2.5.5.1. Tính đường kính sơ bộ của trục
Xác định sơ bộ đường kính trục thứ i :di=√3 Ti
0,2.[τ]
ứng suất cho phép τ = 20…35 N/mm vi vật liệu là thép 45
di=√3 10232 0,2.35 =11,34 Chọn d =20mm Theo bảng 10.2 và 10.3/tr189 Chọn k1=10,k2=10,k3=15,hn=15, với d=20mm chọnbo=15 Trục : l22=0,5(lm22+bo)+k1+k2=0,5(1,2d+bo)+k1+k2 l23=l22+0,5(lm22+lm23)+k1=l22+0,5(1,2d2+1,3d2)+k1 l24=2l23−l22 l =2l
l22=47mm, l23=82mm, l24=117mm, l21=164mm 2.5.5.2. Tính phản lực ở các gối đỡ ∑M Fy=0 Fy=0 Ta có :∑M Fy=0−Rd.35−NB.70+F.184=0 NB=1187N o Fy=0 Rd+NB+NA-F=0 NA=¿ -873 Nên NAngược chiều với hình vẽ
Momen xoắn tác dụng lên trục : T=MX=10232 N.mm Momen tai các điểm đặc biệt :
Tại A MtdA=Mc=10232N.mm Tại D MtdD= F.114-NB.35=484.114-1187.35=13631 N.mm Tại B MtdB = F.114=484.114=55176 N.mm
Hình 2.8. Biểu đồ momen trục uốn Mặt cắt nguy hiểm nhất tại B:
√MB2+0,75T2=√551762+0,75.102322 =55883 N.mm
o Vậy d B-B =¿√3 Mtđ
0,1[σ]=¿ √3 55883
0,1[σ]=22,35mm⇒chọndB−B=25mm
o Ứng suất cho phép σ = 50 N/mm2 tra bảng 10.5 [1] với vật liệu thép bằng 45
o Ta chọn đường kính lắp ổ lăn : d=25mm
o Đường kinh chỗ lăp bánh răng và bánh đai : d =20mm Đường kính chỗ lắp dao cắt d=27mm
Đường kính đoạn vai trục d=30mm
2.5.5.3. Kiểm nghiệm then
o Dựa theo bảng 9.1 (TTTK), chọn kích thước then b× h theo tiết diện lớn nhất của trục.
o Chọn chiều dài lt của then theo tiêu chuẩn: lt = (0,8÷0,9)lm
o Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt then bằng σd= 2T
d lt(h−t1)≤[σd] ; τc=dl2T
tb≤[τc]
Với- [σd]=100MPa(tra bảng 9.5(TTTK)) : ứng suất dập - [τc]=40÷60MPa : ứng suất cắt tính toán
Bảng 2.7. Thông số trục T T r ụ c Đường kính lm lt b h t1 σd τc T 20 35 30 6 6 3,5 58,8 24,5 44095 30 50 43 8 7 4 22,8 9,8 44095 2.5.5.4. Kiểm nghiệm độ bền trục a) Tính toán độ bền nghỉ :
s=√ssσσ2.s+sττ2
≥[s] 10.18, [2] Trong đó: sσ : hệ số an toàn chỉ xét theo ứng suất uốn
sτ : hệ số an toàn chí xét riêng ứng suất xoắn s : hệ số an toàn
[s] : hệ số an toàn cho phép [s] = Giá trị sσ, sτ được xác định bằng công thức:
sσ= σ−1 Kσσa εσβ +ᴪσσm sτ= τ−1 Kττa ετβ +ᴪττm
o Với :σ−1, τ−1 : là giới hạn mỏi uốn và xoắn với một chu kỳ đối xứng Ta lấy : {σ−1=0,436σb=258N/mm2
τ−1=0,58σ−1=150N/mm2
σa, σm, τa, τm : biên độ và giá trị trung bình của ứng suất
Do trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng. σa=σmax=WM ;σm=0 với W là momen cản uốn
Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất xoắn biến đổi theo chu kỳ mạch động :
τa=τm=τmax
2 =2Tw0 với w0 là momen cản xoắn
o ψσ=0,05;ψτ=0 : Hệ số ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi của vật liệu
o ɛσ;ɛτ : Hệ số kích thước ( bảng 10.4.[2]) β=1,7 : Hệ số tăng bền bề mặt β
Trục
Xét tại tiết diện nguy hiểm nhất B-B
o M = 55883 N.mm , T= 10232 N.mm Đường kính trục db-b = 25
W =π d323−bt(dd−t)2 = 1929,65 (mm3), W0 = π d163−bt(d−t)2 d = 4580,37 (mm3) ⇒{ σa=WM=1929,65129996=67,37N/mm2 τa=2Tw 0=2.4580,3744095 =4,81N/mm2 Ta chọn = 0,88, và = 0,81 bảng 10.10 Ta chọn hệ số ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất đến độ bền mỏi
= 1,76; = 1,54. Bảng 10.10, [1] ⇒ {sσ= σ−1 Kσσa εσβ +ᴪσσm = 258 1,76.67,37 0,88.1,7 +0,05.0 =3,26 sτ=K τ−1 ττa ετβ +ᴪττm =1,54.4,81150 0,81.1,7 +0 =27,88 o ⇒ s= sσ.sτ √sσ2+sτ2 = 3,26.27,88 √3,262+27,882=3,24≥[s]=(1,5÷2,5)
Như vậy tiết diện tại c-c đảm bảo độ an toàn cho phép.
b) Tính toán độ bền tĩnh:
Để đề phòng trục bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc bị gãy khi quá tải đột ngột, ta cần kiểm nghiệm trục theo điều kiện bền tĩnh:
Công thức: σtd=√σ2+3τ2≤[σ] Trong đó:σ=M W=σa ;τ=WT 0 =2τa; [σ]≈0,8σch=0,8.340=272MPa Trục o σtd=√σ2+3τ2=√67,372+3(2.4,81)2=69MPa≤[σ]=272Mpa
Kết luận: trục thỏa mãn hệ số an toàn về điều kiện bền mỏi và điều kiện bền tĩnh
2.5.6. Chế tạo Khung và môt số bộ phận khác : 2.5.6.1. Khung máy
Chế tạo bằng thép C45 trên khung được khoan các lỗ để lắp các chi tiết
Hình 2.9. Khung máy
2.5.6.2. Chọn dao thái
Lưỡi dao và trục dao đảm bảo độ cứng .Nếu không trong quá trình cắt dao dể bị lệch .Nên chọn vật liệu làm dao là thép Cr0585CrV
Hinh 2.10. Lưỡi dao sau khi chế tạo
Lưỡi dao dày tâm 5mm, có Rmax=400mm Rmin=300mm Trục dao cao 10mm R=150mm;
Hinh 2.11. Tấm kê dao
2.5.6.4. Trục dao: Vật liệu thép 45
2.5.6.5. bộ phận cấp liệu vào: Lô cuốn được chế tạo từ thép ống đường kính 140mm
Hinh 2.12. Bộ phận cấp liệu vào
2.5.6.6. hệ thống truyền động : a. Đai thang: B64 với L=1700
Hình 2.13. Đai
b. bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
Hình 2.14. Bánh răng trụ
c. Bánh răng côn răng thẳng :
Hình 2.15. Bánh răng côn
2.6. MÁY SẤY2.6.1. Vật liệu ẩm 2.6.1. Vật liệu ẩm
Vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy là vật liệu có khả năng chứa nước hoặc hơi nước trong quá trình thành hình. Ví dụ như các loại nông sản, thực phẩm, gỗ,…
2.6.2. Độ ẩm vật liệu
Các loại vật liệu trước khi sấy điều chứa một lượng nước hay hơi nước nhất định, trong quá trình sấy thì không khí nóng (lạnh) sẽ làm lượng nước bốc hơi và thoát ra khỏi vật liệu làm độ ẩm của vật liệu sẽ giảm xuống. Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi nhiệt độ và độ ẩm của nó.
2.6.2.1. Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứ trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. ký hiệu: W0. Ta có:
W0=Gn
Gk100(%) (2.1)
Trong đó: + Gn – khối lượng ẩm chứ trong vật liệu (kg) + Gk – khối lượng vật khô tuyệt đối (kg)
Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật ẩm. ký hiệu: w. Ta có:
w=Gn
G 100(%) (2.2)
Trong đó: G – khối lượng vật ẩm: G=Gn+Gk (kg) Quan hệ giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm toàn phần:
W0= w
100−w100(%)
2.6.2.3. Độ ẩm cân bằng
Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó. Khi đó vật sẽ đạt trạng thái cân bằng không tiếp tục hút hay nhả ẩm được nữa được ký hiệu là: Wcb
Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng để xác định giới hạn quá trình sấy và độ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện môi trường khác nhau.
2.6.3. Các phương pháp sấy 2.6.3.1. Sấy tự nhiên: 2.6.3.1. Sấy tự nhiên:
Sấy tự nhiên là phương pháp sấy ứng dụng năng lượng tự nhiên như của mặt trời, gió,…để làm khô giảm ẩm vật liệu, ưu điểm của phương pháp này là không tốn kém nhưng nhược điểm là không thể chủ động sấy khi cần thiết mà phải phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên của thời tiết. Ngoài ra phương pháp này còn cần một không gian mặt thoáng rộng lớn để trải đều nông sản phơi sấy.
2.6.3.2. Sấy nhân tạo:
Có nhiều loại sấy nhân tạo như: - Sấy thăng hoa
- Sấy không khí nóng - Sấy bơm nhiệt - Sấy lạnh,…
Sấy bơm nhiệt là sử dụng hệ thống bơm nhiệt kết hợp với bộ cấp nhiệt phụ, hệ thống hút ẩm để có thể điều chỉnh chính xác nhiệt độ sấy và độ ẩm không khí sấy cần cung cấp cho buồng sấy, hệ thống bơm nhiệt được sử dụng
nhằm làm không không khí sấy trước và tận dụng nguồn nhiệt để làm nóng dòng không khí sau đó được quạt thổi tuần hoàn qua buồng sấy để làm khô vật liệu. Điều quan trọng của phương pháp này là làm khô hoàn toàn không khí trước khi sấy và sau khi trở lại buồng sấy giúp vật liệu khô nhanh hơn.
Hình 2.16. Buồng sấy
Ở đây khi sản xuất tinh dầu xả chanh cầ sấy sả héo nhanh và giữ được mùi sản phẩm lâu nên máy sấy thích hợp là sấy bơm nhiệt và chỉ cần sấy héo nên nhiệt độ thấp của máy sấy bơm nhiệt từ 10 – 60 độ C là thích hợp.
Cấu tạo của máy sấy bơm nhiệt:
Máy sấy bơm nhiệt có cấu tạo khá giống máy lạnh nhưng hoạt động hoàn toàn ngược lại đầu ra ở đây cần không khí nóng nên dàn ngưng tụ sẽ đặt trước buồng sấy
Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược với các quá trình chính như sau:
Hình 2.17. Đồ thi T-S, P-i
1 – 2: quá trình nén hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao và nhiệt độ cao trong máy nén hơi. Qúa trình nén là đoạn nhiệt.
2 – 3: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt cho môi trường.
3 – 4: quá trình tiết lưu đẳng entanpi (i3 = i4) của môi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp.
4 – 1: quá trình bay hơi đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, thu nhiệt của môi trường lạnh.
Mục đích sử dụng chính của bơm nhiệt là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ.
Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt ở máy lạnh:
Hình 2.18. Chu trình máy sấy
MN: Máy nén, NT: Thiết bị ngưng tụ, TL: Van tiết lưu, BH:thiết bị bay hơi l: Công tiêu tốn cho máy nén; qo: Nhiệt lượng lấy từ môi trường.
qk: Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ. Nguyên lý hoạt động:
Không khí bên ngoài môi trường được quạt hút vào với một lượng gió sau đó qua các con điện trở gió nóng lên. Khi đó khối lượng khí nóng này được dẫn qua lưới đến vật liệu sấy mang theo nước của vật liệu thoát ra. Quy trình có thể tiếp tục đến thời gian nhất định vật liệu sẽ mất gần như sạch nước khi đó ta kết thức quá trình sấy vật liệu sẽ mất gần như sạch nước khi đó ta kết thúc quá trình sấy vật liệu hoặc đến độ ẩm ta mong muốn ta dừng lại.
Ưu nhược điểm của máy - Ưu điểm của máy:
+ Khay nhỏ, gọn dễ di chuyển nhờ các bánh xe bố trí bên dưới +Thao tác điều chính thông số dễ dàng , nhanh chóng
-Nhược điểm
+Lưu lượng tác nhân sấy phân bố không đồng đều
+Bố trí máy quá thấp khó lấy vật liệu và đưa vật liệu sấy vào +Tổn thất nhiệt qua vách
2.6.4. Tính toán quá trình sấy:2.6.4.1. Vật liệu sấy: 2.6.4.1. Vật liệu sấy:
Ở đây ta chọn vật liệu sấy là cây sả chanh, sả chanh là cây thân cỏ thường mọc thành bụi rậm cao khoảng 80 – 150 cm. Thân sả hình tròn được bao bọc bởi các bẹ lá ôm vào nhau gốc màu tím và phần củ phình to ra nổi lên trên mặt đất
Độ ẩm ban đầu của cây sả nằm khoảng 65% sau đó sẽ sấy đến khi độ ẩm đạt khoảng còn 50% so với ban đầu thì sẽ thích hợp.
Độ ẩm đầu: W1=65% Độ ẩm cuối: W2=50%
Chọn một mẻ sấy khoảng 250kg ( đầu vào khoảng 1 tấn chia làm 4 mẻ sấy) Thì khối lượng sả héo sau khi sấy là :
G1 = G2.(100−w2)
100−w1 = G2100.(100−−6550)= 250 kg/mẻ Suy ra: G2=175kg/mẻ
Ta chọn tác nhân sấy là không khí với các thông số sau: * Thông số ngoài trời
Theo tài liệu, thông số trung bình trong năm của không khí tại Tp. Hồ Chí Minh:
- Nhiệt độ trung bình: T = 32 0C. - Độ ẩm trung bình : φ0 = 73 %.
* Thông số không khí trước khi vào thiết bị sấy
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra thiết bị sấy:t = 450C. Tốc độ gió là 3,5 ¿ 4 m/s. Ta chọn ω= 3,7 m/s.
* Thông số không khí sau thiết bi sấy:
Thông số không khí sau thiết bị sấy phải cao hơn nhiệt độ đọng sương của không khí để tránh hiện tượng đọng sương trong buồng sấy.
Từ điểm có Tk= 32 0C và φ0 = 73 % dựa vào đồ thị I-d ta dóng theo đường d = const ta có ts = 27.5 0C.
Nhiệt độ tác nhân sấy sau thiết bị sấy được chọn sao cho nó phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương. Ta chọn t3 = 40 0C.
* Thông số không khí sau dàn lạnh - Nhiệt độ: chọn t = 10 0C.
- Độ ẩm tương đối:
Quá trình làm lạnh trong dàn lạnh thường đạt đến trạng thái bão hòa nên nhiệt độ không khí sau dàn lạnh có thể lấy φ1 = 100%.
* Thời gian sấy: chọn t = 0.5h
2.6.4.2. Tính toán kích thước buồng sấy
Hình 2.19. Khung Năng suất buồng sấy: Gb= G1 = 250 kg/mẻ.
Thể tích buồng sấy:
Vh= Gb ρm.kV, m3.
Trong đó: + ρm: Khối lượng riêng của vật liệu sấy, ρm = 350 kg/m3. (Khối lượng riêng của sả khi thái lát dài ~ 1 cm là : 350 kg/m3)
+ KV : Hệ số điền đầy. Kv = (0,4¿0,5). Ta chọn KV = 0,4. Thay vào ta tính được Vh = 1,785 m3.
- Thể tích toàn bộ buồng sấy:
V = Vh + ∆V, m3.
Trong đó: ∆V - Thể tích của các khảng trống của kênh gió và các không gian đặt quạt và các thiết bị sấy, m3. ΔV= (30 ¿ 40%)V.
Ta chọn ∆V = 0,4.V = 0,4.1,785 = 0,714 m3. Vậy thể tích buồng sấy là: V = 2,5 m3.
Với V đã tính toán được, ta chọn các kích thước của buồng sấy: Dài¿ Rộng ¿ Cao là:
L¿B¿H = 1,5¿1,2¿1,33 m3.
2.6.4.3. Đồ thị I-d
Hình 2.20. Đồ thị I-d Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời.
Điểm 1: Trạng thái không khí sau dàn lạnh. Điểm 2: Trạng thái không khí sau dàn nóng. Điểm 3: Trạng thái không khí sau thiết bị sấy. Điểm 4: Trạng thái không khí trong dàn lạnh.
1-2: Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm trong dàn nóng. 2-3: Quá trình sấy đẳng Entanpi trong thiết bị sấy.
3-4-1: Quá trình làm lạnh không khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh.
2.6.4.4. Tính toán quá trình sấy
a) Các thông số tại các điểm nút 1) Điểm 0:
- Nhiệt độ: t0 = 32 0C.
- Độ ẩm tương đối: φ0= 73%.
- Phân áp suất bão hoà của hơi nước: Theo công thức dạng Antoine ta có:
= exp (12 - 235.54026.42+32¿ = 0,0472 bar - Dung ẩm của không khí:
d0 = 0,621. φ0. Pbo
B−φ0. Pbo (3.2)
Trong đó:
B: áp suất khí trời. Lấy B = 745750 = 0,993 bar.
Thay vào công thức ta tính được d0 = 0,022 kg/kgkkk. - Entanpi của không khí ngoài trời:
I0 = 1,004.t0 + d0(2500 + 1,842.t0) (3.3) = 1,004.30 + 0,022.(2500 + 1,842.32) = 86,41 kJ/kgkkk. 2) Điểm 1: - Nhiệt độ : t1 = 10 0C. - Độ ẩm tương đối : ϕ1 = 100%. - Phân áp suất bão hoà:
Với t1 = 10 0C, thay vào công thức (3.1) ta có pb1= 0,0123bar. - Dung ẩm của không khí:
Thay t1, φ1 vào công thức (3.2) ta có:
d1 = 0,621. 0,9931.0,0123−1.0,0123= 0,00779 kg/kgkkk. - Entanpi:
Thay các thông số của điểm 1 vào công thức ta có: