Nguyên tắc làm việc của cơ cấu ép trục vít là sử dụng một trục vít để nghiền nát và ép nguyên liệu. Trục Vít có hình dạng đặc biệt, lòng ép cũng được thiết kế có hình dạng đặc biệt sao cho thể tích rỗng giữa lòng ép và trục ép càng về sau càng nhỏ. Lòng ép là một ống hình trụ ghép lại bằng nhiều thanh rời gọi là thanh căn, ngay giữa 2 thanh căn là khe hở nhỏ để dầu có thể chảy ra được. Nguyên liệu cho vào máy ép bị nén dần về phía cuối máy, càng về sau thể tích khoang ép càng nhỏ, áp suất sẽ tăng. Dầu sẽ thoát ra khỏi nguyên liệu theo khe hở thanh căn chảy ra ngoài ở phía dưới, bã sẽ thoát ra ở cuối lòng ép.
Nguyên liệu trước khi ép thường được chuẩn bị trước nghiền sơ bộ, sau đó tiến hành chưng sấy bằng phương pháp nhiệt ẩm đưa nguyên liệu có dầu đến nhiệt độ, độ ẩm thích hợp cho quá trình ép, trích ly.
2.1.2 Cấu tạo cơ cấu ép trục vít
Cơ cấu ép trục vít có cấu tạo khá đơn giản
Gồm 2 bộ phận chính là trục vít và ống ép:
- Trục vít là 1 trục kim loại đặc với hình xoắn ốc có độ dày nhất định tùy thuộc vào mục đích ép;
- Ống ép là một ống hình trụ ghép lại bằng nhiều thanh rời gọi là thanh căn, ngay giữa 2 thanh căn là khe hở nhỏ để dầu có thể chảy ra được.
Hình 2.2 Cấu tạo cơ cấu ép trục vít [4]
2.2 Xây dựng mô hình toán học hệ truyền động cho cơ cấu ép
Hình 2.3 Sơ đồ hệ truyền động cơ khí
Phương trình động học tổng quát của hệ thống truyền động điện:
C d M M J dt (2.1)
dω J
dt : Mômen động, chỉ xuất hiện trong quá trình quá độ ; M > Mc : Hệ thống tăng tốc ;
M < Mc : Hệ thống giảm tốc;
M = Mc : Hệ thống ở trạng thái xác lập.
Tính quy đổi mômen Mc và lực cản Fc về trục động cơ. Quy đổi mômen hoặc lực của tải về trục động cơ
Nguyên tắc quy đổi: Bảo toàn công suất của hệ thống
Giả sử khi tính toán và thiết kế người ta cho giá trị của mômen tang quay Mlv qua hộp giảm tốc có tỷ số truyền là i và hiệu suất là i . Mômen này sẽ tác động lên trục động cơ có giá trị M:
. . lv lv i M M (2.2) Đồng thời: Mlv=Mc ; lv=c 1 1 . . c i M M i (2.3) Trong đó: c i (2.4)
i :là hiệu suất hộp giảm tốc.
Giả thiết tải trọng G sinh ra lực Flv có vận tốc chuyển động là vlv, nó sẽ tác động lên trục động cơ một mômen M, ta có:
. . . lv lv i t F V M (2.5) . . . lv lv lv i t F V F M (2.6) Trong đó:
lv
V ρ
ω
; η η .η i t (2.7)
Tính quy đổi mômen quán tính.
Các cặp bánh răng có mômen quán tính J1,…,JK, mômen quán tính tang quay Jt, khối lượng quán tính m và mômen quán tính động cơ Jđ đều có ảnh hưởng đến tính chất động học của hệ truyền động. Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này ta gọi là Jqđ. Lúc đó phương trình động năng của hệ là:
2 1 2 m j đm j j V W m (2.8) 2 2 j đ đ V W J (2.9)
Quy đổi mômen quán tính của các bộ phận chuyển động về trục động cơ
Nguyên tắc quy đổi: Bảo toàn động năng của hệ thống
2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 n m j đ đ i qđ đ i j i j V J J J m (2.10) 2 2 1 1 n m i qđ đ j j i i j J J J m i (2.11)
Jđ : Mômen quán tính của động cơ;
Ji : Mômen quán tính phần tử quay thứ i;
mj : Khối lượng phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j;
ii : Tỷ số tốc độ từ trục động cơ đến phần tử quay thứ i;
I
: Bán kính quy đổi tốc độ từ phần tử chuyển động tịnh tiến thứ J→trục
động cơ.
Công suất động cơ điện
. x ms M F R (2.12) Trong đó: +Fms: lực ma sát N +R: bán kính trong trục vít (m) max. . ms F P f F (N) (2.13)
+Pmax: áp suất lớn nhất trong tác dụng lên khuôn (MN/m2) +f: hệ số ma sát
Đối với vật liệu dạng hạt Lạc: f=0,35
+F: diện tích phần lực tác dụng lên khuôn ép cm
2 4 d F (2.14) Mặt khác Mx 9730.N n (2.15) Trong đó:
+ N: công suất cần thiết trên trục vít kw + n: số vòng quay của trục vít vòng/phút Vậy: . 9730 x M n N
Thay trị số vào ta được: N (Kw)
Công suất của động cơ điện xác định theo công thức sau:
dc N N (2.16) Trong đó: η - hệ suất bộ dẫn động (η= 0.8 ÷ 0.85)
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY ÉP
3.1 Thiết kế tổng thể hệ thống 3.1.1 Quy trình công nghệ ép dầu
* Quy trình công nghệ:Chia ra làm 3 giai đoạn chính
- Giai đoạn xử lý nguyên liệu: bao gồm các quá tình như làm sạch, sàng, tách vỏ loại bỏ các hạt lép hạt mốc… các hạt được loại bỏ phần vỏ và các vật chất không liên quan. Sau đó được làm khô và sạch.
Tác dụng:
Tạo môi trường thuận lợi cho quá trình ép;
Giảm thiểu quá trình hao hụt dầu;
Tận dụng hiểu quả hạt và bã sau;
Giúp dầu thu được sạch sẽ và an toàn. - Giai đoạn ép:
Nguyên liệu được cung cấp vào máy ép từ bộ phận cấp nguyên liệu;
Sức kéo từ động cơ được truyền thông qua bộ truyền cấp cho trục ép, dưới sức nén của trục ép và sự giảm thể tích buồng ép nguyên liệu được nghiền nát phá hủy những tế bào chứa dầu trong nguyên liệu;
Nhờ bộ phận gia nhiệt làm nhiệt độ buồng ép tăng lên 70-100 ℃;
Dầu được tách ra khỏi tế bào chứa dầu và thoát ra nhờ đầu ra dầu, còn bả ép sẽ thoát ra ở vị trí ra bả.
- Giai đoạn xử lý dầu và bã:
Dầu sau khi được lấy ra sẽ đem lọc qua khăn xô sau đó dầu ăn thu được đem cất trong lọ thủy tinh hoặc lọ đựng bằng inox 304 để không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Với lượng khoảng 1kg lạc thì cho ra lượng dầu gia đình có thể dùng trong 1 tháng;
Bã thu được dùng để làm thức ăn chăn nuôi hoặc làm phân bón cho cây trồng. Trong bã dầu lạc chứa rất nhiều thành phần dinh dưỡng, hơn 40% là chất đạm và protein là chất chủ yếu tạo nên thịt, giúp vật nuôi mau lớn.
3.1.2 Sơ đồ khối cho hệ thống
Qua tìm hiểu từ các quy trình công nghệ trên, nhóm đã vẽ ra được sơ đồ khối của hệ thống
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
- Khối nguồn: Là bộ phận cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống hoạt động ;
- Khối điều khiển: Là khối bao gồm các thiết bị phần cứng và phần mềm với
đầu vào là các dạng tín hiệu điều khiển có thể là phản hồi từ cảm biến hoặc tín hiệu thực thi trực tiếp từ bộ điều khiển và ngõ ra kết nối với các module điều khiển và các cơ cấu chấp hành. các thiết bị trong khối xử lý trung tâm điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và được xem như bộ não của hệ thống. Khối xử lý và điều khiển bao gồm các thiết bị vi xử lý, các bộ điều khiển logic, vòng hở hay có phản hồi, PID,… hay là các thiết bị có chức năng kết nối truyền thông 1 chiều cho tới các ngõ vào của bộ điều khiển như: các nút nhấn, switch, núm vặn, contactor, …;
- Khối cơ cấu chấp hành: Bao gồm các module cơ cấu chấp hành nhận nhiệm vụ từ khối xử lý và điều khiển và thực hiện các chức năng;
- Khối cảm biến: Thực hiện nhiệm vụ đo đạc các cơ cấu như nhiệt độ, vận tốc, độ ẩm,… rồi sau đó gửi tín hiệu về khối xử lý và điều khiển để mô hình hoạt động chính xác, an toàn.
3.1.3 Các bộ phận chính của máy
3.1.3.1Bộ phận cấp nguyên liệu
- Chức năng: chứa và cung cấp nguyên liệu cho quá trình ép
- Yêu cầu công nghệ:
Dễ lắp đặt;
Giá thành rẻ;
Độ bền cao;
Lượng nguyên liệu cấp đều và ổn định.
Bảng 3.1 Lựa chọn giải pháp cho bộ phận cấp nguyên liệu
Giải pháp
Tiêu chí 1 2
Kết cấu cơ khí máng Phễu
Tính linh hoạt 1 1 Độ bền 1 1 Tính ổn định 0 1 Kích thước 0 1 Giá thành 1 1 An toàn 0 1 Công thái học 1 1
Phễu cấp nguyên liệu: Đưa nguyên liệu vào bộ phận ép dễ dàng và tiện lợi, thường làm bằng inox hoặc nhựa, thép, …
Hình 3.2 Hình ảnh phễu
3.1.3.2Bộ phận ép
- Chức năng: phá hủy cấu trúc nguyên liệu để thu được dầu
- Yêu cầu công nghệ:
Tính linh hoạt: Dễ tháo lắp và vệ sinh;
Tính ổn định: Hoạt động ổn định trong thời gian dài;
An toàn: An toàn cho người sử dụng;
Giá thành: Giá thành rẻ;
Bảng 3.2 Lựa chọn giải pháp cho bộ phận ép
Giải pháp Tiêu chí Sử dụng lực xoắn ép Sử dụng thủy lực Lực ép 1 1 Tính linh hoạt 1 0 Tính ổn định 1 1 Kích thước 1 0
Giá thành 1 0
An toàn 1 1
Công thái học 1 1
=> Lựa chọn phương pháp sử dụng lực xoắn ép Cấu tạo:
Gồm: Bộ phận làm việc chính là trục vít có bước vít nhỏ dần hay đường kính trục lớn dần quay trong xi lanh nằm ngang và buồng ép . Nguyên liệu ép khi di chuyển theo trục ép chịu áp suất tăng dần. Sự ép xảy ra do khe hở giữa buồng ép và bước vít giảm dần.
Hình 3.3 Hình ảnh trục vít và buồng ép
Nhược điểm của máy ép trục vít:Quá trình chà xát mạnh làm cho dầu thu được bị vẩn đục
3.1.3.3Động cơ
Chức năng: chuyển đổi điện năng thành cơ năng giúp trục ép chuyển động
Bảng 3.3 Lựa chọn giải pháp cho động cơ
Giải pháp Tiêu chí Động cơ điện 1 chiều Động cơ điện 1 pha Động cơ điện 3 pha Công suất 1 1 1 Tốc độ 1 1 1
Tính ổn định 1 1 1
Kích thước 1 0 0
Giá thành 1 0 0
An toàn 1 1 1
Lắp đặt 1 0 0
Kết luận : Lựa chọn động cơ điện 1 chiều
Cấu tạo : Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, roto có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Hình 3.4 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều [3]
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor;
Pha 2: Rotor tiếp tục quay;
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động
cảm ứng Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.
Ứng dụng động cơ điện 1 chiều :
Động cơ một chiều được dùng nhiều trong các máy công cụ lớn, yêu cầu tốc độ và số vòng quay cao.
Động cơ 1 chiều chúng ta thường thấy nhất là trong các ứng dụng đồ chơi, xe mô hình, động cơ sử dụng pin để hoạt động là động cơ một chiều hết nha các bạn.
Như vậy động cơ 1 chiều được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị như : ổ đĩa, máy photocopy,….
Ưu nhược điểm của động cơ 1 chiều (DC motor)
Ưu điểm : Dễ dàng thay đổi tốc độ của động cơ, chịu được quá tải cao. Kéo được tải nặng khi khởi động do có moment xoắn lớn. Độ bền tương đối cao.
Nhược điểm : Do có cấu tạo cổ góp nên khi hoạt động phát ra tiếng ồn. Cổ góp này phải được bảo dưỡng thường xuyên. Ma-sat trong quá trình vận hành => mài mòn. Ngoài ra cổ góp này trong quá trình hoạt động phát sinh ra tia lửa điện, nên không dùng được trong các môi trường dễ gây cháy nổ.
3.1.3.4Bộ phận làm nóng
Thiết bị trao đổi nhiệt hay còn gọi là sự trao đổi nhiệt (gia nhiệt, giải nhiệt) giữa hai môi chất:
• Khí (hơi)- khí (hơi); • Lỏng - khí (hơi).
Thiết bị trao đổi nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt cũng có thể gọi là bộ sinh hàn, hoặc bộ làm mát, bộ gia nhiệt, bộ sấy (tùy theo mục đích sử dụng). Ở đó, các môi chất (lỏng hoặc khí -hơi) trao đổi nhiệt với nhau không tiếp xúc trực tiếp mà qua các ngăn, vách trung gian (được cấu tạo dạng tấm, hoặc dạng ống lồng, dạng ống chùm, dạng ống xoắn,...)
Từ cấu tạo của các ngăn, vách trung gian người ta chia ra các loại sinh hàn tương ứng. Có thể có những loại sinh hàn phổ biến như sau:
1. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng két giải nhiệt gió 2. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn, ống lồng
3. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm (lại phân chia tên gọi theo hình dáng, công dụng)
4. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (hàn kín, loại gioăng lắp ghép, loại bán hàn)
5. Thiết bị trao đổi nhiệt khí - khí (sấy khí, thu hồi nhiệt thải,...) Các phương pháp giải nhiệt - gia nhiệt thông dụng.
Hệ thống sản xuất cần giải nhiệt, gia nhiệt bao gồm:
• Dầu thủy lực (cho máy thủy lực, máy CNC, máy công cụ,...), dầu làm mát máy nén khí, dầu IPA (máy tuốt đồng, kéo cáp đồng), dầu làm mát hệ thống (gối đỡ, bánh răng, ổ trục,...);
• Giàn nóng điều hòa - Cụm ống trong lòng bình ngưng, bình bay hơi trong chiller;
• Hóa chất tẩy rửa, mạ (axit, chất trợ dung, chất xử lý bề mặt, bazo,...) dùng trong công nghiệp mạ, sản xuất giấy, bao bì, sơn;
• Sữa, sản xuất thuốc;
• Giải nhiệt cho hệ thống máy trong lĩnh vực tàu biển; • Hệ thống nồi hơi cấp nhiệt trực tiếp trong nhà máy.
Thanh điện trở đốt nóng được áp dụng theo định luật Joule-Lence: khi dòng điện chạy qua dây dẫn, thì trên dây dẫn tỏa ra một lượng nhiệt. Khi bật và chọn chế độ đun nước nóng từ bảng điều khiển, vi mạch sẽ truyền điện đến các bộ phận liên quan của quy trình đun nước nóng, trong đó có thanh đốt và cảm biến nhiệt. Lúc này thanh đốt sẽ hút điện và biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng.
3.1.3.5Bộ nguồn
Nguồn điện dùng để cung cấp điện cho các thiết bị điện hoạt động, bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.
Hình 3.5 Hình ảnh bộ chuyển đổi điện áp [5]
Nguyên lý hoạt động
Khi công tắc điện mở, nguồn điện sẽ được đi qua nguồn tổ ong. Khi đó,