5.4.1 Sơ đồ kết cấu (sơ đồ động)
Hình 5.25: Các chi tiết chính trong bộ chạy dao Trên
Động cơ Rãnh trượt Tấm lót Thanh trượt Chống tâm Dao Bộ gá Dao Bánh răng lớn Bánh răng nhỏ Thanh đỡ Thanh răng
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
115
Sơ đồ 5.5: Sơ đồ động bộ chạy dao Trên
5.4.2 Trình tự tính toán
Chọn góc cắt (gá đặt Dao).
Tính toán lực cắt, lực chạy dao và lực đẩy.
Tính, kiểm bền bộ truyền Bánh răng – Thanh răng. Kiểm bền : Thanh trượt, chống tâm, thanh đỡ, Dao. Chọn động cơ phụ
5.4.3 Nội dung tính toán
5.4.3.1 Chọn góc gá đặt Dao, [20] [26].
Góc gá Dao trên cũng được xác định từ các kết quả thực nghiệm và dựa theo cấu tạo , kích thước của Dừa. Đối với Dao gọt phần Vai : Góc gá Dao ( ) hiệu quả trong phạm vi = 50 ÷ 56 (hình ..). Các góc mài Dao cũng được chọn giống Dao gọt phần thân.
Động cơ Thanh răng-Bánh răng
Bộ phận chấp hành
116
Hình 5.26: Cấu tạo và góc cắt (gọt) Dừa sau khi gọt.
Hình 5.27: Góc gá Dao Trên
5.4.3.2 Tính toán lực cắt, lực chạy dao và lực đẩy. 5.4.3.2.1 Cơ sở tính toán − Cạnh lưỡi Dao X Đường gọt Vai Đường gọt Thân Xơ Dừa Đường cắt Chóp Gáo Dừa Cơm Dừa
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
117
Hình 5.28: Lực Đẩy kẹp Dừa Hình 5.29: Phản lực N lên chấu kẹp
Kết cấu mũi nhọn và vật liệu
Mũi nhọn gồm:
6 mũi nhọn dưới: đường kính ∅6 mm, góc nhọn 20
Mũi nhọn trên: đường kính ∅10 mm, góc nhọn 30
Vật liệu mũi nhọn: Inox 304 (SUS304) , độ cứng HV ~ HB ~ 200 (trang 781, [12])
Hình 5.30: Kích thước các mũi nhọn
Tổng tổng tiết diện , của các mũi nhọn: = π. 0.5 . 6 + π. 1 = 7,86 (mm ) = 0,0786 (cm ) = . 3 . 6 + . 5 = 248,2 (mm ) = 2,482 (cm )
118
Lực cắt, lực chạy dao
Tốc độ chạy dao, lực cắt, lực chạy dao và công suất cắt của Dao Trên được lấy giá trị gần bằng với giá trị tính toán của Dao Bên :
Tốc độ chạy dao : S = 0,056 mm/vòng (với chiều rộng cắt = 100 mm). (hình….)
Tốc độ chạy dao phút: S = S. n = 0,056.285,7 = 16 (mm/phút) = 0,27 (mm/s)
Lực cắt : F = 237,4 (N)
Tính lực đẩy cần thiết kẹp Dừa
Theo kết quả thực nghiệm, với mũi nhọn tiết diện 3,14 cm có thể đâm xuyên Dừa Tươi khi tác dụng 1 lực có độ lớn 251 (N). [27]
Như vậy, với tiết diện lớn nhất = 2,482 (cm ) sẽ cần F’ là: F′ = . ,
, = 195,5 (N)
Chọn lực chạy dao bằng lực đẩy F’ và bằng 195,5 (N).
5.4.3.3 Tính toán, kiểm bền bộ truyền Bánh răng(răng trụ, răng thẳng)-Thanh răng, chọn động cơ. (trang 303, [13])
5.4.3.3.1 Cơ sở tính toán
Bộ truyền hở, bôi trơn theo chu kỳ, làm việc với vận tốc thấp.
Với tải nhỏ chọn vật liệu như sau:
Thanh răng, Bánh răng: Thép 40, tôi cải thiện, độ cứng 192 ÷ 288 HB, = 700 MPa , = 400 MPa. (bảng 6.1, trang 92,[10])
Vận tốc thanh răng :
Vận tốc thanh răng được tính theo công thức thực nghiệm :
v = (m/s) . (5.46)
Trong đó: l (mm) – là quãng đường thanh răng di chuyển (chiều sâu mũi nhọn đâm vào vỏ Dừa).
t = 0,5 (s) – Thời gian kẹp mong muốn
Ta có: l = l + l + l =40 + 20 +20 = 80 (mm)
( l là khoảng cách an toàn khi gá Dừa; l và l là chiều sâu trung bình mũi nhọn Trên và Dưới trong lớp vỏ Dừa, chiều sâu này có thể thay đổi tùy theo độ dày của lớp vỏ).
Vậy:
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
119
a) Khi chưa kẹp Dừa b) Khi kẹp Dừa
Hình 5.31: Khoảng cách mũi nhọn trước và sau khi kẹp Dừa
Vận tốc Bánh răng:
Vận tốc Bánh răng chính bằng vận tốc thanh răng, v = 0,16 (m/s)
Tốc độ quay của bánh răng:
n = .
. (vòng/phút)
Công suất làm việc:
P = . (Kw) (công thức 2.11, trang 20, [10])
= , . , = 0,018 (Kw)
5.4.3.3.2 Thực hiện tính toán (trang 303, [13]) 5.4.3.3.2.1 Các điều kiện bền
Xác định ứng suất tiếp xúc:
- Chọn độ cứng Bánh răng: HB1 = 200 (bảng 6.2, trang 94, [10]) - Chọn độ cứng Thanh răng: HB2 = 200 (bảng 6.2, trang 94, [10]) - Theo bảng 6.2 trang 94, [10]: 0 lim 0 lim 2 70 1,8 H F HB HB 1,1 1,75 H F S S (5.47) Bánh răng: = 2.200 + 70 = 470 (Mpa)
120
(ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở) = 1,8.250 = 360 (Mpa)
(ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở) Thanh răng: = 2.200 + 70 = 470 (Mpa)
= 1,8.200 = 360 (Mpa) Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định sơ bộ:
- Theo công thức 6.1a trang 93 [10], ta có: olim. HL H H H K S (5.48) Tra bảng 6.2 trang 94 [10], ta có SH = 1,1 [ ] = 470. , = 427,27 (Mpa) (với K = 1) [ ] = 4700. , = 427,27 (Mpa) Theo công thức 6.12 trang 95 [10], ta có:
[ ] = [ ] [ ] = , , = 427,27 (MPa) Ta có :
[ ′ ] = 1,25. [ ]min = 1,25.427,27 = 534 (Mpa) Suy ra [ ] < [ ′ ] , thỏa mãn điều kiện.
Ứng suất uốn cho phép:
- Chọn: KFL1 = 1, KFL2 = 1 (hệ số tuổi thọ)
- Bộ truyền quay một chiều nên: KFC = 1 (hệ số xét đến ảnh hưởng của đặt tải) - Theo công thức 6.2a trang 93 [10], ta có:
Ứng suất uốn cho phép:
Folim. FL. FC F F K K S (5.49) Với SF = 1,75, ta có: F1 = 75 , 1 1 . 1 . 360 = 205,7 ( MPa ) F2 = 75 , 1 1 . 1 . 360 = 205,7 ( MPa )
- Theo công thức 6.13 trang 95,[10], ứng suất tiếp xúc cho phép :
H max2,8.ch MPa (5.50)
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY 121 H1max2,8.ch1 2,8.4001120 MPa H2max2,8.ch2 2,8.4001120 MPa
- Theo công thức 6.14 trang 96 [10], ưng suất quá tải cho phép:
F max0,8.ch (MPa), khi HB ≤ 350. (5.51) F1max0,8.ch10,8.400320
MPa F2max0,8.ch1 0,8.400320
MPa
5.4.3.3.2.2 Tính toán Bánh răng trụ - răng thẳng và Thanh răng
Với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn nên chọn bánh răng trụ - răng thẳng với thông số như sau:
- Môđun: m = 1 (mm). (bảng 6.8, trang 99, [10]).
- Số răng: z = 21 ; hệ số dịch chỉnh bằng 0 .(bảng 6.9, trang 100, [10]) Tính toán các thông số Bánh răng
Từ bảng 6.11, trang 104, [10] ta tính các thông số sau : - Góc β = 20 - Góc α = 20 (góc prôfin gốc) - Đường kính chia : d = m.z/cos (mm) = 1.21/cos20 = 22,35 (mm) - Đường kính lăn : d = d = 22,35 (mm) - Đường kính đỉnh răng : d = d + 2. m = 22,35 + 2.1 = 24,35 (mm) - Đường kính đáy răng :
d = d − 2,5. m = 22,35 - 2,5.1 = 19,85 (mm) - Góc prôfin răng : = ( / ) = arctg(tg20/cos20) = 21,17 Các thông số bánh răng: Môđun: m (mm) 1 Số răng: z 21 Góc nghiêng: β 20 Góc prôfin gốc: α 20 Đường kính chia : d (mm) 22,35 Đường kính lăn : d (mm) 22,35 Đường kính đáy : d (mm) 19,85
122
Đường kính đỉnh : d (mm) 24,35 Góc prôfin răng : 21,17
Đối với bánh răng còn lại được chọn giống Bánh răng trên.
Tính toán Thanh răng
Các thông số của Thanh răng được lựa chọn theo các thông số của Bánh răng. Bảng 5.7: Thông số Thanh Răng [13]
Môđun: m (mm) 1
Góc Prôfin răng: (độ) 20
Góc nghiêng của răng: (độ) 20
Bước pháp tuyến : P = π. m (mm) π
Bước mặt đầu: P = (mm) 3,34 Bề rộng thanh răng:
b = (2÷10).m (mm)
10
Chiều cao răng: h = 2,5.m (mm) 2.5 Chiều dài dịch chuyển của Thanh răng:
L (mm) theo góc quay của Bánh răng.
L = . .
z = 21 (số răng của bánh răng)
5.4.3.3.2.3 Kiểm bền Bánh răng và Thanh răng
Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn, độ bền tiếp xúc, quá tải của răng:
Bánh răng:
Xét độ bền tại thời điểm làm việc của 1 răng bất kỳ: với tác dụng của lực chạy dao = F =237,4 (N).
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
123
Hình 5.32: Bánh răng m = 1, z = 21.
124
Hình 5.34: Kết quả phân tích ứng suất
Kết luận:
Ứng suất lớn nhất: =3,4.10 < [ ] = 2,057.10 (Pa), thỏa mãn các điều kiện bền .
Thanh răng:
Môđun: m = 1 (mm).
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
125
Hình 5.35: Mô hình Thanh răng
126
Hình 5.37: Kết quả phân tích ứng suất trên Răng
Kết luận:
Ứng suất uốn lớn nhất trên răng: =2,72.10 < [ ] = 2,057.10 (Pa), thỏa mãn các điều kiện bền .
5.4.3.4 Kiểm bền: Dao, Thanh đỡ 5.4.3.4.1 Kiểm bền Dao
Vật liệu: SUS304
Lực cắt tác dụng lên lưỡi Dao: F = 237,4 (N)
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
127
Hình 5.39: Kết quả phân tích chuyển vị
Hình 5.40: Kết quả phân tích ứng suất
Kết luận:
Ứng suất lớn nhất: = 7,98.10 < [ ] = 1,025.10 (Pa), Dao đảm bảo điều kiện bền.
5.4.3.4.1 Kiểm bền Thanh Đỡ
Thanh đỡ được hàn với Thanh gá Dao, Thanh gá Dao được bắt bulông cố định với Thanh trượt.
128 Lực uốn tác dụng: F = 237,4 (N)
Vật liệu: Thanh đỡ, Thanh gá Dao đều là Inox 304
Bulông: M4x0.7, giới hạn bền cho phép [ ] = 0,8. = 0,8.240 = 192 MPa ( =240 MPa, bảng 1, [43])
Hình 5.41: Mô phỏng kết cấu
Hình 5.42: Kết quả phân tích chuyển vị
Thanh lắp Dao Thanh lắp Dao
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
129
Hình 5.43: Kết quả phân tích ứng suất
Kết luận:
Chuyển vị lớn nhất trên Thanh lắp Dao và Thanh đỡ là : 0,105 (mm).
Ứng suất lớn nhất gây ra các điểm tiếp xúc của Bulông và Thanh gá Dao: = 1,81.10 < [ ] = 1,92.10 (Pa), đảm bảo điều kiện bền, nếu cần thiết tăng độ bền có thể thay thế bulông M5x0,8.
5.4.3.5 Chọn Động cơ Phụ
- Chọn hiệu suất truyền động bộ truyền Bánh răng – Thanh răng tương tự bộ truyền Bánh răng – Bánh răng với: η = 0,94 (bảng 2.3, trang 19, [10]) - Hiệu suất của bộ truyền:
η = η = 0,94
- Công suất cần thiết của động cơ:
P = (công thức 2.8, trang 19, [10]) = 0,018/0,94 = 0,019 (Kw) - Tốc độ quay : n = . , . , = 2,28 (vòng/phút) Chọn động cơ giảm tốc: [44] Công suất: 25 W Tốc độ 4 (vòng/phút) Nguồn : 220VAC
130
5.5 KIỂM BỀN THÂN VÀ KHUNG MÁY 5.5.1 Kiểm bền Thân Máy
Thân máy được hàn bằng các thép chữ nhật 20x40 và dày 2 (mm). Các mối hàn sử dụng là các mối hàn góc, hàn giáp mí và hàn chồng mí.
Vật liệu: Thép CT3kn với [ ] = 0,8. = 0,8.235 = 188 MPa ( =235 MPa, bảng b, trang 114, [12])
Thân máy chịu tác dụng của trọng lực P lớn nhất 600 (N) và chịu tác dụng va đập của lực cắt F =237,4 (N).
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
131
Hình 5.45: Kết quả phân tích chuyển vị
Hình 5.46: Kết quả phân tích ứng suất
Kết luận:
132
5.5.2 Kiểm bền Khung Máy (Khung đỡ)
Vật liệu: SUS304
Giới hạn bền cho phép: [ ] = 102,5 (MPa)
Trọng lực lớn nhất đặt lên Khung: P = 60 (Kg) ≈ 600 (N)
Khung Máy được hàn với các Thanh vuông 20 x 20, dày 1 (mm)
Hình 5.47: Kết quả phân tích chuyển vị
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
133 Kết luận:
Chuyển vị lớn do tải trọng gây ra trên khung là: 0,184 (mm)
Ứng suất lớn nhất: = 1,65.10 < [ ] = 1,025.10 (Pa), đảm bảo điều kiện bền.
134 CHƯƠNG 6
CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM
Chương 6 sẽ trình bày một số hình ảnh các chi tiết được gia công, chế tạo thử nghiệm, lắp ráp các bộ phận máy và mạch điện. Sau đó đánh giá thực nghiệm giữa mô hình chế tạo và kết quả hoạt động so với bản thiết kế, nhằm đưa ra những cải tiến tốt hơn.
Các nội dung chính:
Chế tạo và lắp ráp các chi tiết máy.
Bảo trì và bảo dưỡng Máy.
Các thiết bị điện, thiết kế và lắp ráp mạch điện.
Thực nghiệm khả năng hoạt động của Máy. 6.1 CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁC CHI TIẾT MÁY
Một số chi tiết được tiêu chuẩn hóa và có sẵn không cần gia công: Bánh răng, Thanh răng, Puly, Gối đỡ ổ lăn và ổ lăn.
Một số hình ảnh các chi tiết được gia công và lắp ráp:
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM
135
Hình 6.3: Bộ chạy dao bên
136
Hình 6.5: Bọc vỏ Inox
6.2 BẢO TRÌ VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 6.2.1 Bảo trì Máy 6.2.1 Bảo trì Máy
Hoạt động bảo trì đối với các bộ phận và chi tiết máy không phức tạp, do kết cấu các bộ phận khá đơn giản, thời gian bảo trì ngắn và không yêu cầu đồ chính xác cao.
Các giải pháp bảo trì có thể được áp dụng đối với Máy :
Bảo trì không kế hoạch :
- Bảo trì phục hồi : sữa chữa khi có hư hỏng đột xuất, phục hồi lại trạng thái hoạt động bình thường của Máy mà không chuẩn bị trước (thời gian các hoạt động bảo trì ít hơn 8 tiếng).
- Bảo trì khẩn cấp : Hoạt động bảo trì được thực hiện ngay khi xảy ra hư hỏng.
Bảo trì có kế hoạch:
- Bảo trì phòng ngừa : Được thực hiện theo kế hoạch ( 3ngày/ lần), nhằm phát hiện các hư hỏng trước khi xảy ra sự cố. (bảo trì phòng ngừa trực tiếp và gián tiếp).
- Bảo trì cải tiến: cải tiên Dao (Thay đổi góc mài Dao, góc gá đặt Dao, mài lại Dao, vật liệu Dao),..Bao gồm: bảo trì thiết kế lại và bảo trì kéo dài tuổi thọ. - Bảo trì phục hồi: Hoạt động bảo trì phục hồi được thực hiện với kế hoạch đã
được xác định trước (có sự chuẩn bị các chi tiết thay thế, dụng cụ và thiết bị sữa chữa), nhằm giảm chi phí bảo trì. ( ví dụ : Dao cần mài lại sau khi gọt được15 quả, phục hồi bánh răng, thanh răng..)
- Bảo trì khẩn cấp: Được thực hiện khi xảy ra sự cố đột xuất và có sự chuẩn bị trước về dụng cụ và thiết bị sữa chữa.
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM
137
Các nhiệm vụ bảo dưỡng Máy:
- Làm sạch các bộ phận Máy sau 1 nagỳ làm việc: chấu kẹp, Dao,…
- Bôi trơn định kỳ bộ truyền Vít–Đai ốc, Thanh răng – Bánh răng, ổ lăn (1 tuần/1lần, do yêu cầu đảm bảo an toàn thực phẩm và hoạt động thực tế bộ truyền không cần bôi trơn nhiều).
- Kiểm tra hoạt động của Motor điện, siết lại Vít và bulông. - Mài lại Dao sau khi gọt được 15 trái.
- Kiểm tra hoạt động của các thiết bị điện : công tắc, rơle nhiệt, công tắc hành trình.
- Điều chỉnh độ căng dây đai.
- Kiểm tra định kỳ mối hàn 2 tuần/lần - Vận hành đúng quy trình.
6.3 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN, THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỆN 6.3.1 Giới thiệu về các thiết bị điện 6.3.1 Giới thiệu về các thiết bị điện
Chức năng và nguyên lý hoạt động các thiết bị điện được sử dụng:
Nguồn điện:
Nhằm tăng khả năng sử dụng dễ dàng và giảm chi phí các thiết bị điện, cho nên nguồn điện được sử dụng là nguồn : 1 pha, 220V, xoay chiều, tần số f = 50 Hz.
CB kết hợp Rơle nhiệt:
- Chức năng: đóng cắt và bảo vệ các thiết bị điện và động cơ khi quá tải nhiệt, ngắn mạch.
- Máy sử dụng: 1 thiết bị với dòng điện quá tải 0,63 ÷ 1 (A)
a. Rơle nhiệt LS MT-12 b. CB điện Hình 6.6: Rơle nhiệt và CB
Cầu chì (cầu chảy) : 1 pha, 220 V-3A, xoay chiều Bảo vệ các thiết bị điện khi quá tải, ngắn mạch.
138
Hình 6.7: Cầu chì 1 pha, 220V – 3A
Công tắc gạt 2 vị trí ( ON-OFF) và công tắc 3 vị trí ( ON-OFF-ON): Đóng – cắt điện cho Motor, Đèn báo, đảo chiều động cơ.
a. 2 vị trí b. 3 vị trí
Hình 6.8: Công tắc điện 2 vị trí và 3 vị trí
Công tắc hành trình tiếp điểm thường đóng :
Ngắt mạch điện khi thanh răng di chuyển tới vị trí được xác định trước.
Hình 6.9: Công tắc hành trình thường đóng
Đèn báo :
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM
139
Hình 6.10: Đèn báo Bảng 6.1: Bảng kê các thiết bị điện được sử dụng