Chương 2 : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.3 Các phương án thiết kế
2.3.1 Phương án 1: Cắt dừa tươi bằng đồ gá
15
- Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, khơng tốn kém chi phí, giá thành thấp và dễ chế tạo + Nhỏ, gọn, dễ di chuyển và thích hợp với mơi trường làm việc
+ Đảm bảo an toàn khi thao tác máy - Nhược điểm:
+ Chưa có tính tự động hóa
+ Năng suất thấp, hiệu quả không cao chỉ phù hợp với kinh doanh nhỏ + Tính vạn năng của máy thấp
2.3.2 Phương án 2: Máy gọt vỏ dừa dùng motor
Hình 2.5: Máy gọt vỏ dừa tươi (nguồn internet). 2.4 Chọn phương án thiết kế 2.4 Chọn phương án thiết kế
- Dựa vào ưu nhược điểm và mục đích sử dụng cho sản xuất kinh doanh lớn. Nhóm em chọn phương án 2 “Máy gọt dừa tươi” để nghiên cứu chế tạo và thiết kế máy đem ứng dụng vào thực tiễn.
- Do thời gian có hạn và khối lượng nghiên cứu lớn nên đề tài chỉ tiến hành nghiên cứu, xác định các thông số cần thiết để Thiết kế, chế tạo máy gọt dừa tươi cho loại dừa xiêm có khối lượng 1,4 – 1,8 kg.
16
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Sơ đồ động Hình 3.1: Sơ đồ động Hình 3.1: Sơ đồ động 1. Bàn đạp 2. Trục chính 3. Bộ truyền đai 4. Động cơ điện
3.2 Phương pháp gọt vỏ dừa bằng motor
Để cắt gọt dừa đạt yêu cầu phục vụ cho sản xuất cần đưa ra các phương án cắt gọt cụ thể và phương án này đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Đảm bảo khả năng làm việc - Tính cơng nghệ cao
17 - Đảm bảo lắp ráp, chế tạo dễ dàng
- Giá thành hợp lý - An tồn khi sử dụng
3.3 Quy trình cơng nghệ gọt dừa
Quy trình gọt và cắt vỏ dừa được đề xuất như sau: trái dừa được cơ cấu định vị, định vị trên bàn chơng ở vị trí làm việc số 1, sau đó cơ bộ truyền đai cho bàn chơng xoay tròn 360o trái dừa chuyển sang vị trí số 2 để gọt vỏ thân dừa và dùng bàn đạp đẩy bàn chơng lên dao cắt phần chóp của trái dừa (vị trí số 3) . Cuối cùng chuyển sang vị trí số 1 cắt phần đáy trái dừa. Qua nghiên cứu công nghệ để gọt và cắt vỏ dừa được đề xuất như sau:
18
(1)
(2) (3)
Hình 3.2 :Quy trình cơng nghệ gọt dừa
Trái dừa Phân loại Cấp liệu bằng tay ( đặt dừa vào cụm định vị ) Gọt vỏ thân Gọt vỏ chóp
19
Hình 3.3 : Sơ đồ khối máy gọt dừa tươi
Máy gọt dừa được thiết kế với mục đích là để gọt và cắt vỏ dừa để phục vụ
cho nhu cầu sản xuất nên cần phải tự động hóa q trình gọt vỏ phần thân và phần chóp dừa. Tuy nhiên trái dừa nguyên liệu có dạng trịn xoay cho nên việc cấp ngun liệu (trái dừa) trên bàn chơng sẽ khơng chính xác sẽ gây khó khăn cho các cơng đoạn gọt thân, gọt chóp. Do đó cấp liệu, thu sản phẩm và cắt đáy sẽ được thực hiện bằng tay.
3.3 Phương hướng giải quyết 3.3.1 Gọt vỏ phần thân 3.3.1 Gọt vỏ phần thân
20
- Nguyên lý: Trái dừa xoay tròn đều. Cơ cấu trượt sẽ đẩy dao vào gọt vỏ thân. Sau khi hoàn thành quá trinh gọt vỏ thân cơ cấu trượt tịnh tiến về vị trí ban đầu.
1. Trục chính 2. Bàn chơng 3. Trái dừa 4. Lưỡi dao 5. Cơ cấu trượt
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý gọt phần thân dừa
- Ưu điểm:
✓ Thao tác dễ dàng.
✓ Giá thành hợp lý. - Nhược điểm:
✓ Cơ cấu trượt cồng kềnh.
3.3.2 Gọt vỏ phần chóp
- Phương án : Bàn chông sẽ chuyển động tịnh tiến lên dao gọt chóp
- Nguyên lý: Trái dừa xoay đều dùng bàn đạp đẩy trái dừa lên một khoảng S để dao gọt phần chóp . Sau khi hồn thành q trình gọt chóp trái dừa sẽ trở về vị trí ban đầu.
21
1. Bàn chơng 2. Trái dừa 3.Lưỡi dao 4. Trục chính
Hình 3.5: Sơ đồ ngun lý gọt phần chóp trái dừa
- Ưu điểm: ✓ Thao tác dễ dàng ✓ Gía thành hợp lý - Nhược điểm: ✓ Chưa được tự động 3.3.3 Cắt phần đáy
- Phương án :Dùng dao cắt đáy dừa.
- Nguyên lý: Trái dừa xoay đều, dao cắt đáy đi theo phương ngang một khoảng S để dao cắt vào đáy dừa. Sau khi hoàn thành cắt đáy đẩy đao cắt đáy về vị trí ban đầu.
22
1. Bàn chơng 2. Trái dừa 3.Lưỡi dao 4. Trục chính
Hình 3.6 : Sơ đồ ngun lý gọt phần đáy trái dừa
- Ưu điểm:
✓ Chế tạo đơn giản.
✓ Thao tác dễ dàng. ✓ Giá thành hợp lý. - Nhược điểm: ✓ Độ tin cậy thấp. Bảng 3.1: Kết quả các phương án TT Tên bộ phận Phương án
1 Cụm gọt thân Cơ cấu trượt tịnh tiến dao theo phương ngang. 2 Cụm gọt chóp Sử dụng bàn đạp
3 Cụm cắt đáy Dùng dao cắt đáy dừa.
23
Chương 4
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4.1 Chọn động cơ và phân bố tỷ số truyền 4.1.1 Chọn động cơ 4.1.1 Chọn động cơ - Moment đẳng trị : Mdt = P.D 2 = 300.1000.10−3 2 = 150 Nm. - Công suất đẳng trị : Pdt = Mdt.n 9550 = 150.120 9550 = 1,88 Kw - Hiệu suất chung của các bộ truyền : η = η1.η2= 0,96.0,995= 0,95 Trong đó:
η1= 0,96 - hiệu suất bộ truyền đai. η2= 0,995 - hiệu suất cặp ổ lăn. - Công suất cần thiết của động cơ :
Pct= 𝑃𝑑𝑡 η = 1,88 0,95 = 1,96 Kw - Chọn động cơ:4A100S4Y3: • Cơng suất: 3 Kw • Số vịng quay: 1420 (vịng/phút) • Hiệu suất: 82% • Tỉ số momen cực đại: 2,2 - Công suất thực đông cơ:
24
Pdc > Pct , 2,46 >1,96 => động cơ thỏa mãn điều kiện
4.2.2 Phân phối lại tỉ số truyền
• uchung = ndc nct = 1420 63,66 = 22,3 • nct = 60000.𝑉 𝜋.𝐷 = 60000.1 𝜋.300 = 63,66 v/p • ud = uc 5 = 22,3 5 = 4,46 - Công suất làm việc trên trục: PI = Pdt η1.η2 = 1,88 0,96.0,995 = 1,96 Kw Pdc = PI η1.η2 = 1,96 0,96.0,995 = 2 Kw - Tốc độ quay của trục: ndc = 1420 v/p nI = ndc ud = 1420 4,46 = 318,38 v/p - Momen xoắn trên trục:
Tdc = 9,55.106 . Pdc ndc = 9,55.106 . 2 1420 = 13450,70 N.mm TI = 9,55.106 . PI nI = 9,55.106 . 1,96 318,38 = 58791,38 N.mm
25
Bảng 4.1: Tổng hợp kết quả phân bố tỉ số truyền
4.2 Thiết kế bộ truyền đai
Số liệu đầu vào: Công suất P = 2 Kw
Số vòng quay: n = 1420 vòng/phút Tỉ số truyền: u = 4,46
4.2.1 Chọn loại đai
Dựa theo cơng suất và số vịng quay ta chọn đai loại O theo hình 4.13 trang 59 sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1.
p = 1200kg/m3 Chọn đai thang vải cao su có: E ∈ (100 ÷ 350)MPa - Thông số đai loại O:
bt = 8,5 mm b = 10 mm h = 6 mm y0 = 2,1 mm Động cơ Trục I Tỉ số truyền u 4,46 5 Công suất P (Kw) 2 Kw 1,96 Kw Số vòng quay n (v/p) 1420 v/p 318,38 v/p Moment xoắn T (N.mm) 13450,70 N.mm 58791,38 N.mm
26 A = 47 mm 2
- Chiều dài đai: L = 400 - 2500 mm d 1 : 70-140 mm Chọn d min = 70 mm
4.2.2. Xác định các kích thước và thơng số bộ truyền
Theo bảng 4.13 chọm đường kính bánh đai nhỏ d1 = 70 mm - Vận tốc đai:
v = π.v1.𝑑1
60000 = 𝜋.1420.70
60000 = 5,2 m/s < vmax = 25 m/s Theo cơng thức (4.2), với ε = 0,01 đường kính bánh đai lớn d2 = u.d1 ( 1- ε ) = 4,46.70 ( 1- 0,01) = 309,01 mm
=> Chọn đường kính tiêu chuẩn d2= 315 mm, theo bảng 4.21/trang 63 sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1. - Tính lại tỉ số truyền: ut = 𝑑2 𝑑1.(1−𝜀)= 315 70.(1−0,02) = 4,54 Sai số tỉ số truyền: ∆u = (𝑢𝑡−𝑢) 𝑢 = 4,54−4,46 4,46 = 2% < 4%
- Xác định chiều dài đai sơ bộ:
as = 2.(d1 + d2 ) = 2. ( 315 + 70) = 770 mm, chọn as = 710 mm
L = 2a + 𝜋.(𝑑1+𝑑2)
2 +(𝑑2−𝑑1)² 4𝑎
27 = 2.710 + 𝜋.(70 +315)
2 + (315−70)²
4.710 = 2045,89 mm
Chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn: Ltc= 2000 mm (theo bảng 4.13/trang 59 sách sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1).
- Khoảng cách trục chính xác theo chiều dài đai tiêu chuẩn: a = 𝑘+√𝑘2−8∆² 4 = 1395,24 +√1395,242−(8.122,5)² 4 = 597,09 mm Với: k = L - 𝜋.(𝑑1+𝑑2) 2 = 2000 - 𝜋.(70 +315) 2 = 1395,24 ∆ = (𝑑2−𝑑1) 2 = (315−70) 2 = 122,5 - Kiểm nghiệm khoảng cách trục chính xác: 2(d1 + d2 ) ≥ 597,09 ≥ 0,55 (d1 + d2 ) + h <=> 2(70 + 315) ≥ 597,09 ≥ 0,55( 70 + 315) + 6
<=> 770 ≥ 597,09 ≥ 217,75 (khoảng cách trục đạt điều kiện) - Góc ơm đai 𝛼1 = 180°- (𝑑2−𝑑1).57° 𝑎 = 180° −(315−70).57° 597,09 = 156,61 Góc ơm đai: 𝛼1 ≥ 120
=> Không xảy ra hiện tượng trơn trượt - Chọn số dây đai Z:
Z ≥ 𝑃1
[𝑃0]𝐶𝛼𝐶𝑧𝐶𝑢𝐶𝐿𝐶𝑟𝐶𝑣 (theo 4.48/trang 165 giáo trình cơ cở thiết kế máy) - Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ơm đai:
28 - Hệ số ảnh hưởng số dây đai ta chọn sơ bộ: 𝐶𝑧= 1
- Hệ số ảnh hưởng đến tỉ số truyền: 𝐶𝑢= 1,14
- Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai: 𝐶𝐿= √𝐿 𝐿𝑂 6 = √2000 1320 6 = 1,07 - Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng: 𝐶𝑟= 0,9 - Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc: 𝐶𝑣= 1- 0,05( 0,01.v2 -1) = 1- 0,05(0,01.5,22 – 1) = 1,04
- Po = 3 (theo đồ bảng 4.19 trang 62 sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1) Z ≥ 𝑃1 [𝑃0]𝐶𝛼𝐶𝑧𝐶𝑢𝐶𝐿𝐶𝑟𝐶𝑣 = 1,96 3 . 0,95 . 1 . 1,14 . 1,07 . 0,9 . 1,04= 0,60 => Chọn Z= 1 - Độ dày đai: 𝛿 = 𝑑1 40 = 𝑑1 40 = 0,175
Tỉ số (𝛿/𝑑1)max nên dùng là 1/40 cho đai vải cao su. - Chiều rộng bánh đai và đường kính ngồi bánh đai + Chiều rộng bánh đai:
B= (Z-1)t + 2e = (1-1).12 + 2.8= 16 mm
29 + Đường kính ngồi bánh dẫn: Dn1 = D1 +2ho = 70 + 2.2,5 = 75 mm + Đường kính ngồi bánh bị dẫn: Dn2 = D2 +2ho = 315 + 2.2,5 = 320 mm 4.2.3 Tính lực tác dụng lên trục
- Lực căng đai bang đầu: Fo = 780.𝑃1.𝐾đ 𝑣.𝐶𝛼.𝑧 + Fv = 780.1,96.0,9 5,2.0,95.1 + 1,65= 278,52 N Với: 𝐾đ=𝐶𝑟= 0,9 Fv = qm .v2 = 0,061 .5,22 = 1,65N
( qm tra bảng 4.22 trang 64 sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1) - Lực tác dụng lên trục: F𝛾 = 2Fo. sin(𝛼1 2) = 2.278,52. sin(156,61 2 )= 545,47 N - Lực vịng có ích: Ft = 1000.𝑃1 𝑣1 = 1000.1,96 5,2 = 376,92 N - Ứng suất lớn nhất sinh ra trong đai: 𝜎max = 𝐹0 𝐴 + 𝐹𝑡 2𝐴 + P.v2.10-6 + 2.𝑦0 𝑑 . E = 278,52 47 + 376,92 2.47 + 1200. 5,22 .10-6 + 2.2,1 70 . 100 = 15,96 MPa - Tuổi thọ đai: Lh = ( 𝜎𝑟 𝜎𝑚𝑎𝑥 ) 𝑚 .107 2.3600.𝑖 = ( 9 15,96 )8.107 2.3600. 2000 5,2 = 5462 ( h)
30 Trong đó: 𝜎𝑟= 9 Mpa i= 𝑣 𝐿 = 5,2 2000 = 2,6.10-3 1/s
m= 8 : là số mũ đường cong mỏi của đai thang
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả tính tốn các thơng số bộ truyền
Loại đai thang Loại O Đường kính nhỏ d1= 70 mm Đường kính bánh lớn d2= 315 mm Chiều rộng đai b = 10 mm Chiều dài đai Ltc= 1400 mm Khoảng cách trục a = 397,09 mm
Góc ơm đai α1= 156,61 mm
Chiều rộng bánh đai B= 16 mm Lực căng ban đầu Fo = 278,52 N Lực tác dụng lên trục F𝛾 = 545,47 N
31
4.2.4 Dao cắt và chế độ cắt
Các thơng số thích hợp của dao như sau:
Đối với các chi tiết có đường kính ≤ 40 mm thì góc cắt β = 25 ÷ 35o và đường kính ≥ 40 mm thì góc cắt β = 35 ÷ 45o , góc nghiêng của dao 5o ÷ 20o , góc sau α = 13 ÷ 15o
Hình 4.1 : Các thơng số dao gọt
Trong đó: α : Góc sau β : Góc cắt 𝛾 : Góc trước
𝐷 : Đường kính trái dừa ℎ : Chiều dày lát cắt
32
Hình 4.2: Bản vẽ lắp
4.3 Thiết kế các chi tiết máy 4.3.1. Thiết kế khung máy 4.3.1. Thiết kế khung máy
- Chọn thép V 30x30x3 để làm khung máy. Khung được kết nối bằng các mối hàn, để khung được vững chắc hơn.
33
Hình 4.3: Khung máy
- Bên cạnh đó thì khung m gọt dừa tươi cũng phải được thiết kế vững chắc, dễ dàng tháo lắp khi sữa chữa.
34
4.3.2 Thiết kế bộ truyền đai
- Bánh đai nhỏ:
Hình 4.5: Bánh đai nhỏ
35
Hình 4.6: Bánh đai lớn 4.3.3 Dây đai 4.3.3 Dây đai
Chiều dài dây đai: L = 1400 mm
36
4.3.4 Thiết kế bàn chông
- Dùng để giữ trái dừa khơng bị rớt ra ngồi khi cắt và làm trái dừa xoay đều quanh lưỡi dao.
Hình 4.8: Bàn chông 4.3.5 Thiết kế thanh định vị
37
Hình 4.9: Thanh định vị 4.3.6 Thiết kế bàn đạp 4.3.6 Thiết kế bàn đạp
- Dùng để đẩy trái dừa lên dao 2, cắt phần đầu trái dừa.
38
4.3.7 Thiết kế trục chính
- Đường kính truc: Ø20 mm
Hình 4.11: Trục chính 4.3.8 Thiết kế bộ phận cắt 4.3.8 Thiết kế bộ phận cắt
- Dao 1: Dao cắt xung quanh
39 - Dao 2: Dao cắt phần đầu
Hình 4.13: Dao cắt phần đầu
40 Chương 5 THI CÔNG 5.1 Trình tự lắp ráp Hình 5.1: Bản vẽ lắp - Bước 1: Lắp khung (4)
- Bước 2: Lắp con trượt (7), tay kéo ( 15) - Bước 3: Lắp trục chính (2)
- Bước 4: Lắp bạc dẫn hướng (10) - Bước 5: Lắp bộ truyền đai - Bước 6: Lắp bàn đạp (1) - Bước 7: Lắp động cơ (19)
41 - Bước 9: Kiểm tra lại máy, vận hành - Bước 10: Hoàn thiện máy
5.2 Nguyên lý hoạt động
Nhấn nút SART, động cơ (19) quay truyền lực qua bộ truyền đai làm trục chính quay đều dừa được định tâm bằng bàn chông (12) và thanh định vị (5) . Đồng thời, cầm tay kéo (15) kéo về để dao 1 (13) tịnh tiến cắt phần vỏ ngoài của quả dừa, tiếp đến dùng chân thuận đạp vào bàn đạp (1) để đẩy quả dừa lên con dao 2 (14) cắt phần đầu dừa. Bước cuối ta đẩy dao 3 (3) tịnh tiến cắt phần đích dừa. Và nhấn nút OFF động cơ dừng.
5.3 Mô phỏng khung máy
42
Bảng 5.1: 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)
1000mm 1735mm
Bảng thể hiện sự chuyển vị của khung khi có lực tác dụng. Điểm chuyển vị lớn nhất là 1735mm và điểm chuyển vị nhỏ nhất là 1000mm.
43
5.3.2 Mô phỏng ứng suất của khung Bảng 5.2: Ứng suất của khung. Bảng 5.2: Ứng suất của khung.
Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất
Ứng suất Ứng suất von Mises 579.805,188 N/m2 Nút: 294 44.776,556,00 N/m2 Nút: 295
Bảng thể hiện ứng suất uốn của khung. Điểm ứng suất nhỏ nhất của khung là579.805,188 N/m2 ,nút: 294 và ứng suất lớn nhất 44.776,556,00 N/m2nút: 295
44
5.3.3 Mô phỏng chuyển vị của dao
- Điểm chuyển vị nhỏ nhất là 1000mm. - Điểm chuyển vị lớn nhất là 3757mm
45
5.3.4 Mô phỏng ứng suất của dao
- Ứng xuất cho phép là 1.829 N/m^2 - Ứng xuất Giới hạn là 9.665 N/m^2
46
Chương 6
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
6.1 Đánh giá kết quả
Trong quá trình thiết kế, tính tốn “ Thiết kế, Chế Tạo Máy Gọt Dừa Tươi”,
chúng em nhận thấy có một số vấn đề sau:
-Các chi tiết được thiết kế gọn nhẹ,đơn giản và dễ chế tạo. Việc bố trí, lắp đặt