3.5.1 Lựa chọn phương án thiết kế
Tên cụm Phương án chọn
Bộ phận cấp nhiệt Phương án 1
Thùng chứa Phương án 2
Bộ phận đánh, đảo Phương án 1,2
3.5.2. Cấu tạo
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý của máy làm thịt chà bông
6 5 8 4 9 7 1 3 2
21 Theo sơ đồ cấu tạo trên, máy chế biến thịt chà bông gồm các bộ phận cơ bản sau:
1.Thùng chứa 6.Động cơ
2.Nắp 7.Ly hợp
3.Khung máy 8.Phễu
4.Bản nhiệt 9.Cánh
5.Động cơ 3.5.3. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của máy chế biến thực phẩm thịt chà bông như sau: thịt sau khi đã được sơ chế được cho vào thùng chứa 1. Nam châm điện hoạt động làm cho ly hợp 7 tách ra chạm vào công tắc hành trình đồng thời làm động cơ 6 quay với tốc độ cao truyền qua hai cánh đánh 9 được bố trí vuông góc với nhau sẽ làm cho thịt bị đánh tơi ra. Sau khi động cơ 6 ngừng quay ly hợp 7 đóng lại, động cơ 5 hoạt động với tốc độ chậm cùng với bộ phận cấp nhiệt 4 được bố trí bên dưới thùng chứa giúp cho thịt được khô và bông hơn. Sau một khoảng thời gian khi còi báo hiệu vang lên ta lấy thịt ra thông qua phễu 8.
3.6. Tính toán thiết kế các bộ phận của máy 3.6.1. Tính toán thiết kế thùng chứa 3.6.1. Tính toán thiết kế thùng chứa
Tính chính xác để xây dựng chiều cao, đường kính của thùng chứa nhằm thỏa mãn yêu cầu phải chứa được lượng thịt khoảng 5 – 6 kg, khi hoạt động thịt không bị văng bắn ra xung quanh, bề mặt đáy phải rộng để làm khô thịt. Đồng thời qua phân tích, lựa chọn phương án 2 như mục 3.4.2, hình dáng và kích thước của thùng được thiết kế như sau.
22 3.6.2. Tính toán thiết kế bộ phận đánh tơi thịt
3.6.2.1. Chọn động cơ
Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết. Nếu gọi P là công suất trên tải, ŋ là hiệu suất chung, Pct là công suất cần thiết thì:
=
Ta có : Hiệu suất của bộ truyền đai là: = 0,96 Hiệu suất của một cặp ổ lăn là: = 0,995
= 0,96 x 0,995 = 0,95 Ta tính công suất tải P
P = . = . , = 1(kW) Với: F = Fcd +Fct Fct = 0 F = = . [ . ( ] (N) [11] F = 2.0,011[ 1000.9,81.0,025. tg 45 +cos45 + 2. 0,5. 10 tg 45 + ] = 115 (N)
E là áp lực pháp tuyến toàn bộ tác dụng lên một cánh ;
A là diện tích phần nhúng chìm trong vật liệu trên cánh đang xét, m2 ;
là khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3. Thịt heo = 1-1,07 g/cm3=1000 - 1070kg/m3;
htb là chiều sâu trung bình của lớp vật liệu trên cánh đang xét, m; g là gia tốc trọng trường, m/s2;
là góc nội ma sát của vật liệu, = 30o ÷ 40o ;
C là lực liên kết giữa cánh và vật liệu trộn, N/m2, thường lấy C = (0,5 ÷ 1)104 N/m2.
23 Vận tốc hệ làm việc ổn định với n= 700 vòng/phút
V = w. R = . 2 . = (700.2.3,14.0,13)/60 = 9,5(m/s) = = , = 1,05 (KW)
Chọn động cơ 3 pha, công suất 2Hp có bán trên thị trường với các thông số ở bảng 3.1
Bảng 3.1 Thông số động cơ
Kiểu động cơ Công suất Vận tốc ( v/ph ) (%) Kw Mã lực 50 Hz
Loại B 1,5 2Hp 1450 79,5
3.6.2.2. Thiết kế bộ truyền đai thang Phân phối tỉ số truyền
u =nn =1450700 = 2,01 ndcsố vòng quay của động cơ
nlv số vòng quay của tải u = ud
uđ tỷ số truyền đai
- Hệ thống tải được nối với động cơ thông qua bộ truyền đai Pđc = 1,5 ( Kw )
nđc = 1450 ( v/ph )
24 Trục: n1 = 700 (vòng/phút) P1 = Pct . đ =1,5.0,95 =1,42 (kw) T ụ = , . . ụ = , . . , = 19372 (Nmm)
Hình 3.15 Bộ truyền đai thang - Chọn loại đai
Ta có D1 = (5,2-6,4) T1mà T1 = Tdc =T = ( 5,2-6,4) 3T1
= (5,2 – 6,4 ) √9879 = (111 ÷ 137)mm
Vậy ta chọn đường kính bánh đai 1 theo tiêu chuẩn [9] : D1 =112mm → vận tốc của đai : V = 1000 . 60 .n1D1 = 4,1(m /s)
25 Dựa vào bảng 4.13 [9] có thể dùng đai hình thang thường. Từ dãy số đường kính bánh đai tiêu chuẩn ta chọn D1 =(100÷ 200)mm
Bảng 3.2 Các thông bộ truyền đai CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐAI
Tiết diện đai ( b h ) ( mm ) bảng 4.13 [3] 13 8
Diện tích F ( mm2 ) 81
Đường kính bánh đai nhỏ D1 ( mm ) 112
Kiểm nghiệm vận tốc của đai V = πD 1450 60000 4,1 ˂ vmax Vmax =(30÷35) m ̸s Đường kính bánh đai lớn D2 ( mm ) D2 = ) 1 ( 1 uD chọn ε =0,02 229 Ta chọn lại đường kính D2 250
Từ D1 , D2 tiêu chuẩn ta tính lại tỉ số truyền ud =
1 2 D
D . ( 1 – 0,02 ) Sai lệch thoả yêu cầu
2.18
Dựa vào bảng (4.14 )[9] ta chọn A=1,2.D2
0,55 .( D1 + D2) + h A 2 .(D1 + D2) 300 Xác định chiều dài đai theo công thức với A đã chọn và quy tròn theo bảng ( 4.13 )[9] L = 2.A + 2 ) .(D1 D2 + D AD . 4 ) ( 2 2 1 1277
26 I = Lv 10
Tính lại khoảng cách trục A theo công thức ( 4. 6 )[9] A = 8 ) .( 8 )) .( . 2 ( ) ( 2 2 1 2 2 1 2 1 2 D L D D D D D L Khoảng cách nhỏ nhất để mắc đai Amin =A -0.015L
Khoảng cách lớn nhất để căng đai Amax =A +0.3L
348
328
731 Tính góc ôm 1 trên bánh đai nhỏ theo công thức
( 4.7 )[9] 1 =180 - (D2 AD1).57 góc 1 thoả > 120 157o Xác định số đai Z= P C ClđCuCz K P . . . . . 0 1 (4.16)[6] Trong đó :
P1 là công suất trên bánh chủ động P1=1,5 kW
P0 là Công suất cho phép, theo bảng (4.19)[9] ta chọn P0 = 0,75 kW
C Hệ số ảnh hưởng đến góc ôm, theo bảng (4.15)[9]
C = 0.92
Cl Hệ số ảnh hưởng chiều dài đai, theo bảng (4.16)[9] Cl = 0.95
Cu Hệ số ảnh hưởng đến tỉ số truyền, theo bảng (4.17)[9] Cu = 1,13
Cz Hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho 2
27 các dây đai, theo bảng (4.18)[9] Cz = 1
Kđ Hệ số tải trọng động, theo bảng (4.7)[9] Kđ = 1 Vậy Z = , . , . , . , ., . =
Như vậy số đai Z ta chọn 2 Xác định bề rộng B của bánh đai B = ( z-1 ) .t + 2.e
t , e tra bảng ( 4.21 )[9] vì số đai z=2 B = ( 2- 1 ) .15 + 2.10
35
Xác định lực căng ban đầu F0
= . ( N ) v F = qm . v2 tra bảng ( 4.22 )[9] qm =0,105 125 Xác định lực tác dụng lên trục (4.21)[9] Fr = 2. F0 . z . sin ( 2 1 ) ( N ) 489
3.6.3. Tính toán thiết kế bộ phận làm bông và sấy 3.6.3.1. Chọn động cơ 3.6.3.1. Chọn động cơ
Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết. Nếu gọi P là công suất trên tải, ŋ là hiệu suất chung, Pct là công suất cần thiết thì:
P = P
Ta có : Hiệu suất của bộ truyền xích là : = 0,93 Hiệu suất của một cặp ổ lăn là: = 0,995
= 0,93 . 0,995 = 0,92 Ta tính công suất tải P
28 Với: F = Fcd +Fct = 115 + 83= 198 (N) F = = . [ . ( ] (N) [11] F =2.0,011[ 1000.9,81.0,025. tg 45 + + 2. 0,5. 10 tg 45 + ] cos45 = 115 (N) F = 2.0,009[ 1000.9,81.0,01. tg 45 +cos45 + 2. 0,5. 10 tg 45 + ] = 83 (N)
E áp lực pháp tuyến toàn bộ tác dụng lên một cánh
A diện tích phần nhúng chìm trong vật liệu trên cánh đang xét, m2
khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3. Thịt heo = 1-1,07 g/cm3 = 1000 – 1070kg/m3
htb chiều sâu trung bình của lớp vật liệu trên cánh đang xét, m Vận tốc hệ làm việc ổn định với n = 100 vòng/phút
V = w. R = . 2π. R =(100.2.3,14.0,1)/60 = 1,04(m/s) = = ,, = 0,21(KW)
Chọn động cơ 3 pha, công suất 1/2Hp có bán trên thị trường với các thông số ở bảng 3.3.
Bảng 3.3 Thông số động cơ
Kiểu động cơ Công suất Vận tốc ( v/ph ) (%) Kw Mã lực 50 Hz
Loại B 0,375 1/2Hp 145 9,5
3.6.3.2. Thiết kế bộ truyền xích
Chọn loại xích: vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp, dùng xích con lăn Phân phối tỉ số truyền
29 u = n
n = 145
100 = 1,45 ndcsố vòng quay của động cơ
nlv số vòng quay của tải u = ud
uđ tỷ số truyền đai
- Hệ thống tải được nối với động cơ thông qua bộ truyền xích Pđc = 0,375 ( Kw ) nđc = 145 ( v/ph ) momen xoắn : T = , . . = , . , = 24698 (N.mm) Trục: n1 = 100 (vòng/phút) P1 = Pct . đ =0,375.0,92 =0,345 (kw) ụ = , . . ụ = , . , = 34947 (Nmm) Xác định các thông số của xích và bộ truyền:
CÁC THÔNG SỐ CỦA XÍCH Số răng đĩa xích nhỏ
Z1 = 29 – 2u = 26,1 ≥ 19 26
Số răng đĩa xích lớn
Z2 = uZ1=37,7≤ 120 38
Công suất tính toán theo công thức (5.3)[9] = . . . = 0,375.0,96.1,37.0,56= 0,27
0,27 kW
30 =25 26= 0,96 = 200145= 1,37 = đ = 1.1.1,25.1,35.1.1,3 = 0,56 Theo bảng 5.5 [9] Chọn bước xích p =12,7 Thỏa mãn điều kiện bền mòn: P < [P] =0,68 12,7mm Khoảng cánh trục a= 30.p = 30.12,7 381mm Số mắt xích =2 + 0,5( + ) +( − ) (4 . ) =2.381 12,7 + 0,5(26 + 38) + (38 − 26) . 12,7 (4. 3,14 . 381) = 92,12 92 Tính lại khoảng cánh trục a = 0,25.12,7 92 − 0,5(38 + 26) + 92 − 0,5(38 + 26) − 2. (38 − 26) 3,14 380 mm
31 Để xích không chịu lực căng quá lớn, giảm a một lượng bằng a
=0,003.a =1,47 Do đó a = 379 (mm) 379mm Số lần va đập của xích: i = = .. = 3 < [i] = 60 bảng 5.9 [9] Tính kiểm nghiệm xích về độ bền s = Q kđF + F + F Tải trọng phá hủy Q=18200 (N) Khối lượng 1 mét xích q= 0,75 (kg) kđ = 1,2 v =z . p. n 60000 = 26.12,7.145 60000 = 0,8 ( m s) F = 1000Pv =1000.0,3750,8 = 468 (N) F = q. v = 0,75. 0,8 = 0,48 (N) F = 9,81k qa = 9,81.0,4.0,75.379 = 1115 (N) s =1,2.468 + 1115 + 0,4818200 = 10,8
Theo bảng 5.10 với n = 200v/ph, [s] = 7,8. Vậy s>[s]: bộ truyền xích đảm bảo đủ độ bền.
32 Đường kính đĩa xích: theo công thức (5.17) và bảng 13.4 [9]
d = p sin = 12,7 sin = 105 mm d = p sin = 12,7 sin = 153 mm d = p 0,5 + cotg zπ = 110,9 mm d = p 0,5 + cotg zπ = 159,6 mm Với: r = 0,5025d + 0,05 =0,5025.8,51 +0,05 = 4,32 mm và d1 = 8,51 bảng 5.2 [9]
Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích
σ = 0,47 0,42. (468 + 0,38). 2,1. 10 /39,6 = 480 MPa Trong đó: z1=26, kr = 0,48, E = 2,1.105 Mpa, A = 39,6mm2, kd = 1 Fvđ = 13.10-7.145.12,73.1=0,38 N
Dùng thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB210 sẽ đạt ứng suất tiếp xúc cho phép [ ] = 600 , đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho đĩa 1. Tương tự ≤ [ ] (với cùng vật liệu và nhiệt luyện).
Xác định lực tác dụng lên trục:
Theo (5.20) Fr = kx.Ft =1,15.468= 538 N 538 N
3.6.4. Thiết kế trục
33 - Ứng suất xoắn cho phép là 12.20
- Xác định sơ bộ đường kính trục theo công thức ( 10.9 ) d 3T 0,2. mm
Moment xoắn của bộ truyền đai T = 9879 Nmm Moment xoắn của bộ truyền xích T = 32947Nmm → Do đó đường kính trục sơ bộ là dđ =16 (mm), dx =25,5(mm) Ta chọn trục cho toàn bộ hệ thống là: d =30 mm Hình 3.16 Sơ đồ phân bố lực Ta có : - Lực tác dụng của cánh tròn lên trục : F1 = 41,5 N - Lực tác dụng của cánh bản lên trục : F2 = 57,5 N - Lực tác dụng của bộ truyền đai lên trục : F3 = 489 N - Lực tác dụng của bộ truyền xích lên trục : F4 = 538 N Khoảng cách trục : - L1 = 50 mm - L2 = 110 mm - L3 = 190 mm - L4 = 50 mm - L5 = 50 mm - L6 = 190 mm F1 F2 F3 F4 A B L 6 L5 L 4 L 3 L 2 L 1
34 Dùng phần mềm Inventor, được kết quả sau :
Hình 3.17 Biểu đồ nội lực của trục Theo công thức ( 10.15) , ( 19.16 )[2]
2 2
j yj xj
M M M
- Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục SUS304 có
35 = 0,436. = 224,54 (MPa )
= 0,436. = 130,23 (MPa ) Xét mặt cắt nguy hiểm có Mx = 52,5159 Suy ra : M = 7,24
Ta tính được độ bền tại mặt cắt nguy hiểm là: = = = 2,7. 10
≤ [ ] → trục thỏa mãn điều kiện làm việc.
3.6.5. Tính bền cánh
Cánh bản :
Với mỗi bên cánh chịu lực cản là: Fc = 57,5 (N) Khoảng cánh của điểm đặt lực đến trục quay: r = d = . = 86,25 (mm) [12]
Dùng phầm mềm Inventor để tính. Ta có bảng trích suất kết quả phân tích sau: Bảng 3.4 Vật liệu và cơ tính cánh bản
36 Bảng 3.6 Kết quả phân tích
Ngoài ra còn có các hình ảnh minh họa sau:
37 Hình 3.19 Trường ứng suất kéo trong chi tiết
Hình 3.20 Trường ứng suất nén trong chi tiết
38 Hình 3.22 Trường hệ số an toàn của chi tiết
Cánh tròn:
Với mỗi bên cánh chịu lực cản là: Fc = 41,5 (N) Khoảng cánh của điểm đặt lực đến trục quay: r = d = . = 86,25 (mm) [12]
Dùng phầm mềm Inventor để tính. Ta có bảng trích suất kết quả phân tích sau: Bảng 3.7 Vật liệu và cơ tính cánh tròn
Bảng 3.8 Phản lực liên kết tại ngàm
39
Ngoài ra còn có các hình ảnh minh họa sau:
40 Hình 3.24 Trường ứng suất kéo trong chi tiết
Hình 3.25 Trường ứng suất nén trong chi tiết
41 Hình 3.27 Trường hệ số an toàn của chi tiết
3.7. Thiết kế mạch điều khiển Mạch điện được thiết kế phải: Mạch điện được thiết kế phải:
- Đảm bảo thiết bị hoạt động đúng trình tự - Nguồn điện cung cấp: 220 VAC
Mạch điều khiển được thiết kế theo sơ đồ:
Hình 3.28 Sơ đồ khối của mạch điện
Công tắc nhiệt Khởi động từ Lá nhiệt – Đèn 4
Nút nhấn Start Nam châm điện Động cơ 1-Đèn 1
Ly hợp Công tắc hành trình Timer 1 Động cơ 2 – Đèn 2 Timer 2 Timer 3 Còi, đèn 3
42 Trong đó:
- Tác động - Ngừng tác động
Để vận hành mạch điều khiển cần bố trí các công tắc, bộ điều khiển theo sơ đồ sau:
Hình 3.29 Sơ đồ mạch điều khiển Trong đó:
K1: điều khiển motor đánh T1: thời gian đánh K2: điều khiển motor sấy T2: thời gian sấy K3: điều khiển nam châm điện T3: thời gian lấy liệu
43 Hình 3.30 Sơ đồ mạch động lực
Nguyên lý hoạt động của mạch:Bật CB mạch có điện. Bật công tắc nhiệt, đèn 4 sáng, chờ cho nhiệt độ đặt đúng như nhiệt độ mong muốn, đèn 4 tắt. Bật công tắc start, nam châm hoạt động, ly hợp mở đồng thời tác dụng vào công tắc hành trình S1 làmđộng cơ 1 hoạt động, đèn 1 sáng theo một khoảng thời gian (chỉnh được bằng timer 1), tiếp theo động cơ 1 và đèn 1 dừng thì công tắc hành trình S1 nhả làm ly hợp đóng lại động cơ 2 hoạt động, đèn 2 sáng trong khoảng thời gian (chỉnh được bằng timer 2). Sau khi sấy xong còi báo hiệu hoạt động, đèn 3 sáng trong một khoảng thời gian (chỉnh được bằng timer 3). Hết thời gian lấy liệu động cơ 3, còi, đèn 2, đèn 3 dừng.
44 3.8. Chế tạo
Quy trình chế tạo máy chế biến thịt chà bông gồm việc chế tạo các bộ phận chính như sau :
3.8.1. Chế tạo thùng chứa Thông số kỹ thuật: Thông số kỹ thuật:
- Kích thước chi tiết (Phụ lục), thùng chứa gồm nhiều chi tiết ghép lại - Vật liệu (Bảng 3.10)
45 Hình 3.32 Nắp đạy
46 Hình 3.33 Nắp che nhiệt
47 Hình 3.34 Nắp thoát khí
48 Hình 3.36 Tấm lấy liệu
Bảng 3.10 Danh mục chi tiết chế tạo thùng chứa
STT Tên chi tiết Số lượng Vật liệu
1 Thùng chứa 01 SUS 304
2 Nắp đạy (bên trên) 01 SUS 304
3 Nắp che nhiệt (bên dưới) 01 SUS 304
4 Nắp thoát khí 01 SUS 304
5 Phễu thoát liệu 01 SUS 304
49 3.8.2. Chế tạo bộ phận đánh, làm bông Thông số kỹ thuật: - Kích thước (phụ lục) - Vật liệu (Bảng 3.11) Hình 3.37 Cánh bản
50 Hình 3.38 Cánh tròn
Hình 3.39 Trục truyền động Bảng 3.11 Danh mục chi tiết chế tạo Bộ phận đánh và đảo