Giới thiệu về cây sen
1.1.1 Giới thiệu chung về cây sen
Cây sen, có tên khoa học là Nelumbo nucifera, là một trong những loại thực vật hạt trần có nguồn gốc từ châu Á, đặc biệt là Ấn Độ, trước khi lan rộng sang Trung Quốc Đây là loại thủy sinh được ưa chuộng và tiêu thụ mạnh mẽ tại khu vực châu Á.
Lá, hoa, hạt và củ của cây sen đều là những bộ phận có thể ăn được, mang lại giá trị dinh dưỡng cao Cây sen được trồng rộng rãi trên toàn thế giới, đặc biệt phổ biến ở các quốc gia như Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc.
Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại cây trồng nông nghiệp và công nghiệp Đặc biệt, vùng Đồng bằng sông Cửu Long nổi bật với địa hình đa dạng, hệ sinh thái phong phú và hệ thống sông ngòi dày đặc, bao gồm nhiều vùng đất trũng ngập nước, như thể hiện trong hình cây sen (Hình 1.1).
1.1.2 Những đặc tính sinh thái của cây sen
Cây sen có thân rễ hình trụ, phát triển mạnh mẽ và nằm sâu dưới bùn đến 0,5m Từ các đốt của thân rễ, nhiều lá sen hình tròn mọc lên, có đường kính từ 30-70 cm, vươn cao trên mặt nước Lá có cuống dài, có gai, với đỉnh ở giữa phiến lá và mép lá uốn lượn, mang màu xám đục Mặt dưới lá thường có đốm màu tía, gân lá rõ ràng hình khiên Độ dài cuống lá thay đổi tùy thuộc vào mực nước, giúp phiến lá nổi lên để thực hiện chức năng hô hấp và quang hợp.
Hoa sen có đường kính 8-12 cm, mọc riêng lẻ trên cuống dài và thẳng, phủ đầy gai nhọn, với màu sắc đa dạng như hồng, đỏ hoặc trắng Hoa có 3-5 lá đài màu lục nhạt, rụng sớm, cánh hoa phía trước to hơn, trong khi những cánh hoa ở giữa và phía trong hẹp dần Nhụy hoa có nhiều màu sắc, với nhụy mảnh và phần phụ (gạo sen) màu trắng, thơm Bộ nhụy bao gồm nhiều lá noãn nằm rời trên một đế hoa hình nón ngược Cây sen ra hoa vào buổi sáng, thụ phấn vào buổi trưa hoặc chiều, với gió và côn trùng là những tác nhân truyền phấn quan trọng Mùa hoa thường bắt đầu sau 2-3 tháng trồng cây con và cho thu hoạch sau 15 ngày.
30 ngày [1] Mùa hoa của cây sen thường bắt đầu vào khoảng tháng 5, tháng 6 và mùa hạt vào tháng 7-9
Hình 1.2: Hình ảnh cây sen Từ trái qua: a) Hoa sen; b) Gương sen
Hạt sen, với núm nhọn đặc trưng, có phần vỏ ngoài mỏng cứng màu lục tía Bên trong, hạt sen chứa tinh bột màu trắng ngà và lá mầm dày màu lục sẫm, tạo nên cấu trúc độc đáo và giá trị dinh dưỡng cao.
Cây sen không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà còn tiềm năng kinh tế lớn, với hầu hết các bộ phận như hạt, củ, ngó được sử dụng trong ẩm thực, tim sen dùng làm thuốc và trà tốt cho sức khỏe, trong khi bông sen đẹp được trưng bày, góp phần vào tiềm năng du lịch Cây sen chủ yếu được trồng ở Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là vùng Đồng Tháp Mười, nơi có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho sự phát triển của loại cây này.
Hạt sen là phần được sử dụng nhiều nhất của cây sen, tuy nhiên để sử dụng hạt sen, cần phải loại bỏ lớp vỏ ngoài của nó Việc này rất quan trọng để có thể tận dụng tối đa giá trị dinh dưỡng của hạt sen.
Việc tách vỏ hạt sen bằng phương pháp thủ công gặp nhiều khó khăn, tốn thời gian và chi phí cao, đồng thời sản phẩm thu được không đạt tiêu chuẩn thẩm mỹ Do đó, chúng tôi đã phát triển ý tưởng chế tạo máy tách vỏ hạt sen nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời cải tiến để xuất khẩu ra thị trường quốc tế.
Quy trình sản xuất tách vỏ hạt sen tươi hiện nay
Để có được hạt sen bán ngoài thị trường người ta phải trải qua rất nhiều công đoạn như Hình 1.3
Tách hạt sen ra khỏi gương
Tách vỏ tươi Tách vỏ lụa Lấy tim sen
Hình 1.3: Sơ đồ chế biến hạt sen tươi
Các công đoạn sản xuất chủ yếu được thực hiện thủ công, dẫn đến việc tiêu tốn nhiều thời gian mà năng suất lại không cao Đặc biệt, quá trình bóc tách vỏ tươi là công đoạn tốn thời gian nhất trong toàn bộ quy trình.
Hình 1.4: Tách vỏ hạt sen tươi thủ công
Tầm quan trọng của việc tách vỏ hạt sen tươi
1.3.1 Những giá trị của hạt sen tươi
Hạt sen là nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng với hàm lượng protein cao, chứa nhiều Magie, kali và phốt pho, trong khi lại rất ít mỡ bão hòa, natri và cholesterol Cụ thể, 100g hạt sen cung cấp 350 calo, 63-68g carbohydrate và 17-18g protein, chỉ với 1,9-2,5g mỡ Trung bình, 28g hạt sen khô cung cấp khoảng 5g protein chất lượng cao và giàu chất xơ mà không chứa đường, với hương vị thơm ngon được nhiều người ưa chuộng Nhờ vào thành phần dinh dưỡng phong phú, hạt sen mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như an thần, chữa mất ngủ, đau đầu, cải thiện trí nhớ, chống lão hóa và làm đẹp da Hạt sen tươi có thể được chế biến thành nhiều món ăn ngon như súp, canh hầm, chè, sữa, sen sấy, củ sen xào tôm và cơm lá sen.
Hình 1.5: Các món ăn chế biến từ hạt sen; Từ trái qua: Củ sen xào tôm, cơm lá sen, hạt sen xào bơ
1.3.1.2 Giá trị về kinh tế
Hình 1.6: Gương sen độ tuổi thu hoạch
Gương sen được thu hoạch sau khoảng 20-25 ngày phát triển, khi đỉnh hạt sen xuất hiện núm nhỏ màu đen và cuống gương sen có màu hồng Để hạn chế hái sót và tránh sen quá lứa, nên thu hoạch mỗi 2 ngày Giá gương sen loại một có thể lên tới 60.000 đồng/kg, trong khi loại rẻ nhất cũng trên 10.000 đồng/kg, trung bình khoảng 20.000 đồng/kg Những người mua gương sen thường tách tim để làm trà và bán sen lụa với giá từ 70.000 – 80.000 đồng/kg, có khi lên tới hơn 120.000 đồng/kg Năng suất đạt từ 7-10 tấn gương sen/ha/vụ mỗi năm.
Trồng cây sen mang lại lợi nhuận cao gấp 1,5 – 2 lần so với cây lúa, với khả năng thu hoạch hai vụ mỗi năm Mặc dù cây sen thường bị sâu ăn lá tấn công, nông dân đã áp dụng biện pháp nuôi cá dưới ruộng sen để kiểm soát sâu bệnh Khi phát hiện sâu, họ hái lá sâu để cho cá ăn, từ đó không chỉ tiết kiệm chi phí thuốc trừ sâu mà còn tăng thêm thu nhập Điều này chứng tỏ rằng lợi nhuận từ việc trồng cây sen vượt trội hơn hẳn so với cây lúa.
1.3.2 Nhu cầu hạt sen trong và ngoài nước
Gần đây, nhu cầu mua hạt sen tươi tại Việt Nam đã tăng mạnh do nhiều doanh nghiệp đầu tư nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm từ cây sen Các sản phẩm chế biến như sữa, nước giải khát, rượu, trà tim sen và hạt sen sấy không chỉ nâng cao giá trị cho cây sen Việt mà còn tạo ra cơ hội mới cho người trồng.
Hình 1.7: Rượu sen và trà tim sen
Tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay
Nhằm đáp ứng nhu cầu bóc tách vỏ hạt sen tươi, Trung Quốc và Ấn Độ đã phát triển các máy tách vỏ hạt sen với năng suất cao nhờ vào tiềm năng kỹ thuật và sự sáng tạo Tuy nhiên, giá thành của những máy móc này vẫn còn khá đắt đỏ.
Máy tách vỏ hạt sen là thiết bị quan trọng trong ngành chế biến thực phẩm, với nhiều mẫu mã đến từ các công ty khác nhau Hình 1.8 minh họa hai loại máy tách vỏ hạt sen tươi: loại đầu tiên được sản xuất bởi công ty Zengzhou Hongshin Machinery tại Trung Quốc, và loại thứ hai đến từ một công ty khác Những máy móc này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm hạt sen.
Zengzhou Inber Machinery, Trung Quốc
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật máy tách hạt sen tươi của công ty Zengzhou Hongshin Machinery
Năng suất Công suất Trọng lượng Giá
Máy tách vỏ hạt sen tươi của công ty Zengzhou Hongshin Machinery (Hình
1.8a), Trung Quốc, các thông số kỹ thuật của máy được như trong Bảng 1.1 [4] Máy này bao gồm ba chân, một thân máy, băng tải, phễu, một máy bơm nước áp lực cao và một thiết bị điện, hệ thống truyền tải điện, chủ yếu là bởi thiết bị định vị hạt sen, một thiết bị đo khoảng cách cố định, một cưa vỏ hạt sen, thiết bị xay, thiết bị bong tróc và các thành phần thiết bị truyền dẫn Thiết bị định vị hạt sen và một thiết bị lột tương ứng được bố trí ở hai đầu của thiết bị truyền dẫn, thiết bị từ xa, một vỏ cưa và thiết bị lột liên tục sắp xếp bên cạnh nhau trong các thiết bị truyền dẫn trong các công đoạn của bề mặt băng tải ở trên, thiết bị định vị, cố định thiết bị, dây đai truyền động tương ứng với vận tốc di chuyển của hạt sen, hạt sen sau khi định vị bằng dây đai được lăn đến các thiết bị khoảng cách và thiết bị cắt, tiếp đến là quá trình tách vỏ lụa nhờ các tia nước được bắn vào hạt sen áp lực lớn Hạt sen tươi có thể nhanh chóng được cắt vỏ và lột vỏ Các sản phẩm chính là để xay xát và lột chế biến hạt sen tươi nấu chín
Máy tách vỏ hạt sen khô và tươi của công ty Zengzhou Inber Machinery (Hình
1.8b) và thông số kỹ thuật của máy Bảng 1.2
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật máy tách vỏ hạt sen tươi của công ty Zengzhou Inber Machinery
Năng suất Công suất Trọng lượng Giá
15 – 60kg/h 0,75kW 20kg – 90kg 2000USD
Hiện nay, nhiều đề tài nghiên cứu về máy tách vỏ hạt sen đã được thực hiện tại Việt Nam, với một số công ty chế tạo và đưa sản phẩm ra thị trường Tuy nhiên, công suất của các máy này còn hạn chế và chưa được sử dụng phổ biến, khiến người dân chủ yếu phải làm thủ công, dẫn đến năng suất thấp và không đáp ứng đủ nhu cầu thị trường Các loại máy nhập khẩu vào Việt Nam thường gặp khó khăn trong hoạt động do sự khác biệt về kích thước và đặc tính của hạt sen so với các quốc gia khác Do đó, cần nghiên cứu kỹ lưỡng về mặt kỹ thuật và thiết kế máy tách vỏ hạt sen để phù hợp với điều kiện hoạt động tại Việt Nam.
Hình 1.10: Máy tách vỏ hạt sen trong nước Từ trái qua: a) Máy tách vỏ hạt sen MECONG –
TF68; b) Máy bóc vỏ hạt sen công ty VINACOMM
Trình độ kỹ thuật của nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo máy tách vỏ hạt sen Cấu trúc máy đơn giản và các chi tiết chế tạo dễ dàng tháo lắp cho phép chúng ta sản xuất máy tách vỏ hạt sen tươi hoàn thiện, phù hợp với đặc tính của sen Việt Nam Chất lượng và mẫu mã sản phẩm nội địa không thua kém so với hàng ngoại nhập, như thể hiện trong Hình 1.9a và các thông số kỹ thuật được trình bày trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thông số kĩ thuật máy tách vỏ hạt sen MECONG –TF68
Năng suất Công suất Kích thước máy Nguồn điện
400kg/giờ 1,5kW 1480x560x1060 mm 3 Phase
Máy tách vỏ hạt sen TMTP-OA08 do Vinacomm cung cấp là sản phẩm mới tiện lợi cho mọi gia đình và doanh nghiệp Thiết kế nhỏ gọn và các bộ phận có thể tháo rời giúp việc vệ sinh trở nên dễ dàng Máy được trang bị 3 lưỡi dao bằng thép cứng, không gỉ, sắc bén, thuận tiện cho việc tách hạt Miệng phễu rộng kết hợp với tay quay cho phép máy tự động tách hạt theo sức quay của người sử dụng, mang lại sự đơn giản và hiệu quả trong quá trình tách hạt.
Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật máy bóc vỏ hạt sen công ty VINACOMM
Năng suất Công suất Kích thước máy Giá
2.1 Phân tích nguyên lý, ưu và nhược điểm của máy đã có và đề xuất phương án cải tiến, thiết kế
Phân tích phương án thiết kế cải tiến máy dựa vào nguyên lý máy đã có sẵn (Hình
2.1) và (Hình 2.2), từ đó đề phương án thiết kế
Máy tách vỏ hạt sen là đề tài luận văn tốt nghiệp của sinh viên Lê Bá Lĩnh và Liễu Riêu Đa vào tháng 12 năm 2016 Luận văn mang tên “Thiết kế nguyên lý máy tách vỏ hạt sen tươi và chế tạo thử nghiệm”, tập trung vào việc phát triển và thử nghiệm một thiết bị hiệu quả cho việc tách vỏ hạt sen.
Hình 2.1: Máy tách vỏ hạt sen đề tài luận văn tốt nghiệp 12/2016 “Thiết kế nguyên lý máy tách vỏ hạt sen tươi và chế tạo thử nghiệm” và
Động cơ băng tải hoạt động thông qua bộ truyền đai thang, giúp hạt sen di chuyển từ phễu xuống băng tải nhờ lực ma sát Khi hạt sen đến hệ thống dao cắt, nó chuyển sang ma sát lăn giữa băng tải và hạt sen, đồng thời lăn tuyệt đối giữa hạt sen và lưỡi dao Động cơ và băng tải được lắp đặt trên một khung máy, với một tấm inox đặt sau dao cắt, cách băng tải một khoảng nhất định, giúp tách hạt sen theo nguyên lý ma sát, tiếp tục chu trình tuần hoàn.
Hạt sen tươi Bộ tách Hạt sen tươi đã tách vỏ BĂNG TẢI
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý phiên bản thứ 1
Phân tích ưu và nhược điểm của phiên bản thứ 1 (Hình 2.1):
Máy nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiết kiệm vật liệu chế tạo
Hầu hết các hạt sen bị cắt qua bộ phận tách vỏ đều tách ra khỏi lõi và lõi sen không bị ảnh hưởng
Phễu cấp liệu phôi xuống không đồng đều do ít rãnh dẫn hướng phôi
Hệ thống dao cắt cố định thiếu độ linh hoạt khiến quá trình cắt khó khăn hơn, năng suất thấp và chỉ cắt được một số hạt nhất định
Năng suất máy chưa cao
Máy tách vỏ hạt sen được trình bày trong hình 2.3 là sản phẩm của đề tài luận văn tốt nghiệp tháng 12/2017 của sinh viên Nguyễn Minh Nguyện và Nguyễn Lê Phục Lâm, với tiêu đề "Thiết kế, chế tạo máy tách vỏ hạt sen tươi năng suất 20 kg/h" [6].
Khi máy khởi động, động cơ hoạt động thông qua bộ truyền xích, khiến hai trục rulo cao su và cơ cấu cam chuyển động Quá trình này giúp tách hạt sen từ gương và đưa chúng vào phễu.
Trong quy trình chế biến hạt sen, hai trục rulo cao su quay giúp hạt sen rơi qua khe hở giữa các trục Sau đó, hạt sen được cắt bằng dao cắt di chuyển qua lại nhờ trục cam, đảm bảo bề dày vỏ cắt đúng yêu cầu mà không làm tổn thương hạt bên trong Cuối cùng, hạt sen được vận chuyển bằng băng tải đến bộ phận tách vỏ, hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát, trước khi tiếp tục chu trình chế biến tương tự.
Hình 2.3 Máy tách vỏ hạt sen đề tài luận văn tốt nghiệp 12/2017 “Thiết kế, chế tạo máy tách vỏ hạt sen năng suất 20kg/h”
Hạt sen tươi liệu Bộ dẫn hướng Bộ dao cắt
Hạt sen tươi đã tách vỏ
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý phên bản thứ 2
Phân tích ưu nhược điểm của máy đã có sẵn (Hình 2.3)
Máy tách vỏ hạt sen : đề tài luận văn tốt nghiệp 12/2017 “Thiết kế chế, tạo máy tách vỏ hạt sen năng suất 20 kg/h”
Phễu cấp liệu chia làm sáu rãnh dễ dàng dẫn hướng phôi ít bị đùn ứ phôi
Dao tịnh tiến quá trình cắt dễ dàng hơn dao đứng yên, hiệu quả và năng suất cao hơn
Hệ thống cắt và tách được thiết kế riêng biệt giúp quá trình tách hạt sen được dễ dàng và đảm bảo năng suất và chất lượng cần thiết
Phễu cấp phôi còn hạn chế phôi xuống 2 rulo quá nhanh Dao cắt không ngay giữa hạt sen nguyên nhân do canh chỉnh bộ phận dẫn hướng
Tỉ lệ cắt đúng và đạt yêu cầu thấp cắt không trúng, không đứt phôi
Tấm chặn trên bộ phận tách không tách được hết khi cùng lúc nhiều hạt sen lớn nhỏ đi qua do không đủ lực ép
Dựa trên thiết kế, sơ đồ, nguyên lý hoạt động và kết quả thử nghiệm máy, chúng ta đã nhận diện được những ưu nhược điểm của máy cũng như các bộ phận cần được cải tiến Cụ thể, cần điều chỉnh tốc độ rulo, cải tiến phễu cấp liệu, bộ phận dẫn hướng, bàn dao cắt và bộ phận tách lực.
Dựa trên các phân tích máy đã thực hiện, chúng tôi đề xuất phương án thiết kế máy nhằm hoàn thiện nguyên lý hiện có, với mục tiêu đạt năng suất 30kg/h.
2.2 Sơ đồ nguyên lý của máy
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý chung Động cơ cắt
Cơ cấu truyền động xích
BỘ PHẬN CẮT VỎ HẠT SEN
BỘ PHẬN TÁCH VỎ HẠT SEN
Hạt sen tươi đã tách vỏ
Hạt sen tươi Động cơ tách Rulo Cam
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý chung
Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, sơ đồ nguyên lý chung của máy tách vỏ hạt sen được trình bày trong Hình 2.5, có nguyên lý hoạt động tương tự như phiên bản thứ hai.
Ngoài ra, để kiểm tra quy trình chế tạo máy, nhóm còn tham khảo thêm quy trình chế tạo của máy tách hạt ca cao [7]
2.2.2 Sơ lược về bộ truyền
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ phận cắt
1.1.Phễu cấp liệu 1.2 Rulo thứ hai 1.3 Chi tiết dẫn hướng 1.4 Bộ truyền xích từ động cơ qua rulo thứ nhất 1.5 Động cơ điện
1.6 Bộ truyền xích từ động cơ qua cam 1.7 Cam
1.8 Bàn dao cắt 1.9 Thớt 1.10 Rulo thứ nhất 1.11 Bộ truyền xích từ rulo thứ nhất qua rulo thứ hai
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu bằng việc khởi động động cơ, qua các bộ truyền xích, làm cho hai trục rulo và cơ cấu cam chuyển động Hạt sen được cấp vào phễu cấp liệu và liên tục rơi xuống rulo thứ hai, sau đó được dẫn vào khe hở giữa hai rulo Rulo thứ nhất quay theo cùng chiều với rulo thứ hai, giúp hạt sen tiếp xúc và quay tròn, rơi vào các rãnh dẫn hướng Bề mặt các rãnh dẫn hướng và rulo thứ nhất được trang bị đệm cao su để giữ và dẫn hạt sen vào dao cắt mà không làm dập bề mặt hạt Khoảng cách giữa bề mặt rulo thứ nhất và thớt luôn nhỏ hơn đường kính hạt sen, đảm bảo hạt sen tiếp xúc với rulo thứ nhất khi lăn trên thớt Khi đi qua dao cắt, hạt sen được cắt theo yêu cầu về độ dày của vỏ mà không xâm phạm vào bên trong.
Hình 2.7: Sơ đồ tham chiếu nguyên lý hoạt động và bộ truyền của bộ phận tách
2.1 Khung máy 2.2 Rulo bị dẫn 2.3 Băng tải
2.4 Tấm đè 2.5 Bánh đai lớn 2.6 Dây đai
2.7 Bánh đai nhỏ 2.8 Động cơ điện
Bộ phận tách hoạt động khi động cơ khởi động qua bộ truyền đai, làm cho rulo dẫn và rulo bị dẫn quay theo băng tải Sau khi quá trình cắt hoàn tất, hạt sen sẽ được băng tải đưa xuống bộ phận tách vỏ nhờ nguyên lý ma sát giữa băng tải và tấm đè Hạt sen được tách ra đúng yêu cầu và tiếp tục chu trình tuần hoàn tương tự.
2.2.2.1 Bộ truyền từ động cơ đến trục cam và hai rulo
Sử dụng bộ truyền xích
Bộ truyền xích kết nối động cơ với rulo thứ nhất bao gồm hai bánh xích: bánh dẫn gắn ở trục động cơ và bánh bị dẫn ở trục rulo thứ nhất Khi động cơ quay, bộ truyền xích sẽ kéo trục rulo thứ nhất quay theo cùng chiều, như mô tả trong Hình 2.6.
Bộ truyền xích kết nối động cơ với trục cam, bao gồm hai bánh xích: bánh dẫn gắn trên trục động cơ và bánh bị dẫn trên trục cam Khi động cơ quay, bánh dẫn sẽ kéo theo bánh bị dẫn, làm cho trục cam quay cùng chiều, như minh họa trong Hình 2.6.
Bộ truyền xích giữa trục rulo thứ nhất và thứ hai bao gồm hai bánh xích, với bánh dẫn nằm ở trục rulo thứ nhất và bánh bị dẫn ở trục rulo thứ hai Khi động cơ quay, trục rulo thứ nhất sẽ quay và kéo theo trục rulo thứ hai quay theo cùng chiều nhờ vào bộ truyền xích Ưu điểm của hệ thống này là khả năng truyền động hiệu quả và ổn định giữa các trục.
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai
- Tỷ số truyền ổn định
- Vận hành đơn giản, dễ tháo lắp
- Lực tác dụng lên cổ truc nhỏ
- Khoảng cách trục lớn, không bị trượt khi làm việc
- Làm việc gây tiếng ồn
- Thường xuyên bảo quản, phải bôi trơn thường xuyên
2.2.2.2 Bộ truyền từ động cơ đến rulo bộ phận tách
Sử dụng bộ truyền đai
Bộ truyền đai là hệ thống gồm hai bánh đai, trong đó bánh đai dẫn gắn với trục động cơ và bánh bị dẫn gắn với trục rulo dẫn Khi động cơ hoạt động, nó làm cho trục rulo dẫn quay theo cùng chiều, kéo theo băng tải mắc vào hai rulo và chuyển động theo chiều quay của rulo Ưu điểm của bộ truyền đai là khả năng truyền động hiệu quả và linh hoạt.
- Kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp
- An toàn cho động cơ khi quá tải
- Tỷ số truyền không ổn định
- Lực tác dụng lên trục lớn
- Kích thước bộ truyện lớn
- Tuổi thọ dây đai thấp
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là hạt sen được đưa vào phễu, nơi có sáu rãnh dẫn hạt sen rơi xuống Khe hở của các rãnh được thiết kế với kích thước phù hợp, không quá nhỏ cũng không quá lớn, dựa trên đường kính và chiều dài trung bình của hạt sen Điều này giúp hạt sen rơi xuống một cách dễ dàng, đồng thời ngăn chặn hiện tượng đùn hay văng ra ngoài, đảm bảo hạt sen di chuyển qua rulo theo đúng hướng mong muốn.
3.1 Tính công suất và chọn động cơ
Ta có năng suất Q = 30kg/h, mà 1 kg hạt sen tươi tương ứng với 377 hạt sen:
Với mỗi lượt hạt sen xuống phễu cấp liệu được 6 hạt sen nên:
Tương ứng với mỗi giây thì:
Ta có quãng đường hạt sen được cắt là 100 mm
Hình 3.1: Thí nghiệm đo lực cắt
Ta có lực cắt vỏ hạt sen theo thí nghiệm thực tế (Hình 3.1):
Mô tả thí nghiệm (Hình 3.1):
+ Bước 1: Vật nặng m1 có thể thay đổi bằng cách: dùng cốc nhựa đổ cát vào cho đến khi bàn trượt di chuyển thì xác định khối lượng 𝑚 1 = 340 (𝑔)
Để thực hiện bước 2, bạn cần đặt hạt sen lên bệ đỡ tại vị trí của dao cắt Sau đó, đổ thêm cát vào cốc cho đến khi bàn trượt có thể di chuyển và cắt được hạt sen Từ đó, xác định khối lượng cốc cát là 𝑚 2 500 (𝑔).
=> 𝐹 𝑐 = (𝑚 2 − 𝑚 1 ) ∙ 𝑔 = 15,7 (𝑁) (3.6) Khoảng cách từ điểm cao nhất của cam đến tâm cam R = 32 mm
Ta tính được moment xoắn trên cam cũng là moment đẳng trị:
1 = 0,995 – Hiệu suất của một cặp ổ lăn
2=0,96 – Hiệu suất của bộ truyền đai
3=0,97 – Hiệu suất của bộ truyền xích
Ta có khối lượng Rulo mrulo = 20,5 kg = 205 N Đường kính rulo = 240 mm = 0,24 m
Ta có khối lượng Rulo2 = 20,5 kg = 205 N Đường kính D = 240 mm = 0,24 m
3.1.2 Tính động cơ bộ phận tách
Ta có khối lượng trục rulo dẫn mtt = 2,806kg = 28,06 N Đường kính trục tách 82 mm = 0,82m
Ta có moment của rulo dẫn :
Mô tả thí nghiệm tìm lực tách hạt sen:
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tính lực tách vỏ hạt sen
Để bắt đầu, hãy đặt hạt sen đã được cắt lên băng tải Sau đó, sử dụng tấm tách để đặt lên hạt sen và giữ một đầu của tấm tách, đồng thời đặt cốc nhựa lên tấm tách theo bố trí như trong hình.
Di chuyển băng tải để hạt sen lăn và đồng thời đổ cát vào cốt nhựa cho đến khi vỏ hạt sen tách ra Khối lượng của cốc cát được xác định là 3,2 kg.
Với f t – hệ số ma sát của (chọn f = 0,8 )
F tách – Lực tách hạt sen m= 3,2 kg – Khối lượng vật thí nghiệm g= 9,81 – Gia tốc
Vận tốc để tách vỏ hạt:
Suy ra công suất tách:
Công suất cần thiết động cơ:
Nct= NCt5 + NCt4 = 0,457 + 0,022= 0,479 (kW) (3.24) Thông số động cơ chính được thể hiện trong Bảng 3.1, thông số động cơ cho băng tải được thể hiện như Bảng 3.2
Bảng 3.1: Thông số động cơ chính
Khối lượng (kg) Tỉ số truyền
Bảng 3.2: Thông số động cơ cho băng tải
Công suất (kW) Số vòng quay (rpm) Hiệu suất (%) Khối lượng (kg)
3.2 Thiết kế bộ truyền xích
Ta có tỉ số truyền của bộ truyền xích: icam = 0,5 (3.25) inhanh =3 (3.26) icham = 1,282 (3.27)
Các thông số ban đầu:
Công suất làm việc: N = 0,75 (kW)
Số vòng quay trục dẫn: n1 = 300 (vòng/phút)
Số vòng quay trục cam: n2 = 600 (vòng/phút)
Số vòng quay trục puly nhanh: n3 = 100 (vòng/phút)
Số vòng quay trục puly nhanh sang chậm: n4 = 78 (vòng/phút)
Chúng tôi chọn xích con lăn cho thiết kế vì chúng mang lại lợi ích vượt trội, cụ thể là khả năng thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa.
Kết quả là độ bền của xích con lăn cao hơn xích ống, chế tạo xích con lăn không khó bằng xích răng
Xích con lăn có nhiều trên thị trường dẫn đến dễ thay thế, phù hợp với vận tốc yêu cầu
Vì công suất sử dụng không quá lớn nên chọn xích một dãy Định số răng của đĩa xích Z1, Zcam
Tỉ số truyền của bộ truyền xích: idc-c = 0,5
Chọn số răng đĩa xích nhỏ Z1 theo Bảng 6-3 [8] (Bảng hướng dẫn chọn số răng đĩa xích nhỏ) Z1 = 32
Số răng đĩa xích lớn:
Tỉ số truyền của bộ truyền xích: iđc-nhanh = 3
Chọn số răng đĩa xích lớn Z1 theo Bảng 6-3 [8] (Bảng hướng dẫn chọn số răng đĩa xích nhỏ) Z2 = 16
Số răng đĩa xích lớn:
Tỉ số truyền của bộ truyền xích: inhah-cham = 1,282
Chọn số răng đĩa xích nhỏ Z1 theo Bảng 6-3 [8] (Bảng hướng dẫn chọn số răng đĩa xích nhỏ) Z5 = 25
Số răng đĩa xích lớn:
Hệ số điều kiện sử dụng:
1 k đ – Hệ số xét đến tính chất tải trọng ngoài (tải trọng va đập trung bình)
1 k A – Hệ số xét đến chiều dài xích (A = 3035 t)
0 1 k - Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền (đường nối 2 tâm đĩa xích làm với đường nằm ngang một góc nhỏ hơn 60 0 )
1 k đc - Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích (trục không điều chỉnh được và cũng không có đĩa hoặc con lăn căng xích)
1 k b - Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn (bôi trơn nhỏ giọt)
1 k c - Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền (làm việc 2 ca)
N = 0,4 (kW) – Công suất danh nghĩa
Z - Hệ số răng đĩa dẫn
o n dc k n n - Hệ số vòng quay đĩa dẫn no1 = 400 (vòng/phút) – số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở (6- 4), [8])
Nt= k kZ kn Nđc= 1,875.1,5625.1,33.0,4 = 1,558 (kW) (3.33) Bước xích được chọn theo bảng 6-4 [8] thỏa mãn điều kiện: N t N
Với no1 = 400 (vòng/phút) Chọn xích ống con lăn một dãy (10947 – 64), có: Bước xích: t = 12,875 (mm)
Diện tích bản lề: F = 51,3 (mm 2 )
Công suất cho phép: [N] = 3,9 (kW)
Với loại xích này, tra theo bảng 6-1 [8], Các kích thước chủ yếu của xích ống con lăn một dãy Thông số xích được thể hiện như Bảng 3.3
Chiều rộng ống C Đườn g kính con lăn D l 1
Chiều cao xích b Đườn g kính chốt d l
Diện tích bản lề F=dl (mm 2 )
Kiểm nghiệm số vòng quay của đĩa xích dẫn theo điều kiện: n dc n gh
Với ngh – số vòng quay giới hạn, phụ thuộc bước xích và số răng đĩa xích
Tra bảng 6-5 [8], Số vòng quay giới hạn ngh của đĩa dẫn
Ta được: ngh = 1900 (vòng/phút)
⇒ Thỏa mãn điều kiện n dc 300 n gh 1900 (vòng/phút)
3.2.3 Định khoảng cách trục A và số mắt xích X
Chọn khoảng cách trục sơ bộ:
Lấy số mắt xích trục cam = 77
Số mắt xích trục nhanh:
Số mắt xích trục chậm:
Kiểm nghiệm số lần va đập u của bản lề xích trong 1 giây u
Theo bảng 6-7 [1], Số lần va đập cho phép trong 1giây tra được: [u]= 45
Tính chính xác khoảng cách trục cam theo số mắt xích đã chọn X = 77
(mm) Để đảm bảo độ võng bình thường, tránh cho xích khỏi bị căng quá Giảm khoảng cách trục A một khoảng A 0,003 A 0,75 (mm)
Tính chính xác khoảng cách trục dc-nhanh theo số mắt xích đã chọn X = 131
(mm) Để đảm bảo độ võng bình thường, tránh cho xích khỏi bị căng quá Giảm khoảng cách trục A một khoảng A 0,003A1, 407 (mm)
Tính chính xác khoảng cách trục chậm theo số mắt xích đã chọn X = 77
(mm) Để đảm bảo độ võng bình thường, tránh cho xích khỏi bị căng quá Giảm khoảng cách trục A một khoảng A 0,003A0,7 (mm)
3.2.4 Tính đường kính vòng chia của đĩa xích Đường kính vòng chia đĩa dẫn:
(mm) (3.39) Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn:
(mm) (3.40) Đường kính vòng chia đĩa dẫn:
(mm) (3.41) Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn:
(mm) (3.42) Đường kính vòng chia đĩa dẫn:
(mm) (3.43) Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn:
3.2.5 Tính lực tác dụng lên trục
Lực R tác dụng lên trục động cơ:
Lực R tác dụng lên trục cam:
Lực R tác dụng lên trục chậm:
Lực R tác dụng lên trục nhanh:
Trong đó: kt = 1,15 – hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích lên trục (Bộ truyền thẳng nghiêng)
3.2.6 Đường kính vòng đỉnh Đường kính vòng đỉnh đĩa dẫn:
Z (mm) (3.49) Đường kính vòng đỉnh đĩa bị dẫn:
Z (mm) (3.50) Đường kính vòng đỉnh đĩa dẫn:
Z (mm) (3.51) Đường kính vòng đỉnh đĩa bị dẫn:
Z (mm) (3.52) Đường kính vòng đỉnh đĩa dẫn:
Z (mm) (3.53) Đường kính vòng đỉnh đĩa bị dẫn:
Sơ đồ bộ truyền động xích được thể hiện như Hình 3.3, đồng thời bảng thông số của bộ truyền xích được thể hiện tại Bảng 3.4 và Bảng 3.5
Hình 3.3: Sơ đồ truyền động xích
Bảng 3.4: Các thông số của bộ truyền xích Đĩa xích Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6
Số răng 32 16 16 48 25 32 Đường kính vòng chia
Bảng 3.5: Bảng thông số của các bộ truyền xích
Cụm truyền động Tỉ số truyền Số mắc xích X Khoảng cách trục A
(mm) Động cơ với trục cam 32/16 77 250 Động cơ với rulo dẫn 16/48 131 467
Rulo dẫn với rulo bị dẫn
3.3 Tính toán bộ truyền đai
3.3.1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai
Truyền động đai là phương pháp hiệu quả để truyền động giữa các trục xa nhau với chuyển động êm ái Tuy nhiên, sự trượt giữa dây đai và bánh đai do các yếu tố kỹ thuật không thể tránh khỏi dẫn đến tỉ số truyền không ổn định Do đó, cần chọn dây đai có tỉ số truyền i không vượt quá 10 để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Cho biết các thông số ban đầu:
+ Công suất cần thiết của động cơ Nct = 0,75 KW
+ Số vòng quay của trục động cơ : nđc = 180 (vòng/phút)
+ Số vòng quay của trục bị dẫn: n1 = 360 (vòng/phút)
+ Giả sử vận tốc đai: v > 5 (m/s)
Hình 3.4: Biểu đồ các loại đai thông dụng
Ta chọn được loại đai loại B (bảng 5-13 [8])
3.3.2 Trình tự thiết kế tính toán
Bảng 3.6 và Bảng 3.7 thể hiện thông số của bộ truyền đai cho bộ phận tách vỏ
Bảng 3.6: Tính toán các thông số bộ truyền đai
CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN LOẠI ĐAI BẢNG TRA
Kích thước tiết diện đai : a.h (mm) 22x13,5 Bảng 5 11/92 Diện tích tiết diện đai : F ( mm 2 ) 230
2 Định đường kính bánh đai nhỏ D 1 (mm) 50 Bảng 5-14
Kiểm nghiệm vận tốc đai (m/s):
Vận tốc này thỏa mãn : V≤Vmax = (30÷35) (m/s) Thỏa
3.Tính đường kính D 2 (mm) của bánh lớn
(Trong đó= 0,02 là hệ số trượt của đai thang )
Lấy D2 theo tiêu chuẩn 100 Bảng 5-15
Số vòng quay thực của trục bị dẫn:
D (v/ph) 88 CT (5-8) n1 sai lệch rất ít so với yêu cầu (3÷5%) Thỏa
Tỉ số truyền thực: i= dc
4 Chọn sơ bộ khoảng cách trục A
5 Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục
A sơ bộ theo công thức
Lấy L theo tiêu chuẩn: 500 Bảng 5-12
Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây: u = u max 10
6 Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn
Khoảng cách trục A thỏa mãn điều kiện:
Khoảng cách nhỏ nhất, cần thiết để mắc đai:
Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để tạo lực căng:
Ta thấy góc ôm thỏa mãn điều kiện : 1 120 0
8 xác định số đai Z cần thiết:
Chọn ứng suất căn bản ban đầu là: 0 1,2
N/mm 2 và theo trị số D1, ta được:
Hệ số ảnh hưởng của góc ôm: C𝛼 0,98 Bảng 5-18
Hệ số ảnh hưởng của chế độ tải trọng: Ct 0,9 Bảng 5-6
Hệ số ảnh hưởng của vận tốc: Cv 1,04 Bảng 5-19
Số đai cần thiết tính theo công thức:
F: Tiết diện đai (mm 2 ) v: vận tốc đai (m/s)
9 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai
Trong đó: t và S được tra trong bảng 10-3
34 CT (5-23) Đường kính ngoài của bánh đai:(công thức 5-24)
Bánh dẫn: Dn1 = D1 + 2h0 h0=5 110 ho tra bảng (10-3) Bánh bị dẫn: Dn2 = D2 + 2h0 h0=6 62
10 Xác dịnh lực căng ban đầu S 0 và lực tác dụng lên trục
- Lực căng ban đầu: S 0 0 F N 276 CT (5-25)
- Lực tác dụng lên trục:
Ta có bảng thông số sau:
Bảng 3.7: Các thông số của bộ truyền đai
Bánh đai nhỏ Bánh đai nhỏ Đường kính bánh đai 50(mm) 100(mm) Đường kính ngoài bánh đai 62(mm) 110(mm)
Chiều rộng bánh đai 34(mm)
Chiều dài dây đai 500(mm)
Lực tác dụng lên trục 819,7 (N)
3.4.1 Thiết kế biên dạng cam
Chọn bán kính vòng trong của cam là R1 = 25 mm (Hình 3.5)
Chiều cao h1 = 6.3 mm h2 = 18.7 mm Khi đó bán kính con đội cam là R2 = R1 + h1 + h2 = 25 +6.3 + 18.7 = 50 mm
Ta được biên dạng cam như sau:
3.4.2 Tính toán lực tác dụng của bộ truyền cam cắt
Với: f t – hệ số ma sát của (chọn f = 0,07 do có bôi trơn)
N – phản lực m = 21,3 N – Khối lượng bàn dao g = 9,81 – Gia tốc
Lực lò xo: chọn lực đẩy của lò xo bằng
75% lực của cam tác dụng lên cần
Tổng lực ma sát và lò xo :
3.5 Tính toán thiết kế trục
3.5.1 Công suất động cơ trên các trục
Nrulo dẫn= Nct d ol = 0,479 0,96 0,995= 0,46 (kW) (3.65)
3.5.2 Tốc độ quay trên các trục
- Trục rulo dẫn của bộ phận tách: ntách= 180
3.5.3 Moment xoắn trên các trục
- Moment xoắn trên trục động cơ: ct dc dc
n = 11,52367 Nm = 11523,67 (Nmm) (3.71) -Moment xoắn trên trục 2:
- Moment xoắn trên trục rulo dẫn của bộ phận tách:
Số liệu tổng hợp các thông số trên các trục được thể hiện như Bảng 3.8
Bảng 3.8: Tổng kết ta có bảng số liệu
Các thông số Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục rulo tách
23875 69142 85445,76 48811,11 Đường kính sơ bộ của các trục: d 3 n
(công thức 7-2, [8]) (3.75) Đối với trục 1: d1 3 1 3
Lấy d1 = 20 (mm) Đối với trục 2:
Lấy d2 = 25 (mm) Đối với trục 3:
Lấy d3 = 25 (mm) Đối với trục rulo dẫn của bộ phận tách:
Để xác định chiều rộng của ổ bi B1mm và D1Gmm, ta có thể sử dụng trị số d2 = 25 mm cho bước tính gần đúng trong ba trị số d1, d2, d3 Theo bảng 10.2 và bảng 14P, chiều rộng của ổ bi B được xác định là 15 mm và D2 là 52 mm.
-d3 = 25 mm ta có được chiều rộng ổ bi B3 = 15 mm, D3 = 52mm
3.5.4 Tính toán chính xác các chiều dài và đường kính các đoạn trục
Sơ đồ phân bố lực của trục được thể hiện như Hình 3.6
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí lực của trục
3.5.4.1 Tính toán trục 1 (trục cam)
- Các lực tác dụng lên trục 1:
+ Lực cắt bàn dao bằng với lực vòng trên cam: Fc = F1 = 15,7 N
+ Moment xoắn trên trục 1: M = 11523,67 N.mm
+ Khi dời lực về tâm trục: M = F r 1 1 15,7.30471 Nmm r1 là khoảng cách từ đỉnh cao nhất của cam đến tâm cam
- Tính toán các thành phần lực:
Giả sử lực phân bố như hình vẽ xét hệ tọa độ yOz
Ta có: Moment xoắn tại B
Xét hợp lực theo phương y y xíchcam By Dy
Xét hệ tọa độ xOz
Xét hợp lực theo phương x: x Bx 1 Dx
- Tính moment trên các đoạn:
Mặt cắt 3-3: 0 z 112mm uy Dy
Mặt cắt 3-3: 0 z 112mm ux Dx
Hình 3.7 thể hiện biểu đồ nội lực trục cam sau khi tính toán
Hình 3.7: Biểu đồ nội lực trục cam
Ta có các thông số:
Lực tác dụng của xích lên trục: Rxích = 2176,7 N
Lực tác dụng lên rulo: P = 205 N
Vẽ biểu đồ nội lực:
Mặt cắt 1-1: 0 z 50mm uy xích
Biểu đồ nội lực của trục 2 được thể hiện như Hình 3.8
Hình 3.8: Biểu đồ nội lực trục 2 và 3
3.5.4.3 Tính toán trục rulo dẫn của bộ phận tách:
Ta có các thông số:
Lực tác dụng của đai lên trục: Rđ = 819,7 N
Lực tác dụng lên rulo: P = 28,5 N
Moment xoắn trên trục: M = 48811,11 Nmm
Vẽ biểu đồ nội lực:
Hình 3.9: Biểu đồ nội lực trục rulo dẫn
Biểu đồ nội lực của trục rulo dẫn của bộ phận tách được thể hiện như Hình 3.9
3.5.5 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:
Tính moment uốn tổng Mj và moment tương đương Mtdj tại các tiết diện j trên chiều dài trục: CT 10.15 [8]
Myj, Mxj moment uốn trong mặt phẳng yOz, xOz tại các tiết diện j dj là đường kính trục tại tiết diện j
[σ]: ứng suất cho phép của thép chế tạo trục
Với d1 và σb`0MPa, theo bảng 10.5 [8].1/195 chọn [σ]cMpa
Xét tại vị trí A (vị trí lắp bánh xích):
Xét tại vị trí B (vị trí lắp ổ lăn):
Theo tiêu chuẩn [8].1/195 ta được dA mm dB = dD = 20 mm
Với d2 = 25mm và σb = 600MPa, theo bảng 10.5 [8].1/195 chọn [σ] = 63Mpa Xét tại vị trí E (vị trí lắp bánh xích):
Xét tại vị trí F (vị trí lắp ổ lăn):
(3.121) dE = 22 mm (3.122) dF = dH = 25 mm (3.123)
3.5.5.3 Trục rulo dẫn của bộ phận tách:
Với d3 = 20mm và σb = 600MPa, theo bảng 10.5 [8].1/195 chọn [σ] = 63Mpa Xét tại vị trí I (vị trí lắp bánh đai):
Từ yêu cầu độ bền lắp ghép theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính trục: dI mm ; dJ = dH = 20mm (3.128)
Chọn vật liệu làm then: vật liệu làm then thép 45 thường hóa
Chọn lắp mối ghép then: k6
Vị trí then trên trục: vị trí bánh đai:
Chiều dài then bánh đai:lth = 0,8.lmayo = 0,8.25 = 20mm tra bảng 9.1a.[8]/172 ta được: lth mm Đường kính lắp bánh đai tại vị trí A: d = 19mm
Tra bảng 9.1a [8] ta được các thông số của then:
Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 3,2mm
Chiều sâu rãnh then trên lỗ: t2 = 2,8mm Điều kiện bền then của bánh đai
Tính điều kiện bên dập:
Moment xoắn trên trục 1 M = 11523,67 Nmm d 1 th 1 d d d
Với [σd]0 là ứng suất dập cho phép.( bảng 9.5.[8])
Tính điều kiện bền cắt: c 2M / d.l b1 th [ ]c
Ứng suất cắt cho phép [τc] của thép 45 dưới tải trọng tĩnh là 60 đến 90 MPa, trong khi khi chịu va đập nhẹ, ứng suất cắt cho phép giảm xuống còn khoảng 60 MPa.
Vị trí then là vị trí của bộ bánh xích :
L= 0,8.25 = 20 (mm) (3.131) Đường kính tại vị trí lắp bộ bánh xích dF = 22 mm
+ Tra bảng 9.1a [8] ta được các kích thước tiết diện then:
+ Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 3,5mm
+ Chiều sâu rãnh then trên lỗ: t2 = 2,8mm
Với [σd] = 100MPa, [τ] = 40…60MPa lần lượt là ứng suất dập cho phép và ứng suất cắt cho phép Điều kiện bền then bộ bánh xích:
-Tính điều kiện bền dập: d 2M / [d l (h2 F bv t )1 [ d]
-Tính điều kiện bền cắt: c 2.M / (d l b)2 F bv [ ]c
Then trục rulo dẫn của bộ phận tách:
Vị trí là vị trí bánh đai
- Chiều dài then bánh đai: lth = Bd.0,8 = 34.0,8 = 27,2 mm
- Đường kính tại vị trí lắp bánh đai nhỏ
+ Tra bảng 9.1a [8] ta được các kích thước tiết diện then:
+ Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 3,5mm
+ Chiều sâu rãnh then trên lỗ: t2 = 2,8mm
- Tính điều kiện bền dập: d 2M / [d l (hJ brl t )1 [ d]
-Tính điều kiện bền cắt: c 2.M / (d l b)J brl [ ]c
Kiểm nghiệm độ bền tĩnh là cần thiết để ngăn ngừa biến dạng dẻo quá mức hoặc hư hỏng trục do tải trọng đột ngột Việc này được thực hiện bằng cách kiểm tra từng trục tại các tiết diện có nguy cơ cao nhất Để tiến hành kiểm tra, ta cần áp dụng công thức tính toán độ bền tĩnh cho từng trục.
Mumax, Mxmax lần lượt là moment uốn và moment xoắn lớn nhất tại mặt cắt nguy hiểm khi trục quá tải
Từ biểu đồ nội lực dễ thấy tiết diện C là tiết diện nguy hiển nhất của trục
Với dC = 20 và Mxmax = 11523,67 thay vào công thức ta được: σ = 208,44 (Mpa) (3.141) τ = 7,21 (Mpa) (3.142)
Vậy trục 1 đảm bảo điều kiện bền tĩnh
Từ biểu đồ nội lực dễ thấy tiết diện G là tiết diện nguy hiển nhất của trục:
Với dG = 25 và Mxmax = 85445,76 thay vào công thức ta được: σ = 35,59 (Mpa) (3.145) τ = 27,34 (Mpa) (3.146)
Vậy trục 2 đảm bảo điều kiện bền tĩnh
Kiểm nghiệm cho trục rulo dẫn của bộ phận tách:
Từ biểu đồ nội lực dễ thấy tiết diện J là tiết diện nguy hiển nhất của trục
Với dH= 20 và MxmaxH811,11 thay vào công thức ta được: σ = 10,44 (Mpa) (3.149) τ = 30,51 (Mpa) (3.150)
Vậy trục 3 đảm bảo điều kiện bền tĩnh
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức (8-1 [8]):
Lực tác dụng lên cam P = 27,76 N
Số vòng quay n`0 vòng/phút Đường kính trong ổ lăn d = 20 mm n = 600 (vòng/phút) (3.154)
Thời gian sử dụng bằng thời gian phục vụ của máy
Q = (Kv.R + m.At)Kn.Kt, công thức (8-6, [8]) (3.155)
Kt = 1,5 va đập vừa và rung động quá tải ngắn hạn đến 150% so với tải trọng tính toán (bảng 8-3,[1])
Kn = 1 nhiệt độ làm việc dưới 100 0 (bảng 8-4, [8])
Kv = 1 vòng trong của ổ quay (bảng 8-5,[1])
Các lực tác dụng lên ổ:
Tổng phản lực tác dụng lên ổ:
SC = 1,3.Fr1 tan16 0 = 1,3.695,6.tan26 0 = 441,05 (N) (3.159) Tổng lực dọc trục:
At = P + SB – SC = -348,49 (N) (3.160) Lực At hướng về phía ổ trái, do đó Q ở ổ này lớn hơn:
QB = (0,6.Kv.Fr1 + m.At)Kn.Kt =(0,6.1.695,6 +1,8.348,49).1.1,566,96 (N)
Tra bảng 18P, ứng với d = 20 (mm) lấy ổ bi đỡ chặn , Kí hiệu 36204, Cbảng 18000 đường kính ngoài của ổ D = 47(mm), chiều rộng B = 14 mm)
Lực tác dụng lên rulo P2= 205 N
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức (8-1 [8]):
Trong đó: n = 100 (vòng/phút) h = 12000 giờ, bằng thời gian phục vụ của máy
Q = (Kv.R + m.At)Kn.Kt, công thức (8-6 [8])
Kt = 1 va đập nhẹ quá tải ngắn hạn đến 125% so với tải trọng tính toán (bảng 8-3,[1])
Kn = 1 nhiệt độ làm việc dưới 100 0 (bảng 8-4 [8])
Kv = 1 vòng trong của ổ quay (bảng 8-5 [8])
Tại vị trí gối trục bên trái, lực At được tính theo công thức At = SF + P2 – SH = 1013,15 (N) (3.163) Do lực hướng tâm ở hai trục gần bằng nhau, chúng ta chỉ cần xem xét gối trục bên trái, nơi mà lực Q lớn hơn Vì vậy, chúng ta sẽ chọn ổ lăn cho gối trục bên trái và sử dụng ổ cùng loại cho gối trục bên phải.
QE = (Kv.FE + m.At)Kn.Kt = (1.993,26+ 1,8.1013,15).1.1 = 2816,93 (N) (3.164) hoặc 281,693(daN)
C = 281,693(100.12000) 0,3 772,86 (3.165) Tra bảng 18P, ứng với d = 25 (mm) lấy ổ bi đỡ chặn có kí hiệu 36205,
Cbảng = 20000, đường kính ngoài của ổ D R (mm), chiều rộng B (mm)
3.5.6.3 Trục rulo dẫn của bộ phận tách: kiến chọn góc 26
Lực tác dụng lên rulo P3 = 28,5 N
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức (8-1 [8]):
Trong đó: n = 90 (vòng/phút) h = 12000 giờ, bằng thời gian phục vụ của máy
Q = (Kv.R + m.At)Kn.Kt, công thức (8-6 [8])
Kt = 1 va đập nhẹ quá tải ngắn hạn đến 125% so với tải trọng tính toán (bảng 8-3 [1])
Kn = 1 nhiệt độ làm việc dưới 100 0 (bảng 8-4 [8])
Kv = 1 vòng trong của ổ quay (bảng 8-5,[1])
Tại =P3 + SJ – SK = 547,592 (N) (3.167), cho thấy rằng lực At hướng về gối trục bên trái Do lực hướng tâm ở hai trục gần bằng nhau, chúng ta chỉ cần tính toán cho gối trục bên trái, nơi mà lực Q lớn hơn Vì vậy, chúng ta sẽ chọn ổ lăn cho gối trục này, trong khi gối trục kia sẽ sử dụng ổ cùng loại.
QJ = (Kv.FK + m.At)Kn.Kt = (1.891,72 + 1,8.547,592).1.1 = 1877,39 (N)
C = 187,739(90.12000) 0,3 = 12122,21 (3.169) Tra bảng 18P [8], ứng với d = 20 (mm) lấy ổ bi đỡ chặn có kí hiệu 36204 ,
Cbảng = 18000, đường kính ngoài của ổ D = 47 (mm), chiều rộng B (mm)
3.6 Tính toán thiết kế các chi tiết phụ
Vật liệu chế tạo được chọn là thép tấm CT3 với độ dày 3 mm, các vị trí cần gia công được thể hiện rõ trên bảng vẽ chi tiết Khung máy, như mô tả trong Hình 3.10, được cắt bằng công nghệ plasma để tiết kiệm thời gian và sau đó được hàn lại, đảm bảo đạt độ chính xác theo yêu cầu.
Ta chọn thép 45 có bề dày 4 mm
Phểu cấp liệu (Hình 3.11) gồm 6 ngăn đảm bảo cho quá trình cung cấp hạt sen không bị gián đoạn
3.6.3 Rãnh dẫn hướng cấp liệu
Rãnh dẫn hướng được thiết kế đặc biệt để hướng dẫn hạt sen xuống dưới bàn dao cắt, với các rãnh phân chia rõ ràng, đảm bảo hạt sen rơi đúng vị trí lưỡi dao để cắt chính xác.
Hình 3.12: Rãnh dẫn hướng cấp liệu
Thiết kế tấm lót dao (thớt) (Hình 3.13) bằng nhựa và được phân ra 6 rãnh tương đương với 6 rãnh dao sau cho dao nằm giữa rãnh của thớt
Hình 3.13: Tấm lót trên bàn dao
Vật liệu được chọn chế tạo thép 45
Bàn dao (Hình 3.14) được thiết kế để kết nối các dao cố định với nhau Hai đầu của bàn gá dao sẽ được khoan hai lỗ: một lỗ để gắn chốt ổ bi và một lỗ để gắn bu lông nhằm cố định lò xo.
Chọn vật liệu nhựa dày 8 mm cho thiết kế thanh gá dao, nhằm giữ dao cố định trên bàn dao Điều này đảm bảo rằng khi bàn dao di chuyển, dao vẫn có thể cắt chính xác mà không bị dịch chuyển Hình 3.15 minh họa rõ ràng thanh gá dao.
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
Bàn dao được gắn giữa hai thanh cố định vào khung máy, cho phép nó trượt mượt mà nhờ ổ lăn và chất bôi trơn.
Hình 3.16: Thanh lắp rãnh trượt bàn dao
Chọn vật liệu làm thanh đẩy là thép 45, có răng xoắn vặn đai ốc
QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ KHẢO NGHIỆM
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 được chế tạo từ thép tấm dày 3 mm, bao gồm các chi tiết như thanh kẹp dao bằng nhựa, đế và con lăn bằng cao su, cùng với dao làm bằng inox và 2 trục bằng thép.
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
Hình 4.1: Khung máy và chân đế
Dựa trên bản vẽ chi tiết khung máy, tiến hành tính toán lượng thép cần thiết và kích thước chính xác Các thiết bị chế tạo bao gồm máy cắt cầm tay, ê tô, máy hàn, máy khoan tay, máy mài tay, thước cặp, ê ke, thước cuộn, và các chi tiết ghép khung có thể gia công trên máy CNC Khung máy được cắt bằng máy cắt plasma CNC để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả.
Dựa trên bản vẽ chi tiết bàn dao (Hình 4.2), tiến hành tính toán lượng thép cần thiết và kích thước chính xác, sau đó thực hiện hàn và lắp ráp các chi tiết để hoàn thiện sản phẩm.
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,
Dựa trên bản vẽ chi tiết gia công chính xác từng trục
Trục cam (Hình 4.3) được chế tạo từ một đoạn thép 45 trụ tròn gia công trên máy tiện, gia công then trên máy phay đối với trục có then
Dựa trên bản vẽ chi tiết của phễu cấp liệu (Hình 4.4), tiến hành tính toán lượng thép cần thiết, xác định kích thước chính xác và thực hiện hàn các chi tiết để hoàn thiện sản phẩm.
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,
Dựa trên bản vẽ chi tiết đã thiết kế, tiến hành tính toán lượng thép cần thiết cho rãnh dẫn hướng (Hình 4.5) và xác định kích thước chính xác để hàn các chi tiết lại với nhau, sau đó dán lớp xốp lên rãnh 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,
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)
4.4 Phương pháp lắp ráp máy
Các đoạn thép được hàn lại theo kích thước thiết kế, sử dụng ê ke để đảm bảo độ vuông góc, tránh tình trạng nghiêng và lắp ráp thiếu chính xác Cạnh các thanh thép và một số mối hàn được mài nhẵn để tránh tổn thương khi tiếp xúc với máy, đồng thời tạo vẻ 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 vị trí trên khung giúp tối ưu hóa hiệu suất máy Để giảm ma sát giữa các bộ phận, nên bôi trơn bằng dầu hoặc mỡ chuyên dụng cho các cơ cấu như cần đẩy và ổ trượt, cũng như cơ cấu cam với con lăn Để nâng cao tính thẩm mỹ cho khung máy, phủ lên bề mặt một vài lớp sơn chống gỉ sẽ hạn chế tình trạng gỉ sét Mô hình máy thực tế được thể hiện rõ ràng.
Khảo nghiệm máy đã được thực hiện với 1kg hạt sen tươi, tương đương 377 hạt, được phân loại theo kích cỡ Phương pháp cấp liệu bằng tay được sử dụng để đánh giá hiệu quả hoạt động của máy Hạt sen được phân chia thành ba loại kích cỡ: 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 không được
Hạt sen cắt không phạm
Hạt sen cắt phạm ít
Hạt sen cắt phạm nhiều Tổng
Hình 4.8: Sen đã tách vỏ nhưng chưa được phân loại
Qua quá 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 không thành công trong đó hạt cắt không được và cắt bị phạm nhiều chiếm 15%.
Hình 5.1: Máy tách vỏ hạt sen trên mô hính 3D
Hình 5.2: Máy tách vỏ hạt sen
Máy tách vỏ hạt sen tươi có năng suất 30 kg/h được thiết kế và chế tạo dựa trên nguyên lý cắt và ma sát để tách vỏ hiệu quả Kích thước tổng thể của máy là 1390x400x1170 mm.
(mm) Kết cấu của máy được thể hiện qua Hình 5.1 và Hình 5.2 Kích thước, các thông 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
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 mô 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 công nghiệp phát triển cơ khí của đất nước nói riêng
Các vấn đề cần thảo luận trong đề tài:
Với tỷ lệ cắt thành công gần 85%, hiệu suất hiện tại khá tốt, nhưng cần cải thiện một số vị trí như rãnh dẫn hướng và bàn dao để nâng cao năng suất.
Hạt sen có nhiều kích cỡ khác nhau, và nếu không phân loại trước khi cắt, những hạt lớn có thể bị dập nát, trong khi hạt nhỏ lại không thể cắt được.
Trong một số trường hợp, hạt sen có thể lăn không đúng cách trong rãnh dẫn hướng, dẫn đến việc cắt hạt sen sai vị trí Điều này gây ảnh hưởng đến quá trình tách hạt, làm cho kết quả không đạt yêu cầu.
Bộ phận cấp liệu sẽ có các rãnh dẫn hướng cho hạt sen đến bộ phận cắt để tăng độ chính xác khi cắt.
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:
Khám phá nguồn gốc, đặc điểm và công dụng của hạt sen và tim sen Đánh giá ưu và nhược điểm của quá trình cắt và tách vỏ bằng máy đã được khảo nghiệm, so với phương pháp tách vỏ thủ công.
Máy tách vỏ hạt sen tươi hoạt động dựa trên nguyên lý cắt, kết hợp phương pháp tách vỏ sen thủ công và các tài liệu liên quan đến kỹ thuật cắt.
Tiến hành thí nghiệm nguyên lý cắt để đo kích thước hạt sen, lực cắt và lực phá vỡ của hạt sen, từ đó cung cấp cơ sở cho quá trình tính toán.
Hoàn thiện thiết kế máy bao gồm việc tính toán và mô phỏng 3D nguyên lý hoạt động trên phần mềm Inventor 2018 Bài thuyết minh đã được hoàn chỉnh với đầy đủ các thông số tính toán, kèm theo bộ bản vẽ gồm 7 bản vẽ chi tiết và 1 bản vẽ lắp.
Hoàn tất việc chế tạo và căn chỉnh các bộ phận cũng như cơ cấu của máy, nhằm tiến hành khảo nghiệm nguyên lý và đánh giá hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Cần tiến hành nghiên cứu sâu hơn về nguyên lý này để áp dụng vào thực tiễn, từ đó giảm thời gian tách vỏ và nâng cao năng suất sản xuất.
Cần cải thiện một số bộ phận của máy:
Phễu cấp liệu có thể được cải tiến bằng cách tăng chiều dài quãng đường đi xuống của hạt sen qua rulo, giúp tránh tình trạng sen bị đùn lại Đồng thời, việc mở rộng thể tích phễu cấp sẽ nâng cao năng suất hiệu quả.
- 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 không có dẫn hướng dẫn đến bàn dao di chuyển lệch khi cắt không được chính xác
- 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
Chúng em xin chân thành cảm ơn cha mẹ đã luôn ủng hộ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Phan Hưng và thầy Mai Vĩnh Phúc vì sự quan tâm, chỉ dạy và hỗ trợ tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp Đồng thời, chúng em cũng rất biết ơn thầy Huỳnh Thanh Thưởng đã dành thời gian và công sức để góp ý, chỉnh sửa nội dung thuyết minh và hướng dẫn các bước thí nghiệm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Cần Thơ đã tận tâm truyền đạt kiến thức quý giá, giúp chúng em có đủ điều kiện thực hiện đề tài này Chúng em cũng rất biết ơn sự hỗ trợ từ các cán bộ thư viện khoa công nghệ, trung tâm học liệu và phòng máy Đồng thời, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các tác giả sách báo, tài liệu trên internet và anh chị đi trước đã chia sẻ kinh nghiệm quý báu, giúp chúng em trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn lớp Cơ khí chế tạo máy, khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ vì đã nhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong việc thực hiện tiểu luận này.
Cần Thơ, ngày 10 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Ngọc Anh Đoàn Hoàng Kiệt
