TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN MẪU CA CAO NĂNG SUẤT 2 KGMẺ

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 MÁY NGHIỀN MẪU CA CAO NĂNG SUẤT KG/MẺ Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HƯỜNG Ngành: CƠKHÍ CHẾ BIẾN BQNSTP Niên khóa: 2009 – 2013 Tháng 6/ 2013 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 MÁY NGHIỀN MẪU CA CAO NĂNG SUẤT KG/MẺ Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HƯỜNG Ngành: CƠKHÍ CHẾ BIẾN BQNSTP Niên khóa: 2009 – 2013 Tháng 6/ 2013 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN MẪU CA CAO NĂNG SUẤT KG/MẺ Tác giả NGUYỄN THỊ HƯỜNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ Khí Chế biến Bảo quản Nông sản Thực phẩm Giáo viên hướng dẫn Kỹ sư: PHẠM DUY LAM Tháng 06/2013 i LỜI CẢM TẠ Em Nguyễn Thị Hường sinh viên lớp DH09CC thuộc khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Trường đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: Ban Giám hiệu Trường đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ q thầy khoa truyền đạt kiến thức đồng thời ln sẵn lòng bảo, giúp đỡ giải triệt để vướng mắc, khó khăn em học tập Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Kỹ sư Phạm Duy Lam thuộc Trung tâm Năng Lượng Máy Nơng Nghiệp tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tỉ mỉ truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Xin bày tỏ lòng biết ơn đến anh xưởng chế tạo Trung tâm Năng Lượng máy Nông Nghiệp anh Kỹ sư Hấu Đức Hòa tất thầy cô, bạn bè giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài ii TÓM TẮT Đề tài: “Tính tốn, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao suất kg/mẻ” tiến hành Trung tâm Năng Lượng máy Nông Nghiệp Trường đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian thực đề tài từ tháng đến tháng năm 2013  Kết thu được:  Khung máy: Chiều cao: 900 mm Chiều rộng: 570 mm  Bộ truyền đai: Đường kính bánh chủ động: 100 mm; đường kính bánh bị động: 200 mm Khoảng cách trục: 316 mm Chiều dài đai: 1000mm Số dây đai:  Kích thước trục truyền động: Chiều dài trục: 383 mm Đường kính trục: 40 mm Đường kính lắp ổ lăn trục: 35 mm Đường kính lắp bánh đai: 32 mm Đường kính lắp chậu nghiền: 34 mm  Kích thước chậu nghiền: Đường kính chậu: 500 mm Chiều cao chậu: 250 mm Chiều dày đáy chậu: 10 mm Chiều dày thành chậu: mm  Kích thước lăn: Đường kính lăn: 200 mm Bề rộng lăn: 156 mm iii MỤC LỤC Chương MỞ ĐẦU 1  1.1 Đặt vấn đề 1  1.2 Mục đích đề tài 1  Chương TỔNG QUAN 2  2.1 Tìm hiểu chung ca cao 2  2.1.1 Nguồn gốc ca cao phát triển cao Việt Nam 2  2.1.2 Đặc điểm sinh thái số tính chất ca cao hạt ca cao 3  2.2 Khái niệm chung trình nghiền /TL3/, /TL6/, /TL10/ 4  2.2.1 Cơ sở vật lý trình nghiền vỡ vật thể rắn 4  2.2.2 Các tiêu đánh giá trình nghiền hạt 5  2.2.3 Các nguyên lý nghiền 7  2.2.4 Các thuyết nghiền 13  2.2.5 Lý thuyết tính tốn máy nghiền chậu lăn /TL6/, /TL9/ 17  Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26  3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 26  3.2 Lựa chọn mơ hình ngun tắc làm việc máy thiết kế 26  3.3 Phương pháp thiết kế 26  3.3.1 Phương pháp thiết kế phận nghiền 26  3.3.2 Phương pháp thiết kế phận chứa liệu 27  3.3.3 Phương pháp thiết kế phận truyền động 27  3.4 Phương pháp chế tạo 27  3.5 Phương tiện: 28  Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 iv 4.1 Cơ sở thiết kế máy nghiền chậu lăn 29  4.1.1 Các số liệu thiết kế ban đầu 29  4.1.2 Lựa chọn mơ hình máy thiết kế 29  4.2 Tính tốn phận nghiền 30  4.2.1 Tính chọn thơng số lăn 30  4.2.2 Tính tốn thơng số chậu 31  4.3 Tính cơng suất buồng nghiền chọn động 33  4.3.1 Công suất buồng nghiền 33  4.3.2 Chọn động 33  4.3.3 Tính tốn thiết kế truyền đai /TL1/, /TL2/ 34  4.4 Tính tốn thiết kế trục /TL1/, /TL2/, /TL11/, /TL8/ 37  4.4.1 Tính tốn thiết kế trục lăn 37  4.4.2 Thiết kế trục truyền động 43  4.5 Tính bền then: 48  4.6 Công nghệ chế tạo /TL4/, /TL7/ 49  4.6.1 Chế tạo khung máy 49  4.6.2 Chế tạo chậu 52  4.6.3 Chế tạo trục 54  Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 57  5.1 Kết luận 57  5.2 Đề nghị 57  v DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Cây ca cao 4  Hình 2.2 Hạt ca cao 4  Hình 2.3 Máy nghiền búa 7  Hình 2.4 Máy nghiền đĩa 8  Hình 2.5 Máy nghiền 10  Hình 2.6 Máy nghiền trục 11  Hình 2.7 Máy nghiền lăn trụ loại chậu đứng yên 12  Hình 2.8 Sơ đồ xác định góc ơm kích thước lăn 19  Hình 2.9 Sơ đồ phân bố tốc độ lăn 23  Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế máy 30  Hình 4.2 Kích thước lăn 31  Hình 4.3 Biểu đồ Mômen trục lăn 39  Hình 4.4 Biểu đồ Mômen trục làm việc 45  Hình 4.5 Khung máy 50  Hình 4.6 Hàn khung máy 51  Hình 4.7 Khung máy sau hàn 51  Hình 4.8 Hình khai triển thành chậu đáy chậu 52  Hình 4.9 Chậu nghiền hàn thành chậu với đáy chậu 53  Hình 4.10 Chậu nghiền hoàn chỉnh 53  Hình 4.11 Trục sau gia cơng 54  Hình 4.12 Máy nghiền chậu lăn sau lắp ráp hoàn chỉnh 55  Hình 4.13 Cho ca cao vào máy để nghiền 56  Hình 4.14 Hạt ca cao sau bị nghiền thành bột nhão 56  vi Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Cùng với chè, tiêu, điều, cà phê, cao su ca cao loại cơng nghiệp ngày mở rộng diện tích canh tác Việt Nam Hiện trồng nhiều tỉnh: Đắc Lắc, Đắc Nơng, Tiền Giang, Bến Tre, Bình Phước, Đồng Nai,…Sản phẩm ca cao hạt ca cao Nó nguồn nguyên liệu chủ yếu có giá trị cao nghành cơng nghiệp chế biến bánh kẹo, đồ uống Trong sơcơ-la sản phẩm chế biến từ ca cao có thương hiệu toàn giới, nhiều người ưa chuộng, phù hợp với lứa tuổi có giá trị kinh tế cao Để tạo sản phẩm sơ-cơ-la có chất lượng cao khâu nghiền hạt ca cao tạo bột mịn đóng vai trò định Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ nghiền hạt ca cao đạt hiệu tối ưu cần thiết Được chấp thuận khoa Cơ khí – Cơng nghệ Trường đại học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đặc biệt hướng dẫn thầy Kỹ sư Phạm Duy Lam, em thực đề tài: “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao suất kg/mẻ” 1.2 Mục đích đề tài Tính toán, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao phục vụ cho mục đích thử nghiệm đạt hiệu cao tiến tới chế tạo máy có suất cao sử dụng rộng rãi sản xuất thực tế Chương TỔNG QUAN 2.1 Tìm hiểu chung ca cao 2.1.1 Nguồn gốc ca cao phát triển cao Việt Nam  Nguồn gốc ca cao: Cây ca cao có tên khoa học Theobroma ca cao, tiếng Hy Lạp có nghĩa là: “Thức ăn vị thần”, thuộc họ Sterculiaceae, Malvales Nguồn gốc ca cao xuất phát từ Trung Mỹ Mexico, người Maya Aztec xứ khám phá, hầu hết nước nhiệt đới trồng loại Trong có Việt Nam, loại theo chân người Pháp đến Nam Bộ từ năm 1878 Và ngày mở rộng diện tích canh tác  Sự phát triển ca cao Việt Nam tính đến năm 2011: Diện tích cao cao Việt Nam ngày tăng cao Theo số liệu tổng hợp nghành nông nghiệp tỉnh, tổng diện tích ca cao nước đến cuối năm 2011 20100 ha, tăng bình quân 2638 ha/năm (từ 2005 – 2011) Trong có khoảng 2300 trồng số lại ca cao trồng xen với số công nghiệp (dừa, điều, cà phê, tiêu) ăn Đề án phát triển ca cao Bộ Nông nghiệp & PTNT 60000 năm 2015 80000 vào năm 2020 Dưới bảng thống kê diện tích ca cao 2005 - 2011(Nguồn: http://phiendichvien.com/nhat-ky-phien-dich/586-phiendich-hoi-thao-quoc-te-ca-cao-viet-nam.html): Mu = M ux2  M uy2 = 28800 Nmm Mtđ = M u2  0.75M x2 = 354754 Nmm Đường kính trục: d 3 M tđ 354754 3  41 mm 0.1 *   0.1 * 50 Chọn đường kính d = 45 mm  Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn: Hệ số an tồn tính theo cơng thức sau: n n n n2  n2  n [n]: Hệ số an tồn cho phép = 1.5 ÷ 2.5 nσ: Hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp n   1 k 0 n   a    m  1 k    a    m Trong đó:  1  1 : Giới hạn mỏi uốn xoắn ứng với chu kì đối xứng Tính gần đúng:  1  (0.4  0.5) b = 270 N/mm2  1  (0.2  0.3) b = 150 N/mm2 46 Chọn hệ số   ;  theo vật liệu Đối với thép cacbon trung bình    0.1 ,    0.05 Hệ số tăng bền trục β = Các hệ số    0.83 ,   0.71 Tập trung ứng suất cho rãnh then: Kσ = 1.63, K  1.5 Do đó, tỷ số: K   K 1.63 1.5  1.9 ,   2 0.83   0.71 Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kì đối xứng:  a   max    M u 28800   W 8942 m  3 Với W: Mômen cản uốn W   * d  14 * 45  8942 N/mm2 32 32 Ứng suất xoắn biến đổi theo chu kì mạch động thì: a m   max  Mx 408283   11.4 *W0 *17883 Với W0: Mômen cản xoắn tiết diện trục: W0   *d3 16 → nσ = → n   14 * 45  17883 N/mm 16 270  44 1.9 * 3.2 150  6.4 11.4 *  0.05 *11.4 47 →n  n n n  n 2  44 * 6.4 442  6.4  6.3  [n] Để đỡ tốn vật liệu ta giảm đường kính xuống 40mm Kiểm nghiệm ta có được: n = 4.5 > [n] Trục thỏa bền Chọn đường kính lắp ổ lăn d = 35mm Do ổ chịu lực dọc trục, yêu cầu cao độ cứng cố định xác vị trí trục theo phương dọc trục nên chọn ổ bi đũa 30207, đường kính trong: 35 mm, đường kính ngồi: 72 mm, bề rộng ổ: 18.25 mm  Kiểm nghiệm trục tải đột ngột: Khi tải trục bị gãy bị biến dạng Điều kiện đảm bảo cho trục làm việc bình thường là:  tđ    3    Trong đó: [σ] = 0.8*σch = 0.8*300 = 240 N/mm2   M u max 28800   4.5 N/mm 3 * d 0.1 * 40   M x max 408283   31 N/mm * d 0.2 * 40 →σtđ =   3  4.5  31.9  32.2 N/mm2 ≤ [σ] Vậy trục thỏa điều kiện bền tải đột ngột 4.5 Tính bền then: Với đường kính trục d = 32 d = 32, ta chọn: b = 10, h = 8, t = 4.5, t1 = 3.6, k = 4.2, lt = 0.8lm (lm chiều dài moayơ) Chọn lt = 37 mm Kiểm nghiệm sức bền dập then theo công thức: 48 σd = 2Mx/dltk ≤ [σd] Với [σd] = 50 N/mm2 σd = 2*408283/40*37*4.2 = 131.37 N/mm2 Vậy, σd ≤ [σd] Kiểm nghiệm sức bền cắt:  c  2M x /dlt b   c   c   120N / mm2  c  * 408283/ 40 * 37 *10  55.17N / mm2 Vậy,  c   c  Kết luận: Then đủ bền 4.6 Công nghệ chế tạo /TL4/, /TL7/ 4.6.1 Chế tạo khung máy  Yêu cầu kĩ thuật: Tạo dàn khung vững đỡ toàn chậu, lăn, động  Các nguyên công chế tạo: Nguyên công 1: Chọn phôi thép V 50 dày mm, cắt đoạn có chiều dài vẽ thiết kế máy cắt Nguyên công 2: Gá hàn thành hình dáng có kích thước theo vẽ thiết kế Nguyên công 3: Làm sỉ hàn, mài nhẵn, lau dầu nhớt Nguyên công 4: Sơn 49 Hình 4.5 Khung máy 50 Hình 4.6 Hàn khung máy Hình 4.7 Khung máy sau hàn 51 4.6.2 Chế tạo chậu  Các nguyên công chế tạo Nguyên công 1: Chọn phôi thép không gỉ Inox SUS 304 Sau đó, cắt dập phơi có kích thước theo kích thước khai triển thành chậu: 1570x250x3, đáy chậu: 500 dày 10 mm Nguyên công 2: Dùng máy uốn để tạo thành chậu Nguyên công 2: Hàn thành chậu với đáy chậu nghiền Nguyên công 3: Mài nhẵn chỗ hàn (nếu có) Ngun cơng 4: Sơn Hình 4.8 Hình khai triển thành chậu đáy chậu 52 250 10 Ø500 Hình 4.9 Chậu nghiền hàn thành chậu với đáy chậu Hình 4.10 Chậu nghiền hồn chỉnh 53 4.6.3 Chế tạo trục  Yêu cầu Đúng đường kính kích thước đoạn trục Đảm bảo độ bóng trục theo u cầu  Các ngun cơng: Ngun cơng 1: Chọn phơi thép 45 (kích thước phơi chọn cho lượng dư gia công nhỏ nhất) Nguyên công 2: Gá phôi lên máy tiện Nguyên công 3: Vát mặt đầu đồng thời khoan lỗ chống tâm hai đầu Nguyên công 4: Tiện thô tiện bán tinh mặt trụ trục máy tiện Ngun cơng 5: Vát góc 2×450 hai đầu trục Nguyên công 6: Tiện tinh bề mặt trục đạt độ bóng theo u cầu kĩ thuật Ngun cơng 7: Phay rãnh then Nguyên công 8: Kiểm tra chất lượng sản phẩm Hình 4.11 Trục sau gia cơng 54 Sau chế tạo tiến hành lắp ráp chi tiết, phận thành máy hồn chỉnh: Lắp trục lên khung máy Lắp chậu với trục Lắp chậu vào gắn cố định Lắp trục vào lăn Lắp lăn với trục cố định Kiểm tra tất mối ghép chắn trước cho máy chạy rà Tiến hành chạy rà máy Hình 4.12 Máy nghiền chậu lăn sau lắp ráp hoàn chỉnh 55 Cho máy chạy thử nghiệm với kg hạt ca cao rang bóc vỏ Hình 4.13 Cho ca cao vào máy để nghiền Hình 4.14 Hạt ca cao sau bị nghiền thành bột nhão 56 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Lựa chọn mơ hình máy thích hợp với tính chất vật liệu nghiền yêu cầu sản phẩm nghiền Đã tính tốn, thiết kế máy nghiền mẫu ca cao chậu lăn suất kg/mẻ Tính tốn truyền động chọn động phù hợp cho hoạt động máy nghiền Xây dựng vẽ lắp tập vẽ chi tiết hoàn chỉnh Tiến hành chế tạo chi tiết lắp ráp thành máy nghiền chậu lăn hoàn chỉnh Trung Tâm Năng Lượng Máy Nông Nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm TPHCM Máy hoạt động tốt không gây tiếng ồn lớn Tiến hành khảo nghiệm hoạt động máy nghiền Trung Tâm Năng Lượng Máy Nông Nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm TPHCM Sản phẩm nghiền chấp nhận cảm quan 5.2 Đề nghị Có thiết bị để đo xác độ nghiền nhỏ bột ca cao sau nghiền thay kết luận cảm quan làm Máy sử dụng thực chậu chi tiết chậu nghiền phải sử dụng thép khơng gỉ để đảm bảo an tồn thực phẩm Thiết kế thêm cửa liệu cho sản phẩm nghiền 57 Chậu nghiền phải có nắp phía để đảm bảo an toàn thực phẩm Trên sở máy nghiền mẫu để tiếp tục nghiên cứu thông số kĩ thuật tối ưu cho máy, rút kinh nghiệm cho máy nghiền chậu lăn chế tạo để đưa vào sản xuất thực tế sau Tính toán hiệu kinh tế cho máy 58 MỤC LỤC Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm Thiết kế chi tiết máy Nhà xuất Giáo Dục Trịnh chất – Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập I, tập II Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Như Nam – Trần Thị Thanh, 2002 Máy gia công học nông sản – thực phẩm Nhà xuất Giáo Dục Hoàng Xuân Nguyên, 1994 Dung sai lắp ghép đo lường kĩ thuật Nhà xuất Giáo Dục Bùi Văn Miên, 1995 Máy chế biến thức ăn gia súc Giáo trình trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Trần Minh Vượng – Nguyễn Thị Minh Thuận, 1999 Máy phục vụ chăn nuôi Nhà xuất Giáo Dục Trần Hữu Quế, 1999 Vẽ kĩ thuật khí tập I, tập II Nhà xuất Giáo Dục Đỗ Hữu Toàn, 2000 Sức bền vật liệu Tủ sách Đại học Nông Lâm Trương Vĩnh – Phạm Anh Tuấn, 2002 Cơ sở kĩ thuật thực phẩm Tủ sách Trường đại học Nông Lâm TPHCM 10 Lê Anh Đức, 2006 Luận văn thạc sĩ Khoa học kĩ thuật Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khảo nghiệm máy nghiền kiểu búa trục ngang có sàng phân ly sản phẩm ngồi buồng nghiền Thư viện Đại học Nông Lâm 11 Nguyễn Hữu Lộc, 2010 Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM 59 60 ... Tính tốn, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao suất kg/mẻ” 1 .2 Mục đích đề tài Tính tốn, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao phục vụ cho mục đích thử nghiệm đạt hiệu cao tiến tới chế tạo. .. tích ca cao Việt Nam 20 05 - 20 11 25 000 20 100 20 000 15515 15000 122 33 89 72 10000 5000 1 023 3 7 320 Series 1 427 0 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 Năm Diện tích ca cao Việt Nam 20 05 – 20 11 2. 1 .2 Đặc... 2 2. 1.1 Nguồn gốc ca cao phát triển cao Việt Nam 2 2. 1 .2 Đặc điểm sinh thái số tính chất ca cao hạt ca cao 3  2. 2 Khái niệm chung trình nghiền /TL3/, /TL6/, /TL10/ 4  2. 2.1 Cơ