a) L p ma tr n quy ho ch
Với hai yếu tố số vòng quay và góc cắt (k=2), m i yếu tố có hai m c là m c trên và m c d ới và 3 thí nghiệm trung tâm. Vậy số thí nghiệm đ c tiến hành là: N=22+3=7 thí nghiệm.
Đ tiện cho việc tính toán, ta chuy n từ hệ tr c tự nhiên Z1,Z2 có th nguyên sang hệ tr c không th nguyên mã hóa. Việc mƣ hóa đ c thực hiện d dàng nh ch n tâm c a miền đ c nghiên c u làm gốc t a đ .
Trong hệ mã hoá không th nguyên ta có đ c:
M c trên : kí hiệu (+)
M c trên 0 : kí hiệu (0)
M c trên : kí hiệu (-)
Ta có công th c chuy n từ hệ đ n v thực qua đ n v mã hóa không th nguyên. 0 = + 2 , = 1 ÷ 3.68 [2] ∆ = − 2 , = 1 ÷ 3.69 [2] = − 0 ∆ , = 1 ÷ 3.70 [2] B ng 4.3: Ma trận quy hoạch thực nghiệm
b) Thi t l păph ngătrìnhăh i quy mô t nhăh ng các y u t đ n quá trình nghiên c u
Tính h s h i quy
Các hệ số hồi quy đ c tính theo công th c toán h c nh sau:
0 = =1 3.93 [2]
Từ các số liệu thực nghiệm trên tính đ c: b0=76; b1=9,75; b2=7,75
Ph ng trình hồi quy theo toán h c: Y=b0+b1X1+b2X2 (3.76) [2] = 76 + 9,75X1+ 7,75X2
Nh năxét:ăSự có mặt c a các giá tr b1, b2 trong ph ng trình hồi quy cho th y c hai yếu tố số vòng quay vƠ góc cắt đều nh h ng đến quá trình g t vỏ vƠ cắt đáy dừa.
c) Ki măđ nhăỦănghƿaăc a h s h i quy và s t ngăthíchăc aăph ngătrìnhă h i quy v i th c nghi m.
Ba thí nghiệm trung tơm vƠ thu đ c 3 giá tr 0 và 0.
B ng 4.4: Kết qu của 3 thí nghiệm trung tâm
υh ng sai lặp l i �2 �2 = 0 − 0 2 3 =1 0 −1 3.8 2 = 8 3−1= 4 (n0 là số thí nghiệm tơm ph ng án). Hệ số hồi quy đ c ki m đnh theo tiêu chuẩn Student [2].
=
�
� = �2 = 4
Tính đ c t0= 76; t1= 9,75; t2= 7,75 Tra b ng [2] với p=0,05 , f=n0-1=1 Suy ra tp(f)= tp(2)=4.30
Kết qu các tj > tp(f) do đó các hệ số hồi quy điều có nghĩa.
d)Ki măđ nhăs ăt ngăthíchăc aăph ngătrìnhăh iăquyăv iăth cănghi mătheoă tiêuăchu năFisher
B ngă4.5: Các số liệu dùng để tính phương sai tương thích
: giá tr thực nghiệm. ∗: giá tr từ ph ngtrìnhhồiquy. �2 = − ∗ 2 − =1 3.58 2 = 32,5 4−3= 32,5
Trong đó: N là số thí nghiệm, E hệ số hồi quy (b0, b1, b2)
=�2
�2 3.57 2 =32,5
Tra b ng 4 [3] ta đ c F(1-p)(f1,f2) Với p=0,05 f1 = N-E = 4-3=1; f2=E=3. Thì F(1-p)(f1,f2) = 10,1. Do F<F(1-p)(f1,f2) nên ph ng trình t ng thích với thực nghiệm. e) Tính h s xácăđ nh R2 đ đánh giá chính xác c a ph ng trình hồi quy. B ng 4.6: Các số liệu để tính hệ sốồác định Tínhăđ c 2 = 1− −4 ∗ 2 =1 − 4 2 =1 3.95 [2] = 1− 32,5 650,68 = 0,95
Nh n xét: R2 tiến gần tới 1, do đó ph ng trình hồi quy có đ chính xác cao. Với kết qu ki m đ nh trên, ta th y hai yếu tố tốc đ vòng quay và góc cắt đều nh h ng đến quá trình g t vỏ và cắt đáy dừa. Vậy, dựa vào kết qu thử nghiệm và kết qu xử lý số liệu thực nghiệm, đ tiến hành thiết kế máy g t dừa tự đ ng hoàn ch nh.
Ch ngă5
THI T K MÁY G T D A T Đ NGăĐ PH C V
XU T KH U 5.1. Nguyên lý ho tăđ ng
Qua các phân tích về công nghệ g t vỏ và cắt đáy dừa vƠ ph ng án thiết kế đƣ lựa ch n, nguyên lý máy g t vỏ và cắt đáy c a dừa đ c trình bƠy nh sau:
Hình 5.1: Sơ đ nguyên lý máy gọt dừa tựđộng theo phương án 1
Nguyên lý ho tăđ ng: Dừa nguyên liệu đ c c p bằng tay lên bàn chông v trí làm việc số 1. Piston t nh tiến đi xuống đ đnh v dừa trên bƠn chông sau đó t nh tiến đi lên. M máy, bàn xoay 1200 trái dừa nguyên liệu đ c d ch chuy n sang v trí g t vỏ thân lúc này dao g t thân t nh tiến đi vƠo vƠ tiến hành quá trình g t vỏ. Sau khi hoàn thành dao lùi về v trí ban đầu. Tắt máy và c p dừa nguyên liệu vào v trí làm việc số1. Quá trình đnh v dừa trên bàn chông giống nh ban đầu. M máy,
piston t nh tiến khung dao đi xuống đ g t chóp, sau khi hoàn thành khung dao t nh tiến đi lên. Tắt máy, tiếp t c c p trái dừa số 3 vao v trí làm việc số 1. Quá trình đnh v dừa trên bàn chông thực hiện t ng tự nh ban đầu. M máy, bàn xoay 1200 trái dừa số 1 đ c di chuy n về v trí làm việc số 1 và tiến hành cắt đáy dừa. Quá trình cắt đáy đ c mô t nh sau:
C c u xy lanh 2 bên t nh tiến ngang đi vƠo đ kẹp chặt dừa qua c c u tay kẹp. Đồng th i piston khung c c u này t nh tiến lên m t kho ng H, lúc này trái dừa r i khỏi bàn chông. Dao cắt đáy quay vƠ t nh tiến đi vƠo đ tiến hành cắt đáy.
Quy trình cắt g t dừa ho t đ ng liên t c theo m t khâu kép kín. Sau 20 giây ta thu đ c s n phẩm dừa xu t khẩu hoàn ch nh vƠ sau đó c p dừa nguyên liệu.
5.2. Các công vi c tính toán và thi t k
Tính toán c m đnh v .
Tính toán c m cắt đáy.
Tính toán c m dao g t vỏ thân.
5.3. Tính toán và thi t k 5.3.1. C măđ nh v
1. Xy lanh khí nén 2. T m đỡ xy lanh 3. Khớp nối 4. Phểu chụp 5. Bàn chông 6. Trục bàn chông 7. Puli 8. bi SKF 51204 9. bi SKF 61904- 2R51
Hình 5.2: Cụm định vi tại vị trí làm việc số 1
M căđích:ăC m đ nh v có tác d ng đ nh v qu dừa trên bƠn chông
Yêuăc u:
Số l ng 2 cái t i v trí đ nh v trái dừa nhiên liệu vƠ trái dừa g t vỏ thân.
Kích th ớc nhỏ g n.
Khối l ng nhẹ
C ăs banăđ u
Lực đơm dừa, lực cắt c a dao đ nh hình, đ nh tâm dừa, dao đ nh hình đi hết hành trình, dừa quay đ c 1 vòng => công su t đ ng c , đ ng kính tr c.
Tr ng l ng toàn khối và lực đơm dừa => ch n đ ng kính xy-lanh h p lý.
Dựa vƠo điều kiện năng su t cho phép (th i gian hoàn t t từng nguyên công) c a m i khâu => tốc đ quay cần có c a tr c bàn chông.
a) Tính toán l c đ y c n thi t Sử d ng xy lanh khí nén đ tác đ ng lên c m đnh v . Áp su t khí nén c a máy nén khí thông d ng là: p = 6 bar = 6.1183 kgf/cm2 Ch n đ ng kính D = 30 mm. Hành trình xy lanh L = 50 T i tr ng đáp ng A = � =� 2/4 = 7,065 cm2 F = p.A = 6.1183. 7,065 = 43,22 kg = 432,2 N Lực đẩy =� 4 2p [5] p- Áp su t h i ép D- Đ ng kính pittông, cm; Q- Lực kẹp, KG; η- Hiệu su t c khí, η= 0,85; Q = � 40,32. 6.0,85 = 0,36 Kg
b)Ki m nghi măđ b n c a tr c
Ch n vật liệu tr c là thép 45 có [Ń] = 1,2 KN/cm2, Ńb = 600 MPa, ng su t xoắn cho phép [ń] = 12……20 Mυa.
Xác đ nh đ ng kính s b tr c = 3 /0,2[�] [7] d = 3 54048/0,2.12 = 28,24 mm, ch n d = 30 mm Theo [7] ta ch n Chiều r ng ổlăn B= b0 = 19 mm Bi u đồ n i lực các thành phần lực tác d ng lên thanh: Fr = 126N
Hình 5.3: Biểu đ nội lực các thành phần tác dụng lên trục Trong đó: Fly12 = 58 79. �= 93N , Fly11 = 183 79.Fr = 292N Nhận th y, = 7347 N.mm
Ńmax = Ńmin = Ńmax = ≤ [Ń] [9]
Hình 5.4: Biểu đ lực cắt của trục
Trong đó [Ń]: giới h n bền, [Ń] = 1,2 Kσ/cm2 Mx = = 7347.10-5 KN.cm
Wx: Moment chống uốn
= � = � [9]
Với Ix: Moment quán tính theo tr c x
Ix ả 0,05 d4[9] => Ix = 0,05.304 = 40500 mm4
=> Wx = 40500/15 = 2700 mm3 = 2,7.10-3 cm3
Ńmax = 7347.10-5/2,7.10-3 = 1.02 KN/cm2< 1,2 KN/cm2
c) Ch năđ ngăc ătruy năđ ng
Ta có =
η [7]
Trong đó υt : công su t tính toán trên tr c công tác.(kw) Pct : công su t cần thiết trên tr c đ ng c . (kw) η : hiệu su t truyền đ ng.
η= η1.η2.η3… [7] Pt = Ptđ [7]
Với đ = ( 12. 1 + 22. 2)/( 1 + 2) [7] Trong đó: - P1 : công su t khi dao đang cắt g t dừa ( ~ 0,104kw)
- P2: công su t trong quá trình dao ch y không ( 0,15 kw) - ti: th i gian công su t th i x y ra.
Nên: đ = (0,1042. 4 + 0,152. 4)/(4 + 4) = 0,23 => Pt = Ptđ = 0,23 kw => = 0,23 0,9405= 0,29 Ta ch n đ ng c 4AA63A2Y3 (0,37Kw, 1250 vòng/ phút, cosŅ = 0,86, η% = 70%, = 2,2, = 2,0) [7].
5.3.2. C m c tăđáy
(1)Xy lanh khí nén (2) Dao đĩa (3) Đ ng c (4) Đồ gá dẫn h ớng
Hình 5.5: Cụm dao cắt đáỔ
Nguyên lý: Xy lanh khí nén đẩy c m dao đĩa tnh tiến theo ph ng ngang đ cắt đáy t i v trí c p nguyên liệu (dừa) ban đầu. Lúc nƠy đ ng c đồng th itruyền moment cho dao đĩa quay. Sau khi cắt đáy hoƠn thƠnh c m c c u này lùi về v trí ban đầu.
C s ban đầu: Lực cắt dừa => công su t đ ng c , đ ng kính tr c. Tr ng l ng toàn khối và lực cắt => ch n xylanh khí nén h p lý.
Dựa vƠo điều kiện năng su t cho phép (th i gian hoàn t t từng nguyên công) c a m i khâu => tốc đ quay cần có c a tr c dao.
a) Tính toán và thi t k Công su t cắt g t c b n = .�. . 60.102.9,81 [1] Trong đó: D: đ ng kính lớn nh t c a dao cắt (mm), D = 350 mm. n: số vòng quay c a dao (vòng/phút). vòng quay c a dao (vòng/phút). 1 2 3 4
= �. .
60000 => =60000 .
�. ,
Với v =25m/s (l y theo v c a g thông) [1]. D: đ ng kính lớn nh t c a dao cắt => =60000 .25 3.14.350 = 1364 vòng/ phút P: Lực cắt tiếp tuyến (N) P = z.K.B.uz.cosω0 [1] Trong đó: ω0: Góc tiếp xúc, ω0 = 00 B: Bề r ng phoi, B = 130 mm
K: Chiều dầy phoi, K= 4 mm (bằng chiều dày c a dao cắt) uz: Lực đẩy g t ng ng với 1 dao = . . 10000 [1] Với: u: hệ số co rút c a s dừa, u = 9,35 [1] n: số vòng quay c a tr c dao z: sốl ỡi cắt, z = 70 => =9,35.10000 1364.70 = 0,98 =>P =70. 0,04.0,13.0,98.1 = 0,357 N => Nc = 0,357.3,14.0,35.1364/(60.102.9,81) = 0,187 Kw
b) Ch năđ ngăc ătruy năđ ng theo m c (c) c a 5.3.1 c) Ki m nghi măđ b n tr c
Ch n vật liệu tr c lƠ thép 45 có [Ń] = 1,2 Kσ/cm2, Ńb = 600 MPa, ng su t xoắn cho phép [ń] = 12……20 Mυa.
Xác đ nh đ ng kính s b tr c
Trong đó:
T: moment xoắn N.mm, T = 9,55.106. = 9,55 .106.0,37/700 =54048 N.mm => d = 3 54048/0,2.12 = 28,24 mm, ch n d = 30 mm
Theo [8] =>chiều r ng ổlăn B= b0 = 19 mm Chiều dài may- bánh đai:
lm = 1,2d => lm1 = 1,2.30 = 36 mm Theo [7] ta có: lm2 = 4 mm, k1 = 10 mm, k2= 16 mm, k3 = 9 mm, lm1 = 36 mm, l11 = 166 mm l12 = 0,5.(lm1+b0) + k3 = 0,5.(36 + 19) + 9 = 34 mm l13 = 0,5.(lm2+b0) + k1+ k2= 0,5.(4 +19) + 8 + 5= 25 mm => Kho ng cách giữa 2 gối đỡ: l11 = 166 mm
Hình 5.6: Biểu đ nội các lực thành phần tác dụng
Trong đó [Ń]: giới h n bền, [Ń] = 1,2 Kσ/cm2 Mx = = 4182.10-5
KN.cm Wx: Moment chồng uốn
= � = � [9] Với Ix: Moment quán tính theo tr c x
Ix ả 0,05 d4 [9] => Ix = 0,05.304 = 40500 mm4
=> Wx = 40500/15 = 2700 mm3 = 2,7.10-3 cm3
Ńmax= 4182.10-5/2,7.10-3 = 0,81 KN/cm2< 1,2 KN/cm2
d)ăC ăc u kẹp ch Văđ c tăđáy
(1)Xy lanh khí nén (2) Ch u kẹp (3) Khung gá
Hình 5.7: Cơ c u tay kẹp cắt đáỔ
Nguyên lý: Hệ2 xy lanh khí nén đồng th i t nh tiến đi vƠo đ ôm dừa, đồng th i m t xy lanh ph tr th c ba đ ớc gá đặt theo ph ng thẳng đ ng đ đẩy c c u ôm dừa này m t kho ng H, đồng th i dao đĩa đi vƠo đ cắt đáy.
Áp d ng công th c tính lực đẩy ra lý thuyết
=� 2× 40 [ 3] 1 1 2 2 3
=> D = 40×
�×
F: Lực đẩy ra co vào lý thuyết (N) D: Đ ng kính pittông (mm)
P: Áp su t trong hệ thống khí nén tác đ ng lên pittông (bar), ch n P = 12 (bar) F = Fms = k.N k: hệ số ma sát, k = 0,3 - 0,6, ch n k =0,5 N: ph n lực sinh ra do tr ng l ng Q c a c c u gây ra N = Q = m.g = V.∝.g Trong đó: V: th tích c a c c u , V = 1,76.106 mm3 ∝: Khối l ng riêng c a Thép ∝ = 7,67.103 t n / m3 g: gia tốc tr ng tr ng, g = 9,81 m/s => N = 1,76.106.7.67.10-9.9,81.1000.4= 528,92 (N) => F = 0,5. 264,46 =264,46 (N) => D = 40×264,46 3,14×3 = 33,51 mm => d = 2 −40× �× = 9.7mm, ch n d = 10 mm [3] Ch n hành trình L c a pittong là L =250 mm 5.3.3.C m g t v thân 1 2 3 4
Nguyên lý: Xy lanh (1) đẩy c m dao g t vỏ thân t nh tiến trên gá đỡđi vƠo cắt vỏ. Sau khi hoàn thành quá trình g t vỏ, xy lanh đẩy c m c c u lùi về v trí ban đầu.
Do đặc tính c a dừa giống g do đó các thông số c a dao g t dừa đ c thiết kế theo g [1]. Góc đặt dao đ c trình bày b ng 3.6 m c 3.1.5 (α1 vƠ α2).
Lực đẩy c a xylanh đƣ trình bƠy m c 5.3.2
5.3.4. C m g t v chóp
(1)Dao g t vỏ chóp (2) Gá dao (3) Xy lanh
Hình 5.9: Cơ c u dao gọt chóp
Nguyên lý: xy lanh khí nén đẩy hệ khung dao (gồm 3 dao lắp xoay 1200
) t nh tiến đi xuống đ cắt phần vỏchóp. Sau khi hoƠn thƠnh xy lanh đẩy hệ khung dao về v trí ban đầu.
Do đặc tính c a dừa giống g do đó các thông số c a dao g t dừa đ c thiết kế theo g [1]. Góc đặt dao đ c trình bày b ng 3.6 m c 3.1.5 (α1 vƠ α2).
Lực đẩy c a xylanh đƣ trình bƠy m c 5.3.2 1
Ch ngă6
K T LU N VÀ KI N NGH 6.1. K t lu n
Sau th i gian nghiên c u, tham kh o tài liệu, tính toán, thiết kế thiết b thử nghiệm và thử nghiệm đến nay luận văn đƣ đ c hoàn thành. Kết qu c a đề tài là:
Kh o sát đ c đặc tính c b n c a qu dừa (vùng phơn bố, phơn lo i, tính ch t c lý,...)
Xác đ nh đ c quy trình g t vỏ và cắt đáy dừa bằng tay, đề xu t quy trình g t vỏ và cắt đáy dừa bằng máy.
Phân tích, lựa ch n ph ng án thiết kế phù h p với nhu cầu thực tế.
Chế t o thiết b thực nghiệm.
Ki m nghiệm kh năng ho t đ ng c a máy.
Tính toán và thiết kế các c m chi tiết c a máy.
Thiết kế hoàn ch nh.
6.2. Nh n xét
Máy g t dừa tựđ ng đ c thiết kế so với các máy g t dừa Việt σam cũng nh trên thế giới có những u đi m vƠ nh c đi m sau:
uăđi m
Tựđ ng hóa hoàn toàn khâu g t vỏ và cắt đáy dừa.
Máy ho t đ ng theo m t chu trình khép kín.
S n phẩm đ t yêu cầu theo tiêu chuẩn xu t khẩu.
Có th cắt đ c nhiều lo i dừa có kích cỡ khác nhau.
Sử d ng đ n gi n.
Nh căđi m
6.3. Ki năngh
Do th i gian vƠ điều kiện nghiên c u có h n nên tuy luận văn đƣ hoƠn thƠnh nh ng ch a thật sự đáp ng kỳ v ng c a tác gi , do đó những kiến ngh sau đơy đ c đề xu t các nghiên c u sau hoƠn ch nh máy đ c tốt h n:
Thiết kế b phận c p vƠ l y nguyên liệu tự đ ng.
Thiết kế tinh g n các kết c u đ máy.
TÀI LI U THAM KH O TI NGăVI T
[1]. Máy vƠ thiết b gia công g - tập 1: σguyên lý cắt g t g vƠ vật liệu g /υGS.TS.HoƠng Hữu σguyên – TS. Hoàng Xuân Niên].
[2]. PGS.TS. Phùng Hân, QuỔ hoạch thực nghiệm ứng dụng, σXB Tr ng Đ i h c
s ph m kỹ thuật Tυ.HCM.
[3]. Hệ thống điều khi n tự đ ng khí nén - σguy n σg c υh ng, σguy n Tr ng Th nh
[4]. σguy n Bin – Các quá trình thiết b trong công nghệ hóa ch t vƠ thực phẩm,