Tính toán bộ truyền đai, xích - Máy bóc vỏ trứng c- 123docz.net

- Bộ truyền đai:

Chọn đai PU có đƣờng kính 4mm. Đƣờng kính bánh là 20mm

- Bộ truyền xích:

Tính toán tƣơng tự nhƣ ở cơ cấu bóc vỏ, ta chọn xích con lăn 1 dãy,bƣớc xích 6,35mm.

Và bánh xích nhƣ của cơ cấu bóc vỏ. Đƣờng kính vòng chia ( theo 5.17/86) d1 = p/sin(π/z1 ) = 8/sin(π/10) = 25,8 (mm) d2 = p/sin(π/z2 ) = 8/sin(π/10) = 25,8 (mm) Đƣờng kính vòng đỉnh da1 = p(1/2 + cot(π/z1) = 28,6 (mm) da2 = p(1/2 + cot(π/z2) = 28,6 (mm) 4.4 Hệ thống nƣớc:

Chức năng của nƣớc là làm tăng lực ma sát của trục bóc vỏ với vỏ trứng và làm sạch bề mặt của trục bóc vỏ. Hệ thống nƣớc tuần hoàn nên dung động cơ bơm để bơm nƣớc từ máng chứa nƣớc lên rồi tƣời lên 2 trục bóc vỏ.

 Chọn động cơ bơm nƣớc: có 2 cách chọn.

- Bơm điện áp xoay chiều:

Máy bơm nƣớc LifeTech AP 1200 Lƣu lƣợng nƣớc: 600 lít/h

Đẩy cao: 0.65 m Công suất: 8.5W

Điện áp: 220 / 240-50Hz

Hình 4.4a: Động cơ bơm nước xoay chiều.

- Bơm điện áp 1 chiều:

Kích thƣớc: khoảng 86x46x46 mm Loại động cơ : P385

Điện áp 12VDC. Công suất 3W.

Tốc độ dòng : 1,8 L/phút. Chiều cao tối đa: 5m. Dòng địng mức: 0,25A.

4.5 Thiết kế máng cấp trứng:

Máng cấp trứng chứa đƣợc khoảng 200 trứng, và phải có độ nghiêng thích hợp để trứng chạy xuống cơ cấu cấp trứng.

Hình 4.5: Máng chứa trứng.

4.6 Thiết kế khay chứa nƣớc:

Khay chứa nƣớc và vỏ trứng cút, có thể tích 4,125 cm3.

Hình 4.6: Khay chứa nước và vỏ trứng.

CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN, LẬP TRÌNH 5.1 Yêu cầu điều khiển, tƣơng tác ngƣời dùng:

- Điều khiển động cơ truyền động cho cơ cấu bóc vỏ với tốc độ 220 vòng/ phút. ( Ký hiệu là : dc1)

- Điều khiển động cơ truyền động cho cơ cấu cấp trứng với tốc độ 19 vòng/phút. ( Ký hiệu là : dc2)

- Điều khiển động cơ bơm nƣớc với lƣu lƣợng 1,8L/phút. ( Ký hiệu là : dc3) - Hiển thị số trứng đã bóc đƣợc vỏ có 4 chữ số.

- Có nút nhấn start, stop và đèn hiển thị.

5.2 Đề xuất phƣơng án điều khiển, mạch điện, thiết bị, vi điều khiển:

- Ta có động cơ dc1 và dc3 yêu cầu chỉ chạy 1 chiều, chạy hết công suất nên có thể dùng role, transistor hoặc thyristor để điều khiển. Nhóm dùng mạch relay ( có sẵn ) để điều khiển.

- Động cơ dc2 yêu cầu điều khiển 1 chiều thay đổi đƣợc tốc độ nên nhóm dùng mạch cầu H L298 để điều khiển, điều khiển bằng xung PWM.

- Dùng cảm biến hồng ngoại để đếm trứng đã bóc vỏ. - Dùng Lcd16x2 để hiển thị số trứng bóc đƣợc. - Dùng nút nhấn có chứa led.

 Vi điều khiển:

+ Để điều khiển động cơ dc1 và dc3 cần 2 chân digital.

+ Để điều khiển động cơ dc2 cần 2 chân digital và 1 chân PWM. + Điều khiển Lcd ở chế độ 4 bit nên cần 6 chân digital.

+ Để đọc tín hiệu 2 nút nhấn và cảm biến hồng ngoại ta cần 3 chân interrupt hoặc 1 chân interrupt và 3 chân digital.

+ Điều khiển 2 led nút nhấn cần 2 chân digital.

 Vậy yêu cầu vi điều khiển phải có tối thiểu 1 chân PWM; 10 chân digital, 3 chân interrupt hoặc 13 chân digital và 1 chân interrupt; và có hỗ trợ Lcd.

Nhóm sử dụng vi điều khiển Arduino mega 2560 ( có sẵn nhằm tiết kiệm chi phí ).

5.3 Sơ lƣợc về mạch điện, thiết bị và vi điều khiển: 5.3.1 Mạch relay: 5.3.1 Mạch relay:

Hình 5.3.1: mạch nguyên lý và thực tế của relay.

 Thông số kỹ thuật:

+ Sử dụng điện áp nuôi DC 5V.

+ Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.

+ Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A. + Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.

+ Kích ở mức thấp.

 Công suất tiêu thụ của mạch là P=U.I= 5x0,08= 0,4 ( w ).

 Mô tả:

Module 1 relay có opto và transistor cách ly nên việc sử dụng an toàn cho board mạch chính, mạch đƣợc sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC.

Có 3 tiếp điểm đóng ngắt NC ( thƣờng đóng ), NO ( thƣờng mở ) và COM ( chân chung ) đƣợc cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái chƣa kích NC nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ nối vơi NO và ngắt kết nối với NC. Có thể kích ở mức thấp hoặc cao bằng jumper.

5.3.2 Mạch cầu H L298:

Hình 5.3.2: mạch nguyên lý và thực tế của mạch cầu H L298.

 Thông số kỹ thuật:

+ Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H. + Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V + Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

+ Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V + Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA

5.3.3 Mạch cảm biến hồng ngoại:

Hình 5.3.3: mạch nguyên lý và thực tế của cảm biến hồng ngoại.

 Mô tả:

Tia hồng ngoại phát ra 1 tần số nhất định, khi phát hiện hƣớng truyền có vật cản, phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh đèn xanh sẽ sáng, đồng thời xuất tín hiệu số ở đầu out.

Khoảng cách làm việc 2~5 cm, độ nhạy đƣợc điều chỉnh bằng chiết áp.

 Thông số kỹ thuật:

+ Bộ so sánh sử dụng LM393. + Điện áp làm việc: 3,3-5 VDC.

Hình 5.3.4: mạch nguyên lý và thực tế của mạch giảm áp LM2596.

 Thông số kỹ thuât:

+ Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 40V.

+ Điện áp đầu ra: Điều chỉnh đƣợc trong khoảng 1.5V đến 35V. + Dòng đáp ứng tối đa là 3A. + Hiệu suất : 92% + Công suất : 15W. 5.3.5 LCD16x2: Hình 5.3.5: Lcd16x2 và kết nối lcd16x2.  Mô tả:

Màn hình Lcd16x2 sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự.

 Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động là 5V. + Kích thƣớc: 80x36x12,5 mm.

+ Có thể đƣợc điều khiển với 6 chân tín hiệu.

 Ký hiệu chân:

+ VSS: là chân nối với nguồn âm GND. + VCC: là chân nối với nguồn dƣơng. + V0: Độ tƣơng phản.

+ RS: Lựa chọn thanh ghi.

+ R/W: Chọn thanh ghi đọc/ viết dữ liệu. + E: Enable.

+ DB0 đến DB7: Là chân truyền dữ liệu. + A: Cực dƣơng led nền.

+ K: Cực âm led nền.

5.3.6 Vi điều khiển:

Sử dụng vi điều khiển có sẵn Arduino Mega2560:

Hình 5.3.6: Aduino Mega 2560

 Thông số kỹ thuật:

+ Vi điều khiển: Atmega2560. + Nguồn hoạt động: 5V.

+ Điện áp vào cổng DC: 7 - 12V.

+ Số chân Digital: 54 ( với 15 chân ngõ ra PWM) + Số chân Analog: 16.

+ Dòng DC trên mỗi chân: 40mA. + Dòng ngõ ra cho chân 3.3V: 50mA.

+ Bộ nhớ Flash: 256Kb với 8Kb cho bootloader + SRAM: 8Kb.

+ EEPROM: 4Kb. + Tần số thạch anh: 16MHz.

+ USB Host Chip: MAX3421E. + Kích thƣớc: 101.52 x 53.3mm

5.3.7 Tính toán chọn nguồn cho hệ thống điện:

Công suất tiêu thụ của động cơ dc1 và dc2 khoảng 30W, của dc3 là 3W, công suất tiêu thụ của các mạch điện thiết bị không đáng kể, ta có tổng cộng

công suất tiêu thụ là khoảng 33W. Vì vậy nhóm quyết định chọn nguồn Adapter 24VDC 2A:

Hình 5.3.7: Adapter 24VDC 2A.

 Thông số bộ nguồn Adapter:

+ Điện áp đầu vào: 100 - 240VAC, 50-60Hz + Điện áp ngõ ra: 24VDC.

+ Dòng điện cực đại: 2A.

5.4 Sơ đồ khối hệ thống điện của máy: 5.4.1 Sơ đồ khối tổng quát: 5.4.1 Sơ đồ khối tổng quát:

Hình 5.4.1: Sơ đồ hệ thống điện. Khối điều khiển Động cơ dc1 Động cơ dc3 Nút nhấn start Nút nhấn stop Nguồn 24VDC

Nguồn 5VDC Cảm biến hồng ngoại

Động cơ dc2

5.4.2 Khối điều khiển:

Hình 5.4.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển.

5.4.3 Khối nguồn:

Hình 5.4.3: Sơ đồ khối nguồn.

5.5 Thiết kế, lắp đặt mạch điện, lập trình điều khiển:

 Yêu cầu đặt ra:

+ Khi cấp nguồn -> đèn stop sáng. Lcd hiển thị lời chào.

+ Nhấn nút start -> đèn start sáng, đèn stop tắt, động cơ dc1, dc2, dc3 chạy, và lcd hiển thị số trứng đã bóc vỏ.

+ Nhấn stop -> đèn start tắt, đèn stop sang, động cơ dc1, dc2, dc3 dừng, lcd hiển thị số trứng bóc đƣợc. Vi điều khiển Mạch relay kích động cơ dc1 Mạch relay kích động cơ dc3 Mạch cầu H điều khiển động cơ dc2 Adapter 24VDC Mạch giảm áp lm2596 Nguồn 12VDC Mạch cầu H L298 Nguồn 5VDC

5.5.1Kết nối vi điều khiển với Lcd, nút nhấn, cảm biến, led:

Hình 5.5.1 kết nối vi điều khiển với lcd, nút nhấn, đèn led và cảm biến mô phỏng bằng proteus.

+ Dùng interrupt để đọc tín hiệu từ nút nhấn. Để đảm bảo an toàn cho vi điều khiển nên nhóm dùng điện trở kéo lên ngoài, không dùng điện trợ nội ( pull up ).

+ Dùng điện trở 10k để hạn dòng.

+ Ta có khoảng điện thế phân cực thuận của led đỏ là 1,63-2,03V, của led xanh lá là 1,7-4 V. Dòng qua led là 10mA. Chọn điện áp qua led là 2V, ta cần điện trở hạn dòng có giá trị: R = U/I = (5 – 2 )/0,01 = 300 Ω, chọn điện trở 330Ω.

5.5.2 Kết nối vi điều khiển với mạch relay, mạch cầu H L298, động cơ:

Hình 5.5.2: Kết nối vi điều khiển với mạch relay, mạch cầu H L298 mô phỏng bằng proteus.

Các giá trị điện trở, transistor không hiển thị vì chỉ nối dây tín hiệu từ vi điều khiển đến input tín hiệu của mạch relay, nên không cần thiết.

5.5.3 Lƣu đồ điều khiển:

Hình 5.5.3: Lưu đồ điều khiển.

Cấp nguồn Lcd hiển thị lời chào Động cơ dc2 chạy start Động cơ dc3 chạy Động cơ dc1 chạy Lcd hiển thị số trứng stop Động cơ dc3 dừng Động cơ dc2 dừng Động cơ dc1 dừng

CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 6.1 Chuẩn bị vật liệu, chi tiết cơ khí:

- Trục inox đƣờng kính 8 mm, số lƣợng 2 trục, chiều dài trục 80cm.

- Ống silicon đƣờng kính trong 7mm, đƣờng kính ngoài 11mm, số lƣợng 2, chiều dài 60cm.

- Ống silicon đƣờng kính trong 6 mm, đƣờng kính ngoài 9 mm, số lƣợng 1, chiều dài 100mm. Hình 6.1a: Ống Siliccon - Trục nhựa PE đƣờng kính 40mm, dài 35cm. Hình 6.1b: Trục nhựa PE - Nhựa tấm kích thƣớc: 300x250x15mm, số lƣợng 2 tấm. Hình 6.1c: Nhựa tấm.

- 3 puli đai thang lớn : Đƣờng kính trong : 8mm Đƣờng kính ngoài : 60mm. Bề dày :8 mm

Hình 6.1d: Puli đai lớn

- 3 puli đai thang nhỏ: Đƣờng kính trong : 8mm Đƣờng kính ngoài: 12mm Bề dày : 8 mm

Hình 6.1e: Puli đai nhỏ

- Dây đai PU tiết diện tròn đƣờng kính 4mm, dài 1m. - Xích,đĩa xích…

6.2 Chuẩn bị phần điện, mạch điện, phần mềm lập trình:

Chuẩn bị phần điện, mach điện: + 1 Adapter 24V – 2A.

+ 2 động cơ DC 24V 15W, 220 vòng/phút.- 1 mạch Arduino mega2560. + 1 mạch relay 1 kênh. + 1 mạch cầu H l298. + 1 mạch ổn áp LM2596. + 2 nút nhấn có đèn led hiển thị. Chuẩn bị phần mềm lập trình: Cài đặt phần mềm Arduino 1.0.6 6.3 Mô hình thực tế:

Nhóm đã chế tạo đƣợc 2 mô hình. Mô hình 2 là cái tiến từ mô hình 1.

Hình 6.3a: Máy bóc vỏ trứng cút version 1

 Một số hình ảnh máy bóc vỏ trứng cút version 2:

Hình 6.3b: Máy bóc vỏ trứng cút version 2

Yêu điểm của version 2 so với version 1: - Máy nhỏ gọn hơn.

- Cơ cấu cấp trứng hoạt động hiệu quả hơn. - Có chức năng đếm số lƣợng trứng đã bóc vỏ.

6.4 Quy trình công nghệ bóc vỏ trứng cút:

 Đề nghị cách luộc trứng:

- Cách luộc trứng ảnh hƣởng 1 phần đến xác suất trứng bị vỡ.

- Yêu cầu lòng đỏ trứng phải nằm giữa quả trứng, khi ấy xác suất trứng bị vỡ là nhỏ nhất.

 Cách luộc trứng nhƣ sau:

Đun nƣớc sôi mới bỏ trứng vào, sau khi trứng chín, ta cho vào nƣớc lạnh.

 Quy trình bóc vỏ trứng:

Trứng luộc chín đƣợc bỏ vào máng cấp trứng. Cơ cấu cấp trứng sẽ làm mềm vỏ trứng vào kéo trứng cấp cho cơ cấu bóc vỏ, tại đây trứng sẽ đƣợc bóc sạch vỏ.

Trứng cút đã luộc chín Cơ cấu cấp trứng Trứng đã mềm vỏ Cơ cấu bóc vỏ Trứng sạch vỏ

CHƢƠNG 7: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 7.1 Kết quả thực nghiệm :

 Thực nghiệm hiệu suất bóc vỏ:

Nhóm cho chạy mô hình thử nghiệm hiệu suất với mỗi lần 20 trứng. Bảng 7.1a : Kết quả thử nghiệm hiệu suất bóc vỏ.

Lần thử thứ: Trứng bóc sạch vỏ (trứng) Trứng bị vỡ (trứng) Hiệu suất (%) Chỉnh sửa, khắc phục 1 18 2 90 Dịch chỉnh trục dẫn hƣớng đi ra xa 1 đoạn 2mm. 2 18 0 90 3 16 1 80 4 18 0 90 Dịch chỉnh trục dẫn hƣớng đi vào 1mm, và đi lên 1mm. 5 16 0 80 6 17 0 85 7 16 0 80 Dịch chỉnh trục dẫn hƣớng đi ra 1mm. 8 18 0 90 9 20 0 100 10 19 1 95 11 20 0 100

12 20 0 100 Cố định trục tại vị trí hiện tại

 Thực nghiệm cơ cấu cấp trứng:

Chọn động cơ chạy hết vận tốc ở lần thử đầu tiên. Yêu cầu là cấp khoảng 30 trứng/phút.

Bảng 7.1b : Kết quả thử nghiệm cơ cấu cấp trứng .

Lần thử

thứ: Số trứng đƣợc cấp trong 1 phút ( trứng)

Điều chỉnh vận tốc rulo

1-3 50 - 54 Giảm xung PWM xuống còn 200. 4-6 40-45 Giảm xung PWM xuống còn 180. 7-9 35-39 Giảm xung PWM xuống còn 160. 10-12 30-35 Giảm xung PWM xuống còn 140. 13-15 28-32 Giảm xung PWM xuống còn 120.

7.2 Kết luận và kiến nghị định hƣớng phát triển:

 Kết luận:

Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thực nghiệm, nhóm đã thu đƣợc những kết quả nhƣ sau:

Thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ trứng cút hộ gia đình công suất khoảng 2000 trứng/giờ, đáp ứng đƣợc yêu cầu nghiên cứu của đề tài: cơ cấu nhóm chọn đã bóc đƣợc vỏ trứng, cấp nƣớc ổn đinh, hệ thống chạy ổn định, hệ thống cấp trứng đã cấp đƣợc trứng,hệ thống nƣớc tuần hoàn. Máy đảm bảo an toàn vệ sinh thực thẩm, bảo đảm an toàn điện. Máy đạt đƣợc tính thẩm mỹ.

 Kiến nghị - định hƣớng phát triển trong tƣơng lai:

Với những kết quả đã đạt đƣợc và những điểm hạn chế của đề tài, nhóm có đề xuất tài, đó là:

Tiếp tục nghiên cứu thêm các cơ cấu bóc vỏ, cơ cấu cấp trứng hiệu quả hơn hơn nhằm khắc phục những hạn chế của hệ thống. Do đặc điểm của các quả trứng cút là có kích thƣớc không đồng đều nhau, nên cần tính toán vị trí tƣơng đối của 3 trục chính xác cộng với thử nghiệm thực tế.

Tìm kiếm vật liệu cho 2 trục bóc vỏ phù hợp hơn, nhằm tăng hiệu suất và độ bền lâu của máy.

Thiết kế máy dễ dàng cho ngƣời sử dụng hơn. Thiết kế thành các module để thuận tiện trong việc lắp ráp, sửa chữa và thay thế.

Tích hợp các mạch điện trên cùng một board mạch, để hạn chế dây nối. Thay thế relay bằng các linh kiện điện tử khác cùng chức năng. Nhằm giảm không gian hộp điện, và hệ thống điện ít gặp rủi ro hơn và đạt hiệu quả cao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1, tái bản lần 6, NXB Giáo dục, Hà Nội 2006

Nguồn khác

[2] Mô hình máy bóc vỏ trứng cút, Hiếu Văn, link : https://www.youtube.com/watch?v=oqqb7v0xZNY

[3] Máy bóc vỏ trứng chim cút mini, minh tuyen ngo, link:

https://www.youtube.com/watch?v=HQyjcEWE5aQ

[4] Máy bóc vỏ trứng cút bán tự động, Phương Tạ, link:

https://www.youtube.com/watch?v=QsZyUQlYNrI