Tính toán thiết kế máy xay nhuyễn

- Ý kiến khác:

3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn về việc SV bảo vệ trước Hội đồng:

6.2 Tính toán thiết kế máy xay nhuyễn

6.2.1 Tính toán dao xay [10]

6.2.1.1 Chọn hình dạng dao xay

Chọn loại dao thái thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện thực tế, giá thành thấp, dễ chế tạo, tháo lắp, mài, điều chỉnh và sử dụng.Đồng thời lực tác dụng lên trục tải trọng phải đều.

Do tính chất của thịt là xay theo mẻ nên ta chọn dao có hai loại dao thẳng và dao cong.

Để cắt thịt, cá người ta thường dùng các loại dao như trên Hình 3.1 Tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu, tính chất cơ lý và cấu trúc của chúng, chất lượng cắt và hình dạng sản phẩm nhận được sau khi cắt mà lựa chọn dạng dao, góc mài dao, độ sắc, độ dày của dao cho thích hợp.

Để phân chia vật liệu theo mặt phẳng thành những mẩu miếng có kích thước xác định người ta thường dùng dao đĩa (hình 3.1a,b) và dao lưỡi cưa (hình 3.1e,f). Dao đĩa thường được lắp trên trục quay, người ta cũng có thể lắp nhiều đĩa dao song song, khi đó với cùng một lần cắt nguyên liệu được phân chia thành nhiều phần. Dao lưỡi cưa thường được liên kết với cơ cấu truyền động tay quay-thanh truyền hoặc bánh lệch tâm để thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại.

Để băm nhuyễn thịt cá người ta thường dùng các loại dao cong (hình c,d). Các loại dao này được lắp thành hàng trên trục qua.

Dao cong có ưu điểm hơn dao thẳng, càng về cuối quá trình góc trượt càng tăng, hiện tượng cắt trượt tốt.Tải trọng tác dụng vào trục máy của dao cong tương đối đều đặn hơn dao thẳng nên ta chọn dao cong.

Hình 6.10. Các loại dao cắt

a) Dao đĩa răng; b) Dao đĩa trơn; c, d) Dao cong; e,f) Dao lưỡi cưa

6.2.1.2 Độ sắc của cạnh lưỡi dao

Hình 6.11. Độ sắc lưỡi dao

Độ sắc của lưỡi dao được đo bằng bề dày s của cạnh sắc lưỡi dao

smin  20  40m

Nếu s  100m thì dao cùn, cắt thái khó khăn. Độ sắc của lưỡi dao lớn thì áp suất

riêng q tăng.

Q  s. c

 c : Ứng suất cắt của vật thái

Đối với thịt xay thì ta chọn trong khoảng cho phép Smin  20  40m để quá trình xay được thuận lợi hơn.

6.2.1.3 Thiết kế dao

Chiều dài dao ảnh hưởng tới năng suất máy, qua thực tiễn ta thấy năng suất máy 8kg/mẻ thì có công suất máy khoảng 5Hp.

Thông số ban đầu:

 Đường kính vòng quay của dao D=0,20m

 Áp suất cắt thái riêng q= 2,27 N/cm

 Độ sắt của lưỡi dao, máy xay : smin  20  40m

 Bề dày của lưỡi dao: S=2mm

 Ta có 4 dao: Ta có:

ω = 2π.n= = 172,7 rad/s Vd = R = = 1727cm/s

=17,27m/s

ω: là tốc độ góc của dao Vd : là vận tốc của dao n:là số vòng quay

 Lực cắt thái:

Áp suất cắt thái riêng: q= 2,27N/cm

Chiều dài làm việc của dao cũng là chiều dài dao: L=8 cm Lực cắt thái:

Q=q.L= 2,27.8=18,16(N)

Lực cắt thái với hệ số an toàn bằng 2 P= 2.Q=2.18,16= 36,32 (N)

 Lực ma sát

Ta có thể tích chả là: Vt = = 8,8/1,1 = 8 (Lít)

Mt là khối lượng trả lớn nhất có trong máy Mr là khối lượng riêng của thịt 1,1kg/dm3 Thể tích thùng phần chứa chả

V =.h => h= = = 15,07 (cm)

Ta có áp lực của dao tác dụng lên chả làm cho chiều cao chả tăng lên cộng với thể tích của dao xay ta cho h bằng 20 cm.

Hình 6.12. Dao xay Ta có diện tích tam giác

Có chiều dài các cạnh là a = 100 mm, b = 85 mm, c = 33mm Cung tròn 1, 2 có R = 110 mm Cung tròn 3 có R = 20 mm P = = = 109 mm

St = =

Diện tích cung tròn 1

a = 100 mm => α = 54,07 S1= ()= ( = 810,49mm2

Diện tích cung tròn 2

b = 85 mm => α = 45,46 S2= ()= ( = 488,03 mm2

Diện tích cung tròn 3

c = 33mm => α = 111,18 S3= (α – sinα ) = ( = 201,60mm2

Sd= St + S1-S2-S3= 1337,66 +810,49- 488,03 - 201,60= 1458,52mm2 Do quá trình gia công có thể có sai số ta cho

Diện tích bề mặt của dao xay là gần bằng : s=15cm2

Mà ta có là 4 dao khoảng cánh giữa dao 1,2 và dao 3,4 là 4 cm và từ đáy thùng tới dao là 2 cm. Áp lực thịt tác dụng lên dao là N có phương vuông góc với dao chiều hướng xuống.

Thể tích thịt gây áp lực dao 1,2

V12=s.h12= 2(15.18)= 540cm3 =>V12= 0,54(lít) M1= V12.Mr=1,1.0,54=0,594kg =>N12=5,94(N) Thể tích thịt gây áp lực dao 3,4

V34= s.h34=2(15.14) = 420cm3 =>V12=0,42(lít) M3= V34.Mr= 1,1.0,42 = 0,462(kg) =>N34= 4,62(N)

N= N12+ N34 =5,4 + 4,62 = 10,56(N) V12:Thể tích thịt tác dụng lên dao 1, 2 V34:Thể tích thịt tác dụng lên dao 3, 4

h12: Chiều cao từ bề mặt dao 1, 2 tới bề mặt thịt h34: Chiều cao từ bề mặt dao 3, 4 tới bề mặt thịt

Hệ số ma sát của thịt với nguyên liệu làm dao gần bằng:f=0,407 Ta có F là phản lực tác dụng lên dao

Lực ma sát tác dụng lên dao: F= N.f= 10,56.0,407 = 4,3(N) Chiều dài dao

D =d1+d2= 8+ 10 = 18(cm) D : là chiều dài đoạn trục trong thùng

d1: là chiều dài đoạn có gắn lưỡi dao

d2: là chiều dài đoạn dao để lấy dao ra khỏi thùng

6.2.1.4 Vật liệu làm dao

Thép Cr-Ni với tổ chức một phautennit có đặc điểm sau:

 Chống ăn mòn cao: ổn định trong sông nước, trong hơi nước, bảo hòa và nhiệt luyện. Crôm có tính oxi hóa cao ở nhiệt độ cao.

 Tính công nghệ tốt. có tính dẻo cao

 Cơ tính đảm bảo: trạng thái biến cứng có độ bền cao =1000N/mm2.

6.2.2 Tính toán và chọn động cơ điện

6.2.2.1 Năng suất máy xay [11]

Máy xay làm việt gián đoạn, năng suất máy xay được tính theo công thức: Trong đó:

m = 8,8 kg (khối lượng 1 mẻ xay) Q =

Mr: khối lượng riêng của hỗn hợp thực phẩm (kg/m3)

Mt: khối lượng thể tích chiếm chỗ nhưng do chả là một khối nên hầu như không có khoảng không gian bên trong nên Mt = Mr

V = = = 0,008 (m3)

T=t1 + t2 + t3 =2 + 2 +1 = 5 (phút)

t1: thời gian cần thiết để xay sản phẩm (phút) t2: thời gian tháo và nạp sản phẩm (phút) t3: thời gian cho phụ gia, phụ liệu vào : hệ số sử dụng dung tích thùng chứa Q = = = 105,6(kg/h)

6.2.2.2 Tính toán động cơ [10]

Tính moment cắt thái tác dụng lên trục Mct = +F. = +4,3. = 14.96 (Nm) Công suất lý thuyết:

Nlt = = = 2.58(kW) Tính chọn động cơ điện

=Ndc= = = 2.6(kW) : là hiệu suất của ổ bi

6.2.2.3 Lựa chọn động cơ

Đối với phụ tải không có yêu cầu điều chỉnh tốc độ, mômen khởi động không lớn, máy chủ yếu phục vụ cho cơ sở vừa và nhỏ nên ta chọn động cơ 1 pha. Động cơ dễ vận hành và giảm các thiết bị điện kèm theo so với các loại động cơ khác.

Khi chọn động cơ phải chọn sao cho sử dụng được gần hết công suất (thông thường chọn công suất động cơ bằng 1,4 lần so với công suất tải đặt lên trục động cơ)

Ntt =Ndc.1,4= 2,6.1,4 = 3,64 (kW ) ;Ntt= 5 (Hp) Ntt: Công suất động cơ thực tế

Điện áp của động cơ nên chọn điện áp phù hợp với điện áp lưới điện.

Chọn các thiết bị bảo vệ kèm theo như tủ điện đóng cắt phù hợp công suất động cơ, cấp bảo vệ nổ, làm việc có độ tin cậy cao.

Môi trưòng làm việc ẩm, có nhiều bụi nên chọn động cơ kiểu kín cấp bảo vệ.

6.2.3 Thùng chứa nguyên liệu

Ta có thể tích thịt :Vt= 8 (lít)

v1=s1. d1= 4 22.8= 402.12 (cm3) => v1= 0,402 (lít)

v1 : thể tích trục có gấn dao

v2= s2 .d2 = .22.10= 125.7 (cm3) => v2= 0,127 (lít)

v2: thể tích trục phần không gấn dao

vtrục= v1 + v2=0,402 + 0,127 = 0,529 (lít)

vthuc= vtrục + Vt = 0,529+ 8 = 8,529 (lít)

vthuc:thể tích chiếm chỗ của chả và trục Ta có thể tích của dao không đáng kể

Vậy ta chọn thể tích của thùng chọn hệ số 2 và làm tròn vậy ta lấy thể tích là

vthùng =17 lít

vthùng =sthùng*hthùng => hthùng = = = 30 (cm)

Tính nhiệt tỏa ra trong quá trình xay thịt cá do ma sát. Quá trình ma sát biến đổi cơ năng thành dạng năng lượng khác nhưng chủ yếu là thành là nhiệt năng.

Công suất máy biến động năng thành nhiệt năng Mms= F. = 4,3. = 0,43 (N)

Nms= = = 0,075 (kW)=>Nms = 75 (W) Nms: công suất máy do ma sát

Mà từ W đổi sang J ta được 1W =1(J/s) Mà ta có thời gian xay là 2 phút bằng 120s Q = s. Nms = 120.75 = 9000 J

Q: là nhiệt lượng tạo ra

Bảng 6.20. Thành phần các chất trong thịt Thành phần Thịt Protein 20 Lipid 3 Carbonhydrate 1 Tro 1 Nước 75

Thịt khoảng 70-80% là nước còn lại là các thành phần khác ( protein, lipid, carbohydrate, tro…) là chất khô ta chọn 80% vì sau còn cho thêm một số phụ gia mới thành chả.

C = An+Bck = 0,8 + 0,2.0.32 = 0,864 ( kCal/kG0C) => C = 3615 (J/ kG) [12] C: Nhiệt dung riêng của chả

Nhiệt độ tăng lên

Nhiệt độ ban đầu khoảng 280C

Q = m.C (t2 – t1 ) => = = = 311. 10-3 = 0,3110C

t1: Nhiệt độ ban đầu 0C

t2: nhiệt độ lúc sau 0C

Nhiệt độ tăng lên không đáng kể vậy ta có nhiệt độ bên trong thùng là gần bằng ban đầu.

Nhưng trong quá trình xay thì nhiệt độ thấp làm cho thực phẩm không bị biến tính vì vậy ta cần thiết kế có thùng chứa đá bên ngoài,

Nhiệt độ bên trong thùng giảm từ 28 xuống 23và máy xay làm đảo thịt liên tục nên ta cho nhiệt độ mỗi chỗ trong thùng đều bằng nhau.

Nhiệt lượng mất đi do quá trình truyền nhiệt từ trong ra ngoài. Qtỏa= m.C .(t2-t1)= 8.3615.(28 – 23 ) = 144600 (J)

Qthu : nhiệt lượng thu vào

Ta chọn thể tích thùng chứa nước đá bằng 10 lít

Thể tích thùng bên ngoài ta cho chiều cao của nước đá bằng chiều cao của chả bên trong thùng

Vt=Vngoài + Vthùng = 10 + 16 = 26 (lít) St = = = 866,7 (cm2)

St = => r = = 16,7 (cm2)

Vậy ta khoảng cách từ vách thùng trong tới vách ngoài là 3,6 ta cho bằng 4 (cm) Chọn vật liệu làm thùng:

Một trong những vật liệu phổ biến dùng làm bồn chứa là thép không rỉ 304 (thường gọi là inox 304). Inox 304 làm việc được trong các môi trường khí quyển sạch, nước ngọt, khí quyển công nghiệp, khí quyển biển, môi trường hóa học yếu, môi trường oxy hóa.

Ta có khối lượng riêng của inox 304 là7,8 tấn/m3

6.2.4 Tính toán trục xay [13, 14]

Tính đường kính trục Tính hệ số tính toán

C = = =124 ta lấy C = 125

Ta có [t] ≈ 20÷30MPa nếu sử dụng thép CT45 làm trục Momen xoắn

T = = = 210067,88 N.mm Ứng suất xoắn sinh trong trục

Tính đường kính trục d = C = =17,13 (mm)

w0: Momen cản xoắn của trục (mm3) d: Đường kính trục (mm)

t: Ứng suất xoắn sinh ra trong trục (MPa) T: Momen xoắn (N.mm)

C: Hệ số tính toán

Kết luận: chọn đường kính trục là 20mm

6.2.5 Thiết kế khung và các bộ phận hỗ trợ

6.2.5.1 Bộ phận đảo trộn chả xay

Ta có đường kính là d = 4 (mm)

d là đường kính vật liệu inox Dht= 30 (cm)

Dht: là đường kính của hình tròn

Nó là khối trụ hai hình tròn ở hai đầu và được chống bằng 5 cây inox Vật liệu chế tạo có thể dùng inox giống như vật liệu chế tạo thùng chứa chả

6.2.5.2 Chọn ổ bi [13]

Ta chọn ổ bi tròn

Tải trọng thuộc dạng II hình 10.28 trang 175 LHE=0,25.36000 = 9000

L=60.10-6.LHE.1650= 891

Vì vòng bi đặt vuông góc với trục nên ta có Q=P=ma=m=8,8.17,27=152(N)

C = Q. ≤ Cbang [15] C=152.≤ Cbang C=1462,64 ≤ 18000

Với d= 20mm chọn loại ổ có kí hiệu 36204 có đường kính trong là 20mm, Cbảng=18000 Có D = 47mm, bề dày = 14mm

6.2.5.3 Khung máy

Vật liệu chế tạo là inox 304 không rỉ Kích thước 530*360*360

Vậy ta có kích thước máy và khung 860*360*360

6.2.5.4 Chọn khớp nối [14]

Ta chọn khớp nối Trục Đĩa vì có cấu tạo đơn giản và kích thước không lớn lắm nên nối trục đĩa được dùng nhiều trong các ngành chế tạo máy

Khớp nối được tính toán theo momen tính: Tt= K.T

Tt: Momen xoắn tính toán T: Momen xoắn danh nghĩa K: hệ số tải trọng động T = = = 21067,88 N.mm

Tt= K.T = 1,5.21067,88 = 31601,8 Nmm ≤ Tbảng Ta có Tbảng là 250 Nm > 36,16 Nm

l = 80 mm D = 115 mm D2=50 mm D0= 85 mm

Bulong cỡ M10 số lượng 4 Khối lượng khớp nối 2,6kg

Dùng bulong có khe hở, lực siết V cần thiết với mỗi bulong V ≥ = = 929,5 N

D0: Đường kính vòng tròn qua các tâm bulong Z : Số bulong

f : Hệ số ma sát, có thể lấy 0,15÷0,2 Bulong kiểm nghiệm theo công thức σ = = = 10.7N/mm2 ≤ []k Tra bảng 9-3 (1) trị số []k với thép 35

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ MÁY XAY THÔ

7.1 Sơ đồ hoạt động [16]

Hình 7.13. Sơ đồ hoạt động máy xay thô 1: Động cơ 2: Hộp giảm tốc 3: Bộ truyền động đai 4: Phễu nạp 5: Trục vít ép 6: Khuôn ép 7: Thùng ép

7.2 Tính toán trục vít tải :

7.2.1 Chọn loại vít :

Có nhiều loại trục vít với các loại cánh xoắn khác nhau. Vì vậy tùy thuộc vào mục đích sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau mà ta chọn loại truc vít phù hợp.

Hình 7.14. Các dạng vít tải a. Cánh vít xoắn liền trục

b. Vít có cánh xoắn liên tục không liền trục c. Vít dạng lá liên tục

d. Vít có cánh xoắn dạng lá

7.2.2 Tính toán các thông số trục vít [16, 17]

Xác định năng suất :

Năng suất của vít tải được xác định theo công thức : = 47,1 . D2 . s . n .ρ. φ .c

n - số vòng quay của trục (vg/ph)

Số vòng quay của trục vít được xác định theo công thức thực nghiệm. n = , vg/ph.

 - Khối lượng riêng của vật liệu (t/m3 ):  = 1.1 t/m3

 - Hệ số điền đầy đối với vật liệu đã nghiền nhỏ chọn:  = 0,25 s - bước vít : s= 0.3 D [m]

c - hệ số xét đến độ dốc của vít tải so với mặt phẳng nằm ngang: c = 0,8 Bảng 7.21. Hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng

α 0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90

C 1 0,9 0,8 0,7 0,65 0,58 0,52 0,48 0,44 0,4 0,34 0,3

Bảng 7.22. Khe hở hướng tâm với máng vít giá trị λ.

Đường kính ngoài của vít D (mm). Số vòng quay vít (vg/ph). Đường kính trong của vít d (mm). Khe hở hướng tâm với máng vít λ (mm). Bề dày vít (mm). Hệ số chứa φ. 60 ÷ 250 400 ÷ 60 20 ÷ 80 6 ÷ 7 1 ÷ 3 0,3 ÷ 0,4 150 ÷ 250 300 ÷ 100 48 ÷ 80 4 ÷ 5 2 ÷ 3 0,9 ÷ 1 200 ÷ 300 5 ÷ 25 48 ÷ 80 8 ÷ 10 3 0,8 ÷ 0,9 200 ÷ 400 200 ÷ 80 100 ÷ 150 5 ÷ 6 3 0,4 200 ÷ 400 60 ÷ 20 80 ÷ 100 5 ÷ 6 3 0,4 250 ÷ 300 80 ÷ 60 48 ÷ 80 5 ÷ 8 4 0,6 ÷ 0,8 400 ÷ 600 300 ÷ 200 250 ÷ 300 10 ÷ 12 2 ÷ 3 0,3  Xác định đường kính ngoài trục vít: D

Hình 7.15. Đường kính trục vít Máy ép cần thiết kế công suất 100 kg/h: Q = 0.1 (tấn / h) D = ()2/5 Với: Q = 0.1 (t / h) n = (vòng/ phút)  = 1,1 t/m3  = 0,25 c = 0,8 S = 0.3 D [m] D == 0.0649(m) Chọn D = 65 mm  Số vòng quay trục vít: n n = = = 118 ( vòng/ phút)  Đường kính trong trục vít: d

Chọn: d = 30 mm

 Bước xoắn trục vít: s = 40mm

 Chiều dày cánh vít: h = ( 0,2-0,3).D

h = 0,2. 65 = 12 mm Chọn h = 12 mm  Chiều sâu rãnh vít: e

e = D/2 - d/2= 65/2- 30/2= 17,5 mm  Khe hở giữa trục và xi lanh:

 = (0,00020,005)D = 0,002D = 0,002.65 = 0,13mm  Chiều dài làm việc của trục vít lV :

lV = ti + e(m + 1)

m : số vòng xoắn của vít ép ( m = 6) e: chiều dày cánh vít

lV = 40.6 + 12.7 = 294 mm

 Mômen xoắn trên trục vít được xác định bởi công thức :

Mx= Fms.R Trong đó:

Fms : lực ma sát (N)

R : bán kính trong trục vít (m) Fms = Pmax.f.F N

pmax : áp suất lớn nhất tác dụng lên khuôn MN/m2 pmax = 6 MN/m2

f: hệ số ma sát đối với vật liệu dạng thịt: f = 0,407 F : diện tích phần lực tác dụng lên khuôn ép (cm) F =  = 3,14. = 2786 mm2

Vậy : Fms = 6.0,407.2786 ≈ 6803 N Và : Mx = 6803. 0,013 = 90 Nm