Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất
Ứng suất Ứng suất von Mises
40.777N/m2 Nút: 7177
167,839.953N/m2 Nút: 1172
Bảng 4.8 thể hiện ứng suất uốn của trục. Điểm ứng suất nhỏ nhất của trục là 40.777N/m2 ở nút 7177 và ứng suất lớn nhất là 167,839.953N/m2 ở nút 1172.
4.3.4.2 Tính tốn trục 2 (rulo trên)
Sơ đồ trục:
Hình 4.20: Sơ đồ lực tác dụng lên trục 2.
33 Xét Oyz:
Hình 4.21: Biểu đồ lực cắt và momen trục 2 theo phương Oyz.
Xét Oxz:
Hình 4.22: Biểu đồ lực cắt và momen trục 2 theo phương Oxz.
34 Bảng 4.9: Thông số trục 2. Chiều dài trục 1 (mm) Tiết diện Momen tương đương (N.m) Đường kính (mm) Chiều dài (mm) 294 A 48692.81 20 34 B 63982.66 25 9 C 122111.61 27 150 D 48692.82 20 9 B và D là 2 ổ lăn nên chọn dB = dD = 25 mm.
35
Mô phỏng kiểm nghiệm trục 2
Bảng 4.10: Chuyển vị của trục 2 khi có lực tác dụng.
Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất
Chuyển vị URES: Resultant Displacement (kết quả sự chuyển vị) 0.000mm Nút: 1 0.000mm Nút: 9348
Bảng 4.10 thể hiện sự chuyển vị của trục khi có lực tác dụng. Điểm chuyển vị lớn nhất là 0.000mm và điểm chuyển vị nhỏ nhất là 0.000mm.
36
Bảng 4.11: Ứng suất của trục 2 khi có lực tác dụng.
Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất
Ứng suất Ứng suất von Mises
754.919N/m2 Nút: 2930
80,808.625N/m2 Nút: 9417
Bảng 4.11 thể hiện ứng suất uốn của trục. Điểm ứng suất nhỏ nhất của trục là 754.919N/m2 ở nút 2930 và ứng suất lớn nhất là 80,808.625N/m2 ở nút 9417. 4.3.5 Tính tốn then Điều kiện bền dập và bền cắt 𝜎𝑑 = 2𝑇 𝑑𝑙𝑡(ℎ − 𝑡1) = 2 × 51229.9 20 × 18 × (6 − 3.5) = 113.844 ≤ [𝜎𝑑] 𝜏𝑑 = 2𝑇 𝑑𝑙𝑡𝑏 = 2 × 51229.9 20 × 18 × 6 = 47.435 ≤ [𝜏𝑐] Trong đó d, đường kính trục = 20 mm
T, momen xoắn trên trục, trục 1 = 48185 Nmm, trục 2 = 51229.9 Nmm lt = 18, b = 6, h = 6, t = 3.5
37 [σd] ứng suất dập cho phép = 150 Mpa [τC] ứng suất cắt cho phép = 60…90 Mpa
4.3.6 Chọn gối đỡ trục dưới
Chọn gối đỡ: UCP 203 Đường kính trục: 17mm Khoảng cách lỗ ốc: 95mm Chiều cao tâm trục: 30.2mm
Tính tốn kiểm nghiệm độ bền [phụ lục 6A].
Hình 4.23: Gối đỡ UCP 203. 4.3.7 Vịng bi 4.3.7 Vòng bi Chọn vòng bi: Mã vòng bi 6002. Đường kính trong (d): 15mm Đường kính ngồi (D): 32mm Độ dày vịng bi (T): 9mm
38
Hình 4.24: Vịng bi SKF. 4.3.8 Tính tốn thiết kế khung 4.3.8 Tính tốn thiết kế khung
Chọn vật liệu làm khung
Vật liệu dùng để làm khung là thép chữ L mác thép A36 kích thước (50x50x5mm). Là một trong những loại thép hình được sử dụng phổ biến trong kết cấu xây dựng và kết cấu chịu lực tại các cơng trình xây dựng cơng nghiệp cũng như dân dụng.
Đặc điểm của thép chữ L:
- Thép chữ L có thiết kế độ dài cánh ngắn hơn so với độ dài bụng nên có khả năng chịu lực và giữ cân bằng tốt.
- Có khả năng chống ăn mịn và oxy hóa cao. Giúp cho cơng trình ln giữ được vẻ đẹp thẩm mỹ và bền đẹp với thời gian.
39
Tính tốn lực tác dụng lên khung
Với khung đã thiết kế, ta chia làm các khung đơn giản để phân tích lực.
Giả sử tải trọng máy là 500 N phân bố đều ra các thanh vậy mỗi khung chịu lực phân bố đều 125 N, để đảm bảo độ vững, không bị lật, tăng thêm 10% lực dọc và thêm lực ngang = 3% lực dọc để tránh trường hợp va đụng khi máy đang chạy, ta có phân bố lực như sau:
Hình 4.26: Lực tác dụng lên khung.
Lực phân bố trên thanh BC: 𝑞1× 482 = 137.5 𝑁
Lực phân bố trên thanh AB: 𝑞2× 762 = 4.125 𝑁 ∑𝐹 𝑦 = −137.5 + 𝑅𝐴+ 𝑅𝐷 ∑𝑀 𝐷 = 137.5 × ( 482 2 ) − 𝑅𝐴 × 482 − 4.125 × (762 2 ) = 0 ⇔ {𝑅𝐴 = 65.489 𝑁 𝑅𝐷 = 72.011 𝑁 ∑𝐹 𝑥 = 𝐻𝐴− 4.125 = 0 ⟺ 𝐻𝐴 = 4.125 𝑁
40
Hình 4.27: Biểu đồ lực cắt và momen của khung.
Từ biểu đồ momen, biết được điểm nguy hiểm là tại E, do momen ở đó lớn nhất, để kiểm tra độ bền của khung cần tính độ biến dạng của khung tại điểm nguy hiểm.
Khung sử dụng vật liệu là thép có tiết diện chữ L với kích thước như sau:
Hình 4.28: Kích thước khung.
Tiết diện L có momen qn tính là 112502.741 mm4 và thép có modun đàn hồi là 200 Gpa, tính được chuyển vị của điểm E là 0.021 mm, chuyển vị này bé hơn rất nhiều so với mức cho phép nên khung đảm bảo được độ bền và cững vững.
41
Mô phỏng khung máy
Bảng 4.12: Chuyển vị của khung khi có lực tác dụng.
Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất
Chuyển vị URES: Resultant Displacement (kết quả sự chuyển vị) 0.000mm Nút: 2467 0.033mm Nút: 1970
Bảng 4.12 thể hiện sự chuyển vị của khung khi có lực tác dụng. Điểm chuyển vị lớn nhất là 0.033mm và điểm chuyển vị nhỏ nhất là 0.000mm.
42
Bảng 4.13: Ứng suất của khung khi có lực tác dụng.
Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất
Ứng suất Ứng suất von Mises
30.875 N/m2 Nút: 12285
5,730,742.500 N/m2 Nút: 16260
Bảng 4.13 thể hiện ứng suất uốn của khung. Điểm ứng suất nhỏ nhất của khung là 30.875N/m2 ở nút 12285 và ứng suất lớn nhất là 5,730,742.500N/m2 ở nút 16260.
43
4.3.9 Lập quy trình cơng nghệ
Quy trình cơng nghệ gia cơng trục rulo dưới
Nghiên cứu chi tiết gia công Bản vẽ chi tiết:
Hình 4.29: Bản vẽ chi tiết trục rulo dưới.
Trục rulo sẽ được chà nhám bề mặt nên có độ nhám ± 0.005 mm theo bảng 2.1 [11] ứng với cấp chính xác IT9.
Trục rulo là bộ phận quan trọng của máy lột vỏ nha đam, có nhiệm vụ ép chặt nha đam và đưa nha đam vào lưỡi cắt. 2 đầu trục được gắn với bánh răng truyền động và có gối đỡ, cần đảm bảo độ đồng trục. Bộ phận rulo dài 150 mm được chà nhám. Vật liệu làm trục sẽ là nhơm, phơi có ø 67.
Thiết kế trình tự gia cơng
1. Chọn chuẩn tinh thống nhất là lỗ tâm 2 đầu và chọn chuẩn thơ là mặt ngồi rulo. 2. Cắt phơi theo kích thước u cầu.
3. Cắt phôi dài 250 mm.
4. Gá đặt phôi đầu A sử dụng mâm cặp 3 chấu, khỏa mặt đầu và khoan lỗ chống tâm.
5. Tiện thô 1 đoạn dài để sau này kẹp cào mâm cặp. 6. Đổi đầu kẹp.
44
8. Cố định phôi bằng phương pháp chống tâm 2 đầu.
9. Dùng phương pháp tiện phối hợp để gia cơng mặt trụ ngồi rulo. 10. Sau đó dùng phương pháp tiện phân tầng để tiện các đoạn còn lại.
Trình tự gia cơng các bề mặt:
Ngun cơng chuẩn bị bao gồm vát mặt đầu và khoan chống tâm 2 đầu. Máy sử dụng, Takizawa TSL-550D. Bảng 4.14: Chế độ cắt từng nguyên công trục 1 [12]. Thứ tự ngun cơng Dao sử dụng Tốc độ trục chính (vịng/phút) Tốc độ cắt (m/phút) Chiều sâu cắt (mm)
Bước tiến dao (mm/vịng) 1 Tiện thơ mặt ngồi rulo HSS 1284 250 2.5 1 2 Tiện bán tinh mặt ngoài rulo HSS 1305 250 0.5 0.5
45 3 Tiện tinh mặt ngoài rulo HSS 1857 350 0.5 0.2 4 Chà nhám mặt ngoài rulo Giấy nhám P240 1857 5 Tiện thơ các đoạn cịn lại HSS 1284 250 22.5 1
46 6 Tiện tinh các đoạn còn lại HSS 1857 350 0.5 0.4
Quy trình cơng nghệ gia cơng trục rulo trên
Nghiên cứu chi tiết gia công Bản vẽ chi tiết:
Hình 4.30: Bản vẽ chi tiết rulo trên.
Quy trình gia cơng trục rulo trên tương tự như trục rulo dưới [phụ lục 7A].
4.3.11 Thiết kế vỏ máy
Vỏ máy là một chi tiết rất quan trọng khơng chỉ để tăng tính thẩm mỹ và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, tránh dầu nhớt bắn vào thực phẩm trong quá trình vận hành. Vật liệu được sử dụng làm vỏ máy không được rỉ sét.
47
Hình 4.31: Inox tấm 304.
4.4 Máy hồn thiện
48
CHƯƠNG V: THI CƠNG
Do tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp nên chúng em không thể làm máy như dự kiến. Để bù đắp lại việc khơng có sản phẩm thực tế, nhóm đã thực hiện video mơ phỏng để q thầy/cơ có một cái nhìn tổng quan hơn về đề tài của nhóm em. Dưới đây là kết quả mơ phỏng.
Trình tự tách vỏ nha đam:
- Nha đam được đặt lên băng tải. Sau đó băng tải sẽ có nhiệm vụ đưa nha đam vào cụm dao cắt vỏ mép.
- Trước khi nha đam đi vào cụm dao cắt mép sẽ qua cụm rulo ở đầu băng tải để ép một lực giúp dao cắt mép có thể cắt mép vỏ nha đam.
- Khi qua cụm dao cắt mép cặp rulo phía bên trong sẽ ép nha đam với một lực vừa phải qua 2 lưỡi dao cắt mặt.
49
CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Kết quả 6.1 Kết quả
Do tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp nên chúng em không thể làm máy như dự kiến. Dưới đây là kết quả thơng số máy tính tốn.
Hình 6.1: Máy thiết kế. Bảng 6.1: Thơng số máy thiết kế. Bảng 6.1: Thông số máy thiết kế. Kích thước tổng qt
(dài x rộng x cao)
Cơng suất động cơ
Công suất hoạt
động Điện áp
1448x568x985mm 0.8KW 2 tấn/h 220V
Từ những thơng số và kết quả tính tốn trên chúng em đã rút ra được một số ưu và nhược điểm của máy.
Ưu điểm: - Máy hoạt động ít gây ồn. - Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.
50
Nhược điểm:
- Máy chạy bằng cơ cấu đai thang nên cần kiểm tra thường xuyên. - Lưỡi dao chưa cắt được tối ưu nha đam có kích thước nhỏ. - Chỉ phù hợp với nhu cầu sản xuất quy mô nhỏ.
6.2 Đánh giá kết quả
Yêu cầu ban đầu Phương pháp sử dụng để kiểm
tra kết quả Đạt Chưa đạt
Thiết kế hệ thống tách vỏ nha
đam cơng suất 2 tấn/giờ Tính tốn x
Mơ phỏng lực Phần mềm Solidworks x
Mô phỏng máy Phần mềm inventor x
Thi công máy Xưởng gia công
Chạy kiểm nghiệm máy Xưởng gia công
6.3 Hướng phát triển đề tài
Nhóm sẽ kiểm tra lại q trình thiết kế, tính tốn sau đó hồn thiện và gia cơng sản phẩm. Cuối cùng là chạy máy để thử nghiệm.
Để thử nghiệm nhóm sẽ cấp nha đam vào máy liên tục trong vịng 1 phút. Sau đó rút ra được kết quả. Từ đó nhóm sẽ tính tốn và thu được kết quả khi máy hoạt động trong vòng 1 giờ.
Cuối cùng từ những kết quả thử nghiệm, nhóm sẽ tính tốn lại và đưa ra giải pháp chỉnh sửa để máy có thể đạt năng suất cao hơn như:
- Khi ép lá nha đam cơ cấu máy phải nâng lên hạ xuống nhiều lần do độ dày của từng lá nha đam khác nhau, dù sự chuyển vị này khá nhỏ, nó vẫn có khả năng gây ra tai nạn trật răng rất nguy hiểm. Để tối ưu nhóm sẽ thay đổi cơ cấu truyền động bánh răng thành bộ truyền có tính linh hoạt hơn như truyền động đai thang.
51
- Góc cắt của dao tách vỏ trên và dưới nhóm em sử dụng số liệu từ nghiên cứu đã có sẵn, chưa có kiểm nghiệm thực tế. Nhóm sẽ nghiên cứu thêm trong thực nghiệm để tối ưu góc cắt, đảm bảo phần vỏ lá nha đam có thể tách được tối đa, khơng để lại vỏ quá nhiều mà vẫn giữ lại được nhiều thạch nhất có thể.
- Khi sơ chế nha đam, công đoạn sau khi tách vỏ khỏi thạch thường là cắt hạt lựu, đây là 1 cơng đoạn có thể tích hợp thêm vào nên nhóm sẽ phát triển thêm cơ cấu cắt hạt lựu để máy có thể đạt năng suất cao hơn.
52
Tài liệu tham khảo
[1] Bách khoa tồn thư mở Wikipedia. https://vi.wikipedia.org/wiki/Lơ_hội [2] https://wana.com.vn/nguon-goc-dinh-duong-va-cong-dung-cua-cay-nha-dam/ [3] https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/aloe-vera-extracts-market [4] https://nongnghiep.vn/nha-dam-duoc-gia-nho-lien-ket-san-xuat-d261055.html [5] https://khcn.haui.edu.vn/media/29/uffile-upload-no-title29847.pdf [6] https://cambrian.en.alibaba.com/product/60645364789- 804708402/Aloe_vera_gel_making_304_aloe_peeling_machine_with_lowest_price .html?fbclid=IwAR0lV- 5WmyeDzHjmjmGU0ocBbJrhCGOAnDkTgYDO5MOzIOu9vPpbjhC4uAU [7] https://www.alibaba.com/product-detail/Stainless-steel-automatic-aloe-vera- leaf_60819613383.html?spm=a2700.7724857.normal_offer.d_image.1ad73023NC OR7Z&fbclid=IwAR2vQ6cvevEBl2KbszpcotzNQoiJPIVhb9XGGH1p94toPHVkD gX4Q9hkz30
[8] Hướng dẫn tính tốn băng tải – Nguyễn Văn Dự - 2011
[9]https://www.researchgate.net/publication/316024498_Design_development_and _evaluation_of_aloe_vera_leaf_gel_expulsion_machine
[10] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí – PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển.
[11] Hướng dẫn đồ án cơng nghệ chế tạo máy - Hồ Viết Bình-Phan Minh Thanh. [12] https://openoregon.pressbooks.pub/manufacturingprocesses45/chapter/unit-2- speed-and-feed/ và
https://www.youtube.com/watch?v=__A2xtLF0AUhttps://kythuatchetao.com/truye n-dong-dai/
53
PHỤ LỤC
Phụ lục A: Tính tốn thiết kế hệ thống tách vỏ nha đam 1 Tính tốn hệ thống băng tải
Lưu lượng lá nha đam vào máy tách vỏ: 2000 kg/h.
Kích thước trung bình của lá nha đam: dài x rộng x cao = 300 x 90 x 28mm. Lá lô hội phải chuyển động thẳng đứng.
Chọn chiều rộng băng tải B = 160 mm.
Góc băng tải phụ thuộc vào hình dạng và tính chất của lá nha đam. Vì lá nha đam lớn và có ma sát nhỏ nên chọn góc băng tải = 0.
Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển theo công thức (3) tài liệu [8]: A = K (0,9B - 0,05)2 Với: K = 0,0906 theo bảng 4 [10] B = 160 mm A = 0,0906x(0,9x0,16-0,05)2 = 8 cm2 Vận tốc băng tải:
Công suất yêu cầu Q = 2000 kg/h, vận tốc băng tải xác định bằng công thức (2) theo tài liệu [8]:
𝑉 = 𝑄 60𝐴𝛾𝑠=
2
60 × 8 × 10−4× 2 = 20 𝑚/𝑝ℎú𝑡
Với A = 8x10-4 diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển (m2)
= 2 khối lượng riêng tính tốn của khối vật liệu (tấn/m3)
54
Công suất băng tải theo công thức (4) tài liệu [8]:
P = P1 + P2 + P3 + Pt (KW)
Với:
P1 là công suất cần thiết để băng tải chạy ngang không tải P2 là cơng suất cần thiết để băng tải chạy ngang có tải
P3 là công suất cần thiết để chạy băng tải theo phương thẳng đứng có tải Pt là cơng suất cần thiết để truyền động lực bám
Băng tải nằm ngang P3 = 0, Pt = 0 P1, P2 được xác định như sau:
0 1 ( ).W. 6120 f l l V P 0 0 2 ( ). ( ).W . 367 6120 t m f l l Q f l l V P
f = 0,022 hệ số ma sát của ổ lăn đỡ con lăn, tra trong bảng 8 tài liệu [8] W = 0,2 x 15 = 7,5kg trọng lượng của con lăn băng tải
Wm = 1,2kg / m trọng lượng lá nha đam trên 1m băng tải V = 20 m/ phút tốc độ của băng tải
l = 1m chiều dài của băng tải theo phương ngang
lo = 66 chiều dài băng tải theo phương ngang có thể được điều chỉnh
𝑃1 =0.22 × (1 + 0.66) × 7.5 × 20
6120 = 9 𝑊
𝑃1 =0.22 × (1 + 0.66) × 1.2 × 20
6120 = 1.4 𝑊
55 Lực kéo trên băng tải theo công thức:
𝐹𝑃 =6120 × 𝑃
𝑉 =
6120 × 0.104
20 = 31.824 𝑁
Với:
P: Công suất truyền tải (KW) V: tốc độ của băng tải (m / phút)
Lực căng trên 2 nhánh băng tải theo công thức (13) (14) tài liệu [8]
1 1 p e F F e 2 1 p F F F Với: e: Số lôgarit
μ = 0,03 hệ số ma sát giữa đai và ròng rọc tra bảng 16 [8] θ = 180 ° = 3,49 (rad) góc giữa dây đai và rịng rọc
𝐹1 = 31.824 × 𝑒
0.03×3.49
𝑒0.03×3.49− 1= 320.144 𝑁
F2 = F1 - Fp = 288.32 N Lực căng đai tối thiểu:
Xác định lực căng nhỏ nhất giữ cho dây đai không trượt quá 2% khoảng cách giữa 2 con lăn.
Lực căng đai tối thiểu trên nhánh căng:
F4C = 6,25. lC (Wm + Wl) = 48.094 N Với lc bước các con lăn đỡ tải.