NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ MÁY ÉP XƠ DỪA NĂNG SUẤT 500 kgh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ – CƠNG NGHỆ  NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ MÁY ÉP XƠ DỪA NĂNG SUẤT 500 kg/h Chun ngành: Cơ khí cơng thôn Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Th.S NGUYỄN VĂN XUÂN PHẠM TIẾN SĨ KS PHẠM DUY LAM Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gởi lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến bậc sinh thành nuôi dạy chăn sóc khơn lớn đến ngày hơm Xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm, Ban chủ nhiệm thầy cô Khoa Cơ khí – Cơng nghệ quan tâm dạy dỗ tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập hoàn thành luận văn Đặc biệt gởi lòng cảm ơn đến thầy Th.s Nguyễn Văn Xuân thầy Phạm Duy Lam tận tình hướng dẫn dìu dắt em lúc làm luận văn Xin cảm ơn Thầy Cô Thư viện Trường Đại học Nơng Lâm giúp đỡ em tìm tài liệu để làm luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn bạn lớp DH04CK lớp giúp đỡ tơi thực đề tài Xin thật lòng cảm ơn Sinh viên: Phạm Tiến Sĩ Đề tài: NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ MÁY ÉP XƠ DỪA NĂNG SUẤT 500 kg/h Thời gian thực hiện: 01/04/2008 đến 14/8/2008 Địa điểm: Trung tâm Năng lượng  Máy nông nghiệp - Trường Đại học Nơng Lâm TP.HCM TĨM TẮT Hiện nay, nước ta việc làm bánh xơ dừa để trồng lan thực phương pháp thủ cơng bao gồm việc cắt, đập mềm vỏ xơ dừa lại thành bánh, chưa có máy ép xơ dừa Vì vậy, tiến hành nghiên cứu thiết kế máy ép xơ dừa với mục đích làm cho vỏ xơ dừa dẹp mềm phù hợp với yêu cầu việc trồng lan Qua đó, chúng tơi tìm hiểu loại máy ép với mục tiêu sau:  Tìm hiểu loại máy ép sử dụng để chọn loại máy ép phù hợp với u cầu  Tính tốn, thiết kế cụm chi tiết máy ép: trống ép, trục, truyền  Đặc tính kĩ thuật máy  Năng suất: 500 kg/h  Năng lượng tiêu thụ: 15 kW/h  Số vòng quay trống: 19 vg/ph Topic: RESEARCHING – DESIGNING COCONUT FIBER PRESSING MACHINE, CAPACITY 500 kg/h Date: from April 1st, 2008 to August 14th, 2008 Place: The center for Agricultural energy and Machinery – Nong Lam University - Ho Chi Minh city SUMMANY Nowadays, making coconut fiber piece to plant orchids is done by manual with: cutting; threshing to coconut fiber soft; rolling, and there isn’t any coconut fiber pressing machine in my country So, we have researched and designed the coconut fiber pressing machine for the purposes making coconut fiber being flat and soft to suitable for planting orchids Consequently, we have learned about pressing machine with the below purposes:  Learning about pressing machine, which were used in oder to choose a suitable pressing machine  Calculating, designing the main detail groups of the pressing machine: pressing thresher, axis, a set of communicating motion  Specification of the machine  Capacity: 500 kg/h  Energy consumption: 15 kW/h  Rotation of pressing thresher: 19 vg/ph MỤC LỤC TRANG Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Mục lục iii Danh sách hình v Danh sách bảng vi MỞ ĐẦU TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO .11 PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI 11 2.1 2.1.1 Nguồn gốc nuôi trồng phân bố 11 2.1.2 Đặc điểm sinh thái số tính chất dừa trái dừa .12 2.1.3 Các sản phẩm từ dừa .13 2.2 Tư liệu dừa trái dừa 11 Ưu nhược điểm số loại máy ép 15 2.2.1 Máy ép thủy lực .15 2.2.2 Máy ép kiểu vít 16 2.2.3 Máy ép kiểu trục kiểu trống 17 2.3 Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến việc ép nguyên liệu .18 2.4 Những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép .18 2.5 Tính tốn – thiết kế 19 2.5.1 Chọn công suất động điện 19 2.5.2 Tính tốn truyền xích 19 2.5.3 Tính trục .20 2.5.4 Tính truyền đai 22 2.5.5 Chọn ổ lăn 22 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .24 3.1 Phương pháp nghiên cứu 24 3.1.1 Về lý thuyết 24 3.1.2 3.2 Về thực nghiệm 24 Phương pháp dụng cụ sử dụng 24 3.2.1 Xác định kích thước vật liệu 24 3.2.2 Xác định ẩm độ vật liệu 25 3.2.3 Xác định lực ép 25 3.2.4 Xác định góc ma sát nguyên liệu vật liệu cấu tao máy (thép) 25 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .26 4.1 Các thông số thiết kế ban đầu 27 4.2 Tính tốn – thiết kế máy ép xơ dừa 32 4.2.1 Xác định đường kính trống 32 4.2.2 Tính vận tốc quay trung bình trống .33 4.2.3 Tính cơng suất động 34 4.2.4 Tính truyền đai 35 4.2.5 Tính truyền xích 37 4.2.6 Tính bền trục 40 4.2.7 Chọn ổ lăn 43 4.2.8 Tính bền trống 44 4.2.9 Chọn bánh truyền động trống 47 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ .49 5.1 Kết luận 49 5.2 Đề nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Máy ép thủy lực Hình 2.2: Máy ép kiểu vít Hình 2.3: Máy ép kiểu trống Hình 4.1: Sơ đồ toàn máy ép xơ dừa 18 Hình 4.2: Sơ đồ đo lực ép 21 Hình 4.3: Biểu đồ lực ép độ dày vỏ xơ dừa 22 Hình 4.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định góc ma sát 23 Hình 4.5: Sơ đồ lực tác dụng lên trục 24 Hình 4.6: Sơ đồ truyền động 27 Hình 4.7: Sơ đồ trục 32 Hình 4.8: Biểu đồ mơmen 34 Hình 4.9: Sơ đồ trống 36 Hình 4.10: Biểu đồ mơmen Mz 37 Hình 4.11: Hình vẽ trống 38 DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 4.1 Kết kích thước bề dày, chiều dài, chiều rộng xơ dừa 19 Bảng 4.2: Kết ẩm độ xơ dừa 20 Bảng 4.3: Kết kiểm tra lực ép cm2 vỏ xơ dừa 21 Bảng 4.4: Lực tác dụng lên trục 22 Bảng 4.5:Kết góc ma sát vỏ xơ dừa thép 23 MỞ ĐẦU Dừa cơng nghiệp thích hợp với vùng khí hậu nhiệt đới, sản phẩm dừa ngày sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm, cơng nghiệp hóa chất, y tế, cảnh … Trái dừa sản phẩm dừa đặc biệt sở sản xuất bánh kẹo, nước cốt dừa tách từ cơm dừa nguồn ngun liệu khơng thể thiếu Xơ dừa dùng làm dây thừng, chão, thảm, bàn chải, dùng rộng rãi nghề làm vườn trồng cảnh, làm chất độn phân bón Do giá trị nhu cầu sử dụng xơ dừa ngày cao, đòi hỏi phải có loại máy móc phục vụ cho việc lấy xơ dừa ép làm mền dẹp xơ dừa xuống để phục vụ cho việc trồng cảnh Hiện nay, máy ép xơ dừa chưa có Việt Nam việc ứng dụng máy ép xơ dừa để ép xơ dừa tỏ có nhiều triển vọng Thiết kế máy đáp ứng yêu cầu đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều, giá thành không cao, đủ sức cạnh tranh thị trường nước Hơn thiết kế máy khơng q phức tạp, tốn nhân cơng chế tạo nước Được chấp nhận khoa Cơ khí – Cơng Nghệ Trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, với hướng dẫn thầy Thạc sĩ Nguyễn Văn Xuân thầy Phạm Duy Lam thực đề tài: “Nghiên cứu - thiết kế máy ép xơ dừa suất 500 kg/h” Đề tài nhằm mục đích: Nghiên cứu thiết kế máy ép xơ dừa Trong trọng đến khâu ép làm cho sản phẩm mềm dẹp theo yêu cầu sử dụng việc trồng lan 10 Theo bảng (6 – – 4), TL - với xích ống lăn dãy có bước t = 19,05; n01 = 1600 v/ph; Z01 = 25 chiều rộng xích b = 18,08 mm công suất cho phép [N] = 20,1 kW, tải trọng phá hỏng Q = 2500 N, khối lượng mét xích 1,52 kg  Định xác khoảng cách trục A số mắt xích X Với A sơ 800 mm, tính số mắt xích theo công thức (2 – 4) Z  Z 2 A  Z  Z1  t X     t  2  A 29  37 * 800  37  29  19,05    117,03  * 800 19,05  * 3,14  X  Lấy số mắt xích X = 117 Kiểm nghiệm số lần va đập giây [công thức (6 – 16)], TL - u 4v Zn 29 * 1450    23,96 15 *121 L 15 X Theo bảng (6 – 7), TL - tìm số lần va đập giây [u] = 50, điều kiện u ≤ [u] thỏa mãn Tính xác khoảng cách trục theo cơng thức (2 – 3) ta có Z  Z2 Z  Z2  t   Z  Z1   X  A  X    8  4 2  2     2     2 19,05  29  37 29  37   37  29    A * 117   117     8*  * 3,14        A  762mm Để đảm bảo độ võng bình thường xích, giảm khoảng cách trục khoảng ΔA = 0,003A = 0,003*762 ≈ mm Vậy A = 762 – = 760 mm  Tính đường kính vòng chia đĩa xích Theo cơng thức (2 – 2) ta có: dc  t 180 sin Z 39 Đĩa dẫn d c1  19,05  176mm 180 sin 29 Đĩ bị dẫn d c2  19,05  225mm 180 sin 37  Lực tác dụng lên trục Theo công thức (2 – 7) R  kt P  6.10 k t N * 10 * 1,05 * 15   1179,7 N Ztn 29 * 19,05 * 1450 4.2.6 Tính bền trục Ta tính bền trục cho trục cuối lực tác dụng lên trục lớn nhất, ta xét lực ép tác dụng lên trục có F = 20000 N, lực khác tác dụng lên trục không đáng kể, lực tác dụng lên trục xích R = 1179,7 N nhỏ lực ép nhiều Sơ đồ trục sơ Hình 4.5: Sơ đồ trục  Chọn kích thước: Khoảng cách từ cạnh trống đến ổ lăn: a = 30 mm Chiều dài trống: l = 400 mm Vật liệu làm trục: C45 40  Tính phản lực gối đỡ Ta có: RAy + RBy = P1 + P2 = 2P1 = F5 = 20000 N  mA  P * a  P RBy  * (a  l )  RBy * (a  l  a )  P1 * (a  l  a ) 10000 * (30  400  30)   10000 N al a 30  400  30 => RAy = 2P1 – RBy = 20000 – 10000 = 10000 N  Tính mơmen mặt cắt Mơmem mặt cắt – Ta có: RAy*z + m1 = m1 = - RAy*z với z = => m1 = - 10000*0 = z = a = 30 => m1 = -10000*30 = - 300000 N Mơmen mặt cắt – Ta có: RAy*(a + z) + m2 – P1*z = m2 = P1*z - RAy*(a + z) với z = => m2 = 10000*0 – 10000*(30 + 0) = - 300000 N z = 400 => m2 = 10000*400 – 10000*(30 + 400) = - 300000 N 41 Mômen mặt cắt – Ta có: RAy*(a + l + z) + m3 – P1*(l + z) – P2*z = => m3 = P1*(l + z) + P2*z – RAy*(a + l + z) Với z = => m3 = 10000*(400 + 0) + 10000*0 – 10000*(30 + 400 + 0) = -30000 N z = 30 => m3 = 10000*(400 + 30) + 10000*30 – 10000*(30 + 400 + 30) m3 = Biểu đồ mômem Hình 4.6: Biểu đồ mơmen Dựa vào biểu đồ mơmen ta thấy mặt cắt (2 – 2) (3 – 3) nguy hiểm nhất, ta tính đường kính trục mặt cắt – – 3, mơmen mặt cắt (2 – 2), (3 – 3) có mơmen nên ta tính đường kính trục mặt cắt (2 – 2) Theo cơng thức (2-10) ta có: d 3 Mx 300000 3  39,15mm 0,1  0,1 * 50 Với [] = 50 N/mm2 thép C45 Chọn đường kính trục d = 48 mm mặt cắt (2 – 2), (3 – 3) đường kính hai gối đỡ d = 40 mm 42 4.2.7 Chọn ổ lăn Chọn kiểu ổ lăn, chọn ổ bi đỡ có kiểu 36308 góc β = 160 Đường kính d (mm) Đường kính ngồi Bề rộng ổ Đường kính D (mm) 40 B (mm) 90 bi (mm) 23 15,08 Hệ số khả làm việc C Tải trọng tĩnh cho phép Q1 60000 (daN) 2900 Kiểm tra bền ổ lăn Các thơng số ban đầu Đường kính ngõng trục d = 40, máy làm việc năm, ngày làm việc giờ, RAy = 10000 N, RBy = 10000 N, thời gian làm việc h  * 300 *  16800 giờ, số vòng quay n = 19 v/ph Hệ số khả làm việc, theo công thức (2-17) C = Q(nh)0,3 ≤ Cbảng Ở h = 16800 giờ, n = 19 v/ph Tải trọng tương đương Q, theo công thức (2-21) Q = (KvR + mAt)KnKt, daN Hệ số m = 1,5 (bảng – 2); Kt = tải trọng tĩnh (bảng – 3); Kn = nhiệt độ làm việc 1000 C (bảng – 4); Kv = vòng ổ quay (bảng – 5), bảng TL - Tổng lực chiều trục At = 0, phản lực hai gối đỡ nên ta tính cho gối đỡ Q = (1*10000 + 1,5*0)1*1 = 10000 N = 1000 daN C = 1000*(19*16800)0,3 = 44794 daN ≤ Cbảng = 60000 daN thỏa mãn 43 4.2.8 Tính bền trống Sơ đồ Hình 4.7: Sơ đồ trống  Các kích thước ban đầu: Khoảng cách từ cạnh trống đến ổ lăn: a = 30 mm Chiều dài trống: l = 400 mm Đường kính ngồi trống: dn = 240 mm (Vì trống có nên ta giảm đường kính ngồi xuống 10 mm để làm trống) Lực tác dụng lên trống: F = P*400 = 20000 N => P = 50 N Chọn vật liệu Thép C45 có : Ứng suất cho phép: [] = 50 N/mm2 Góc xoắn tỉ đối cho phép: [] = 0,5 độ/m Môđun đàn hồi trượt: G = 8.105 kG/cm2 = 8.104 N/mm2  Tính mơmen xoắn nội lực Mz Tại gối đỡ khơng có mơmen xoắn nội lực Xét mặt cắt – Ta có: ≤ z ≤ 400 mm Mz + RAy*(a + z) – P*z2/2 =  Mz = P*z2/2 – RAy*(a + z)  Mz = 50*z2/2 – 10000*(30 + z) 44  Mzmax = 1300000 N.mm = 1300 kN.mm (với z = 200)  Mzmin = -300000 N.mm = -300 kN.mm (với z = 0) Hình 4.8: Biểu đồ mơmen Mz  Tính đường kính trống (bề dày trống) Từ biểu đồ mômen xoắn nội lực, ta thấy Mz = 1300000 Nmm lớn Với trống có mặt cắt ngang hình vành khăn: Theo điều kiện bền ta có: d 3 Với   16M zmax        d tr , dtr đường kính trong; dn = đường kính ngồi dn Hay dn  16 M zmax        Với dn = 240 mm; Mz = 1300000 Nmm; [] = 50 N/mm2 240  16 * 1300000 3,14 * 50(1   )   ≤ 0,9957 45 Theo điều kiện cứng ta có: d4 32 *180 * 100 * M zmax  2G       Hay dn  32 * 108 * 100 * M zmax  2G     240     32 * 108 * 100 * 1300000 3,14 * * 10 * 0,5 *       ≤ 0,9997 Kết hợp hai điều kiện bền cứng ta chọn  = 0,9 Ta có:  d tr  0,9 dn  dtr = dn*0,9 = 240*0,9 = 216 mm Vậy bề dày trống: B = (dn – dtr)/2 = (240 – 216)/2 = 12 mm Hình 4.9: Hình vẽ trống 46 4.2.9 Chọn bánh truyền động trống  Chọn vật liệu Thép C45 có giới hạn bền kéo bk = 580 N/mm2, giới hạn chảy ch = 290 N/mm2, độ rắn HB = 190  Các thơng số Vì trống quay vận tốc nên ta cần chọn loại bánh để chuyển động trống Môđun: ms = Số Z = 63 Góc ăn khớp  = 200 Khoảng cách trục cặp trống A1 = dtr + = 250 + = 256 mm A2 = dtr + = 250 + = 255 mm A3 = dtr + = 250 + = 254 mm A4 = dtr + 3,5 = 250 + 3,5 = 253,5 mm A5 = dtr + = 250 + = 253 mm Hệ số chiều rộng bánh A = 0,1 Chiều rộng bánh b = A*A = 0,1*256 = 27 mm Đường kính vòng chia dc = ms*Z = 4*63 = 252 mm Đường kính vòng đỉnh Dei = dc + 2*ms = 252 + 2*4 = 260 mm Đường kính vòng chân Di = dc – 2,5*ms = 252 – 2,5*4 = 242 mm  Kiểm nghiệm sức bền uốn sức bền tiếp xúc bánh Ứng suất tiếp xúc cho phép []tx = 2,5*580 = 1450 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép []u = 0,8*290 = 232 N/mm2 47 Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc tx = 1,05 * 10 Ai (i  1) KN 1,05 * 10  256 * bn2 (1  1) * 1,3 *  652,92 N/mm 27 *19 thỏa mãn, tx < []tx = 1450 N/mm2 Kiểm nghiệm sức bền uốn u = 19,1 * 10 KN 19,1 * 10 * 1,3 *   221,7 N/mm '' ym Znb 0,499 * * 63 * 19 * 27 * 1,5 thỏa mãn 48 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu – thiết kế máy ép xơ dừa với suất 500 kg/giờ Tôi rút số kết luận:  Các cụm chi tiết dễ tháo lắp: ổ lăn, bánh xích, bánh răng…  Chế tạo đơn giản, chi phí khơng cao, phù hợp với người sử dụng  Các cụm chi tiết tính tốn kiểm tra đảm bảo độ bền 5.2 Đề nghị Nên xem xét để chế tạo khảo nghiệm theo mẫu thiết kế để ứng dụng thực tế sản xuất Mặc khác, việc tính tốn thiết kế chưa chế tạo khảo nghiệm thực tế Vì việc tính tốn thiết kế “Máy ép xơ dừa” chắn nhiều thiếu xót, mong đóng góp q báu Thầy bạn Tơi chân thành biết ơn 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, 2006 Thiêt kế chi tiết máy Nhà xuất Giáo dục PGS.TS Bùi Văn Miên Máy chế biến thức ăn gia súc Nhà xuất Nơng Nghiệp Th.s Đỗ Hữu Tồn Giáo trình sức bền vật liệu tập I, II Đại học Nông Lâm TP.HCM, Việt Nam Th.s Nguyễn Hồng Phong Giáo trình sức bền vật liệu tập I, II Đại học Nông Lâm TP.HCM, Việt Nam Trần Hữu Quế, 2003 Vẽ kĩ thuật khí tập Nhà xuất Giáo dục Trần Hữu Quế, 2003 Vẽ kĩ thuật khí tập hai Nhà xuất Giáo dục PGS.PTS Trần Minh Vượng, PGS.PTS Nguyễn Thị Minh Thuận, 1999 Máy phục vụ chăn nuôi Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Bá Dương, Nguyễn Văn Lẫm, Hoàng Văn Ngọc, Lê Đắc Phong, 1978 Tập vẽ chi tiết máy Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 50 PHỤ LỤC 51 Máy ép xơ dừa Thái Lan Máy đập làm mềm vỏ dừa 52 Máy tuốt xơ dừa 53 ... trái dừa Các tài liệu tính tốn – thiết kế máy ép như: máy ép thủy lực, máy ép trục vít, máy ép trục kiểu trống 3.1.2 Về thực nghiệm Đã tìm hiểu loại máy ép phục vụ cho việc thiết kế máy ép xơ dừa. .. làm bánh xơ dừa để trồng lan thực phương pháp thủ cơng bao gồm việc cắt, đập mềm vỏ xơ dừa lại thành bánh, chưa có máy ép xơ dừa Vì vậy, chúng tơi tiến hành nghiên cứu thiết kế máy ép xơ dừa với... 4.1: Sơ đồ tồn máy ép xơ dừa 26 4.1 Các thông số thiết kế ban đầu  Năng suất 500 kg/h  Xác định kích thước, ẩm độ, lực ép cm2, góc ma sát với thép xơ dừa  Xác định kích thước xơ dừa Ngày khảo