3.6. Tính tốn thiết kế các chi tiết phụ
3.6.7. Thanh gá trượt bàn dao
Chọn vật liệu làm bằng thanh thép chữ nhật với kích thước tương ứng gồm: Chiều dài 240 mm, dài 12 mm, cao 12 mm, lỗ lắp bu lông ∅6.
Số lượng gồm 4 thanh, được cố định vào khung máy, bàn dao được gá vào giữa hai thanh hai bên. Bàn dao chạy trượt trên hai thanh (Hình 3.16) nhờ ổ lăn và nhờ chất bơi trơn.
Hình 3.16: Thanh lắp rãnh trượt bàn dao 3.6.8. Thanh đẩy lò xo 3.6.8. Thanh đẩy lò xo
Chọn vật liệu làm thanh đẩy là thép 45, có răng xoắn vặn đai ốc.
Thanh đẩy (Hình 3.17) có nhiệm vụ giữ cân bằng lò xo khi lò xo bị biến dạng, do thanh được cố định một đầu còn một đầu gắn nối trực tiếp với với lị xo. Thanh có chiều dài 300 mm, đường kính lỗ ∅3, chiều dài bước xoắn 277 mm.
Hình 3.17: Thanh kéo lị xo
300,00
6,00
– 55 –
3.6.9. Tấm ma sát của bộ phận tách vỏ
Hình 3.18: Tấm ma sát
Tấm ma sát (Hình 3.18) được chọn vật liệu chế tạo gồm inox với bề dày 2 mm làm bề mặt ở trên.
Vật liệu ma sát làm bằng tấm lót cao su với bề dày 10 mm, dài 610 mm, rộng 200 mm. Do tấm cao su có độ đàn hồi tốt nên hạt sen khi tách vỏ không bị dập và hệ số ma sát đủ lớn để tách được vỏ hạt sen.
3.6.10. Thiết kế các gối đỡ trục 3.6.10.1. Gối đỡ trục rulo 3.6.10.1. Gối đỡ trục rulo
Ổ được lắp trực tiếp vào cổ trục. Có nhiệm vụ đỡ và định vị các cụm chi tiết lắp trên khung máy. Sử dụng ổ đỡ bi UCF 209 với các thông số D = 45 mm, L = 137 mm, T = 105 mm, A2 = 22 mm.
3.6.10.2. Gối đỡ trục cam
Gối đỡ trục cam có nhiệm vụ giúp trục cam hoạt động đúng theo yêu cầu. Sử dụng ổ đỡ bi UCP 206 với các thông số D = 30 mm, H = 42,9 mm, L = 160 mm, Trọng lượng = 1,25 kg
3.6.11. Tính chọn lị xo nén
Lực đẩy lị xo về tương đương với lực ở cơ cấu cam, vì ở giai đoạn trục cam quay ăn khớp với con cam lò xo nén bàn dao chuyển động tịnh tiến. Sử dụng lực này để tính tốn chọn lị xo cho tồn hệ thống máy.
Lực lò xo khi biến dạng lớn nhất 3 25,55 26,89 1 1 0, 05 P P N
Trong đó: δ = 0,05 (độ hở qn tính của lị xo chịu nén)
Chọn lò xo xoắn trụ nén loại I, cấp I, bằng thép mặt cắt trịn, số hiệu 249 có: Lực lị xo biến dạng lớn nhất 26,89N Đường kính dây 2 mm Đường kính ngồi 20 mm Độ cứng của một vòng Z1 =125,3N/mm Biến dạng làm việc f2 = 80mm Biến dạng lớn nhất của một vòng f3 = 1,5mm 3.7. Dung sai lắp ghép, hình dạng, vị trí và nhám bề mặt 3.7.1. Dung sai lắp ghép 3.7.1.1. Gối đỡ với ổ bi và trục
Tiêu chuẩn quy định 5 cấp chính xác của ổ lăn: cấp 0, cấp 6, cấp 5, cấp 4 và cấp 2. Trong đó cấp 0 là cấp chính xác bình thường, cấp 2 là chính xác cao nhất.
Lắp ghép được tạo thành bởi H/p, P/h là loại lắp ghép có độ dơi cần thiết nhỏ nhất. Lắp ghép “ép nhẹ” được dùng trong các trường hợp khi moment xoắn và lực dọc trục nhỏ hoặc mối ghép cho phép có sự dịch chuyển ngẫu nhiên tương đối giữa các chi tiết lắp ghép, mối ghép giữa các chi tiết thành mỏng, khơng cho phép có biên dạng lớn trong q trình lắp.
Chọn dung sai cho mối ghép giữa ổ bi và gối đỡ: H7/p6.
Các lắp ghép được tạo thành bởi H/k, K/h (cịn có tên gọi là lắp ghép “căng”) là loại lắp ghép trung gian đặc trưng nhất và được sử dụng rộng rãi, độ dôi lắp ghép khơng lớn nhưng đảm bảo được độ chính xác định tâm.
Chọn dung sai cho mối ghép giữa trục và ổ bi, cam: H7/k6.
3.7.1.2. Cam với trục
Lắp ghép được tạo thành bởi H/f và F/h là loại lắp ghép có khe hở đảm bảo được chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến khơng có yêu cầu về độ chính xác định tâm cao [11].
– 57 –
3.7.1.3. Bàn dao với rãnh gá
Lắp ghép được tạo thành bởi H/h là loại lắp ghép có khe hở nhỏ nhất bằng 0. H11/h11 được dùng cho các khớp bản lề và con lăn không quan trọng quay trên trục [11].
Chọn dung sai cho mối ghép giữa con lăn và chốt: H11/h11.
3.7.1.4. Then
Trong sản xuất đơn chiếc vừa và nhỏ then được lắp trên trục, bánh xích và đai theo kiểu P9/h9 với loại then bằng.
3.7.2. Dung sai hình dạng và vị trí các bề mặt lắp ghép
Trong q trình chế tạo phải đảm bảo:
- Độ đồng tâm của trục cam không quá 0,02mm. - Độ song song giữa các dao khơng q 0,03mm
- Độ vng góc giữa bàn dao và tấm lót khơng q 0,1mm - Độ phẳng của tấm lót dao khơng vượt q 0,1 mm
3.7.3. Độ nhám bề mặt
Độ nhám của các bề mặt:
- Bề mặt biên dạng cam Ra = 2,5m
- Bề mặt lỗ cam lắp với trục Ra = 2,5 m
- Bề mặt rãnh then trên trục Ra = 1,25 m
- Độ nhám các bề mặt khác không vượt quá Rz = 40m
Trong q trình tính tốn, nhóm tham khảo các tài liệu khác nhằm tính tốn các chi tiết có liên quan cho tồn bộ các chi tiết máy tách vỏ hạt sen [9 – 14].
CHƯƠNG 4
QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY
4.1. Địa điểm và thời gian chế tạo máy
Địa điểm: máy được chế tạo tại xưởng thiết bị trường học, Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ.
Thời gian: máy được chế tạo từ tháng 12/2018 đến 05/2019.
4.2. Vật liệu chế tạo
Đế máy được chế tạo từ thép V4 dày 3 mm. Khung máy được chế tạo từ thép tấm dày 3 mm.
Bàn dao chế tạo bằng thép tấm 3 mm, cùng một số chi tiết: thanh kẹp dao làm bằng nhựa, đế và con lăn làm bằng cao su và dao làm bằng inox, 2 trục chế tạo từ thép 45.
Trục được chế tạo từ thép 45.
Phễu cấp liệu được chế tạo từ thép tấm dày 4 mm.
Rãnh dẫn hướng được chế tạo từ thép tấm dày 3 mm và trên các rãnh được lót lớp xốp 5mm.
Thanh kẹp dao được chế tạo từ nhựa PLA
4.3. Phương pháp chế tạo, gia công. 4.3.1. Đế và khung máy 4.3.1. Đế và khung máy
– 59 –
Dựa trên bản vẽ chi tiết khung máy (Hình 4.1) được thiết kế trước đó tiến hành tính tốn lượng thép cần sử dụng, kích thước chính xác cần thiết. Các thiết bị máy móc được sử dụng để chế tạo gồm: máy cắt cầm tay, ê tô, máy hàn, máy khoan tay, máy mài tay, thước cặp, ê ke, thước cuộn, các chi tiết ghép khung có thể được gia cơng trên máy CNC, Khung máy được cắt bằng máy cắt plasma CNC.
4.3.2. Bàn dao
Dựa trên bản vẽ các chi tiết bàn dao (Hình 4.2) được thiết kế trước đó tiến hành tính tốn lượng thép cần sử dụng, kích thước chính xác cần thiết sau đó hàn và lắp các chi tiết lại với nhau hoàn chỉnh.
Các thiết bị máy móc được sử dụng để chế tạo gồm: máy cắt bàn, ê tô, máy hàn, máy khoan tay, máy mài tay, thước cặp, ê ke, thước cuộn,...
Hình 4.2: Bàn dao 4.3.3. Trục cam 4.3.3. Trục cam
Dựa trên bản vẽ chi tiết gia cơng chính xác từng trục
Trục cam (Hình 4.3) được chế tạo từ một đoạn thép 45 trụ trịn gia cơng trên máy tiện, gia cơng then trên máy phay đối với trục có then.
Hình 4.3: Trục cam 4.3.4. Phễu cấp liệu
Dựa trên bản vẽ chi tiết được thiết kế cho phễu cấp liệu (Hình 4.4) trước đó tiến hành tính tốn lượng thép cần sử dụng, kích thước chính xác cần thiết và hàn các chi tiết lại với nhau hoàn chỉnh.
Các thiết bị máy móc được sử dụng để chế tạo gồm: máy cắt bàn, ê tô, máy hàn, máy khoan tay, máy mài tay, thước cặp, ê ke, thước cuộn,...
Hình 4.4: Phễu cấp liệu 4.3.5. Rãnh dẫn hướng
Hình 4.5: Rãnh dẫn hướng
Dựa trên bản vẽ chi tiết được thiết kế trước đó tiến hành tính tốn lượng thép cần sử dụng cho rãnh dẫn hướng (Hình 4.5), kích thước chính xác cần thiết hàn các chi tiết lại với nhau và dán lớp xốp lên rãnh hoàn chỉnh.
– 61 –
Các thiết bị máy móc được sử dụng để chế tạo gồm: máy cắt bàn, ê tô, máy hàn, máy khoan tay, máy mài tay, thước cặp, ê ke, thước cuộn,...
4.3.6. Thanh kẹp dao
Dựa trên bản vẽ chi tiết được thiết kế trước đó đưa vào máy tạo mẫu nhanh để làm thanh kẹp dao (Hình 4.6).
Hình 4.6. Thanh kẹp dao 4.4. Phương pháp lắp ráp máy
Các đoạn thép được và hàn lại với nhau theo kích thước đã được thiết kế trên bản vẽ, sử dụng ê ke để cân chỉnh độ vng góc giữa các thanh thép tránh tình trạng các thanh thép bị nghiêng dẫn đến việc lắp ráp sẽ thiếu chính xác. Cạnh của các thanh thép và một số mối hàn được mài nhẵn để tránh tổn thương khi tiếp xúc với máy và tạo cái nhìn thẩm mỹ cho khung máy.
Tiến hành lắp ráp, lắp 2 rulo và trục vào khung cùng với ổ đỡ sau đó lắp xích và cân chỉnh lại
Lắp bàn dao vào ở vị trí được bố trí trên khung
Để giảm ma sát giữa các bộ phận ta có thể bơi trơn bằng dầu hoặc mỡ bơi trơn chuyên dụng vào các cơ cấu như cần đẩy với ổ trượt, cơ cấu cam với con lăn…
Để tăng tính thẩm mỹ của khung của máy ta tiến hành phủ lên bề mặt khung một vài lớp sơn chống gỉ, hạn chế gỉ một phần nào. Mơ hình máy thực tế được thể hiện như
Hình 4.7.
4.5. Khảo nghiệm máy
Tiến hành khảo nghiệm máy với 1kg hạt sen tươi tương đương 377 hạt đã được phân loại theo kích cỡ, với phương pháp cấp liệu bằng tay nhằm đánh giá hiệu quả nguyên lý hoạt động của máy. Hạt sen được phân loại ra thành ba loại hạt với kích cỡ gồm lớn, trung bình và nhỏ
Khảo sát hạt sen với loại lớn với kích thước dùng để khảo nghiệm: Chiều dài: 16 ÷ 18 mm.
Đường kính: lớn 15 mm.
Độ ẩm: khoảng 61% (21 - 22 ngày tuổi). Bảng 4.1 thể hiện kết quả khảo nghiệm máy tách vỏ hạt sen thực tế.
Bảng 4.1: Kết quả khảo nghiệm máy tách vỏ hạt sen Hạt sen cắt Hạt sen cắt không được Hạt sen cắt không phạm Hạt sen cắt phạm ít Hạt sen cắt phạm nhiều Tổng Số lượng 20 300 25 32 377 Tỷ lệ 5,3% 79,6% 6,6% 8,5% 100%
– 63 –
Qua q trình khảo nghiệm nhóm nghiên cứu nhận thấy: năng suất làm việc của máy khá.
Tỷ lệ số hạt cắt thành công (hạt cắt không phạm và hạt cắt phạm ít trong phạm vi cho phép) đạt 85%.
Tỷ lệ hạt cắt khơng thành cơng trong đó hạt cắt khơng được và cắt bị phạm nhiều chiếm 15%.
CHƯƠNG 5
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 5.1. Kết quả
Hình 5.1: Máy tách vỏ hạt sen trên mơ hính 3D
Hình 5.2: Máy tách vỏ hạt sen
Máy tách vỏ hạt sen tươi năng suất 30 kg/h được thiết kế, chế tạo theo nguyên lý cắt và ma sát để tách vỏ. Máy có kích thước tổng thể DxRxC lần lượt là 1390x400x1170
– 65 –
(mm). Kết cấu của máy được thể hiện qua Hình 5.1 và Hình 5.2. Kích thước, các thơng số kỹ thuật được thể hiện ở (Bảng 5.1).
Bảng 5.1: Các thông số kỹ thuật của máy tách vỏ hạt sen năng suất 30kg/h
STT Tên thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật Ghi chú
1 Động cơ cấp liệu, cắt 0,75kW
2 Số vòng quay 300 Vòng/Phút
3 Vận tốc cấp liệu 5,36
4 Vận tốc cắt 0,05 (m/s)
5 Thời gian cắt 1,909 (s)
6 Động cơ băng tải 0,75 kW
7 Số vòng quay 180 Vòng/phút
Qua khảo nghiệm hạt sen 21-15 ngày tuổi, độ ẩm 61% Kết quả thu được tỷ lệ hạt cắt đạt yêu cầu khoảng 85%
5.2. Thảo luận
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và căn chỉnh máy tách vỏ hạt sen tươi năng
suất 30kg/h” dựa trên nguyên lý cắt sử dụng cơ cấu cam truyền động cho dao tịnh tiến
và nguyên lý cấp liệu sử dụng 2 rulo quay cùng chiều với hai vận tốc được thực hiện cho thấy phương pháp cũng như nguyên lý đã lựa chọn có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện sản xuất về mặt kinh tế, chế tạo, sửa chữa, vận hành… Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo khảo nghiệm này sẽ là tiền đề để có thể phát triển mơ hình máy tách vỏ hạt sen tươi, đưa vào sản xuất phục vụ cho quá trình tách vỏ hạt sen tươi hiện nay, giúp tăng năng suất, đảm bảo chất lượng của sản phẩm, hiện đại hóa dây chuyền sản xuất, chế biến hạt sen nói chung và cơng nghiệp phát triển cơ khí của đất nước nói riêng.
Các vấn đề cần thảo luận trong đề tài:
Với tỷ lệ cắt thành cơng gần 85% thì nằm ở mức khá tốt nhưng cần cải thiện một số vị trí để năng suất nâng cao hơn như: rãnh dẫn hướng, bàn dao
Vì hạt sen có nhiều kích cỡ khác nhau, nếu muốn cắt được tất cả hạt mà không cần phân loại trước thì dẫn đến: những hạt có kích thước q lớn sẽ bị dập, cịn những hạt có kích thước q nhỏ thì khơng cắt được.
Một số trường hợp do hạt sen lăn không đúng giữa rãnh dẫn hướng dẫn đến hạt sen bị cắt sai vị trí cần cắt dẫn đến q trình tách khơng đạt.
Bộ phận cấp liệu sẽ có các rãnh dẫn hướng cho hạt sen đến bộ phận cắt để tăng độ chính xác khi cắt.
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và căn chỉnh máy tách vỏ hạt sen tươi năng
suất 30kg/h” đã xác định được các vấn đề sau:
Tìm hiểu được về nguồn gốc, đặc tính, cơng dụng của hạt sen và tim sen. Khảo sát được ưu và nhược điểm của quá trình cắt và tách vỏ của máy đã khảo nghiệm trước và tách vỏ bằng phương pháp thủ công.
Máy tách vỏ hạt sen tươi này sử dụng nguyên lý cắt dựa trên phương pháp tách vỏ sen bằng thủ công và tổng hợp các tài liệu về nguyên lý cắt.
Tiến hành làm thí nghiệm nguyên lý cắt, đo các kích thước hạt sen, lực cắt và lực phá vỡ của hạt sen làm cơ sở cho q trình tính tốn.
Hồn thành q trình tính tốn thiết kế máy, mơ phỏng 3D nguyên lý hoạt động của máy trên phần mềm Inventor 2018. Hồn chỉnh được thuyết minh với các thơng số tính tốn và 1 bộ bản vẽ gồm 7 bản vẽ chi tiết và 1 bản vẽ lắp.
Hoàn thành chế tạo, căn chỉnh các bộ phận, cơ cấu và toàn bộ máy để tiến hành khảo nghiệm nguyên lý và đánh giá khả năng hoạt động của máy.
6.2. Kiến Nghị
Cần có những nghiên cứu sâu hơn về đề tài để có thể áp dụng nguyên lý này vào thực tiễn nhằm giảm thời gian tách vỏ, nâng cao năng suất sản xuất.
Cần cải thiện một số bộ phận của máy:
- Phễu cấp liệu có thể phát triển theo hướng tăng chiều dài quãng đường đi xuống rulo của hạt sen để tránh sen bị đùn lại khi qua rulo, tăng thể tích phễu cấp để năng suất đc nâng cao.
- Bộ phận cắt có thể cắt được nhiều kích cỡ hạt sen mà không bị phạm hay cắt không trúng hạt sen.
- Rãnh dẫn hướng nên định vị cho chuẩn xác để bàn dao có thể được cắt đúng giữa hạt sen theo hướng mong muốn.
- Bàn dao di chuyển trên 2 thanh khơng có dẫn hướng dẫn đến bàn dao di chuyển lệch khi cắt khơng được chính xác.
– 67 –
- Bộ phận tách cần cải thiện để có thể tách được nhiều kích cỡ hạt sen ở từng vùng miền khác nhau có kích cỡ to nhỏ khác nhau.