3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
3.6.2. Bộ truyền xích
Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề. Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn (trục chủ động), sang trục bị dẫn (trục bị động) nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng đĩa xích
Sử dụng truyền động xích có những ưu điểm là có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối xa. So với truyền động đai, kích thước bộ truyền xích nhỏ gọn hơn, làm việc không có trượt, hiệu suất khá cao ( = 0,96 0,98) và lực tác dụng lên trục tương đối nhỏ. Không đòi hỏi nhiều phải căng xích nên lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn và thích hợp cho việc giảm tốc. Ngoài ra, có thể cùng một lúc truyền động và công suất cho nhiều trục. Giá thành thấp, thông dụng.
Nhược điểm của truyền động xích là có nhiều tiếng ồn khi làm việc, vận tốc tức
thời của xích và đĩa bị dẫn lại không ổn định và nhanh chóng bị mài mòn nếu không thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng.
Phạm vi sử dụng truyền động xích thường cho các trục có khoảng cách trung bình, yêu cầu kích thước nhỏ gọn và làm việc không trượt. Truyền động xích được dùng để giảm tốc độ quay giữa các trục song song. Công suất truyền không quá 100 kW. Hiện nay, truyền động xích được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy vận chuyển ( mô tô, xe đạp, xích tải…), máy nông nghiệp, máy công cụ cỡ nhỏ.
3.6.3. Bộ truyền trục vít
Hình 3.22. Bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít, gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động răng vít. Kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và trục vít. Bộ truyền trục vít dùng để truyền chuyển động và công suất cho hai trục chéo nhau. Thông thường góc giữa hai trục là 90˚.
Bộ truyền trục vít có ưu điểm là tỷ số truyền lớn, làm việc êm không gây tiếng ồn và có khả năng tự hãm, độ chính xác động học cao. Nhưng nó có nhược điểm là hiệu suất lại thấp, trong quá trình hoạt động nhiệt lượng sinh ra nhiều nên phải thường xuyên dùng các biện pháp làm nguội. Vật liệu chế tạo bánh vít phải dùng kim loại màu (đồng thanh) để giảm ma sát nên giá thành tương đối đắt, không thông dụng.
Vì có hiệu suất thấp nên truyền động trục vít thường chỉ dùng trong trường hợp công suất nhỏ hoặc trung bình (không quá 50-60 kW). Người ta thường sử dụng truyền động trục vít với trục vít dẫn động và bánh vít bị dẫn. Tỷ số truyền trong khoảng 20- 60 đôi khi lên đến 100 nên bộ truyền thường được dùng trong các máy nâng chuyển, máy cắt kim loại, ô tô v.v….
3.6.4. Lựa chọn hệ thống truyền động cho bếp
Qua nghiên cứu ưu nhược điểm của từng phương án truyền động trên, lựa chon hệ thống dẫn động bằng truyền động xích bởi nó có những ưu điểm như sau:
- Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối xa.
- So với truyền động đai, kích thước bộ truyền xích nhỏ gọn hơn, làm việc không có trượt, hiệu suất khá cao ( = 0,96 0,98) và lực tác dụng lên trục tương đối nhỏ. - Không đòi hỏi nhiều phải căng xích nên lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn. - Thích hợp cho việc giảm tốc.
- Có thể cùng một lúc truyền động và công suất cho nhiều trục. - Giá thành thấp, thông dụng.
Cơ sở tính toán bộ truyền động xích
Dựa trên những thông số đầu vào được lựa chọn: Công suất động cơ điện P = 0,05 KW, số vòng quay của đĩa xích dẫn 96v/ph, tỉ số truyền u = 02 và chế độ bôi trơn nhỏ giọt, tải trọng tĩnh, làm việc 2 ca/ngày.
1. Chọn loại xích ống con lăn
2. Chọn số răng đĩa xích của đĩa xích 1 và 2 theo công thức: = 29 – 2u = 25 𝑍2 = 2𝑍1 = 2.25 = 50
3. Xác định hệ số điều kiện sử dụng xích K k = 𝑘𝑟𝑘𝑎𝑘𝑜𝑘𝑑𝑐𝑘𝑏𝑘𝑙𝑣
Với 𝑘𝑟 – Hệ số tải trọng động. Nếu dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác động lên bộ truyền tương đối êm thì 𝑘𝑟 = 1
𝑘𝑎 – Hệ số xét đến ảnh hưởng khoảng cách trục a = (30÷50)t thì 𝑘𝑎 = 1
𝑘𝑜– Hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền, khi đường nối 2 tâm đĩa xích hợp với đường nằm ngang 1 góc nhỏ hơn 60° thì 𝑘𝑜= 1
𝑘𝑑𝑐- Hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích. Trục không tự điều chỉnh được nên 𝑘𝑑𝑐= 1,25
𝑘𝑏- Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, ở đây bôi trơn nhỏ giọt nên 𝑘𝑏= 1 𝑘𝑙𝑣- Hệ số xét đến số ca làm việc trong ngày, làm việc 2 ca nên 𝑘𝑙𝑣 = 1,12 Vậy ta có được K = 1.1.1.1,25.1.1,12 = 1,4
4. Công suất tính toán 𝑝𝑡
𝑝𝑡 = 𝑘𝑘𝑧𝑘𝑛𝑝1
𝑘𝑥 [3.15]
1
Trong đó: Hệ số răng đĩa xích 𝑘𝑧 = 25 𝑧1 = 25 25 = 1 [3.16] Hệ số số vòng quay 𝑘𝑛 = 𝑛01 𝑛1 = 200 96 =2,08 [3.17] (𝑛01 tra bảng: lựa chọn bước xích theo công suất cho phép)
Hệ số xét đến số dãy xích 𝑘𝑥, ở đây chọn 1 dãy xích nên 𝑘𝑥 = 1
𝑝𝑡 = 1,4.1.2,08.0,05
1 = 0,14 kW
Theo bảng trị số công suất cho phép của bộ truyền xích với (n01=200v/ph) chọn xích 1 dãy có bước t = 12,7 có ký hiệu IIP 12,7 – 9000 – 2, công suất cho phép là 0,68 KW 5. Xác định vận tốc trung bình của xích V = 𝜋𝑑𝑛 60000 = 𝑛𝑧𝑡 60000 = 96.25.12,7 60000 = 0,5 m/s [3.18] 6. Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = (30÷50)t = 30.12,7 = 381 mm [3.19] Số mắt xích X tương ứng 𝑋 = 2𝑎 𝑡 + 𝑧1+ 𝑧2 2 + (𝑧2−𝑧1 2𝜋 )2 𝑡 𝑎 = 2.240 12,7 + 25+50 2 +(50−25 2.3,14)2+ 12,7 381 = 77,3 [3.20] Ta chọn số mắt xích 𝑋 = 77 Chiều dài xích 𝐿 = 𝑡𝑋 = 12,7.77 = 978 mm [3.21] Tính lại chính xác trục a a = 0,25𝑡 [𝑋 − 𝑧1+𝑧2 2 + √(𝑋 −𝑧1+𝑧2 2 )2− 12,7 (𝑧2−𝑧1 2𝜋 )2] = 0,25.12,7 [77 − 25+50 2 + √(77 −25+50 2 )2− 12,7 (25−50 2.3,14)2] = 242,4 mm [3.22] 7. Đường kính đĩa xích 𝑑1= 𝑡𝑧1 𝜋 = 12,7.25 3,14 = 101 mm [3.13] 𝑑2= 𝑡𝑧2 𝜋 = 12,7.50 3,14 = 202 mm [3.23] 3.7. KHẢO NGHIỆM.
3.7.1. Khảo nghiệm khả năng hoạt động của bếp hộp.
Để khảo nghiệm khả năng nấu của bếp, một lượng gạo và nước không đổi được sử dụng để nấu cơm. Khả năng của bếp được đánh giá thông qua thời gian nấu, nhiệt độ của nồi nấu, nhiệt độ của không khí trong hộp bếp và đánh giá cảm quan chất lượng cơm.
Khảo nghiệm được thực hiện lặp lại trong nhiều ngày với trường hợp bếp đặt cố định mặt thu nhiệt (bếp tĩnh). Thời gian bố trí thí nghiệm bắt đầu từ 10h30 sáng đến 12h trưa (thời gian thường nấu cơm hàng ngày). Địa điểm khảo nghiệm tại khoa Cơ khí – Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm. Từ số liệu đo số liệu ở những ngày có
cường độ bức xạ như nhau được chọn, tính trung bình các ngày và đánh giá kết quả. Kết quả khảo nghiệm được trình bày ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Nhiệt độ trung bình bếp theo thời gian nấu
Stt Thời gian (phút) Nhiệt độ không khí trong hộp (oC)
Nhiệt độ trong nồi (oC) 1 0 30 30 2 15 50 72 3 30 68 85 4 45 71 94 5 60 75 104 6 75 80 107 7 90 90 115
Hình 3.23. Đồ thị biến thiên nhiệt độ của bếp
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 N h iệ t độ (o C)
Thời gian (giờ)
Biểu đồ nhiệt độ không khí trong bếp và nồi nấu
Hình 3.24. Khảo nghiệm bếp
Nhận xét: Đồ thị trên hình 3.23 thể hiện rõ:
- Nhiệt độ tăng nhanh trong thời gian 15 phút đầu từ 30oC lên 50oC (tăng 20oC) với không khí trong bếp và từ 30oC lên 75oC (tăng 45oC) với nhiệt độ nồi nấu.
- Nhiệt độ tiếp tục tăng đên 115oC sau thời gian gần 1 giờ 30 phút thì cơm chín
3.7.2. Khảo nghiệm so sánh, đánh giá hiệu quả của bếp trước và sau khi lắp bảng điều khiển điều khiển
Khảo nghiệm được thực hiện lặp lại trong nhiều ngày với cả hai trường hợp bếp đặt cố định mặt thu nhiệt (bếp tĩnh) và trường hợp bếp tự quay theo hướng nắng (bếp động). Thời gian bố trí thí nghiệm bắt đầu từ 13h30 sáng đến 15h. Địa điểm khảo nghiệm tại khoa Cơ khí – Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm.
Thời gian bắt đầu khảo nghiệm (13h30) được chọn trên cơ sở cả bếp tĩnh và bếp động đều đã đặt dưới trời nắng trước đó để có được nhiệt độ cao và ổn định như nhau. Từ thời điểm này sẽ tiến hành đo số liệu với hai trường hợp bếp tĩnh và bếp động. Việc lựa chọn thời điểm khảo nghiệm như vậy dựa trên cơ sở là bếp năng lượng Mặt Trời ở thời điểm từ 11h trưa đến 13h thì sự sai khác giữa bếp tĩnh và bếp động là không đáng kể. Đây chính là thời điểm lý tưởng để 2 trường hợp bếp cùng đạt nhiệt độ cao nhất và ổn định. Tại thời điểm đo từ 13h30 đến 15h lại chính là thời gian mà góc tới của chùm tia bức xạ đến bề mặt thu nhiệt của hai trưởng hợp là rất khác nhau. Điều này sẽ là cơ sở để so sánh sự hiệu quả của bếp tĩnh và bếp động.
Số liệu đo của hai trường hợp ở những ngày có cường độ bức xạ như nhau được chọn để so sánh, đánh giá kết quả. Kết quả khảo nghiệm được trình bày ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Bảng biến thiên nhiệt độ của bếp tĩnh và bếp động trong hai ngày khảo nghiệm.
Thời gian nấu
Bếp tĩnh Bếp động Nhiệt độ trong nồi (oC) Nhiệt độ không khí trong bếp (oC) Nhiệt độ trong nồi (oC) Nhiệt độ không khí trong bếp (oC) 13h30 100 74 102 79 13h45 94 70 95 73 14h 90 70 97 74 14h15 88 69 99 74 14h30 84 64 99 75 14h45 80 55 98 74 15h 79 50 93 72
Hình 3.26. Biểu đồ biến thiên nhiệt độ trung bình của bếp tĩnh và bếp động
Hình 3.27. Khảo nghiệm bếp động
Đánh giá và thảo luận:
Dựa vào bảng 3.4 và đồ thị hình 3.26 ta thấy được ở thời điểm 13h30, nhiệt độ nồi nấu và không khí trong thành bếp của bếp thường lần lượt là 100˚C và 74˚C và của bếp quay tự động là 102˚C và 79˚C. Nhiệt độ hai loại bếp gần như bằng nhau, đến những thời điểm tiếp theo thì nhiệt độ của cả hai bếp giảm dần do cường độ bức xạ bắt
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 N h iệ t độ (o C)
Thời gian (giờ)
Biểu đồ nhiệt độ
Nhiệt độ không khí trong bếp - bếp động
Nhiệt độ nồi nấu - bếp động Nhiệt độ không khí trong bếp - bếp tĩnh
giảm mạnh thì bếp động gần như giảm rất ít. Điều đó thể hiện bằng đồ thị trường hợp bếp động gần như đi nằm ngang do mặt thu nhiệt vẫn vuông góc với chùm tia bức xạ làm cho nhiệt độ bếp vẫn được bổ sung và được duy trì. Trong khi, với bếp tĩnh, đây chính là thời điểm mặt thu nhiệt nhận ít ánh nắng nhất do Mặt trời đi xuống. Đến 3h chiều thì nhiệt độ nồi nấu của bếp thường chỉ còn lại 79˚C còn nhiệt độ nồi nấu của bếp quay tự động vẫn giữ ở 93˚C. Qua đó, có thể thấy được với việc nấu lượng thức ăn lớn và cần khoảng thời gian nấu lâu (2 tiếng trở lên) hiệu suất thu và giữ nhiệt của bếp khi kết hợp với bảng điều khiển tự động quay theo hướng nắng cao hơn hẳn so với bếp thường.
Kết luận: so sánh nhiệt độ biến thiên theo thời gian của bếp tĩnh và bếp động ở hình 3.26, có thể kết luận rằng việc kết hợp bảng điều khiển với bếp hộp giúp cho bếp quay theo hướng nắng giúp tăng hiệu suất thu và giữ nhiệt của bếp lên 13% so với bếp thường.
3.7.3. Tính toán giá thành thiết bị
Để chế tạo hệ thống bếp hộp năng lượng Mặt Trời quay tự động, vật tư bao gồm:
Bảng 3.5. Bảng giá thành thiết bị
STT Mặt hàng Số
lượng Đơn giá Thành tiền 1 Gỗ Coppha 0,025 x 0,2 x 3 2 Tấm 75.000 đ 150.000 đ 2 Thép V4 6 m 20.000 đ 120.000 đ 3 Thép tròn 25 1 m 50.000 đ 50.000 đ 4 Gương Thủy 0,4 x 0,4 x 0,004 2 Tấm 40.000 đ 80.000 đ 5 Gương Kính 0,46 x 0,46 x 0,005 1 Tấm 60.000 đ 60.000 đ 6 Bộ truyền xích 1 bộ 280.000 đ 280.000 đ 7 Động cơ gạt nước 12V 1 bộ 110.000 đ 110.000 đ 8 Bảng điều khiển 1 bộ 500.000 đ 500.000 đ
9 Công chế tạo 3 ngày 200.000 đ 600.000 đ
Tổng cộng 1.950.000 đ
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. KẾT LUẬN
Đề tài đã được hoàn thành và đạt một số kết quả như sau:
- Xác định được các số liệu về điều kiện khí hậu Tỉnh Thừa Thiên Huế làm cơ sở cho tính toán, thiết kế.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mẫu bếp cải tiến có hiệu suất cao. - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh hệ thống truyền động và mạch điều khiển đơn giản, hiệu quả tự động xoay bếp theo hướng nắng.
- Kết quả khảo nghiệm khẳng định hiệu suất của bếp cao hơn 13% so với bếp truyền thống khác.
- Tính toán được giá thành của hệ thống, thiết bị.
4.2. KIẾN NGHỊ
Đây là đề tài mang ý nghĩa thiết thực, là một lựa chọn có cơ sở cho các hộ người dân nghèo, người dân sống ở các khu bảo tồn hoặc rừng …Vì vậy, tôi đề nghị được tạo điều kiện để tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hơn, sâu hơn nhằm nâng cao hiệu quả việc khai thác nguồn năng lượng mới này. Đề nghị chính quyền địa phương, các tổ chức xã hội cần quan tâm hơn đến việc đầu tư để ứng dụng và thay thế các nguồn năng lượng hiện tại cho người dân địa phương.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tài liệu tiếng Việt
[1] Đỗ Minh Cường cùng nhóm sinh viên (2009), Đề tài nghiên cứu khoa học nghiên cứu thiết kế, chế tạo 02 kiểu bếp năng lượng mặt trời phục vụ đời sống tại nông hộ trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.
[2] Trương Hữu Chí, Võ Thị Ry (2005), Giáo trình Cơ Điện Tử: Các thành phần cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[3] Nguyễn Hoàng Giang – Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên (2011) Phát triển dàn pin năng lượng Mặt Trời tự xoay
(http://thuvien.ued.vn:8080/dspace/bitstream/TVDHSPDN_123456789/4259/2/0146.pdf) [4] Hoàng Dương Hùng – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng (2005), Giáo trình Năng
lượng mặt trời – lý thuyết và ứng dụng.
[5] Nguyễn Trọng Hiệp (2011), Giáo trình chi tiết máy, tập 1, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
[6] Nguyễn Trọng Hiệp (2011), Giáo trình chi tiết máy, tập 2, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
[7] Bùi Hải, Trần Thế Sơn (1999), Giáo trình kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất bản Khoa Học Và Kỹ Thuật.
[8] Phan Hòa (2000), Giáo trình cơ sở kỹ thuật Công nghiệp, Nhà xuất bản Nông Nghiệp Hà Nội.
[9] Đặng Quốc Lương (2001), Giáo trình Phương pháp tính trong kỹ thuật, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
[10] Lý Ngọc Thắng – Bộ Công Thương (2013), Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động thích ứng với vị trí Mặt Trời nhằm nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng
lượng Mặt Trời
(http://ievn.com.vn/UserFile/Files/News/2013/thangtt2/Bai%20bao%20tong%20ket% 20De%20tai%20I203_O%20Thang%20TT2.pdf)
[11] Nguyễn Trọng Thắng, Lê Thị Thanh Hoàng (2008), Giáo trình kỹ thuật điện, Nhà xuất bản Trường Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
[12] Nguyễn Duy Thiện (2001), Kỹ thuật sử dụng năng lượng mặt trời, Nhà xuất bản Xây Dựng.
2. Tài liệu tiếng Anh
[13] A. Valan Arasu and T. Sornakumar (2007), Design,development and performance studies of embedded electronic controlled one axis solar tracking system
( http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1934-6093.2007.tb00319.x/abstract) [14] Lwin Lwin 0o and Nang Kaythi HLaing (2010), Microcontroller-Based Two-
Axis Solar Tracking System
(http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5489600&url=http%3A%2F% 2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D5489600)
[15] J. Rizk, and Y. Chaiko (2008), Sorlar tracking system: more efficient use of Sorlar Panels
(http://waset.org/publications/10334/solar-tracking-system-more-efficient-use-of-solar- panels)
9-13,15,16,25,30,33,35-38,39,40,42,43,46,47,49
1-8,14,17-24,26-29,31,32,34,39,41,44,45,48,50-53
4
49,47,46,43,42,40,39,38-35,33,30,25,16,15,13-9 0914958795