(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo máy vắt ly tâm dùng trong thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM GVHD: ThS TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: ĐỖ SƠN HẢI MSSV: 10911020 SVTH: NGUYỄN ANH TÚ MSSV: 10911062 SKL003826 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Khoá: Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS Tƣởng Phƣớc Thọ Sinh viên thực hiện:Đỗ Sơn Hải Nguyễn Anh Tú Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM 2.Các số liệu, tài liệu ban đầu: …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… 3.Nội dung đồ án: Tìm hiểu chọn thiết bị cho máy Tính tốn, thiết kế chế tạo khí cho máy Thiết kế chế tạo mạch điều khiển điện cho máy Viết thuật tốn điều khiển lập trình điều khiển máy Các sản phẩm dự kiến …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… Ngày giao đồ án: 10/3/2015 Ngày nộp đồ án: 20/7/2015  TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:Thiết kế chế tạo máy vắt ly tâm dùng thực phẩm - GVHD: ThS Tƣởng Phƣớc Thọ - Họ tên sinh viên:Đỗ Sơn Hải - MSSV:10911020 Lớp:109110C - Địa sinh viên: - Số điện thoại liên lạc: 0163 860 5798 - Email:dosonhai1991@gmail.com - Họ tên sinh viên: Nguyễn Anh Tú - MSSV: 10911062 Lớp: 109110B - Địa sinh viên: - Số điện thoại liên lạc: 01626578085 - Email:anhtuspkt10@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 7năm 2015 Ký tên ii LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy Tƣởng Phƣớc Thọ, giáo viên hƣớng dẫn, định hƣớng, bảo, dìu dắt chúng em trình thực đề tài Nhóm gởi lời cảm ơn thầy khoa Cơ khí chế tạo máy, môn Cơ điện tử bảo, định hƣớng cho chúng em trình học tập thực đề tài Cuối với lòng biết ơn sâu sắc xin dành cho gia đình, bạn bè giúp đỡ nhiều vật chất tinh thần để nhóm hồn thành tốt đề tài Sinh viên thực Đỗ Sơn Hải Nguyễn Anh Tú iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LY TÂM VẮT NƢỚC DÙNG TRONG THỰC PHẨM Đồ án máy vắt ly tâm dùng thực phẩm Máy hoạt động dựa nguyên lý ly tâm với chức làm nƣớc loại rau củ sau rửa hay ngâm nƣớc Với đề tài này, nhóm tiến hành thiết kế chế tạo khí cho máy Cơ khí đƣợc thiết kế gọn nhẹ với thép ống vuông hàn lại với Bộ truyền đai đƣợc sử dụng để truyền động lực từ động đến lồng vắt Mạch điểu khiển kit STM32F407VG với tốc độ xử lý cao Nhiệm vụ mạch điều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ nút nhấn tính tốn, xử lý theo chƣơng trình sau xuất tín hiệu điều khiển vận tốc động DC Servo Máy hoạt động hai chế độ tự động tay Ở chế độ tự động có ba chế độ vắt với ba tốc độ khác Ở chế độ tay, ngƣời vận hành điều chỉnh vận tốc lồng vắt biến trở iv ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURE CENTRIFUGAL EXTRACTOR MACHINE IN FOOD The projects is a centrifugal extractor machine used in food Machine operation is based on the principle of centrifugal and functionality drain the vegetables after washing or soaking in water With this subject, we design and manufacture the mechanics The mechanics are designed with square tube steel rods welded together The transmission belt is used to transmit dynamics from DC motor to extractor drum Control circuit is STM32F407VG kit with high processing speed The function of the control circuit is receives control signals from buttons and calculating, processing program and then export the control signal DC Servo motor speed The machine operates in two modes automatically and manually In the automatic mode has three modes extractor with three different speeds In manual mode, the operator can adjust the speed of the extractor drum by a variable resistor v MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CÁM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, H NH V ix DANH MỤC T VIẾT TẮT xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Đối tƣợng nghiên cứuvà giới hạn đề tài 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.4.2 Giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.7 Tình hình ngồi nƣớc CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu lực ly tâm 2.1.1 Lực ly tâm 2.1.2 Lực ly tâm tƣơng đối 2.2 Đo tốc độ động encoder 2.3 Điều chế độ rộng xung PWM 2.4 Bộ điều khiển PID 2.4.1 Giới thiệu điều khiển PID 2.4.2 Điều chỉnh PID phƣơng pháp Ziegler–Nichols 2.5 Vi điều khiển STM32F407VG 10 2.5.1 Giới thiệu vi điều khiển ARM 10 2.5.2 Mạch vi điều khiển STM32F407VG 11 CHƢƠNG 3:THIẾT KẾ CƠ KHÍ 13 3.1 Lựa chọn phƣơng án thiết kế kết cấu máy 13 3.2 Thiết kế lồng vắt 14 3.3 Thiết kế khớp nối 16 3.4 Tính tốn lựa chọn động 17 3.5 Lựa chọn tính tốn truyền 18 vi 3.6 Tính tốn thiết kế trục 19 3.7 Thiết kế đồ gá động 22 3.8 Thiết kế khung máy 23 3.8.1 Phần khung chịu lực 23 3.8.2 Thiết kế phần lắp gối đỡ vòng bi khung máy 24 3.8.3 Thiết kế phần gá đặt động khung máy 25 3.9 Thiết kế đế cao su giảm rung 25 3.10 Mơ hình thiết kế 26 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 27 4.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển 27 4.2 Bộ điều khiển 27 4.3 Mạch nút nhấn 28 4.4 Mạch hiển thị 29 4.5 Mạch công suất 29 4.6 Mạch ổn áp 5V 30 4.7 Mạch ổn áp 24V 31 4.8 Thiết kế panel điều khiển 31 4.9 Thuật toán điều khiển 32 4.9.1 Thuật toán điều khiển 32 4.9.2 Thuật toán xác định chế độ vắt hiển thị 33 4.9.3 Thuật toán xác định thời gian vắt hiển thị 33 4.9.4 Thuật tốn chƣơng trình tự động 35 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 37 5.1 Kết 37 5.2 Thực nghiệm 40 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 45 6.1 Kết luận 45 6.2 Hƣớng phát triển 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1: Thông số điều khiển PID theo thực nghiệm 10 Bảng 3.1: Thông số động 18 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật máy 40 Bảng 5.2: Thực nghiệm với chế độ tự động 42 viii Hình 4.10: Thuật tốn xác định chế độ vắt hiển thị 4.9.3 Thuật toán xác định thời gian vắt hiển thị 34 Hình 4.11: Thuật toán xác định thời gian vắt hiển thị 4.9.4 Thuật tốn chƣơng trình tự động 35 Hình 4.12: Thuật tốn chƣơng trình vắt tự động 36 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 Kết Hình 5.1: Lồng vắt sau gia cơng Hình 5.2: Bên lồng vắt 37 Hình 5.3: Khung máy sau gia cơng Hình 5.4 : Lắp lồng vắt vào khung máy 38 Hình 5.5 :Thùng che sau gia cơng Hình 5.6: Panel điều khiển thực tế 39 Hình 5.7: Máy vắt ly tâm sau hoàn thành Bảng 5.1 : Thông số kỹ thuật máy STT 5.2 Công s Tốc độ Kích th Cơng s Kích th Vật liệ Nguồn Thực nghiệm Sau hoàn thành chế tạo máy vắt ly tâm, nhóm tiến hành thực nghiệm để kiểm tra đánh giá tính ổn định máy kết thực phẩm sau khí vắt nƣớc Nhóm tiến hành thử nghiệm loại rau: rau muống, rau cải bẹ dún, rau bắp cải, rau xà lách 40 Hình 5.8: Thực nghiệm với cải bẹ dún  Chạy chế độ tự động: Bắt đầu, ta gạt công tắc để mở nguồn điện cung cấp cho máy hoạt động Sau gạt cơng tắc để chọn chế độ vắt tự động Bƣớc ta chọn chế độ vắt Có chế độ vắt: vắt nhẹ, vắt khô vắt kiệt  Ở chế độ vắt nhẹ lồng vắt quay với tốc độ 250 vòng/phút Chế độ phù hợp với yêu cầu làm nƣớc nhẹ bề mặt thực phẩm -  Ở chế độ vắt khô lồng vắt quay với tốc độ 350 vịng/phút  Ở chế độ vắt khơ lồng vắt quay với tốc độ 480 vòng/phút Tiếp theo ta chọn thời gian vắt Có cấp thời gian với 3, phút 41  Với thời gian phút lồng vắt quay thuận 1,2 phút đảo nhẹ lần 30 giây, quay nghịch 1,2 phút  Với thời gian phút lồng vắt quay thuận phút đảo nhẹ lần phút, quay nghịch phút  Với thời gian phút lồng vắt quay thuận 2,8 phút đảo nhẹ lần 1,4 phút, quay nghịch 2,8 phút Sau chọn song chế độ vắt thời gian vắt, ta nhấn nút Start để máy bắt đầu chạy Kết sau thực nghiệm: Bảng 5.2: Thực nghiệm với chế độ tự động Rau Rau muống sợi Xà lách Bắp cải Cải bẹ dún Hình 5.9: Rau muống cắt sơi sau vắt nƣớc Nhận xét: - Khi vừa bắt đầu chạy máy tƣợng rau chƣa phân bố Khi đạt đƣợc tốt độ đặt máy chạy ổn định - Sau kết nhóm nhận thấy:  Chế độ vắt nhẹ phù hợp với loại rau nhiều lá, thân mềm dễ bị dập nát Nếu độ nƣớc chƣa đạt yêu cầu ta tăng thời gian vắt lên  Chế độ vắt khô phù hợp với loại thực phẩm nhƣ: bún, cải cắt sợi, đủ đủ sợi Các loại thực phẩm có đặc điểm dai dạng sợi  Chế độ vắt kiệt phù hợp cho loại cũ cắt sợi với yêu cầu vắt khô nƣớc bền bên Kết luận: Qua trình thực nghiệm nhận thấy máy đáp ứng yêu cầu vắt nƣớc cho thực phẩm với chế độ vắt khác Bên cạnh có nhiều hạn chế: máy rung khí chƣa tốt  Chạy chế độ tay: Bắt đầu, ta gạt công tắc để mở nguồn điện cung cấp cho máy hoạt động Sau gạt cơng tắc để chọn chế độ tự động 43 - Tiếp theo ta chọn thời gian vắt Có cấp thời gian với 3, phút  Với thời gian phút lồng vắt quay thuận 1,2 phút đảo nhẹ lần 30 giây, quay nghịch 1,2 phút  Với thời gian phút lồng vắt quay thuận phút đảo nhẹ lần phút, quay nghịch phút  Với thời gian phút lồng vắt quay thuận 2,8 phút đảo nhẹ lần 1,4 phút, quay nghịch 2,8 phút Sau chọn song chế độ vắt thời gian vắt, ta nhấn nút Start để máy bắt đầu chạy Trong trình máy chạy ta chỉnh tốc độ lồng vắt núm vặn chỉnh tốc độ Hình 5.10: Thực nghiệm với xà lách Nhận xét: Độ nƣớc rau tăng dần tốc độ tăng Đối với rau xà lách, cải bẹ dún tốc độ nằm nhỏ mức Med đạt kết tốt Nếu mức này, rau có tƣợng hƣ 44 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau tháng nghiên cứu chế tạo máy vắt ly tâm dùng thực phẩm, nhóm hồn thành mục tiêu mà đề tài đƣa Tuy nhiều hạn chế cần khắc phục cho máy hoạt động ổn định hơn, nhƣng tổng thể kết thực nghiệm thu đƣợc khả quan chứng minh đƣợc khả ứng dụng máy vào thực tế Cùng với đó, sau trải qua trình thực đề tài, nhóm đạt đƣợc số kỹ năng: khả làm việc nhóm, tìm kiếm phân tích thơng tin, quản lí thời gian hiệu 6.2 Hƣớng phát triển đề tài  Chế tạo hệ thống giảm rung cho máy  Phát triển máy có chức rửa ngâm vắt nƣớc thực phẩm 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngơ Văn Quyết, Tự Động Hóa Tính Tốn Thiết Kế Chi Tiết Máy, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2005 ( TLTK SÁCH) [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – TẬP MỘT, NXB GIÁO DỤC VIỆT NAM, VĨNH PHÚC 2010 ( TLTK SÁCH) [3] Phan Minh Thanh, Hồ Viết Bình, Cơ sở cơng nghệ chế tạo máy, Nhà xuất đại học Quốc gia TP.HCM Nguồn khác: [4] Điều khiển động DC servo (PID), link http://www.hocavr.com/index.php/app/dcservo 46 ... nhóm hồn thành tốt đề tài Sinh viên thực Đỗ Sơn Hải Nguyễn Anh Tú iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LY TÂM VẮT NƢỚC DÙNG TRONG THỰC PHẨM Đồ án máy vắt ly tâm dùng thực phẩm Máy hoạt động... đề tài thiết kế chế tạo máy ly tâm vắt nƣớc dùng thực phẩm Do sản phẩm đƣợc đem vào sử dụng thực tế nên nhóm tập trung vào tính tốn thiết kế sơ sau thiết kế chi tiết để gia cơng Bên cạnh máy đƣợc...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM Giảng viên