5. Nội dung nghiên cứu
1.4. Tình hình sử dụng các máy chế biến ở Việt Nam và Thái Bình
Hiện nay tại Việt Nam và tại Thái Bình đ2 sử dụng một số máy chế biến thức ăn gia súc. Các máy đ−ợc sản xuất đơn chiếc và theo một số mẫu của n−ớc ngoài.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 27
Đặc tr−ng kỹ thuật máy cắt có: MTC-2
Tại Thái Bình, có một số cơ sở và doanh nghiệp nhỏ đ2 sản xuất máy phục vụ cho nông nghiệp. Trong đó có một số dạng máy thái cắt của Công ty Thiên Thuận và một số x−ởng cơ khí nhỏ, đ2 đáp ứng phần nào việc chế biến các sản phẩn Nông nghiệp của bà con nông dân.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 28
Kết luận ch−ơng 1
Thiết kế máy nói chung đang đứng tr−ớc một thử thách mới là phải rút ngắn thời gian thiết kế, giảm giá thành chế thử nhanh chóng cung cấp sản phẩm ra thị tr−ờng với giá thành hợp lý. Công nghệ CAD/CAE có thể đáp ứng đ−ợc các yêu cầu thiết kế hiện đại. Việc thiết kế đ−ợc tiến hành theo một số b−ớc, các b−ớc này chủ yếu sử dụng máy tính điện tử và phần mềm công nghiệp. Đây là một h−ớng hiện đại cần đ−ợc nghiên cứu và phát triển.
Máy thái cắt đ−ợc sử dụng rộng r2i trong chăn nuôi và sinh hoạt, máy có kết cấu đơn giản, nh−ng có đủ các bộ phân đặc tr−ng của một máy.
Máy thái cắt đ−ợc chọn để chứng minh một ph−ơng pháp thiết kế hiện đại, ph−ơng pháp cần đ−ợc áp dụng rộng r2i trong thời gian t−ơng lai.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 29
Ch−ơng 2
Tính toán thiết kế sơ bộ máy thái cắt 2.1. Thiết kế sơ bộ động học và động lực học
2.1.1. Chọn ph−ơng án thiết kế 2.1.1.1. ý t−ởng thiết kế 2.1.1.1. ý t−ởng thiết kế
- Thiết kế 1 kiểu máy thái cắt đa năng - Đối t−ợng: Máy thái cắt rau – củ – quả
- Quy mô: Thiết kế cho một seri máy cùng một kiểu, nh−ng xây dựng ph−ơng pháp tính toán thiết kế cho cả chủng loại máy; tr−ớc mắt thiết kế 1 máy loại nhỏ làm điển hình, sau này làm cơ sở tính toán thiết kế cho một loạt máy cỡ lớn hơn, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau;
- Làm nền móng cho chế tạo hệ máy chế biến kiểu thái cắt tại Thái Bình.
2.1.1.2. Đặc điểm vật liệu thái cắt
Vật liệu thái cắt có thể theo tính chất của chúng: - Vật liệu mềm và dễ cắt dạng củ, quả
- Vật liệu mềm dễ cắt dạng rau t−ơi, bèo, thân cây ngô, cỏ voi... - Vật liệu mềm dai nh− rơm, rạ
2.1.1.3. Kiểu máy thái cắt vạn năng
Máy thái cắt. Máy thái đ−ợc dùng để thái các loại vật liệu mềm, cây, củ, quả để sử dụng trong nhiều tr−ờng hợp khác nhau, trong chế biến thức ăn cho ng−ời, cho gia súc.
Kiểu máy: Máy lát đĩa, đĩa đặt đứng và nằm. Cấp vật liệu bằng phễu.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 30
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý cơ bản của máy thái cắt là Động cơ chuyển động truyền cho bộ truyền đai để điều chỉnh tốc độ, puli bị động đ−ợc gắn trên trục chính lắp dao kiểu đĩa. Khi dao quay, sẽ cắt vật liệu. Sản phẩm cắt đ−ợc đ−a xuống d−ới và đ−ợc đẩy ra ngoài. Để có thể cắt đ−ợc, vật thái lát đ−ợc giữ nhờ cơ cấu ép từ trên xuống và dao thái lát có cạnh mỏng sắc đi vào vật liệu, tách vật liệu thành nhiều khối hoặc thành các đoạn khác nhau.
Đặt l−ỡi dao trên bề mặt đĩa sao cho cạnh sắc không nằm theo ph−ơng bán kính của đĩa để tăng khả năng kẹp đối với vật thái và tạo độ tr−ợt của l−ỡi dao. Tấm kê là thanh hoặc tấm thép đặt cố định, sử dụng giữ kẹp vật cắt. Có thể thiết kế góc mài của tấm kê 75-850-.
Bộ phận kẹp giữ vật liệu. Đối với vật liệu là thức ăn thân lá mềm, nếu không giữ chặt chúng sẽ bị kéo và không bị cắt đứt khi dao tác động lên vật. Có thể có nhiều các kẹp. Tấm ép kẹp cố định hoặc di động tùy theo vật liệu thái, để đấy vật liệu vào có thể dùng cơ cấu cuốn.
- Bộ phận đẩy vật liệu ra cũng tùy dạng vật liệu cắt: dùng máng ống dẫn hoặc dùng cơ cấu phun thổi
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 31
- Bộ phận đ−a vật liệu vào: Các máy công suất lớn, th−ờng đ−a bằng băng chuyền
2.1.2. Chọn kiểu máy
Đối với máy thái cắt rau củ quả dùng cho nhiều mục tiêu có 2 dạng cơ bản: Máy trục nằm ngang và máy trục đứng
Kiểu máy trục nằm ngang
Nguyên lý hoạt động: Khi nguyên liệu đ−a vào máy đến vị trí tựa vào mặt đĩa, khi dao quay sẽ thái sản phẩm thành miếng có chiều dày nhất định.
Hình 2.2 Máy thái cắt củ quả kiểu trục ngang a. Cấp vật liệu kiểu ngang; b. Cấp vật liệu kiểu máng nghiêng
Máy có dạng trục đặt nằm, đĩa cắt đặt đứng nh− (hình 2.2). Đĩa quay nhờ hệ thống truyền động. Trên đĩa cắt có lắp nhiều dao. Giữa các dao là các r2nh trống để đ−a sản phẩm cắt vào. Sau khi cắt sản phẩm đ−ợc dẫn ra qua máng. Củ quả là vật liệu ít bị biến dạng, không nh− các cây cỏ, nên chỉ cần cơ cấu đẩy vật liệu vào không cần cơ cấu ép đỡ kẹp vật liệu. Do dùng cho thái củ quả nên, không dùng máy thái kiểu trống, kiểu l−ỡi dao cong, không cần bộ phận giữ chặt.
Đĩa dao là tấm thép dạng tròn, trên đ−ợc lắp 2 hoặc 4 dao. L−ỡi dao có thể dạng thẳng. Phễu nạp liệu bằng thép dạng ống để dễ giữ củ quả. Đặt nằm ngang hay đặt nghiêng để vật liệu dễ trôi vào.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 32
Kiểu máy trục đứng
Hình 2.3Nguyên lý máy trục đứng
Máy trục đứng có kết cầu chung nh− máy trục nằm, có động cơ tạo nguồn lực, qua bộ phận truyền động để điều khiển tốc độ cắt, trục gá dao cắt đ−ợc đặt đứng, có nghĩa đĩa cắt sẽ nằm ngang.
Hình 2.4. Sơ đồ phân bố lực khi cắt kẹp
1-Tấm kê, 2-l−ỡi dao, 3- Vật thái
Kết cấu máy có một số đặc điểm: - Góc kẹp giữa l−ỡi dao và tấm kê
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 33
Để có thể thái đ−ợc vật liệu phải đ−ợc giữ hoặc kẹp, nh− (hình 2-4)
Tổng hợp lực Nb là lực tác động của dao vào vật liệu bị cắt và phản lực của tấm kẹp lên vật liệu. Lực này phải nhỏ hơn hoặc bằng tổng hợp lực ma sát giữa l−ỡi dao, tấm kê với vật liệu TA và TB.
Đối với máy thái kiểu đĩa: χ = 40-500, Máy kiểu trống: : χ = 24-300.
Khi cắt không tr−ợt, l−ỡi dao chỉ tác động lực và đi sâu vào vật, cắt không tr−ợt sảy ra khi cắt vật liệu nh− thân cây cỏ voi hoặc thân cây ngô, cắt củ sắn mang đặc tr−ng chặt;
Khi cắt có tr−ợt, là trong quá trình cắt l−ỡi dao vừa đi sâu vào vật liệu vừa tr−ợt trên mặt cắt, th−ờng sảy ra đối với vật liệu mềm, còn gọi là thái, nh− cắt khoai, cắt bèo.
Nh− vật, việc chọn kiểu máy trục đứng hay nằm ngang không ảnh h−ởng lớn đến thiết kế. Những yếu tố chính ảnh h−ởng đến quá trình cắt thái bằng l−ỡi dao.
Để cắt thái vật liệu đ−ợc thành đoạn (hay lát) bảo đảm chất l−ợng, giảm đ−ợc năng l−ợng cắt thái, ta cần xét đến một số yếu tố chính thức thuộc phạm vi dao thái và vật thái ảnh h−ởng đến quá trình cắt thái:
- áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc l−ỡi dao trên vật thái, đây là yếu tố chủ yếu trực tiếp bảo đảm quá trình cắt đứt vật thái, ta cần xét đến một số yếu tố chính thuộc phạm vi dao thái và vật thái. Nếu gọi lực cắt cần thiết là Q(N) và độ dài đoạn l−ỡi dao là S(cm) thì: N cm
S Q q / ∆ = a) b)
Hình 2-5. Sơ đồ quá trình cắt thái bằng l−ỡi dao
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 34
Nếu cắt thái, chặt bổ (không tr−ợt) :
+ Đối với rơm q = 50 - 120 N/cm + Đối với cỏ q = 40 - 80 N/cm
+ Đối với củ quả q = 20 - 40 N/cm
Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng gây ra hai giai đoạn : đầu tiên là l−ỡi dao nên ép vật thái một đoạn, rồi đến cắt đứt vật thái (hình 2-5).
Trong quá trình l−ỡi dao đi vào vật thái còn phải khắc phục các lực ma sát T1 , do áp lực cản của vật thái tác động vào mặt bên của dao và T2 do vật thái dịch chuyển bị ép tác động vào mặt vát của cạnh sắc l−ỡi dao.
Nếu gọi Pt là lực cần thái thì: Q= Pt + T1 + T2cos σ. (σ- góc mái của l−ỡi dao)
- Các yếu tố chính thuộc về dao thái
Độ sắc s (mm) của cạnh sắc l−ỡi dao: chính là chiều dày s của nó (hình 2-6).
Hình 2-6. Cạnh sắc của l−ỡi
Thông th−ờng độ sắc cực tiểu đạt tới 20 ữ 40 àm. Đối với các máy thái trong chăn nuôi, s không v−ợt quá 100 àmσ, nếu s quá 100 àm l−ỡi dao coi nh− bắt đầu cùn và thái kém. Rõ ràng độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng.
Nếu gọi ứng suất cắt của vật thái là σc thì : q = s. σc
- Góc thái α (hình 2-7) là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài σ α = β +σ
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 35
Góc mài dao σ phải tính toán thiết kế sao cho lớp rau củ khi đ−ợc dao thái xong và tiếp tục đ−ợc cuốn vào, sẽ không chạm vào mặt dao, tránh ma sát vô ích. Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao thái, vận tốc quay của dao thái, vận tốc cuốn rau vào dạng cạnh sắc của l−ỡi dao, v.v..
Góc mài dao σ đ2 đ−ợc Reznik N.E nghiên cứu và đề xuất (1975) công thức thể hiện ảnh h−ởng đến lực cắt thái: Qth = Pt + ctgσ (N)
C - hệ số có thứ nguyên, N/cm Qth – lực cắt thái tới hạn cần thiết Pt – lực cản cắt thái, N
Góc mài dao σ nói chung nhỏ, nh−ng vì độ bền của vật kiệu làm cho dao có hạn, cho nên góc mài của máy thái rau, củ th−ờng lớn hơn hay bằng 120: đối với các máy thái rau cỏ rơm, σ = 120-150 (riêng đối với tấm kê thái,
σ = 25-300); đối với các máy thái củ quả, σ = 18-250. - Độ bền của vật liệu làm dao
Dao có chất l−ợng bền thì lâu cùn, thái tốt. Khi đó, công nén lớp vật thái do l−ỡi dao tác động lúc bắt đầu cắt sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái cũng nhỏ hơn. Các lực và công này thể hiện bằng đồ thị phụ thuộc vào độ thái sâu của l−ỡi dao vào vật thái (hình 2-8)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 36
- Vận tốc của dao thái v (m/s) : vận tốc dao thái ảnh h−ởng đến quá trình cắt thái, thể hiện cụ thể bằng những đồ thị thực nghiệm biểu diễm sự biến thiên của áp suất riêng q hoặc lực cắt thái Pt và công suất cắt thía Act với vận tốc của dao thái (hình 2-9).
Hình 2-9. Đồ thị phụ thuộc q, Act, Pt với v
Theo Reznik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm: Pt = 75.10-0.0019q.v2.6 + 40 Vận tốc tối −u bằng 35 ữ 40 m/s.
2.1.3. Chọn các thông số của máy 2.1.3.1. Chọn tốc độ cắt 2.1.3.1. Chọn tốc độ cắt
Số vòng quay: Máy quay tay: 50 ữ 80 v/ph; Máy đạp chân: 150 ữ 200v/ph; Máy động cơ: 300 ữ 500v/ph.
2.1.3.2. Chọn các thông số dao cắt
- Dao l−ỡi cong dễ cắt hơn dao l−ỡi thẳng do cắt tr−ợt và kẹp giữ tốt hơn; - Số dao càng nhiều năng suất càng cao, th−ờng dùng 2- 4 dao;
- Góc mài của dao càng nhỏ càng tốt, nh−ng độ bền dao kém: Dao cắt củ quả góc là 18-250;
- Khe hở cạnh sắc l−ỡi dao và cạnh sắc của tấm kê thái lớn quá, sảy ra hiện t−ợng sản phẩm tr−ợt . Khe hở quá nhỏ th−ờng khó chế tạo. Thái lá cây dùng 1-2 mm; thái củ quả 2-3mm;
- Cạnh sắc l−ỡi dao càng mỏng càng dễ cắt, chi phí năng l−ợng riêng thấp nh−ng cạnh săc nhanh mòn, dao dễ cùn.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 37
Độ dài thái trung bình đ−ợc xác định bằng thực nghiệm
Trong đó:
Ltb- độ dài trung bình của đoạn thái
l0- độ dài dài nhất của đoạn trong mẫu kiểm tra l1, l2, ... độ dài cắt của các mẫu kiểm tra
g1, g2, ... gn Khối l−ợng riệng của các đoạn sản phẩm cắt thử G – tổng khối l−ợng cắt thử
Sản phẩm sau thái sẽ đi qua khe hở giữa l−ỡi dao và đĩa để ra ngoài, nên kết cấu dao dạng đĩa phải có vừa đủ khe hở giữa tấm đỡ và l−ỡi dao khi cắt.
2.1.3.3. Tính toán xác định công suất động cơ điện
Công suất yêu cầu của động cơ đ−ợc xác định theo công thức
Nycđc=
t lv
N
η (kW)
Trong đó: Nlv- Công suất làm việc của đĩa cắt (kW); ηt- Hiệu suất của hệ thống
Công suất làm việc của máy (dao cắt) đ−ợc xác định theo công thức: Nlv = 1000 .V Ptt (kW) Trong đó: Ptt - Lực cắt tác dụng lên các dao cắt (N) V - Vận tốc dài của các dao cắt (m/s) Xác định vận tốc dài của dao cắt:
V=
60 2 .R πnR
ω = (m/s)
Trong đó: n- Số vòng quay của dao cắt (vòng/ph) R - Bán kính của dao (m)
Hình 2-10 .Quan hệ vận tốc cắt và mômen cắt
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 38
2.2. Thiết kế sơ bộ máy thái cắt dạng đĩa cắt 2.2.1.Tính toán sơ bộ theo sơ đồ nguyên lý 2.2.1.Tính toán sơ bộ theo sơ đồ nguyên lý
2.2.1.1. Hiệu suất của hệ thống truyền động η =ηd.ηol
Tra bảng 2.3 (Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí) ta có :
99 , 0 95 , 0 = = ol d η η
Trong đó là hiệu suất bộ truyền đai và hiệu suất cặp ổ lăn
ol dη η
η = . = 0,95.0,99 - 0,94 Công suất đẳng trị của động cơ :
1 1 0 0 94 lv P P , , η = = ≈ = = ≈ = = ≈ = = ≈ (kW) 2.2.1.2. Mômen động cơ * Mômen định mức động cơ : ) ( 18 , 3 3000 1 . 10 . 55 , 9 . 10 . 55 , 9 3 3 Nm n P T dc dm dm = = ≈ * Mômen mở máy : ) ( 4 , 4 18 , 3 . 4 , 1 4 , 1 T Nm Tmm = dm = = * Mômen lớn nhất : ) ( 7 18 , 3 . 2 , 2 2 , 2 max T Nm T = dm = ≈ * Mômen nhỏ nhất : ) ( 5 , 2 18 , 3 . 8 , 0 8 , 0 min T Nm T = dm = ≈
* Mômen quá tải :
) ( 7 , 4 38 , 3 . 4 , 1 . 4 , 1 max T Nm T qt = c = ≈ Ta có các thông số : Nm T Nm Tmm =4,4 〉 c =3,38
Do đó mômen khởi động sẽ lớn hơn mômen cản. Vậy động cơ thoả m2n điều kiện làm việc .