- Tiến hành thí nghiệm lấy số liệu liên quan đến tính toán thiết kế máy. - Tính toán sơ bộ, phác thảo máy.
- Chỉnh sửa, thiết kế hoàn chỉnh. - Nhận xét và rút ra kết luận.
40
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY GỌT VỎ CHANH
5.1. Tính toán và chọn motor cắt
- Qui cách chọn động cơ, chọn động cơ phải thảo mãn điều kiện sau: 𝐏đ𝐜 ≥ 𝐏𝐜𝐭
𝐓𝐪𝐭 ≥ 𝐓𝐦𝐚𝐱 Trong đó:
+ 𝐏đ𝐜 là công suất động cơ.
+ 𝐏𝐜𝐭là công suất công tác, là công suất tính toán được. + 𝐓𝐪𝐭 là mô men xoắn quá tải khi thiết bị làm việc. + 𝐓𝐦𝐚𝐱 là mô men xoắn cực đại của động cơ ứng với 𝐏𝐜𝐭 - Giả thuyết đầu vào :
Lực đo thực nghiệm: Pztb = 1,7 (Kgf) Chọn sơ bộ động cơ:
Trong kỹ thuật có sử dụng nhiều loại motor khác nhau như motor điện một chiều; motor điện xoay chiều; motor không đồng bộ; motor bước…Do đặc thù động cơ, lại được gắn vào hệ thống di chuyển, trong quá trình thiết kế đã linh động chọn tốc độ quay của trục chính. Dựa vào yêu cầu về số vòng quay, thời gian và công suất cắt gọt ta chọn sơ bộ động cơ DC DKM model: 9DCP(D)24-90-30
+ Công suất Pmotor = 90(W)
+ Số vòng quay động cơ là 3000 (vòng/phút) + Mô men cực đại Tqt = 36 (kgf).
+ Sau khi qua hộp giảm tốc 1:12.5 thì số vòng quay trục dẫn là 240 (vòng/phút).
41
Hình 5.1. Bản vẽ mô tả động cơ DC. 9
Hình 5.2. Chọn loại động cơ.
Tính toán công suất chọn động cơ:
Pct = NC = 𝐏𝐙.𝐧 𝟔𝟎.𝟏𝟎𝟐
= 1,7.240
60.102 = 66,67 (W) <𝐏đ𝐜 : thỏa điều kiện.
42
Mô men xoắn cực đại có thể xảy ra là khi lực cắt lớn nhất và bán kính quả chanh lớn nhất:
𝐓𝐦𝐚𝐱 = PZmax. Rmax
= 2,0.56,72.10-3 = 0,1134 (N.m) = 11,34 (Kgf.cm) → 𝐓𝐦𝐚𝐱 < 𝐓𝐪𝐭 : thỏa điều kiện.
5.2. Tính toán motor băng tải
5.2.1. Phân tích tải trọng
Tổng tải trọng khối hàng trên băng chuyền: W = 0,7kg. Đường kính trục tang băng tải D = 60mm.
Chiều rộng băng B = 120mm . Bề dày băng 5mm.
Chiều dài băng chuyền L = 2,4m.
Khối lượng vận chuyển của băng tải Qt = 4,2 kg/phút. Góc nghiêng 𝛼 = 00 ( băng tải nằm ngang).
Đặc tính làm việc: nhẹ.
Hệ số ma sát: µ = 0,4 (thanh đỡ vật liệu nhôm). Hệ số an toàn Sf = 2 (do vận tốc quay chậm) Hệ số dừng chính xác 0,01mm.
5.2.2. Tính vận tốc băng tải
𝐐𝐭 = 60.A.V.𝛄. 𝐬 Trong đó:
+ Qt: Khối lượng vận chuyển Qt = 4,8 (kg/phút). + A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m2). + γ: Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu (kg/m3) . + V: Vận tốc băng tải (m/phút).
+ s: Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải.
Ta có thể tính được vận tốc băng tải theo công thức sau:
V = 𝐐𝐭
43
- Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển
Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển được xác định như sau:
A = K(0,9B – 0,05)2 Với:
+ A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m2) + K: Hệ số tính toán K = 0,01 (Bảng 4/tr.27 [23]) + B: Độ rộng băng tải B = 0,12 m
→ A = K(0,9B – 0,05)2 = 0,01(0,9.0,12 – 0,05)2 = 33.64.10-6 (m2). - Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu
Theo tính toán khối lượng riêng của chanh 𝛾 = 885 (kg/m3). - Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải
Chọn s = 1. → V = Qt
60.A.γ.s =
4,8
60.33,64.10−6.885.1 = 2,35 (m/phút) = 0,04 (m/s)
5.2.3. Tính lực kéo băng tải
Lực cản của băng tải được chia làm lực cản chuyển động trên nhánh có tải (nhánh làm việc) và nhánh không tải (nhánh không làm việc), lực cản ở các cơ cấu làm sạch băng, con lăn tăng góc ôm.
Lực kéo sơ bộ có thể tính bằng tổng lực cản 2 nhánh có tải và nhánh không tải. Lực kéo sơ bộ của băng tải được xác định bởi công thức:
Wc = Wct + Wkt
Trong đó: + Wc là lực kéo sơ bộ (N)
Wct là lực kéo ở nhánh có tải (N).
Wkt là lực kéo ở nhánh không tải (N).
Ta có: Wct = k. (q + qb+ qcl). L. ω. cosβ ± (q + qb). L. sinβ + L. q. sinβ ,(N). Wkt = k. (q + qcl). L. ω. cosβ + qb. L. sinβ ,(N).
Với hệ số tính đến lực cản phụ khi băng tải đi qua các tang đuôi và tang dỡ tải tang phụ và phụ thuộc chiều dài đặt băng:
L
(m) 6 10 20 30 50 80 100 200 300 480 600 850 1000 1500 k 6 4,5 3,2 2,6 2,2 1,9 1,75 1,45 1,3 1,2 1,15 1,1 1,08 1,05
44
Với L = 2,4 (m) chọn k = 6
q, qb: trọng lượng phân bố trên một mét dài của vật liệu trên băng tải, (N/m)
' " ,
cl cl
q q : trọng lượng phần quay của các con lăn phân bố trên một mét chiều dài nhánh có tải và nhánh không tải, (N/m)
' " ,
: hệ số cản chuyển động của băng tải với các con lăn trên nhánh có tải và nhánh không tải.
:góc nghiêng đặt băng (độ); = 00.
Dấu (+) tương ứng với đoạn chuyển động đi lên và dấu (-) khi đi xuống. Trọng lượng vật liệu phân bố trên 1m chiều dài được xác định:
Năng suất 4,2 kg/phút Vận tốc tải 2,35 m/phút
Số bán thành phẩm trên một mét băng tải: n = 6 Mỗi nửa trái có khối lượng khoảng m = 0,12 kg
Ta có trọng lượng bán thành phẩm phân bố trên chiều dài 1m băng tải là: q = 6.0,12.10 = 7,2 (N/m).
Trọng lượng phân bố trên 1m chiều dài của băng tải là: (1,1. . 7. ).10
b de
q B q
Trong đó, B = 0,12 (m): chiều rộng dây băng
= 0,005 (m): bề dày dây băng
de
q = 0,06 kg : khối lượng đế giữ
→ qb = (1,1.0,12.0,05 + 7.0,06).10 = 4,3(N/m)
Trọng lượng phần quay các con lăn nhánh có tải và nhánh không tải phân bố cho 1m được xác định: ' ' ' cl cl cl G q l , " " " cl cl cl G q l
Do tải trọng vận chuyển của băng tải nhỏ nên không cần đến các con lăn đỡ ở cả 2 nhánh, có tải và không tải:
45
Hình 5.3. Sơ đồ lực tác dụng trên băng tải.
→ Trên nhánh có tải ta có:
Wct = 6.(7,2 + 4,3).1,2.0,4.cos00 = 33,12 (N)
Chọn ' " : do băng tải trượt trên thành cố định (vật liệu nhôm) Trên nhánh không tải:
Wkt = 6.4,3.1,2.0,4.cos00 = 12,4 (N). Lực kéo sơ bộ của băng tải được xác định: Wc = Wct + Wkt = 33,12 + 12,4 = 45,52 (N).
Lực ma sát giữa băng chuyền với tấm đỡ băng chuyền:
. . . .( ).
ms b
F N m g q q g
Với 𝜇 = 0,4 hệ số ma sát trượt
→ Fms = 0,4.(7,2 + 4,3).9,8 = 48,2 (N).
Tổng lực kéo băng tải được xác định bằng công thức:
F = Wc + (m.9,8).(sin𝛼 + 𝜇.cos𝛼) + Fms = 45,52 + 0,7.9,8.(sin00 + 0,4.cos00) + 48,2 = 96,4 (N).
5.2.4. Tính chọn động cơ
Ta xác định vận tốc vòng n (vòng/phút) yêu cầu của động cơ như sau: Vận tốc vòng trên tang là:
nD = 60.1000.𝑣
𝜋.𝐷 =
60.1000.0,04
𝜋.60 = 12,7 (vòng/phút) Công suất làm việc:
P = 𝐹đ𝑐.𝑣
1000 = 96,4.0,04
1000 = 0,004 (kW) = 4 (W). Ta có bộ truyền ngoài là bộ truyền khớp nối.
46
+ Bộ truyền khớp nối của hệ thống này đặt bên ngoài nên ta chọn hiệu suất là ηkn = 1
+ Hiệu suất trên mỗi cặp ổ lăn ( gồm 3 cặp) là rất cao ta có thể lựa chọn hiệu suất trên mỗi cặp ổ là ηolan = 0,99
Hiệu suất truyền công suất từ động cơ tới băng tải là:
3 3
. . 1.0,99 0,97
kn olan
Công suất yêu cầu của động cơ là : Pyc = 𝑃
𝑛 .sf = 4
0,97.2 = 8,3 (kW).
Do vậy chọn động cơ phải thỏa mãn 2 yếu tố sau: Pđc ≥Pyc = 8,3 (kW).
Nyc = 12,7 (vòng/phút)
47
Hình 5.5. Chọn động cơ băng tải.
5.3. Chọn xy lanh cho máy. 5.3.1. Xi lanh nâng hạ motor.
- Tải trọng xi lanh chịu (gồm khối lượng motor, tấm gá động cơ, 4 thanh dẫn hướng) F = ( 3,3 + 0,26 + 4.0,1). 9,8 = 35,9 (N).
- Áp suất khí nén sử dụng là 6 bar = 6,1183 Kgf/cm2.
→ Đường kính xi lanh tính toán: D = √𝐹.4
𝑃.𝜋 = √ 35,9.4
6.105.𝜋 = 8,73.10
-3 (m).
→ Chọn D = 8 mm, hành trình L = 70 mm.
5.3.2. Xi lanh chạy dao dọc
Vì xanh này có nhiệm vụ nâng hạ dao nên không quan tâm nhiều đến khả năng tải, Do đó ta chọn dạng xy lanh trượt có hành trình L = 200mm.
5.3.3. Xi lanh chạy dao ngang
48
5.3.4. Xi lanh lấy quả
Xi lanh này có nhiệm vụ gỡ quả ra khỏi mủi chống tâm, do đó ta cũng không tâm nhiều đến khả năng chịu tải, ta chọn xy lanh dẫn hướng 2 trục có hành trình L = 70 mm.
5.4. Vật liệu chế tạo. 5.4.1. Khung máy. 5.4.1. Khung máy.
- Khung máy đảm bảo cứng vững, chịu tải trọng tốt. - Dễ dàng tháo lắp, tùy chỉnh trong quá trình chế tạo.
- Do đó, ta chọn Nhôm định hình vuông 30 mm cho khung máy.
5.4.2. Tấm gá xi lanh, nối.
- Trước tiên phải cứng vững và dễ gia công. - Gọn, nhẹ dễ tháo lắp và tùy chỉnh.
- Do đó, ta chọn vật liệu Nhôm tấm 6061.
5.4.3. Máng dẫn, máng hứng phôi, chắn an toàn.
- Tiếp xúc trực tiếp với dịch chanh chứa nhiều acid nên dễ bị ăn mòn. - Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
- Do đó, ta chọn vật liệu Inox 304.
5.4.4. Mũi chống tâm, mũi cấp liệu.
- Tiếp xúc trực tiếp với dịch chanh chứa nhiều acid nên dễ bị ăn mòn. - Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
49
5.4.5. Dao.
- Dùng để gọt chanh nẹn yêu cầu không rỉ sét và đảm bảo tính cắt gọt tốt. - Tiếp xúc trực tiếp với dịch chanh dễ bị ăn mòn.
50
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1. Kết luận:
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy bóc gọt vỏ chanh đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã được hoàn thành đúng thời hạn với các kết quả của đề tài như sau:
- Tìm hiểu thực trạng nhu cầu thị trường về máy gọt chanh.
- Hoàn thành công việc tìm hiểu về đặc tính, kích thước, yêu cầu quả chanh. - Hoàn thành việc tính toán, thiết kế chi tiết máy gọt vỏ thanh long.
- Các tập bản vẽ thiết kế các chi tiết, bản vẽ lắp máy. - Tập thuyết minh.
Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế đề tài còn gặp một số hạn chế, khó khăn và nhược điểm sau:
- Thời gian nghiên cứu ngắn nên không thể thiết kế hoàn chỉnh hệ thống cấp phôi tự động, hệ thống còn nhiều sai sót.
- Đề tài khá rộng và đa dạng về chủng loại nên việc tìm hiểu cũng như tính toán thiết kế còn gặp nhiều khó khăn.
- Một phần thì thời gian, con người, kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót trong quá trình tìm hiểu cũng như tính toán và thiết kế.
6.2. Kiến nghị:
Trong thời gian làm đề tài “Nghiên cứu, đề xuất nguyên lý và thiết kế thiết bị gọt vỏ chanh” em đã cố gắng hoàn thành đến mức có thể, tuy nhiên kết quả vẫn chưa như mong muốn, nên ngoài kết quả đạt được em cũng có những đề xuất sau:
- Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động hoàn chỉnh, chính xác. - Cải tiến sử dụng loại băng tải xích nhựa đang lại hiệu quả hơn.
Vì lý do hạn chế về thời gian và kinh phí nên chúng em không thể gia công chế tạo máy theo thiết kế đã đưa ra, nên nhóm chúng em rất mong rằng những khóa sau có nguyện vọng tiếp tục nghiên cứu thì sẽ bổ sung và hoàn thiện hơn về nội dung của đề tài này.