Các thông số ban đầu bao gồm:
- Năng suất ép nƣớc cốt dừa: Q = 250 kg/giờ - Hiệu suất của máy = 0.8
- Lƣợng nƣớc cốt dừa có trong cơm dừa: =70% - Lƣợng nƣớc cốt dừa còn lại trong bã dừa: =10% - Khối lƣợng riêng cơm dừa: = 920 kg/ = 0,92 T/ - Hệ số rỗng vật liệu: = 0.28
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
Trang 51
Từ các số liệu ban đầu, ta tính đƣợc lƣợng cơm dừa cần cung cấp cho quá trình ép là:
=
.100 tấn/giờ
Thay các thông số ban đầu, ta đƣợc khối lƣợng cơm dừa cần phải cung cấp cho quá trình ép: = .100 = 521 kg/giờ = 0,521 tấn/giờ Từ công thức (3.13) , (3.14) ta có: Q = V = 3,6 F v = 3,6. 2 D . . 785 , 0 60 Dn = 0,047 n D3 c Suy ra: D = √ Trong đó:
Q: năng suất của trục vít, Q = 0,521 T/giờ
: hệ số rỗng vật liệu, = 0,28
c: hệ số ảnh hƣởng của góc nghiêng đặt máy, c= 1 n: tốc độ quay của trục vít, chọn n= 50 vg/ph
= 1
Thay vào công thức, ta tính đƣợc đƣờng kính của trục vít: D = √ = 0,124 (m) = 124mm.
Theo tiêu chuẩn, chọn D = 150 mm
Công suất trên trục vít tải tính theo công thức (3.15)
) sin ( 360 QL Nvit Thay các giá trị:
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
Q = 0.521 T/giờ
L: chiều dài vít tải, L=1m = 1,2
a tính đƣợc công suất cần thiết trên trục vít tải: =
.1,2 = 1,74. kW = 1,74W
Công suất cần thiết của động cơ tính theo công thức (3.16) =
Với =0,85, thay vào công thức, ta đƣợc công suất cần thiết của động cơ: =
= 2,1 W
Môment xoắn trên trục vít tính theo công thức (3.17)
n N 9550 M vit M =9550. =0,033 Nm Lực dọc trục tính theo công thức (3.18) ) ( rtg M P N Trong đó: r – bán kính trung bình đặt lực P, r = (0,35 0,4)D m; lấy r = 0,35.0,15 = 0,0525 m - góc nâng vít tg = = =0,45 => =
- góc ma sát giữa vật liệu và vít xoắn, = 450 Thay vào công thức, ta tính đƣợc:
) ( rtg M P = = 0,24 N
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
Trang 53
Từ các thông số trên, ta lựa chọn động cơ mitsubishi 200V GM-S 0.1kW với các thông số cơ bản sau:
Bảng 3.4: Thông số động cơ cấp liệu
Công suất ( kW) Số vòng quay ( vòng/phút ) Moment xoắn ( Nm ) Khối lƣợng ( kg ) 0.1 50 17 5.1 Hình 3.11: Động cơ cấp liệu 3.3.3. Tính toán bộ truyền xích
Các thông số ban đầu:
- Công suất động cơ: P = 0.1 kW
- Số vòng quay đầu ra: n = 50 vòng/phút - Moment xoắn: T = 17 Nm
- Tỉ số truyền u = 1
Dựa theo [ 4, chƣơng 5 ] ta có: a. Chọn loại xích ống con lăn. b. Số răng đĩa xích dẫn:
= 29 – 2.u = 29 – 2.1 = 27 răng. c. Số răng đĩa xích bị dẫn:
= .u = 27.1 = 27 răng.
d. Xác định các hệ số điều kiện sử dụng xích theo [4, chƣơng 5, công thức 5.22 ] K =
Trong đó:
. – hệ số tải trọng động. Vì là dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác động lên bộ truyền tƣơng đối êm nên = 1
. – hệ số xét đến ảnh hƣởng của khoảng cách trục hay chiều dài xích. Với a = (30 : 50) thì = 1.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
. – hệ số xét đến ảnh hƣởng của cách bố trí bộ truyền. với đƣớng nối hai tâm đĩa xích hợp với đƣờng nằm ngang một góc lớn hơn nên = 1,25.
. – hệ số xết đến ảnh hƣởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích. Cơ cấu đƣợc điều chỉnh bằng đĩa căng xích nên = 1,1.
. – hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: chọn bôi trơn nhỏ giọt nên = 1. . – hệ số xét đến chế độ làm việc.vì làm việc 2 ca nên = 1.12. Vậy: K = = 1.1.1,25.1,1.1.1,12 = 1,54 . Hệ số = = = 1 . Hệ số = = = 0,93 Chọn xích 1 dãy nên = 1 e.Công suất tính toán
=
=
= 0,14 kW
Theo bảng 5.4 [4, chƣơng 5 ], dựa theo cột = 50 v/p, chọn bƣớc xích = 12,7 mm.
f. Theo bảng 5.2 [ 4, chƣơng 5 ], số vòng quay tới hạn tƣơng ứng với bƣớc xích = 12,7 mm là = 1250 v/p => thỏa điều kiện <
g. Vận tốc trung bình v của xích tính theo công thức: =
= 0,29 m/s.
Lực vòng có ích:
= 345 N
Tính toán kiểm nghiệm bƣớc xích theo công thức 5.26 [4, chƣơng 5] với [ ] chọn theo bảng 5.3 [4, chƣơng 5] là 35 Mpa.
600. √ = 600. √ = 9,28
= 12,7, suy ra điều kiện trên đƣợc thỏa.
h. Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = ( 30 : 50 ) = 30.12,7 = 381 mm. Số mắt xích x tính theo công thức 5.8 [4, chƣơng 5]
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP Trang 55 X = + + X = + + = 87 Chọn X = 87 mắt xích. Chiều dài xích: L = x. = 87. 12,7 = 1105 mm
Tính khoảng cách trục theo công thức ( 5.9 ) [4, chƣơng 5 ] ta có:
a = 0,25. . [ x - + √ = 0,25. . [87- + √ = 364,67 mm. Chọn a = 365mm i. Số lần va đập xích trong 1s. i = = = 1,03.
j. Kiểm tra xích theo hệ số an toàn theo công thức ( 5.28 ) [4, chƣơng 5 ] S =
[S]
Với Q = 2,27. ( tra theo bảng 5.1, [4, chƣơng 5] với pc = 15,875mm. + Lực căng trên nhánh căng = = 345 N
+ Lực căng do lực li tâm gây nên:
= . = 0,9.
+ Lực căng ban đầu Fo:
F0 = Kf. a.qm.g = 1.0,365.0,9.9,81 = 3,2 N
+ Lực tác dụng lên trục tính theo công thức (5.9) [4, chƣơng 5] Fr = km. Ft = 1.345 = 345 N
Suy ra
S =
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP k. Đƣờng kính đĩa xích: d1 = d2= = = 110 mm. da1 = da2 = d1 + 0,7pc = 110 + 0,7.12,7= 119 mm
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
Trang 57
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
4.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
4.1.1. Sự chuyển động của nguyên liệu trong buồng ép
Khi máy làm việc, trục vít quay làm cho bề mặt các gân vít tác động lên nguyên liệu, đẩy chúng dịch chuyển dọc theo một bên là bề mặt gân vít, một bên là phía trong lòng ép nghĩa là đi theo quanh trục. Vậy quĩ đạo chuyển động của chúng là hình xoáy trôn ốc. Nhƣng cuối trục có bố trí bộ phận điều chỉnh ra khô nên nguyên liệu không thể dịch chuyển tự do mà bị ép nén lại. Lực ma sát lớn giữa nguyên liệu với mặt trong của lòng ép và gân vít xuất hiện. Mặt khác nguyên liệu còn bị giữ lại bởi các lực cản của các bulong lắp trên các thanh đỡ. Chính nhờ những trở lực này làm cho nguyên liệu vừa tiến về phía trƣớc, vừa xoay tròn. Tại chỗ gân vít bắt đầu hai đầu mối nguyên liệu chuyển động rối loạn, nhƣng khi vƣợt qua những đoạn này, đƣờng chuyển động lại ổn định trở lại. Nhƣ vậy, nguyên liệu nằm giữa thành lòng ép với bề mặt gân vít chuyển động liên tục kể từ khi vào cho đến khi ra. Trên đƣờng chuyển động cừi dừa nạo luôn đƣợc xáo trộn. Khi qua cửa ra khô, bột bị nén thêm làm cho khối bột sít hơn.
Cũng do sự nén ép thêm của cửa ra khô, trong quá trình di chuyển một phần bột ép lọt trở lại theo khe hở giữa các mút gân vít và mặt trong lòng ép. Lƣợng nguyên liệu đi ngƣợc lại này gọi là lƣợng hồi lƣu. Sự hồi lƣu càng lớn khi mà cửa ra khô càng hẹp
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
và các chi tiết máy trong lòng ép (gân vít, thân trục vít, bề mặt gân vít, cạnh sắc của các căn) bị mòn nhiều. Nếu lƣợng hồi lƣu càng nhiều thì năng suất máy càng giảm.
Hình 4.1. Nguyên lý bộ phận ép
1. Trục vít; 2. Khung đỡ lƣới lọc; 3. Phếu vào liệu; 4. Khe hở thoát bã; 5. Gỗi đỡ đầu trục vít; 6. Cửa thoát bã; 7. Phếu hứng nƣớc cốt dừa; 8. Lƣới lọc.
a) chiều quay của vít; b) cấp liệu; c) hƣớng dẫn liệu; d) thoát bã ra khỏi vùng ép; e) thoát nƣớc cốt dừa; f) thoát bã ra khỏi máy.
Khi nguyên liệu bị đẩy về trƣớc, trong lòng ép xảy ra sự nén nguyên liệu và lực nén càng tăng lên khi vào vùng hai bƣớc vít, đƣờng kính các vít càng tăng. Do đƣờng kính vít tăng dần về phía ra khô, nên áp lực ép cũng tăng dần về phía ấy. Đoạn vít đầu có đƣờng kính vít nhỏ và tiết diện của cánh vít hƣớng về phía trƣớc nên tại đây chủ yếu xảy ra sự dồn xít và cuộn nguyên liệu vào, nƣớc cốt dừa hầu nhƣ không đƣợc tách ra. Sang đoạn trục vít có hai đầu mối, góc nghiêng của tiết diện cánh vít càng hƣớng về phía sau nên áp lực ép lên khung lƣới cao hơn, do đó nƣớc cốt dừa đƣợc tách ra nhiều hơn. Đoạn vít cuối cùng mặc dù có hai đầu mối, tạo ra áp lực cao nhất nhƣng vì nƣớc cốt dừa còn lại ít nên thoát ra ít hoặc ngừng chảy. Nhƣ vậy khi máy ép làm việc bình thƣờng, nƣớc cốt dừa chảy ra nhiều ở đoạn giữa lòng ép.
4.1.2. Sự tạo thành áp lực trong buồng ép
Áp lực trong buồng ép đƣợc tạo thành do sự nén nguyên liệu và sức phản kháng của nguyên liệu. Áp lực này lớn hay bé phụ thuộc vào cấu tạo của lòng ép, trục vít và đặc tính cơ lý của bột ép. Do tiết diện vành khăn ở cửa ra khô bé hơn tất cả các điểm trong lòng ép, lại do trục vít có sự thay đổi số đầu mối vít, đƣờng kính và sự thay đổi đƣờng kính lòng ép, nghĩa là dung tích của bƣớc vít trƣớc bé hơn dung tích của bƣớc
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
Trang 59
vít sau theo chiều chuyển động của nguyên liệu, cho nên muốn tiếp nhận nguyên liệu của đoạn sau chuyển tới phải xảy ra sự nén do đó áp lực đƣợc hình thành.
Sự tăng áp lực tiến dần về phía ra khô, nhƣng không phải là tăng dần đều. Đặc biệt là ở đoạn khe côn áp lực tạo thành thấp hơn ở đoạn vít cuối nhƣng vẫn cao hơn ở đoạn vít đầu. Thực tế khi cho vào máy bột nhão hoặc nƣớc đặc máy làm việc mà không tạo ra một áp lực nào. Hoặc cho vào bột rất khô trục vít không quay đƣợc dù mô tơ có công suất lớn, nghĩa là trở lực ở đây rất lớn gây hỏng máy. Điều này chứng tỏ đặc tính nguyên liệu tạo thành áp lực trong máy. Do đó ứng với mỗi loại máy, bột ép phải có đặc tính cơ lý thích hợp để khi máy làm việc tạo ra áp lực thích hợp, đủ sức làm kiệt nƣớc cốt dừa mà không làm hỏng máy.
4.2. BỘ PHẬN ÉP.
4.2.1. Xác định các thông số bạn đầu của máy và trục vít Nguyên liệu ép Nguyên liệu ép
Cùi dừa nạo: Khi tách xong cùi dừa từ sọ dừa cùi dừa đƣợc mang đi nạo bằng tay hoặc bằng máy nạo cùi dừa để tạo ra nguyên liệu cho máy ép nƣớc cốt dừa đó chính là cùi dừa nạo.
Vì quá trình làm ra nguyên liệu cùi dừa không đƣợc thống nhất và có các loại dừa khác nhau nên tạo ra các nguyên liệu khác nhau cho máy ép. Vậy nên chúng ta có các số liệu về nguyên liệu cũng không thể chính xác hoàn toàn.
Một số thông số cơ bản về cùi dừa nạo: - Khối lƣợng riêng: γ = 920 kg/m3
- Lƣợng nƣớc cốt dừa chứa trong nguyên liệu: Ov = 70% - Hệ số rỗng của vật liệu: ε = 0,28
Máy ép
- Áp suất ép cực đại: Pmax = 52 Pa (N/m2) - Năng suất máy: Q = 250 kg/h
Vít ép
- Vận tốc quay: n = 15 vòng/phút - Đƣờng kính d của trục
- Đƣờng kính trong D1 của cánh vít - Đƣờng kính ngoài D2 của cánh vít
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
- Bƣớc vít t.
Chọn thông số ban đầu của trục vít dựa vào năng suất và quá trình hoạt động của máy:
Dừa và các tài liệu tham khảo ta có tính toán sơ bộ để làm cơ sở chọn các thông số trục vít:
Ta có công thức sau:
Trong đó:
Q: Năng suất máy ép vít, Q = 250 kg/h (theo yêu cầu của đề tài) D: Đƣờng kính ngoài cảu vít ép (m)
t: Bƣớc vít ép (m)
n: Số vòng quay của trục vít (v/ph), Chọn số vòng quay trục vít:
Theo khảo sát các máy ép trục vít thông thƣơng có công suất gần bắng năng suất yêu cầu thiết kế. Cụ thể là các máy ép dùng trong sản suất nhựa, bún và ép các loại trái cây thì máy ép trục vít thông thƣờng có số vòng quay thấp trung bình và khoảng: 10 (v/ph) ÷ 40 (v/ph).
Khối lƣợng riêng của vật liệu (kg/m3) Chọn khối lƣợng riêng của dừa nạo:
Dừa nạo không có khối lƣợng riêng xác định. Khối lƣợng riêng của dừa nạo phụ thuộc nhiều yếu tố nhƣ: loại dừa, cách nạo cùi dừa, tuổi của quả dừa…
K: Hệ số hình học của trục vít, theo công thức sau:
* ( ) + ( )
Trong đó:
d: Đƣờng kính trong của vít (m), d = 0,5D2. e: Bề dầy trung bình của cánh vít (m), e = 0,2D2.
Thay các thông số vào công thức (2) ta tính đƣợc K = 0,75.0,8 = 0,6
: Hệ số cung cấp thể tích, nó kể tới các dòng chảy ngƣợc của vật liệu, kể tới sự quay của vật liệu theo vít, chọn
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP Trang 61 Suy ra: √ Chọn đƣờng kính ngoài của trực vít ép là D2 = 100 (mm)
Dựa vào các chức năng của trục vít ép, chúng ta có thể lý luận để đƣa ra kết cấu và kích thƣớc phù hợp cho trục vít.
Chức năng thứ nhất là tạo áp suất trong buồng ép: Để tạo đƣợc áp suất trong buồng ép thì thể tích của buồng ép phải giảm dần theo chiều di chuyển của vật liệu bị ép. Vật liệu đƣợc cung cấp liên tục và đều đặn nhờ hệ thống cấp liệu bằng trục vít tải vì vậy không thể thay đổi khối lƣợng vật liệu nhiều hay ít khi quá trình hoạt động của máy. Vì vậy cách duy nhất là thay đổi kích thƣớc và kết cấu của trục vít ép. Nhƣ yêu cầu kích thƣớc trục vít ép phải lớn dần để cho thể tích trong buồng ép giảm dần. có nhiều cách làm tăng kích thƣớc vít ép nhƣ thay đổi bƣớc ép, tạo nhiều đầu mỗi, tăng dần kích thƣớc đƣờng kính trong của trục vít ép.
Chọn kết cấu trục vít ép để giảm thể tích buồng ép:
- Trục vít có hai đầu mỗi, hai đầu mỗi có bƣợc vít và các thông số khác giống nhau chỉ khác số bƣớc.
- Trục vít có đƣơng kính trong tăng dần( đƣờng kính trong có dạng hình côn).
Chức năng thứ hai là thoát bã: Trục vít ép kế hợp với gối đỡ và bộ phận thay đổi khe hở thoát bã để thực hiện chức năng thoát bã ra ngoài. Trong đó kết cấu của trục vít ăn khớp với gối đỡ băng góc côn để quá trình ép đƣợc thực hiện liên tục vừa ép vừa thoát liệu.
Qua trình thoát liệu: Ban đầu lò xo của bộ phận điều chỉnh khe hở kéo trục vít ăn khớp với gối đỡ. Trục vít và gối đỡ ăn khớp với nhau qua hai bề mặt côn tiếp xúc. Khi máy bắt đầu hoạt động thì liệu đƣợc cấp và trục vít bắt đầu quay, khi đó liệu đƣợc ép dần dần từ đầu tới cuối trục vít. Khi ép tới cuối trục vít thì liệu đƣợc đẩy vào các khe
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP
hở nhỏ của bề mặt ăn khớp giữa trục vít và gối đỡ. Khi đó trục vít đƣợc đẩy lại một đoạn nhỏ để tách ăn khớp giữa trục vít và gối đỡ để bã lớn hơn có thể thoát ra và cứ nhƣ thế thì bã có thể thoat ra hết.
Chọn góc côn của trục vít ở đoạn cuối: : α = 300
Dựa vào các lý luận trân chúng ta có thể đƣa ra kết cấu và thông số số của trục vít
Kết cấu trục vít và các thông số cơ bản: - Chiều dài vít là: l = 420 (mm)