Thiết kế chế tạo máy rang cà phê tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY RANG CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG Ngành: Cơ –Điện Tử Chuyên ngành: Cơ –Điện Tử Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Nhanh Sinh viên thực : Bùi Thanh Xuân MSSV: 1311030256 Lớp: 13DCT01 TP Hồ Chí Minh, 2017 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cho công trình khác Nếu khơng trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm đề tài TP Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Bùi Thanh Xuân SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập trường hướng dẫn tận tình quý Thầy Cô, để chúng em tiếp thu nhiều kiến thức nhằm bước chuẩn bị hành trang cho tương lai Càng quý với hướng dẫn bảo Thầy TS Nguyễn Văn Nhanh, em trình làm Đồ án Tốt Nghiệp với tên đề tài Thiết Kế Chế Tạo Máy Rang Cà Phê Tự Động nhằm góp phần nhỏ vào ngành chế biến bảo quản cà phê Trong trình thiết kế tính tốn tất nhiên có nhiều thiếu sót thiếu kinh nghiệm thực tế Em mong bảo quý Thầy Cô bạn góp ý kiến để đề tài nhóm chúng em tốt SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU 10 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11 1.1 Các loại máy rang cà phê 11 1.1.1 Máy rang kiểu cổ điển 12 1.1.2 Máy rang kiểu truyền nhiệt gián tiếp 13 1.1.3 Máy rang kiểu Fluid-bed - truyền khí nóng với tốc độ cao 14 1.1.4 Máy rang kiểu recirculation – tái sử dụng dòng nhiệt thu hổi 15 1.2 Các cơng trình liên quan 15 1.2.1 Bullet R1 16 1.2.2 Gene Café CBR-101 16 1.2.3 RCF-30 17 1.3 Phân loại loại cà phê đặc trưng 18 1.3.1 Cà phê chè – Arabica 18 1.3.2 Cà phê vối – Robusta 18 1.3.3 Cà phê mít – Liberica 19 1.4 Phân tích hạt cà phê 19 1.4.1 Cấu tạo cà phê 19 1.4.2 Thành phần cà phê 20 1.5 Công nghệ rang cà phê 21 1.5.1 Quá trình rang cà phê 21 1.6 Hương vị cà phê qua giai đoạn rang 23 1.7 Phạm vi nghiên cứu 24 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 2.1 Sơ đồ hệ dẫn động máy rang cà phê 25 2.2 Sơ đồ lắp máy rang 25 2.3 Tính lực kéo lồng trống puli 26 2.4 Chọn động cho máy rang 30 2.5 Thiết kế trục 32 SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.6 GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Chọn ổ lăn 33 CHƯƠNG III : THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MÁY RANG CÀ PHÊ 35 3.1 Tính kết cấu vỏ máy 35 3.2 Kết cấu vỏ máy rang: 35 3.3 Các chi tiết khác: 36 3.3.1 Trống rang: 36 3.3.2 Cánh vít trộn bên trống rang 36 3.3.3 Trục có hai rãnh then hoa 37 3.3.4 Puli mâm cặp 38 3.3.5 Mặt trước máy 39 3.3.6 Tạ xả liệu 40 3.3.7 Ổ bạc đỡ mặt bích trống rang 41 3.4 Thi công máy rang cà phê 42 3.5 Một số chi tiết khác 43 3.5.1 Trống rang 43 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 – Những máy rang cà phê dạng lồ ……………………………………… Hình 1.1 – Lồng trống (Drum) lớp ; Lồng trống (Drum) hai lớp ………………… 10 Hình 1.2 – Nguyên lý máy rang kiểu cổ điển ………………………………………… 11 Hình 1.3 – Nguyên lý máy rang kiểu truyền nhiệt gián tiếp …………………………… 12 Hình 1.4 – Nguyên lý máy rang kiểu Fluid-bed ……………………………………… 12 Hình 1.5 – Nguyên lý máy rang kiểu recirculation …………………………………… 13 Hình 1.6 – Máy rang cà phê Bullet R1 ………………………………………………… 14 Hình 1.7 – Máy rang cà phê Gene Café CBR-101 …………………………………… 14 Hình 1.8 – Máy rang cà phê RCF-30 ………………………………………………… 16 Hình 1.9 – Hình dáng giống cà phê Việt Nam ……………………………… 17 Hình 1.10 – Cấu tạo trái cà phê ………………………………………………………… 21 Hình 1.11 – Quá trình rang cà phê chè – Arabica ……………………………………… 23 Hình 2.1 – Sơ đồ hệ dẫn động máy rang cà phê ………………………………… 30 Hình 2.3 – Ổ gối đỡ vịng bi UCFL 204 D1 – NSK …………………………………… 30 Hình 3.1 – Kích thước tổng máy rang cà phê ……………………………………… 32 Hình 3.2 – Bản vẽ thể kích thước trống rang hai lớp ………………………… 33 Hình 3.3 – Bản vẽ thiết kế chi tiết cánh vít trộn bên trống rang …………… 34 Hình 3.4 – Bản vẽ thể kích thước chi tiết Trục Chính máy rang ………… 34 Hình 3.5 – Bản vẽ thiết kế thể kích thước Puli Mâm Cặp …………………… 35 Hình 3.6 – Bản vẽ thiết kế thể kích thước mặt trước ………………………… 36 Hình 3.7 – Bản vẽ thiết kế thể chi tiết Tạ xả nguyên liệu máy ……………… 37 Hình 3.8 – Bản vẽ thiết kế thể kích thước chi tiết ổ bạc đỡ máy rang cà phê 38 Hình 3.9 – Chân máy thân máy lắp ráp ……………………………………… 39 SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Hình 3.10 – Mặt bích phía sau lắp vào thân máy ……………………………… 40 Hình 3.11 – Trống rang cánh vít trộn bên trống rang ………………………… 40 Hình 3.12 – Chi tiết Puli Mâm Cặp – mặt trước ……………………………………… 41 Hình 3.13 – Chi tiết Puli Mâm Cặp – mặt sau ………………………………………… 41 Hình 3.14 – Chi tiết mặt trước máy rang cà phê ………………………………… 42 Hình 3.15 – Motor điện giảm tốc trục vít ……………………………………………… 43 Hình 3.16 – Chi tiết trục máy rang cà phê ………………………………… 44 Hình 3.17 – Chi tiết tạ xả nguyên liệu nắp xả liệu …………………………………… 45 Hình 3.18 – Quá trình lắp ráp máy …………………………………………………… 46 Hình 3.19 – Quá trình lắp ráp động giảm tốc ……………………………………… 46 SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 – Thông số kỹ thuật động giảm tốc ………………………………… 27 Bảng 2.2 – Thông số kỹ thuật vật liệu Thép SUS 304 …………………………… 29 Bảng 2.3 – Kích thước tiêu chuẩn gối đỡ vịng bi ………………………………… 31 Bảng 3.1: Kích thước chi tiết bên máy rang …………………………… 33 SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn : Họ tên sinh viên : Lớp : MSSV : Tên đề tài : Điểm đánh giá : Xếp loại : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn năm 2017 (ký tên ghi rõ họ tên) SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện : Họ tên sinh viên : Lớp : MSSV : Tên đề tài : Điểm đánh giá : Xếp loại : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên phản biện năm 2017 (ký tên ghi rõ họ tên) SVTH: Bùi Thanh Xuân Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Trục làm thép khơng gỉ, để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, với đường kính thép ∅30 mm Phương pháp gia cơng trục tiện trục theo vẽ yêu cầu 3.3.4 Puli mâm cặp Hình 3.5 – Bản vẽ thiết kế thể kích thước Puli Mâm Cặp Puli mâm cặp loại puli gia công phương pháp đúc, vật liệu Gang Xám Sau đúc, ta phải gia công lỗ để liên kết với vành ngồi trống rang bulơng Puli có đường kính tổng ∅336 mm SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.3.5 Mặt trước máy Ta chọn phương pháp gia công cho mặt trước máy phương pháp cắt, phay Đây loại thép chịu nhiệt với độ dầy 6mm Hình 3.6 – Bản vẽ thiết kế thể kích thước mặt trước SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 39 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.3.6 Tạ xả liệu Dùng để đậy kín nắp xả ngun liệu hồn thành q trình rang cà phê Đậy chi tiết bảo vệ an toàn cho người sử dụng làm cho q trình Được gia cơng phương pháp tiện Phần đuôi chi tiết mối ren để liên kết với nắp xả nguyên liệu Hình 3.7 – Bản vẽ thiết kế thể chi tiết Tạ xả nguyên liệu máy SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.3.7 Ổ bạc đỡ mặt bích trống rang Ổ bạc đỡ dùng để tăng độ cứng vững mặt bích trống rang, liên kết mối hàn với mặt bích trống rang Gia cơng ổ bạc đỡ phương pháp tiện, ổ bạc đỡ tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu, nên làm thép khơng gỉ SUS304 Hình 3.8 – Bản vẽ thiết kế thể kích thước chi tiết ổ bạc đỡ máy rang cà phê SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.4 GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Thi công máy rang cà phê Hình 3.9 – Chân máy thân máy lắp ráp SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Hình 3.10 – Mặt bích phía sau lắp vào thân máy 3.5 Một số chi tiết khác 3.5.1 Trống rang - Vật liệu: Thép chịu nhiệt A515 - Độ dày : 1,2 mm Hình 3.11 – Trống rang cánh vít trộn bên trống rang SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.5.2 Puli mâm cặp - Vật liệu: Gang xám - Kích thước : ∅336 mm - Phương pháp gia cơng phương pháp đúc Hình 3.12 – Chi tiết Puli Mâm Cặp – mặt trước Hình 3.13 – Chi tiết Puli Mâm Cặp – mặt sau SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.5.3 Mặt trước máy - Vật liệu: Thép chịu nhiệt A515 - Độ dày: mm - Phương pháp gia cơng Gia cơng cắt phay Hình 3.14 – Chi tiết mặt trước máy rang cà phê SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.5.4 Motor điện giảm tốc trục vít - pha khơng đồng - 4P Hình 3.15 – Motor điện giảm tốc trục vít Thông số kỹ thuật: - Công suất : 1/4 HP – 0.22 kW Tỉ số truyền: 1:20 Số vòng quay (vịng/phút) : 1350 Motor giảm tốc trục vít SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.5.5 Trục - Vật liệu: SUS 304 - Kích thước : ∅30mm - Phương pháp gia cơng phương pháp tiện Hình 3.16 – Chi tiết trục máy rang cà phê SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh 3.5.6 Tạ xả liệu Hình 3.17 – Chi tiết tạ xả nguyên liệu nắp xả liệu SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Hình 3.18 – Quá trình lắp ráp máy Hình 3.19 – Quá trình lắp ráp động giảm tốc SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh Thông số kỹ thuật: - Kích thước (D x R x C) : 1060 x 522 x 1348 (mm) Trọng lượng: 300 (kg) Máy rang đốt nóng gian tiếp Sử dụng lị đốt gas Vật liệu: thép không gỉ thép chịu nhiệt Năng suất: từ 2kg đến 4kg/ mẻ Thời gian rang: 18 - 20 phút/ mẻ Nhiệt độ: có nhiệt độ thể bảng điều khiển: o Nhiệt độ buồng trống rang o Nhiệt độ cà phê Ưu điểm: Máy rang cà phê tự động với suất 2-4kg/ mẻ, thiết kế đảm bảo an tồn thực phẩm với trống rang, cánh vít trộn, trục chính,…v.v… thiết kế chọn vật liệu phù hợp với chuẩn an toàn cho người sử dụng Máy rang cà phê thiết kế theo nguyên lý đốt nóng gián tiếp, trống rang có lớp nhằm làm tăng đồng độ chín cà phê q trình rang, khơng bị háp lửa, hay nghe mùi khói hạt cà phê sau rang Phía máy, ống xả khói, q trình rang, chất hạt cà phê nổ tươm dầu từ bên hạt đồng thời gặp khí nóng tạo khói, phần điều chỉnh ống xả khói quan trọng khâu rang cà phê Sử dụng đầu dị nhiệt độ để người sử dụng theo sát nhiệt độ buồng trống rang hạt cà phê Vì nhiệt độ khác nhau, hạt cà phê có mùi vị khác Máy rang thiết kế sử dụng bền lâu dài tiết kiệm điện SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Với mục tiêu đặt trình thực đề tài qua trình làm việc đạt số kết nghiên cứu sau:  Tìm hiểu Máy rang cà phê: Đã hồn thành nhiệm vụ nghiên cứu tìm hiểu nắm bắt cách tổng thể nguyên lý lý thuyết tổng quan máy rang cà phê  Tính tốn thiết kế máy rang cà phê: Đã hồn thành phần tính tốn sở lý thuyết máy rang cà phê  Phần thiết kế vẽ thi cơng mơ hình: Hồn thành nhiệm vụ thiết kế, chế tạo khí hồn chỉnh mơ hình Thiết kế mơ hình thực xác kích thước tối ưu khối lượng, tận dụng nguồn thiết bị vật liệu có sẵn thị trường 4.2 Hướng phát triễn Máy rang cà phê chưa tích hợp hệ thống điều khiển tự động tiện ích cho người sử dụng ngành rang cà phê Cho nên máy cần phát triên thêm về: - Tích hợp thêm hệ thống hiển thị biểu đồ: thời gian nhiệt độ , đồng hồ đếm thời gian, hình màu,…v.v… Ngoải việc tích hợp thêm số thiết bị phụ trợ phục vụ c ho loại nhiêm vụ cần quan tâm Hiện nay, ngành chế biến nông nghiệp ngày tăng so với trước Các chủ doanh nghiệp đầu tư thiết bị chế biến cho ngành nơng nghiệp nói chung ngành cà phê nói riêng Ngành cà phê ngày xuất nhiều, để đáp ứng ngành cà phê nước ta, ta cần nâng cao cách chế biến qua thiết bị đảm bảo an tồn thực phẩm đại để có sản phẩm nông nghiệp đạt chuẩn SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Nguyễn Văn Nhanh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lộc, 2013, Cơ sở thiết kế máy, Đại học Quốc Gia TPHCM, TPHCM [2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, 2014, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, NXB Giáo dục Việt Nam, Phúc Yên [3] Trần Huy Long, 2014, Cơ học lý thuyết, Đại học Hutech TPHCM, TPHCM [4] Phạm Văn Hội, 2006, Kết cấu Thép, NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội [5] https://vi.wikipedia.org/wiki/Chuyển_động_trịn [6] https://vi.wikipedia.org/wiki/Lực_hướng_tâm [7] https://www.vi.wikipedia.org/wiki/Cơng_suất [8] https://www.jp.nsk.com/app01/en/ctrg/index.html [9] Lê Tùng Hiếu, 2010, Chuyên ngành Cơ Khí, Nhà Xuất Trẻ, TPHCM SVTH: Bùi Thanh Xuân Page 52 ... loại máy rang cà phê Trong ngành tự động hóa – điều khiển tự động nói chung điều khiển học nói riêng, máy rang cà phê thiết bị sản xuất cà phê khơng thể thiếu tồn giới Những máy rang cà phê giới... Cấu tạo cà phê 19 1.4.2 Thành phần cà phê 20 1.5 Công nghệ rang cà phê 21 1.5.1 Quá trình rang cà phê 21 1.6 Hương vị cà phê qua giai đoạn rang. .. – Những máy rang cà phê dạng lồng cầu Máy rang cà phê có chức trộn hạt cà phê, xung quanh lò truyền nhiệt liên tục Hiện có nhiều kiểu máy rang cà phê khác như: loại trống (drum) rang kiểu cổ