PHẦN II : TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY GIEO
1. BỘ PHẬN GIEO
Khác với các loại cây gieo trồng bằng củ có kích thước lớn như khoai tây cũng như một số loại hạt có kích thước q nhỏ như: cải ngọt, xà lách…, hạt cải củ có kích cỡ từ 3-4mm, khối lượng hạt trung bình khoảng 0,013g. Do vậy ta chọn bộ phận gieo hoạt động theo nguyên lý khí động. Ưu điểm của bộ phận gieo kiểu này là phân phối hạt rất đồng đều, lực tác động lên hạt rất nhỏ do đó khơng làm hư hỏng hạt khi gieo.
1.1. Thùng chứa hạt
Chọn thùng chứa hạt kiểu máng do kết cấu đơn giản, hiệu quả làm việc khi lấy hạt cao.
1.1.1. Ống gieo
Do cải củ được trồng theo liếp có từ 4 đến 6 hàng nên chọn ống gieo chân không thay cho đĩa gieo. Ưu điểm của ống gieo là kết cấu đơn giản, gia công dễ dàng và hạt không bị va đập trước khi được gieo xuống đất.
1.1.2. Ống dẫn hạt
Chọn loại ống tơn vì có đặc tính ổn định nên khơng làm ảnh hưởng đến quá trình dẫn hạt từ trên bộ phận gieo xuống mặt liếp.
1.2. Quạt hút
Quạt hút có nhiệm vụ tạo áp suất thấp bên trong ống phân phối hạt để hút hạt lên thành ống. Do hạt có kích thước và khối lượng rất nhỏ nên ta chọn kiểu quạt li tâm.
2. BỘ PHẬN PHÂN PHỐI TRO
Chọn bộ phận phân phối tro kiểu máng vì cấu tạo đơn giản, đáp ứng yêu cầu của việc phân phối tro.
3. BỘ PHẬN TẠO LỖ
Do đặc điểm đất canh tác là đất thịt, người dân sử dụng tro trấu làm chất mồi dưới mỗi hốc (độ sâu mỗi hốc khoảng 120mm )nên khơng dùng lưỡi sẻ rãnh. Vì khi dùng lưỡi sẻ rãnh sẽ tạo rãnh liên tục, làm hư bề mặt liếp và gây khó khăn cho việc bỏ tro. Chọn kết cấu bộ phận tạo lỗ kiểu guồng quay lệch tâm và sử dụng dụng cụ là “nọc” để tạo lỗ.
4. BÁNH XE LẤP ĐẤT
Do đặc điểm gieo hạt là gieo xuống phía dưới mặt tro khoảng 10mm nên không sử dụng bánh xe lấp đất mà thay vào đó là con lăn có tác dụng làm giẻ mặt tro và tạo rãnh gieo hạt trên mặt tro.
5. CẦN GẠCH TIÊU
Máy gieo hạt cải củ hoạt động trên địa hình được vun liếp sẵn, do đó ta khơng cần sử dụng cần rạch tiêu (máy gieo di chuyển theo rãnh giữa các liếp).
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Chương IV:
TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY GIEO
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gieo
Hình 4.1: Cấu tạo v à hoạt động của máy gieo
1. Bộ phận cấy lỗ
Như phần chọn nguyên lý hoạt động phía trên, bộ phận tạo lỗ hoạt động theo kiểu guồng quay lệch tâm.
Nguyên lý hoạt động: Trong quá trình trục chính quay, nhờ kết cấu đĩa lệch tâm nên các nọc ln hướng vng góc với mặt đất. Do đó hạn chế được sự trượt của nọc so với mặt đất. Các bộ phận chính của guồng quay bao gồm:
1) Trục chính 2) Trục phụ
3) Đĩa và thanh mang trục phụ 4) Đĩa lệch tâm
5) Đĩa lớn (chuyển động đồng tâm với đĩa lệch tâm) 6) Con lăn
7) Nọc (dùng để tạo lỗ) 8) Thanh dẫn hướng
Kết cấu của guồng quay được thể hiện trên bản vẽ. Vì vậy trong phần thuyết minh chỉ trình bày một số chi tiết cần thiết cho việc tính tốn.
1.1. Chọn hình dáng và kích thước nọc
Kích thước lỗ cần cấy là 70x70x120mm. Để tránh sự co rút của đất trong lúc tạo lỗ ta chọn kích thước và hình dáng của nọc như hình 4.1 Vật liệu chế tạo nọc là thép tấm C45 có chiều dày 1,5mm
Chiều cao từ đáy đến mặt trên của nọc là h =120mm
Chiều dài và rộng của nọc như nhau (tiết diện vng) và l = l = 90mm
Hình 4.2: Hình dáng sơ bộ nọc cấy lỗ 1 2
Chọn số nọc bố trí trên một vịng trịn guồng quay là 3 nọc. Như vậy khi trục chính quay một vịng thì tạo được 3 lỗ trên bề mặt liếp. Do yêu cầu kỹ thuật của gieo hạt cải củ là khoảng cách giữa các lỗ theo chiều ngang là 200mm và khoảng cách lỗ theo chiều dọc nằm trong khoảng từ 220-240mm nên khoảng cách của các lỗ khi nọc cấy xuống đất phải thỏa yêu cầu trên.
Ta chọn bánh xe chế tạo sẵn có đường kính ngồi cùng là 370mm. Do đó khi bánh xe quay một vòng xe đi được quãng đường là:
l = C = pd = 370p = 1162,4mm .
Tính tỉ số truyền giữa bánh xe và trục chính: khoảng cách giữa các lỗ theo hàng dọc nằm trong khoảng từ 220-240mm nên với quãng đường xe đi được khi bánh xe quay một vòng như trên ta chia làm 5 phần bằng nhau, ta được
1162,4
x = = 232,48mm (Với x là khoảng cách 2 lỗ kế tiếp nhau).
\
Vậy với giá trị của x như trên thỏa yêu cầu về khoảng cách. Như vậy khi bánh xe quay một vịng thì có tương ứng 5 lỗ được tạo ra. Mặt khác mỗi vịng
Hình 4.3: Hình dạng và kích thước bánh xe
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
quay của trục chính tạo được 3 lỗ. Ta tính được tỉ số truyền giữa bánh xe và trục
chính: i = 3 (tức khi trục chính quay 1vịng thì bánh xe quay tương ứng
55 Qua thực nghiệm cho thấy nọc được lắp với khoảng cách so với tâm là
167mm thì q trình cấy lỗ ít xảy ra sự trượt và thỏa yêu cầu.
Theo thiết kế máy gieo làm việc với vận tốc 2,5 km/h, bánh xe máy gieo có đường kính 370mm ta tính được tốc độ quay của bánh xe
= Û w =Hình 4.4: .Bộ phận guồng quay
n 35,82vong / p 3,75rad / s
Vậy tốc độ quay của trục chính là:
5
n = 35,82. = 59,7vong / p Û w = 6,25rad / s
Ta làm tròn tốc độ quay của trục chính n = 60vong / p Û w = 6,28rad / s .
1.2. Tính tốn trục phụ
Trục phụ có chức năng mang nọc cấy lỗ. Do đó trục chịu tác động trực tiếp của lực cấy.
Chọn loại trục là trục rỗng do kích thước đường kính của trục rỗng sẽ lớn hơn so với trục đặt trong cùng điều kiện làm việc nên thuận lợi cho việc lắp bộ phận cấy lỗ lên trục.
Chiều dài tồn trục: 840 mm
Tính sức bền cho trục phụ mang dụng cụ cấy lỗ.
Từ thực nghiệm ta có lực cấy lớn nhất trên mỗi nọc là 300 N. Để trục đủ bền khi tải trọng tăng cao thì ta chọn Fmax=400 N.
Ước lượng mơ- men lớn nhất tác động lên trục là N=15N.m Tính tốn trục trên phần mềm Inventor.
Mở phần mềm Inventor ta vào thẻ Design sau đó chọn mục Frame/ Beam/
Sau khi nhập các thơng số về lực, mơ-men cho trục ta có bảng kết quả như sau:
Beam and Column Calculator (Version: 2012 (Build 160160000, 160))
Hình 4.5: Mơi trường tính tốn trục
Project Info Material
Material User material
Yield Strength Sy 689 MPa
Modulus of Elasticity E 206700 MPa Modulus of Rigidity G 41000 MPa
Beam Calculation Calculation Properties Include
Yes Density ρ 7750 kg/m^3
Yes Shear Displacement Ratio β 1.484 ul
Number of Divisions 1000 ul
Mode of reduced stress HMH
Preview
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Shear Force, YZ Plane
Bending Moment, YZ Plane
Hình 4.8: Biểu đồ mơ-men uốn
Deflection Angle, YZ Plane
Hình 4.9: Biểu đồ chuyển vị góc
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Deflection, YZ Plane
Hình 4.10: Biểu đồ chuyển vị đứng
Bending Stress
Luận văn tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế máy gieo hạt cải củ
Shear Stress
Hình 4.12: Biểu đồ ứng suất cắt
Torsional Stress
Hình 4.13: Biểu đồ ứng suất xoắn
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Diameter idea
Qua các biểu đồ trên cho thấy đường kính lý tưởng nhất cho trục là f23 , dựa vào kích thước phơi thép thực tế ta chọn trục có đường kính f25 .
1.3. Tính tốn trục chính
Hình 4.14: Biểu đồ thể hiện đường kính lý tưởng
Trục chính có nhiệ m vụ nhận chuyển động được truyền từ hộp giảm tốc, truyền chuyển động quay để thực hiện quá trình cấy lỗ, truyền chuyển động quay cho bánh xe và các bộ phận công tác khác như bộ phận phân phối tro, phân phối hạt và trục đảo tro. Trong đó cơng suất lớn nhất là công suất làm xe di chuyển và cơng suất cấy lỗ. Vì vậy để tính tốn bền cho trục chính ta cần tính được cơng suất cần thiết để làm quay bánh xe và công suất cấy lỗ và công suất dẫn động từ hộp giảm tốc đến trục chính.
1.3.1. Tính cơng suất cần thiết để xe di chuyển:
Qua mơ hình vẽ trên máy tính ta tính được khối lượng gần đúng của máy gieo là m=350kg. Ta tính được lực tác dụng lên bánh xe là
F0=m.g=350.10=3500 (N)
Xe di chuyển trên bốn bánh với lốp cao su nên ta lấy hệ số ma sát giữa lốp với đất k=1,2
Lực ma sát lăn sinh ra cản lại sự di chuyển của bánh xe là
Fms = F0 .k = 3500.1,2 = 4200N
Mô-men tác dụng lên bánh xe là : M = 4200.0,185 = 777 N.m
Theo yêu cầu thiết kế xe di chuyển với vận tốc v = 2,5 km/h = 0,69m/s ta tính được vận tốc quay của bánh xe là n=35,4 vịng/p hay vận tốc góc w = 3,7rad / s
Mơ-men xoắn được tính theo cơng thức
Nct = M .w
Trong đó: M là mơ-men tác dụng lên trục bánh xe,
w là vận tốc góc của bánh xe.
Þ N ct = M .w = 777.3,7 » 2875(W ) = 2,88kW
Gọi N1 và N2 lần lượt là công suất truyền động ở mỗi bánh xe sau. Máy gieo truyền động bằng 2 bánh xe sau nên công suất truyền động ở mỗi bánh là :
Þ N1 = N 2 = N ct = 2,88
= 1,44kW
22
1.3.2. Tính tốn, thiết kế các bộ truyền cho trục chính
Chọn loại truyền động là truyền xích do tỉ số truyền ổn định, lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với bộ truyền đai.
1.3.2.1. Truyền động từ trục chính đến bánh xe
Cơng suất truyền động ở mỗi bánh xe là N1 = N 2 = 1,44Kw , số vòng quay của bánh bị dẫn là n = 35,4vong / p . Bộ truyền xích có hiệu suất h = 98% ta tính được cơng suất cho bánh dẫn là:
Nbanhdan = Nbidan /h = 1,44 / 98% = 1,47KW , số vòng quay bánh dẫn là n = 60vong / p .
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
v Ta thiết kế đượ c bộ truy ề n với các thông s ố sau: Chain properties
Chain : JIS B 1801:1997 Short-pitch
transmission precision roller chains (A series, Class 2)
Chain size designation Pitch
Number of Chain Links Number of Chain Strands Minimum width between inner plates
Maximum Roller Diameter Maximum pin body diameter d2 Maximum inner plate depth Maximum outer or
intermediate plate depth Maximum width over bearing pins
Maximum inner plate width Maximum outer or
intermediate plate width Chain bearing area Tensile Strength Specific Chain Mass Chain construction factor
Sprocket 1 properties: Toothed sprocket Sprocket 2 properties: Toothed sprocket Working conditions
Power Torque Speed Efficiency
Required service life
Maximum chain elongation ΔLmax
Power correction factors
Shock factor Service factor Sprocket size factor Strands factor Lubrication factor Center distance factor f5 Ratio factor
Service life factor
Chain power rating
Results
Chain Speed Effective pull Centrifugal force
Maximum tension in chain span Static safety factor
Dynamic safety factor Bearing pressure
Permissible bearing pressure Specific friction factor Design power
Chain power rating
Chain service life for specified elongation Chain link plates service life
Roller and bushing service life
Lực tác dụng lên trục tính theo cơng thức (6-17), TL7
F r _ tc
1.3.2.2. Thiết kế bộ truyền dẫn động từ hộp giảm tốc trục vít đến trục chính (theo sơ đồ máy gieo hình 4.1)
Để tính tốn, thiết kế được bộ truyền từ hộp giảm tốc đến trục chính ta cần tính được các cơng suất sau:
· Công suất di chuyển xe,
· Công suất cấy lỗ,
· Công suất cần thiết để vận hành các bộ phận công tác khác như: bộ
phận phân phối tro, bộ phận phân phối hạt, trục đảo tro. Theo kết quả trên ta có cơng suất di chuyển xe là:
N xe = N ct = 2,94kW (1’),
Gọi Nctk là công suất cần thiết để vận hành các bộ phận cơng tác khác. Các bộ phận cơng tác cịn lại như: phân phối tro, phân phối hạt và trục đảo tro có cơng suất nhỏ nên ta ước lượng cơng suất để vận hành các bộ phận công tác này là
N ctk = 0,5kW (2’)
Như vậy ta cần tính được cơng suất cấy lỗ.
v Tính cơng suất cấy lỗ.
Cơng suất cấy lỗ phụ thuộc vào lực cấy và vận tốc cấy. Theo tính tốn trong phần trên, guồng quay quay với vận tốc góc là:
n = 60vịng / p Û w = 2prad / s
Ta cần tính được lực cấy gây ra mô-men lớn nhất cho trục.
Qua thực nghiệm ta có bảng giá trị lực cấy theo chiều sâu cấy như sau:
Từ bảng trên ta thấy trong quá trình cấy lỗ, mơ-men xoắn lớn nhất sinh ra đối với trục chính tại vị trí nọc cấy sâu 100mm, tại vị trí nọc được cấy sâu nhất (120mm) khơng cịn mơ-men do lực cấy gây ra mà chỉ còn lực cấy cực đại hướng vào tâm trục Fcay max = 400N
Giá trị lực cấy khi mơ-men cực đại là : Fcay = 280N
Hình 4.16 là sơ đồ phân tích lực cấy từ vị trí nọc bắt đầu chạm đất đến khi nọc được cấy sâu nhất.
l
Ta tính phản lực ở các gối đỡ trên trục phụ với giá trị lực cấy
Fcay = 280N ta được biểu đồ sau:
Hình 4.16: Sơ đồ phân tích lực cấy
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Preview
Shear Force
Hình 4.17: Sơ đồ đặt lực trên trục
Qua biểu đồ ta thấy các giá trị phản lực ở các gối đỡ là :
F1 = 204,137, F2 = 729,415N , F3 = 204,95N
Gọi F11 , F12 : F21 , F22 ...lần lượt là lực tiếp tuyến và lực hướng kính tại các gối đỡ 1, 2, vàHìnhgối 4đỡ.18:3.TBiừểcácuđồgiálựtrc ịcphắt ảkhinlựmơctrên,-menta
ctínhấylớđượnnhccácất lực thành phần là các lực tiếp tuyến và lực hướng kính tại các gối đỡ.
F11=93N, F12=182N F21=340N, F22=645N F31=93,5N, F32=182N
Ta tính được mơ-men tập trung lớn nhất là:
M1 = F11.l = 93.0,167 = 15,53N.m M 2 = F21.l = 340.0,167 = 56,78N.m M 3 = F31 .l = 93,5.0,167 = 15,6N.m
M tc = M 1 + M 2 + M 3
Tốc độ quay của trục cấy lỗ: n = 60vong / p Û w = 2p (rad / s) Công suất cấy lỗ là : N cay
Từ (1’), (2’), (3’) ta có cơng suất tổng cộng trên trục chính là:
N tc = N cay + N ctk + N ct = 0,553 + 0,5 + 2,94 = 3,993kW
Chọn truyền động từ hộp giảm tốc đến trục chính là truyền động xích, như vậy cơng suất bánh dẫn của bộ truyền là :
N xich = Ntc / 98% = 3,99 / 98% = 4,1kW .
Chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền i=30, vố vòng quay của động cơ là n = 1800vong / p nên số vịng quay của bánh vít là n = 60vong / p , số vịng quay của trục chính bằng với số vịng quay bánh vít nên bộ truyền xích có tỉ số truyền i=1:1.
Ta thiết kế bộ truyền theo hai thông số là công suất và tốc độ quay, sau khi thiết kế ta có thơng số bộ truyền xích như sau:
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Chain properties
Chain : JIS B 1801:1997 Short-pitch transmission precision roller chains (A series, Class 2)
Chain size designation Pitch
Number of Chain Links Number of Chain Strands
Minimum width between inner plates Maximum Roller Diameter
Maximum pin body diameter Maximum inner plate depth
Maximum outer or intermediate plate depth Maximum width over bearing pins
Maximum inner plate width
Maximum outer or intermediate plate width Chain bearing area
Tensile Strength Specific Chain Mass Chain construction factor
Sprocket 1 properties: Toothed sprocket Sprocket 2 properties: Toothed sprocket
Working conditions
Power Torque Speed Efficiency
Required service life
Maximum chain elongation ΔLmax Application
Environment Lubrication
Power correction factors Shock factor
Service factor Sprocket size factor Strands factor Lubrication factor Center distance factor f5 Ratio factor
Service life factor
CBHD: Võ Thành Bắc Nguyễn Bồng
Chain power rating
Hình 4.19: Biểu đồ đánh giá khả năng hoạt động của bộ truyền xích
Results Chain Speed Effective pull Centrifugal force
Maximum tension in chain span Static safety factor
Dynamic safety factor Bearing pressure
Permissible bearing pressure Specific friction factor Design power
Chain power rating
Chain service life for specified elongation th > Lh Chain link plates service life
Roller and bushing service life
Theo công thức (6-17) _TL7 ta tính lực tác dụng lên trục như sau: