3.1.1. Chọn công suất máy.
Các trạng chăn nuôi ở việt nam hiện nay với quy mô vừa, nhỏ. Hoạt động sản xuất diễn ra quanh năm, không theo mùa vụ. Các trang trại chăn nuôi sử dụng chủ yếu các sản phẩm nông nghiệp, các sản phẩm củ, quả thường là: Khoai lang, sắn, khoai nước, khoai riềng, bầu, bí, cà rốt ...
Tuy nhiên các sản phẩm trên được trồng theo mùa vụ, và các trang trại chăn nuôi thì cần các sản phẩm đó quanh năm. Do đó các sản phẩm nông nghiệp ngoài việc dùng làm thức ăn hàng ngày thì chúng còn được chế biến (phơi sấy) để làm thức ăn dự trữ.
Mặt khác ta phải thiết kế máy có năng suất phù hợp với quy mô chăn nuôi đảm bảo chuẩn bị khẩu phần thức ăn cần thiết cho mỗi bữa ăn trong thời gian 1 đến 2 (h).
Ta có bảng số liệu sau: Trang trại chăn
nuôi Số lượng (con) Lượng thức ăn cho 1 bữa (kg) Số lần cho ăn trong một ngày (lần)
Lợn 200 đến 500 500 đến 1000 3 đến 4
Bò 100 đến 300 800 đến 1000 5 đến 6
Gà, vịt 500 đến 1000 200 đến 800 4 đến 5
Thức ăn cho chăn nuôi thường là thức ăn hỗn hợp trong đó thành phần các loại củ, quả chiếm khoảng 30 đến 40% thành phần thức ăn.
Qua sự phân tích trên ta thấy cần thiết kế máy với công suất 0,5 (tấn/giờ).
3.1.2. Chọn loại, số lượng, cách bố trí dao trên đĩa dao.
a. Chọn loại dao.
Có 3 loại dao cơ bản là: - Dao phẳng có lưỡi thẳng. - Dao phẳng có lưỡi răng lược. - Dao có lưỡi hình gợn sóng.
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 26 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
Các thông số:
Hình 3-1 Nhận xét:
Vật liệu dùng để thái rất phức tạp kích thước rất khác nhau: Khoai lang, cà rốt kích thước nhỏ từ Ø20 đến Ø30 (mm), nhưng bí, sắn ...vv có kích thước lớn từ Ø75 đến Ø80 (mm). Để có thể thái được những vật liệu như trên chiều dài làm việc của lưỡi dao phải lớn hơn đường kính vật liệu llv >80 (mm). Từ đó ta chọn kết cấu và kích thước dao như hình 3-1.
b. Chọn số lượng dao.
Để tạo được lát cắt đúng bề dầy thì thời gian để vật liệu chuyển động trên mặt phẳng nghiên đi được quãng đường từ vị trí mặt lưỡi cắt đến bề mặt đĩa cắt phải nhỏ hơn thời gian chuyển động của lưỡi cắt đến vị trí cắt.
Thời gian vật liệu chuyển động phụ thuộc vào độ nghiêng của phễu tiếp liệu, hệ số ma sát giữa bề mặt vật liệu và bề mặt phễu tiếp liệu, mật độ vật liệu trong phễu tiếp liệu...
Thời gian chuyển động giữa hai lưỡi dao kế tiếp đến vị trí cắt phụ thuộc vào tốc độ quay của đĩa cắt, số lượng dao bố trí trên đĩa.
Do đó để đảm bảo lát cắt có bề dầy yêu cầu nếu:
- Ta chọn số lượng dao nhiều thì tốc độ đĩa quay phải nhỏ mà bộ truyền động chỉ có một cấp nên kết cấu sẽ cồng kềnh.
Qua sự phân tích trên ta chọn số lượng dao là 2 dao.
200 12 2,5 15 28 45 90 165
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 27 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
SVTH: Nguyễn Hữu Thanh Lớp 43CT c. Cách bố trí dao .
Hoạt động của các dao ở máy thái củ, quả được coi như hoạt động của các nêm sắc di chuyển ngập lớp vật liệu thái, có hai phương pháp cắt thái là:
- Cắt thái bổ (chặt): Khi lưỡi nêm thẳng góc với hướng chuyển động.
- Cắt thái trượt: Khi lưỡi nêm đặt nằm nghiêng 1 góc so với hướng chuyển động.
Phương pháp cắt thái bổ xẩy ra khi đặt lưỡi dao theo hướng bán kính của đĩa. Phương pháp cắt thái trượt xẩy ra khi lưỡi dao đặt nghiêng một góc so với bán kính của đĩa dao.
Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cắt thái có trượt chi phí năng lượng thấp hơn so với cắt thái không trượt. Vì vậy ta sẽ bố trí lưỡi cắt không nằm trên đường kính của đĩa dao mà tạo với bán kính của đĩa dao một góc 50.
Hình 3-2
Đĩa có khoét các cửa theo hướng bán kính để thoát vật liệu sau khi thái. Ở đó lắp các dao bằng bu lông.
3.1.3. Chọn kích thước, cách bố trí phiễu tiếp liệu.
a. Chọn kích thước.
Phễu tiếp liệu làm bằng thép gò dầy 2(mm) tạo thành hình nón cụt có kích thước đường kính nhỏ là 80 (mm) đường kính lớn là 300 (mm) và chiều cao là 500 (mm). Đầu vào và đầu ra (họng thái ) của phễu được làm như sau.
Đặt nón nằm nghiêng sao cho đường sinh của nó tạo với mặt nằm ngang một góc 30o và các kích thước được tính như hình vẽ.
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 28 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
Hình 3-3 Xét Δ ADF ta có: Tg(DAF) = FD
AF
ÞTg(DAF) = 110
500 Þ !DAF=12,40 nên !FAB = 900- (300 + 12,40) Þ !FAB = 47,60
BAC! = 900 - 47,60 ÞBAC! = 42,40
BIC! =1800 – 47,60 Þ !BIC =132,40 ÞIBC! =1800 – (132,40 +12,40 ) ÞIBC! = 35,20 * Chiều dài họng thái: AB = AI + IB
AI = 0 (42, 4 ) AC Cos = 80 0 (42, 4 ) Cos =108,3 (mm) Xét Δ BIC: 0 (12, 4 ) BI Sin = 0 (35, 2 ) IC Sin Với IC = 80.Tg(42,40) Þ IC = 72,29 (mm) ÞBI = 72, 29. (12, 4 )0 0 (35, 2 ) Sin Sin ÞBI = 26,93 (mm)
Vậy chiều dài họng thái: AB = 108,3 + 26,93 ÞAB =135,23 (mm) =13,523 (cm)
3.1.4. Tính chọn đĩa cắt.
Đĩa cắt là chi tiết được khoét rãnh theo hướng bán kính và gắn dao trên đó. Khoảng cách từ bề mặt đĩa đến lưỡi cắt chính là chiều dầy lát cắt. Ngoài ra bề mặt đĩa là nơi vật liệu tựa vào để chuẩn bị cắt.
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 29 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
SVTH: Nguyễn Hữu Thanh Lớp 43CT Đĩa cắt còn có chức năng của bánh đà.
Nhận xét:
Các loại vật liệu chỉ có bí là có kích thước lớn nhất nên ta chọn chiều dài làm việc của dao phải lớn hơn đường kính của vật liệu: Dvl = 70 đến 80 (mm)
Từ đó đường kính của đĩa cắt ta chọn như sau:
Hình 3-4 Dđ = dm + ( 194,258 +Lcm ) .2
Ta chọn: Lcm =15,742(mm); dm =100 (mm) Þ Dđ = 100 + ( 194,258 + 15,742 ) .2 Þ Dđ = 520 (mm).
Vật liệu sau khi thái sẽ chui qua lỗ khoét trên đĩa xuống máng thu liệu. * Cách bố trí phễu tiếp liệu trên đĩa cắt.
1. Tấm kê dao chiều cao từ 10 đến 12 (mm) 2. Bu lông để cố định dao và tấm kê dao trên đĩa cắt.
3. Lưỡi dao. 4. Đĩa mang dao.
5. Họng thái. dm Dđ 50 19 4, 25 8 Lcm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 38 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
Hình 3-5
3.1.5. Chọn chiều dầy lát cắt.
Ứng với mỗi loại vật liệu khác nhau thì việc chế biến sẽ yêu cầu bề dầy các lát khác nhau. Chiều dầy các lát thái phụ thuộc vào mùa (khi mùa nắng thì các lát có thể dầy để tăng năng suất, nhưng mùa mưa thì các lát cắt yêu cầu mỏng hơn vì nó nhanh khô và không bị mốc khi phơi.
Ngoài ra chiều dày các lát thái còn phụ thuộc vào loại gia súc, gia cầm ...vv. Vì vậy ta sẽ thiết kế máy có khả năng điều chỉnh được chiều dày lát cắt trong phạm vi 10 đến 12 (mm).
3.2. Tính Toán Động Lực Học Thiết Bị.
3.2.1. Tính chọn số vòng quay của đĩa cắt.
Ứng với số vòng quay n, máy cắt vật liệu với chiều dầy 12 (mm) trong 1 (h) đạt 0,5 tấn. Nhưng với số vòng quay như vậy mà yêu cầu cắt với bề dày 10 (mm) thì không thể đạt được năng suất thiết kế.
Vì vậy khi tính số vòng quay của đĩa cắt để đạt năng suất 0,5 (t/h) ta sẽ tính theo bề dày là 10 (mm). 2,616 1 5 4 ω 10 ÷ 12 2 3 12 1
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 39 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
SVTH: Nguyễn Hữu Thanh Lớp 43CT Khi cắt các vật liệu có kích thước lớn như bí, sắn ... thì chỉ có một củ rơi xuống họng thái, nhưng khi thái vật liệu có kích thước nhỏ như khoai, cà rốt ... thì có nhiều củ, quả rơi xuống họng thái.
Như vậy số lát cắt được hiểu là số lần dao đi qua họng thái. Khối lượng trung bình của lát cắt khoảng 25 (g) = 0,025 (kg)
Mặt khác ta chọn năng suất của máy là 0,5 (t/h) tương ứng với số lát cắt sau một giờ là.
1 (lát) tương ứng 0,025 (kg) X (lát ) 500 (kg) Þ X = 500
0, 025 = 20000 (lát/h) Số lát tạo được sau một phút là. Số lát =20000
60 = 333,333 (lát/phút )
Mà trên đĩa cắt có 2 lưỡi cắt do đó cứ sau một vòng quay sẽ tạo được 2 lát cắt vậy với 333,333 (lát/phút) số vòng quay trong một phút là:
ntt =333,333
2 = 166,667 (vòng/phút)
Giá trị ntt là số vòng quay tối thiểu của máy để đạt năng suất 0,5 (t/h).Vậy để tăng năng suất của máy thì ta tăng số vòng quay của máy. Tuy nhiên nếu số vòng quay quá lớn sẽ không đảm bảo được bề dầy của lát cắt. Giá trị vòng quay để đạt năng suất cao nhất và đảm bảo bề dày lát cắt là giá trị số vòng quay tối đa. Được tính với bề dày 12 (mm).
Để đơn giản hóa quá trình tính toán ta coi quá trình chuyển động của vật liệu trong phễu tiếp liệu như là cục vật liệu chuyển động trên mặt phẳng nghiêng góc
a=300 (giá trị góc nghiêng của phễu ).
S2 S1 300 P P1 P2 Fms N
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 40 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
Hình 3-6
Gọi S1S2 là đoạn đường mà cục vật liệu di chuyển để đạt được bề dày 12(mm) của lát thái.
Þ S1S2 = 12 0
os(30 )
C = 0,0139 (mm)
Gọi t1 là thời gian để cục vật liệu đi đoạn S1S2 từ hình vẽ ta có phương trình: F = P2 – Fms ÛF = P.Sin(300) – f.P.Cos(300)
Ûm.a = m.g.Sin(300) – f.m.g.Cos(300) Ûa = g.(Sin(300) – f.Cos(300))
Tích phân 2 lần phương trình trên ta có: S = 1 2.g. 2 1 t .( Sin(300) – f.Cos(300)) Þt1 = 0 2. 0 .( (30 ) . os(30 )) S g Sin - f C Þt1 = 2.0,0139 10.(0,5 0,15.0,866)- Þt1 = 0,0865 (s)
Với f: Hệ số ma sát giữa vật liệu và thành tiếp liệu f = 0,15. Thời gian cần thiết t2 quay một nửa vòng quay là (vì đĩa lắp 2 dao) t2 = 30 n Để đảm bảo độ dày thì t2 ³ t1 Û 30 td n ³ 0,0865 Ûntđ £ 30 0, 0865 Ûntđ £ 346,821 (v/p)
Thực tế khi vật liệu trong phễu tiếp liệu có sự chèn ép lẫn nhau làm cản trở chuyển động đi xuống họng thái.
Kết hợp hai giá trị ntt ³ 166,667 (v/p) ntđ£ 346,821 (v/p) Ta chọn n = 200 (vòng/phút)
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 41 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
SVTH: Nguyễn Hữu Thanh Lớp 43CT
3.2.2. Tính lực cắt.
Ứng với mỗi loại vật liệu khác nhau thì lực để cắt chúng sẽ khác nhau. Bây giờ ta sẽ tính lực cắt đối với khoai tây.
Quá trình tạo thành lát thái của củ, quả như sau.
Lúc đầu dao có góc mài α = 200 ngập vào vật thái, dưới tác dụng của lực Pr
nén lát một đoạn a. Khi lực Prđạt đến một giá trị nào đó sẽ cắt đứt được lát thái có chiều dài L lớn hơn đoạn nén a. Quá trình như thế lặp đi lặp lại.
Hình 3-7
Viện sĩ VƠIATRƠKIM.VP Đã đưa ra công thức tính lực cắt như sau: Pkhoai tây = P0 + K.b.h + ε.b.h.V2 (N). Theo [ 2 trang 111 công thức 4.30]. Trong đó :
P: Lực cản tổng cộng. P0: Lực cản cố định.
K: Hệ số tính trên 1 đơn vị diện tích mặt cắt ngang của lớp thái. b và h: Chiều rộng và chiều đầy của lớp thái theo mặt cắt ngang. ε: Hệ số.
V: Vận tốc cắt thái (m/s). Trong quá trình cắt thái củ, quả. P0: Phản ánh sức cản của lưỡi dao.
K.b.h: Phản ánh sức cản của lớp thái và cũng là lực ma sát ở mép trước và sau của dao.
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 42 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
ε.b.h.V2: Phản ánh sự ảnh hưởng của vận tốc tới lực cắt. P0 =B.b.tm.δ (N)
B: Hệ số phụ thuộc độ bền cơ học của vật thái: Với khoai tây B = 65 Theo [2 trang12]. b: Chiều dài làm việc của lưỡi dao: b = 135,23 (mm) = 13,523 (cm).
t: Chiều dầy của lưỡi dao: t = 0,003 (cm) .Theo [2 trang12] m: Số lũy thừa: Với khoai tây m = 0,55. Theo [2 trang12] δ: Tỷ số đoạn nén a với độ dài L của phần tử thái.
δ = a L = 3 ) 0,5.cos( ).cos( ) 2 (0,34 0, 26. 0,5. ).(cos ( )) 2 h y a y a y a - + + + Với Tg( )y = 0,15 Þ y = 8,50. α =200 Þ δ = 0 3 8,5 20 0,5.cos(8,5 ).cos( ) 2 20 8,5 (0,34 0, 26.0, 349 0,5.1, 3).cos ( ) 2 - + + + Þ δ = 0,57 Þ P0 = 65.13,523.(0,003)0,55.0,57 Þ P0 = 20,525 (N).
Sức cản biến dạng của lớp thái và ma sát với mép dao Pg được tính theo công thức: Pg =K.b.h = 4 5 0, 2. . . .sin( 2. ).cos( ) 2 (0,34 0, 26. 0,5. ).cos ( ) 2 K b h h y a a y a y a - + + + + Với K4 = 1. 1. 2 2 K K
Với khoai tây: K1 = 45 (N/cm2)
K2 = 86 (N/cm2) Theo [ 2 – trang 112 bảng 4.11].
Þ K = 1. 45.86
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 43 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
SVTH: Nguyễn Hữu Thanh Lớp 43CT
Þ Pg = 5 8,5 20 0, 2.3,141.13,523.1, 2.sin(20 2.8,5).cos( ) 2 20 8,5 (0, 34 0, 26.0,349 0,5.1, 2).cos ( ) 2 - + + + + Þ Pg = 68,55 (N).
Qua thực nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc cắt thái tới lực cắt thái cho thấy:
Pv = e. .b hVtb2 sẽ tăng lên nếu vận tốc cắt thái tăng. Pv = 0, 25. . .b hVtb2 2 tb V = w.rtb= 2.3,141. . 60 tb r n rtb = 50 195.cos 50 2 + = 147 (mm) Þ rtb = 0,147 (m) Þ Vtb = 2.3,141.0,147.200 60 Þ Vtb = 3,079 (m/s) Þ Pv = 0,25.13,523.1,2.(3,079)2 Þ Pv = 38,46 (N)
Þ Pkhoai tây = 20,525 + 68,55 + 38,46 Þ Pkhoai tây = 127,535 (N)
Ta thấy các loại củ, quả thì chỉ sắn là cần lực cắt thái lớn nhất. Vì vậy lực cắt sẽ tính theo lực cắt của sắn.
Ta có quan hệ sau: P = Psắn = K.Pkhoai tây Với K được xác định bằng thí nghiệm sau:
Dùng dao cắt để cắt hai thể tích bằng nhau là khoai tây và sắn lực cắt được tạo ra bằng cách dùng vật thử có khối lượng m đặt ở độ cao h cho rơi xuống. Giá trị m sẽ tăng tứ nhỏ đến lớn cho đến khi cắt đứt hoàn toàn thể tích vật liệu.
Qua thí nghiệm ta xác định: K = 1,1.
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 44 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
3.2.3. Tính chọn động cơ điện.
Hình 3-8: Sơ đồ động của thiết bị. Công suất yêu cầu của động cơ điện được xác định như sau: Nycđc = ycm
t
N
h
Với Nycđc Công suất yêu cầu của động cơ. Nycm Công suất yêu cầu máy.
t
h Hiệu suất truyền động. Ta có:
Nycm = N1 + N2 +N3
N1: Công suất tiêu thụ để thái củ, quả.
N2: Công suất tiêu thụ để khắc phục lực ma sát của củ, quả vào các bộ phận chuyển động của máy (đĩa cắt ).
N3: Công suất tiêu thụ để hất, văng lát thái ra ngoài.
Đĩa cắt Dao cắt Trục 2
Động cơ Trục 1
Puly gắn trên động cơ
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 45 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
SVTH: Nguyễn Hữu Thanh Lớp 43CT N1 = ' 0 3 . . . 10 P K K V (KW) V = Vtb = 3,079
K0: Hệ số cấu tạo để sử dụng dao: K0 = 1,1
K’: Hệ số tính đến chỗ trống giữa các phần tử vật thái: K’ = 0,6 Theo [2 trang 114]
Þ N1 = 140, 289.1,1.0, 6.3, 0793 0, 285 10 = (KW) N2 = . . . .3 45.10 f r G n p (KW)
f : Hệ số ma sát của vật thái vào đĩa cắt: f = 0,15 G: Áp lực vật thái lên đĩa: G = 15 (N)
n: Số vòng quay của đĩa cắt: n = 200 (v/p) r: Bán kính của đĩa cắt: r = 0,26 (m)
Þ N2 = 3,141.0,15.0, 26.15.2003
45.10 Þ N2 = 0,008 (KW) N3: Công suất tiêu thụ để văng, hất lát thái ra ngoài. N3 = 0,001 (KW)
Þ Nycm = 0,285 + 0,008 + 0,001 Þ Nycm = 0,294 (KW) Xác định hiệu suất của hệ thống.
Từ sơ đồ truyền động của máy ta có công thức xác định hiệu suất của hệ thống:
0
.
t d
h h h=
d
h : Hiệu suất của bộ truyền động đai hd = 0,96
0
h : Hiệu suất của cặp ổ lăn h0 = 0,99
Þ ht= 0,96.0,99 = 0.95 Þ Nycđc =0, 294 0,3095 0,95 = (KW) Chọn động cơ điện. Các thông số: Kí hiệu: DK-1-90S6 Công suất: 0,32 (KW)
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 46 GVHD:PGS.TS Nguyễn Văn Ba
Tốc độ: 900 (v/ph)
Chiều cao tâm trục: 90 (mm) Trọng lượng: 21 (kg)
3.2.4. Xác định tỷ số truyền của hệ thống.
Ta thấy thiết bị chỉ có một cặp truyền động đó là truyền động đai nên tỷ số