆP – Chi tiết máy – Tập I, II – NXB Giáo Dục – 1994 NGUYỄN QUANG LỘC – Giáo trình máy thu hoạch trồng – NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2004 HOÀNG XUÂN NGUYÊN – Dung sai lắp ghép đo lường kĩ thuật – NXB Giáo Dục – Tập I – 1994 TRẦN HỮU QUẾ, ĐẶNG VĂN CƯ, NGUYỄN VĂN TUẤN – Vẽ kỹ thuật khí – NXB Giáo Dục – 2000 NGUYỄN HAY – Giáo trình Máy sau thu hoạch – NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2003 NGUYỄN HỮU LỘC – Cơ sở thiết kế máy – NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2008 Một số tài liệu từ Internet PHỤ LỤC Phụ lục 1: Dụng cụ khảo nghiệm: Đồng hồ đo số vòng quay Phụ lục 2: Sơ đồ tồn máy Cân điện tử độ xác 0,01g Phụ lục 3: Máy thực tế