Bảng 2.3. Các tiêu chí so sánh lựa chọn phương án dẫn thức ăn
Phương án
Tiêu chí 1 2 3
Chiếm diện tích 0,3 1 3 2
Chi phí thực hiện 0,4 1 2 3
Dẫn được thức ăn rẽ hướng 0,3 3 1 3
Tổng điểm 1,6 2 2,7
Dựa vào bảng 2.3, phương án dẫn thức ăn bằng vít đùn được lựa chọn vì đáp ứng được yêu cầu cần có hệ thống đơn giản, dễ lắp ráp và đặc biệt chi phí thấp.
2.1.2 Tính toán, thiết kế cơ khí Yêu cầu: Yêu cầu:
Với nhu cầu cung cấp thức ăn một lần là 24 kg.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Dạng thức ăn: dạng viên.
Sơ đồ 11 chuồng như hình 2.5 với đường màu đen là đường ống dẫn thức ăn.
Hình 2.5. Sơ đồ chuồng có đường ống dẫn thức ăn
a) Tính toán lựa chọn thông số vít tải
Tính được năng suất như sau:
𝑄 =24.60
20 = 72 𝑘𝑔/ℎ
Mà 𝑄 = 3600. 𝐹. 𝑣.γ (2.1) Diện tích trung bình của dòng vật liệu trong vít tải:
𝐹 =.π.𝐷2 4 = 0,785.. 𝐷2 (m2) Vận tốc dòng vật liệu : 𝑣 =𝑛.𝑡 60 (m/s) Trong đó:
D: Đường kính ngoài của cánh vít (mm). n: Số vòng quay của trục vít (vg/ph). γ: Khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3).
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
: Hệ số điền đầy đối với vật liệu, chọn = 0,35 0,45. t: Bước vít (m), chọn t = (0,8÷1)D.
Thay vào công thức (2.1) sẽ được:
𝑄 = 3600.0,785.. 𝐷2.𝑛. 𝑡
60γ = 47,1.. 𝐷3. 𝑛. γ
Năng suất vít tải còn phụ thuộc vào góc nghiêng đặt máy β, vì vậy cần thêm hệ số 𝑐β. Hệ số này được chọn theo bảng 2.4.
Bảng 2.4: Hệ số ảnh hưởng do độ dốc đặt máy.
Góc nghiêng β 0 5 10 15 20
𝑐β 1 0,9 0,8 0,7 0,65
Như vậy năng suất Q có công thức cuối cùng :
𝑄 = 47,1.. 𝐷3. 𝑛. γ. 𝑐β → 𝐷 = √ 𝑄 47,1.. 𝑛. γ. 𝑐β 3 (2.2) Với các thông số cụ thể: Năng suất Q = 72 kg/h; Chọn hệ số điền đầy = 0,45;
Khối lượng riêng của thức ăn γ = 535 kg/𝑚3;
𝑐β = 1, do trục vít nằm ngang;
Chọn tốc độ quay n= 100 vòng/ phút;
Bước vít t = (0,8 ÷ 1)D;
Thay vào công thức (2.2), đường kính ngoài cánh vít :
→ 𝐷 = √ 72
47,1.0,45.100.535.1
3
= 0,04 (𝑚) = 40 (𝑚𝑚)
Theo tiêu chuẩn, chọn D = 55 mm.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
𝑛 = 𝑘 √𝐷
Trong đó k phụ thuộc vào vật liệu vận chuyển tra ở bảng 2.5. Kiểm nghiệm lại :
𝑛 = 25
√0.05 = 111,8 𝑣/𝑝ℎ Phù hợp với lựa chọn ban đầu.
Bảng 2.5: Các hệ số tính toán cho vật liệu vận chuyển trong vít tải
Vật liệu Hệ số tính toán 𝜀 k 𝜔 Nhẹ, không sắc nhọn (hạt,…) 0,4 25 1,3 Nhẹ, ít sắc nhọn 0,32 50 1,6 Nặng, không sắc nhọn 0,25 45 2,5 Nặng, sắc nhọn 0,125 30 4,0 Hình 2.6. Các loại vít tải [14]
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Bảng 2.6. Các kích thước vít tải trên thị trường
Thông số cánh vít theo tiêu chuẩn
Đường kính trong d (mm) Đường kính ngoài D (mm) Bước vít P (mm) Độ dày T (mm) ø20 ~ ø50 ø50 ~ ø100 1/2D; 2/3D; 3/4D;1/1D 2 ~ 6 ø60 ~ ø114 ø200 ~ ø300 1/2D; 2/3D; 3/4D;1/1D 4 ~ 10 ø76 ~ ø200 ø300 ~ ø400 1/2D; 2/3D; 3/4D;1/1D 4 ~ 12 ø90 ~ ø300 ø400 ~ ø500 1/2D; 2/3D; 3/4D;1/1D 4 ~ 18 ø90 ~ ø500 ø600 ~ ø700 1/2D; 2/3D; 3/4D;1/1D 4 ~ 18
Với yêu cầu đặt ra của đề tài và mục đích sử dụng vít tải, dựa vào hình 2.6 sẽ lựa chọn vít tải được làm từ vật liệu sắt mạ kẽm và có thông số như bảng 2.7, được minh họa trên phần mềm Solidworks ở hình 2.7;
Bảng 2.7. Kích thước vít tải được lựa chọn
Đường kính
trong Đường kính ngoài Bước Độ dày Chiều dài
D= 25mm D= 55mm ¾ D 3mm 0,5 m
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.8. Lắp ghép vít tải với ổ đỡ phía động cơ
Hình 2.9. Lắp ghép vít tải với ổ đỡ phía tự do
Vít tải được lắp ghép như hình 2.8, hình 2.9 với 2 ổ đỡ từ thư viện Misumi để định vị trục vít tải nằm chính giữa lòng ống trước khi lắp động cơ truyền tải.
b) Tính toán lựa chọn động cơ truyền động vít tải
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 𝑃 = 10−2.𝑄.𝐿 𝑘 (𝜔 ∓ sin 𝛽) (𝑊) (2.3) Trong đó: 𝜔: hệ số lực cản tra bảng 2.5. L = 0,5 m; k: hệ số xét sự mất mác do ma sát trong ổ trục k= 0,7; Thay vào công thức (2.3) sẽ được:
𝑃 = 10−2.72.0,5
0,7 (1,3 ± sin 0) = 0,67 (𝑘𝑊)
- Công suất của động cơ điện:
𝑃𝑐𝑡 = 𝑃
(𝑘𝑊)
Trong đó:
Pct : Công suất cần thiết (kW).
: Hiệu suất của hộp giảm tốc. (0,8 ÷ 0,92), chọn =0,9.
Pct = 0,67
0,9 = 0,7 (kW)
- Momen xoắn trên trục vít tải:
𝑀 = 9550.𝑃
𝑛 (𝑁𝑚) → 𝑀 = 9550.0,67
100 = 64 (𝑁𝑚)
Từ thông số nêu trên , ta lựa chọn động cơ Misubishi 220V GM-SP 1,5 kW hình 2.10 với các thông số trong bảng 2.8.
Bảng 2.8 . Thông số động cơ Misubishi 220V GM-SP:
Công suất kW Số vòng quay Momment xoắn Khối lượng
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.10. Động cơ Misubishi 200V GM-SP [23]
Sau khi tính toán chọn động cơ, động cơ được lắp cố định như hình 2.11, trục vít được lắp ghép với động cơ minh họa trên phần mềm Solidworks ở hình 2.11.
Hình 2.11. Lắp ghép động cơ với trục vít
c) Phân tích, lựa chọn hộp định lượng, ống dẫn
Hộp định lượng có sẵn trên thị trường nhưng sẽ có đường kính kẹp ống dẫn theo chuẩn như ø38/45/48/50/60/63. Như vậy, chọn kích thước đường kính ống dẫn tương xứng với hộp định lượng Chọn ống thép tròn ø60, dày 2mm như hình 2.13 và hộp định lượng có đường kính kẹp ø60 của hãng SKIOD ở hình 2.12.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.12. Hộp định lượng của công ty SKIOD [17]
Hình 2.13. Thép tròn mạ kẽm của tập đoàn Hòa Phát [22]
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Sau khi lựa chọn hộp định lượng và ống dẫn thức ăn, hộp định lượng được lắp ghép cố định với ống dẫn minh họa ở hình 2.14, trên thành ống dẫn được khoét lỗ để thức ăn từ ống dẫn rớt xuống hộp định lượng.
Đường ống được lắp cố định như bố trí ở sơ đồ ban đầu hình 2.5, đường ống được lắp trên một khung từ thép 40x40 minh họa ở hình 2.15. Ống lắp ghép với khung bằng bộ ốc – móc như hình 2.16. Ở đoạn cuối của ống là đầu tự do không bích lại, thức ăn dư sẽ rớt xuống hộp đựng (màu cam), có thể tái sử dụng lại.
Hình 2.15. Minh họa bố trí đường ống trên Solidworks
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
d) Tính toán chọn động cơ kéo
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu kéo dây
Với yêu cầu kéo tất cả các quả ngăn trong các hộp định lượng để thức ăn có thể rơi xuống máng ăn cho heo. Để giải quyết sẽ bố trí một động cơ AC có công suất vừa đủ để kéo thông qua hệ cơ cấu ròng rọc như sơ đồ hình 2.17. Khi động cơ xoay kết hợp với đối trọng sẽ làm sợi dây luôn luôn căng, lúc đó sẽ kéo đồng thời tất cả các quả ngăn trong hộp định lượng lên, khi đó thức ăn trong hộp sẽ rơi xuống máng ăn đến khi hết thức ăn, động cơ sẽ xoay ngược chiều lại và các quả ngăn đi xuống và ngăn kín miệng dẫn thức ăn của hộp định lượng.
Yêu cầu: kéo được 11 quả ngăn trong 11 hộp định lượng (mỗi quả ngăn nặng khoảng 100g) và 1 quả nặng (3 kg) dùng để căng dây cáp cho hệ. Như vậy, động cơ cần kéo được khối lượng ~ 4,5 kg.
Lực cần thiết để kéo: P = mg = 4,5.9,8 = 44,1 N.
Công suất cần thiết của động cơ :
𝑃𝑐𝑡 = 𝐹.𝑣
1000.Ƞ= 44,1.0,5
1000.0,8 = 0,028 (𝑘𝑊) với: F- lực (tải trọng), F = P = 44,1 N;
v- vận tốc dài, v = 0,5 m/s; Ƞ- hiệu suất chung, Ƞ = 0,8;
Công suất động cơ: 𝑃 = 1,5. 𝑃𝑐𝑡 = 0,042 (𝑘𝑊)
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Số vòng quay cần thiết của động cơ :
Để kéo quả ngăn tốc độ v = 0,5 m/s thì số vòng quay của trục động cơ :
= π.d.v.60 =3,14.0,018.0,5.60 = 1,7 (rpm); với d-đường kính trục động cơ;
Chọn hộp giảm tốc 9PBKBH có kích thước như hình 2.18.
Như vậy, sẽ chọn động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH (hình 2.18) và thông số kỹ thuật trong bảng 2.9.
Bảng 2.9 . Thông số động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH:
Công suất Tần số Điện áp Tỉ số truyền Số vòng quay Khối lượng
60 W 50 Hz 220V 150 10 rpm 1,6 kg
Hình 2.18. Động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH [23]
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Sau khi chọn động cơ, động cơ được lắp cố định trên khung đỡ như hình 2.19 và trục động cơ được lắp với một puli để cuốn dây kéo quả nặng thông qua các ròng rọc ở các điểm chuyển hướng của dây cáp minh họa trên Solidworks ở hình 2.20.
Hình 2.20. Dây cáp đổi hướng thông qua ròng rọc
Ở đoạn cuối dây cáp có bố trí 1 quả nặng đối trọng hình 2.21, quả nặng này có chức năng làm căng dây cáp khi động cơ hoạt động kéo cuốn dây. Dây cáp được kẹp với dây quả ngăn trong hộp định lượng bằng ốc siết cáp như hình 2.22, lúc dây cáp di chuyển sẽ kéo các quả ngăn trong hộp định lượng lên.
Hình 2.21. Bố trí đối trọng
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.22. Lắp ghép dây cáp với dây kéo quả ngăn
e) Tổng kết
Sau khi phân tích, tính tóan, lựa chọn các bộ phận cơ khí của cụm phân phối thức ăn, tiến hành vẽ minh họa và lắp ghép toàn bộ cụm cơ khí minh họa tổng thể trên phần mềm Solidworks, kết quả như hình 2.23.
Hình 2.23. Mô hình cụm phân phối thức ăn trên Solidworks