GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, nhiều người chỉ biết đến công dụng của quả chanh qua phần thịt bên trong, chủ yếu là lấy nước chanh để giải khát, sử dụng trong ẩm thực, làm đẹp da và tẩy rửa Tuy nhiên, vỏ chanh cũng chứa nhiều công dụng bất ngờ, như chữa bệnh ung thư, chống cholesterol, giảm đau đầu và cải thiện sắc đẹp.
Từ lâu, vỏ chanh tươi và khô, cùng với các loại vỏ trái cây họ cam quýt như bưởi, cam, quýt, đã được các lương y sử dụng trong các bài thuốc cổ truyền để chữa trị các bệnh như cảm cúm, đau đầu, viêm mũi và đau dạ dày với hiệu quả cao và nguyên liệu đơn giản Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và nhu cầu ngày càng cao, vỏ chanh không chỉ được sử dụng ở dạng tươi hay khô mà còn được chiết xuất tinh dầu, thành phần chính mang lại nhiều công dụng đặc biệt Tuy nhiên, việc gọt vỏ chanh thủ công với số lượng lớn vẫn gặp khó khăn về năng suất.
Để đáp ứng nhu cầu tăng năng suất trong việc gọt vỏ chanh phục vụ cho chiết suất tinh dầu, đồng thời tự động hóa quy trình nhằm giảm bớt sức lao động, chúng tôi đã nghiên cứu và đề xuất kỹ thuật cùng thiết bị gọt vỏ chanh Việc này không chỉ giúp thu được phần vỏ chanh mà còn tận dụng được phần thịt chanh một cách hiệu quả.
1.2 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Trong bối cảnh phát triển của nền kinh tế thị trường và sự hội nhập quốc tế, ngành công nghiệp nặng đóng vai trò quan trọng trong xã hội Tự động hóa sản xuất ngày càng trở nên phổ biến, kết hợp với ứng dụng công nghệ thông tin, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Các thiết bị máy móc hiện đại ngày càng đa dạng, dễ vận hành và có giá cả hợp lý, giảm bớt sức lao động cho con người Do đó, nghiên cứu và thiết kế máy gọt vỏ chanh phục vụ cho sản xuất tinh dầu và nước cốt chanh là rất thiết thực, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế đất nước.
So với gọt vỏ bằng tay thì máy gọt vỏ có những ưu điểm nổi bật như:
- Giảm bớt số lượng lao động
- Đảm bảo an toàn lao động
- Nhanh gọn, vận hành đơn giản
- Hạ thấp giá thành, giúp tăng lợi nhuận
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu, đề xuất nghiên lý gọt vỏ chanh và chọn ra nguyên lý tối ưu nhất
- Mô hình thử nghiệm máy gọt vỏ chanh
- Tính toán thiết kế máy gọt vỏ hoàn chỉnh nhất
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Quả chanh ta, chanh núm, chanh tứ quý được trồng và sử dụng phổ biến ở nước ta và khu vực
- Máy gọt vỏ chanh các loại trên thị trường
- Máy gọt vỏ chanh công nghiệp
- Chanh ta (Citrus aurantifolia) loại chanh phổ biến ở trong nước, khu vực ĐNÁ
- Chanh tứ quý (Citrus x latifolia) (hay được gọi là chanh không hạt ) trồng rất phổ biến hiện nay ở ĐBSCL như Long An, Hậu Giang…
- Nghiên cứu và đề xuất nghiên lý gọt được vỏ của các loại chanh trên , thí nghiệm xác thông số liên quan tới tính toán lực gọt vỏ chanh
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
- Dựa vào nhu cầu sử dụng vỏ chanh làm tinh dầu
- Dựa vào nhu cầu sử dụng máy thay cho gọt vỏ bằng tay
- Dựa vào khả năng có thể chế tạo máy gọt vỏ chanh
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Tiến hành thu thập tài liệu, thông tin liên quan đến quả chanh thông qua: sách, báo, tạp chí, video trên internet…
Chúng tôi thực hiện việc thu thập dữ liệu trực tiếp từ người nông dân trồng chanh, các tiểu thương tại các chợ, cùng với các cơ sở sản xuất tinh dầu chanh và nước cốt chanh.
- Nghiên cứu các tài liệu và sử lý các số liệu có được trước đó (nếu có)
- Đưa ra những nguyên lý có khả quan, sau đó chon nguyên lý tối ưu nhất
- Tiến hành chế tạo mô hình thử nghiệm
- Xử lý số liệu sau thử nghiệm và cải tiến
- Tiến hành chế tạo máy gọt vỏ chanh
1.6 Kết cấu của đố án:
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương hướng và giải pháp
Chương 5: Đề xuất nghiên lý và thiết bị
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu, đề xuất nghiên lý gọt vỏ chanh và chọn ra nguyên lý tối ưu nhất
- Mô hình thử nghiệm máy gọt vỏ chanh
- Tính toán thiết kế máy gọt vỏ hoàn chỉnh nhất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Quả chanh ta, chanh núm, chanh tứ quý được trồng và sử dụng phổ biến ở nước ta và khu vực
- Máy gọt vỏ chanh các loại trên thị trường
- Máy gọt vỏ chanh công nghiệp
- Chanh ta (Citrus aurantifolia) loại chanh phổ biến ở trong nước, khu vực ĐNÁ
- Chanh tứ quý (Citrus x latifolia) (hay được gọi là chanh không hạt ) trồng rất phổ biến hiện nay ở ĐBSCL như Long An, Hậu Giang…
- Nghiên cứu và đề xuất nghiên lý gọt được vỏ của các loại chanh trên , thí nghiệm xác thông số liên quan tới tính toán lực gọt vỏ chanh.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
- Dựa vào nhu cầu sử dụng vỏ chanh làm tinh dầu
- Dựa vào nhu cầu sử dụng máy thay cho gọt vỏ bằng tay
- Dựa vào khả năng có thể chế tạo máy gọt vỏ chanh
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Tiến hành thu thập tài liệu, thông tin liên quan đến quả chanh thông qua: sách, báo, tạp chí, video trên internet…
Chúng tôi tiến hành thu thập dữ liệu trực tiếp từ người nông dân trồng chanh, các tiểu thương tại các chợ, cũng như các cơ sở sản xuất tinh dầu chanh và nước cốt chanh.
- Nghiên cứu các tài liệu và sử lý các số liệu có được trước đó (nếu có)
- Đưa ra những nguyên lý có khả quan, sau đó chon nguyên lý tối ưu nhất
- Tiến hành chế tạo mô hình thử nghiệm
- Xử lý số liệu sau thử nghiệm và cải tiến
- Tiến hành chế tạo máy gọt vỏ chanh
Kết cấu của ĐATN
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương hướng và giải pháp
Chương 5: Đề xuất nghiên lý và thiết bị
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu về cây chanh và quả chanh
2.1.1 Khái quát về cây chanh a) Đặc điểm chung:
- Tên khoa học: Citrus aurantifolia, Citrus limon
Chanh có nguồn gốc từ miền Bắc Ấn Độ và khu vực giáp ranh với Mianma, cũng như phía Bắc vùng Malesian Đến nay, chưa có dấu hiệu nào cho thấy chanh mọc hoang dại tại Thái Lan.
- Phân bố ở Việt Nam: trồng rộng rãi từ Bắc vào Nam
- Chanh có thể chia làm 2 loại: Chanh ta (Citrus aurantifolia) và chanh tây (Citrus limon)
+ Chanh ta: quả chanh có hình cầu, đường kính khoảng 2,5 – 5cm, vỏ mỏng màu xanh , khi chín có màu vàng (nhưng thường khai thác khi quả còn xanh)
Hình 2.1: Chanh ta (nguồn:tandfood.com)
+ Chanh tây (hay chanh vàng): quả có màu vàng, hình bầu dục, vỏ dày hơn chanh ta
Hình 2.2: Chanh tây (nguồn: womensweekly.co.nz)
- Thân: cây gỗ nhỏ cao 3- 4m hoặc hơn tùy loại; phân cành nhiều, tán dày; có gai ở cành, dài khoảng 1cm, gai ở thân dài 2- 3cm
Lá có hình bầu dục, mọc cách và nguyên, với kích thước dài từ 4-6cm và rộng từ 3-4cm Lá có màu xanh lục bóng, hơi dai và có nhiều tuyến nhỏ Cuống lá dài 1cm, có cánh hẹp.
Hoa thường mọc thành cụm ở kẻ lá, mỗi chùm có từ 1 đến 10 hoa nhỏ Nụ hoa có màu trắng, với đài hình chén và 4-6 thùy Hoa có 4-6 cánh màu trắng, dài từ 8-12 mm Số lượng nhị hoa dao động từ 20-25 hoặc hơn, trong khi bầu hoa có từ 9-12 ô, thậm chí có thể lên đến 15 ô.
Quả có đường kính từ 3 đến 6cm, tùy thuộc vào loại, với màu sắc xanh lục hoặc vàng Vỏ quả mỏng và chứa nhiều tinh dầu có mùi thơm nhẹ Mỗi múi quả chứa nhiều tép mọng nước, có vị chua và hương thơm đặc trưng.
- Hạt: nhỏ, gần hình trứng thuôn, vỏ nhẵn, phôi trắng, đơn hoặc đa phôi
Cây ra hoa và cho quả quanh năm
Đặc điểm sinh lý, sinh thái:
Chanh là loại cây trồng phổ biến ở khu vực nhiệt đới ẩm, thường phát triển tốt trên đất thấp hoặc ở độ cao lên đến 1000 m so với mực nước biển Mặc dù chanh nhạy cảm với thời tiết lạnh, nhưng nó vẫn có khả năng chịu rét tốt Đặc biệt, chanh có thể sinh trưởng trên đất nghèo dinh dưỡng và có sức chống chịu tốt hơn so với các loại cây như cam và quýt.
Chanh mọc từ hạt có khả năng sinh trưởng mạnh mẽ, nhưng thường mất khoảng 5 năm mới cho hoa và quả Các chồi phát triển từ rễ hoặc chồi vượt thường có nhiều gai dài và nhọn Hoa chanh chủ yếu được thụ phấn nhờ côn trùng, đặc biệt là ong mật, mặc dù cũng có khả năng tự thụ phấn nhưng hiệu quả thấp hơn.
Miền Bắc: trồng vào 2 vụ chính vụ Xuân và vụ Thu
Miền Trung và miền Nam: có thể trồng vào mùa xuân, cuối mùa khô, đầu mùa mưa
Chanh có thể phát triển trên nhiều loại đất, nhưng lý tưởng nhất là đất thịt tơi xốp và giàu mùn Độ pH lý tưởng cho cây chanh dao động từ 5 đến 8, và cây không chịu được ngập úng cũng như đất mặn.
Chanh có thể thu hoạch được khoảng 4 tháng sau khi hoa nở Thu hoạch khi quả có vỏ căng, bóng Thu hái nhẹ nhàng, tránh rụng lá gãy cành
6 b) Các loại chanh phổ biến ở Việt Nam:
Hiện nay ở nước ta có các loại chanh đang được trồng phổ biền như: chanh giấy, chanh không không hạt, chanh núm, chanh đào, chanh bông tím………
Chanh giấy là loại trái cây được ưa chuộng nhờ vào vỏ mỏng và nhiều nước, có múi xanh nhạt và hương vị thơm ngon Quả chanh giấy hình cầu, đường kính từ 3,5 – 4,0 cm, nặng trung bình khoảng 40 gram với vỏ dày từ 1 – 1,2 mm và chứa khoảng 4 – 6 hạt Loại chanh này thường được trồng thuần hoặc xen canh với các loại cây như mít, sầu riêng, cau và bưởi.
Hình 2.3 Chanh giấy (nguồn: chuabenh.info)
Chanh núm là loại quả tròn với đầu quả có núm ngắn, kích thước từ 4,0 – 4,8 cm và trọng lượng từ 45 – 50 gram Vỏ của chanh núm dày hơn chanh giấy, dao động từ 1,5 – 1,8mm Múi chanh có màu xanh vàng, nhiều nước và thường có từ 5 – 7 hạt.
Chanh không hạt, còn được gọi là tứ quý, là một giống thuộc dòng Lime, đã được nhập khẩu từ California, Mỹ vào năm 1996 và hiện đã thích nghi rất tốt với khí hậu Việt Nam.
Trái xanh, vỏ mỏng, chua và ít thơm, nhiều nước Trọng lượng trái trung bình 70 –
100 gram, 10 – 15 trái/kg Thu hoạch sau 1 năm trồng, rải vụ, có thể thu hoạch trái vụ Khai thác kinh doanh trên 10 năm
Hình 2.5 Chanh không hạt (nguồn: tandfood.com)
Chanh bông tím là loại cây cho năng suất rất cao, có tán rộng và ít gai Quả chanh thường ra dạng chùm với 1-5 trái mỗi chùm và chứa nhiều hạt Sau 8 tháng trồng, cây bắt đầu cho quả, trong khi cây 2 năm tuổi đạt năng suất tối đa.
Hình 2.6 Chanh bông tím (nguồn: htxbenluc.com.vn)
Chanh đào là một loại chanh nổi bật với cây khỏe mạnh, lá lớn và quả to có vỏ cùng cơm màu hồng đào Loại chanh này không chỉ được ưa chuộng tại Việt Nam nhờ hương thơm đặc trưng mà còn được sử dụng để chế biến thành bài thuốc trị ho hiệu quả khi ngâm với mật ong và đường phèn.
Hình 2.7 Chanh đào (nguồn: baomoi.com) 2.1.2 Sản lượng a) Trên thế giới:
In 2014, the Food and Agricultural Organization of the United Nations released a list of the top 10 largest lemon-producing countries in the world.
Bảng 2.1 Sản lượng chanh thế giới năm 2014 Rank Country Name Production in Tonnes
Tỉnh Long An ở miền Nam, đặc biệt là ĐBSCL, hiện là vùng sản xuất chanh lớn nhất với diện tích 7.000 ha, chiếm hơn 27% tổng diện tích chanh của vùng và hơn 15% của cả nước Theo Sở Công thương Long An, kim ngạch xuất khẩu trái cây sang EU trong tháng 9/2015 đạt gần 27 triệu USD, trong đó chanh chiếm khoảng 9 triệu USD, tương đương 33,6% Đến năm 2020, Long An dự kiến mở rộng diện tích chanh lên 10.000 ha, áp dụng tiêu chuẩn VietGAP và công nghệ bảo quản hiện đại để đáp ứng yêu cầu xuất khẩu.
Các tỉnh như Đồng Tháp đang triển khai mô hình trồng chanh bông tím, trong khi Hậu Giang phát triển giống chanh không hạt Ở miền Bắc, Nghệ An và Hưng Yên nổi bật với nghề trồng chanh.
2.1.3 Công dụng a) Công dụng chung của quả chanh
Đặc tính của vỏ chanh
Theo trang kkhtn.duytan.edu.vn nghiên cứu cho biết thành phần trong vỏ chanh gồm:
- Chứa từ 1,04 – 1,75% tinh dầu không bay hơi ( so với khối lượng qảu chanh chỉ chiếm từ 0,14 - 0,18%), có mùi thơm của chanh
- Flavonoid như Neohesperidosides, Rutinosides, Hesperetin, Naringenin cùng 44 chất Flavone-Glycosides khác
- Các Acid hữu cơ như Acide Citric, Malic
- Các chuyển hoá chất của Coumadins
Trong vỏ chanh còn có các thành phần enzyme thiết yếu, khoáng chất như vitamin P, vitamin C, Canxi, Kali, chất xơ
Lemon essential oil is composed of approximately 90% limonene, terpinene, phellandrene, and pinene, along with 4-6% aldehydes, primarily including citral, citronellal, geranyl acetate, and sesquiterpenes This oil typically exhibits a yellow hue, ranging from pale yellow to a slightly greenish yellow, and has a refreshing aroma reminiscent of freshly peeled lemon zest.
Sản phẩm từ vỏ chanh
Hình 2.8 Chiết xuất tinh dầu chanh (nguồn: nguynlieulammypham.net)
Vỏ chanh là nguồn nguyên liệu quan trọng cho việc sản xuất tinh dầu chanh và các hợp chất flavonoid Tinh dầu bên trong vỏ chanh mang lại nhiều công dụng hữu ích Với công nghệ hiện đại, việc chiết xuất tinh dầu trở nên đơn giản hơn bao giờ hết, thông qua phương pháp chưng cất hoặc máy ép tinh dầu Sự tiện lợi trong việc sử dụng tinh dầu chanh đã làm cho nó trở thành sản phẩm phổ biến.
Hình 2.9 Vỏ chanh khô dùng trong Đông y (nguồn:duoclieu.vn)
Hình 2.10 Tinh dầu chanh thiên nhiên (nguồn: duocson.com, hotdeal.vn)
Hình 2.11 Mức chanh (nguồn: cdiscount.vn)
Hình 2.12 Rượu chanh (nguồn: alcohata.com)
2.4 Các phương pháp gọt vỏ chanh
2.4.1 Phương pháp gọt bằng tay a) Nguyên lý
Một số cách gọt vỏ bằng tay thường dùng
Gọt vỏ theo hình xoắn ốc Gọt vỏ theo từng lát
Gọt vỏ theo dạng bào Gọt vỏ theo dạng lột tách
Hình 2.13 Một số phương pháp gọt vỏ chanh bằng tay thường dùng (nguồn: servinjoy.com; danviet.vn)
Để gọt vỏ chanh bằng tay, bạn chỉ cần những dụng cụ đơn giản như dao cắt thông thường hoặc dao bào Việc này có thể thực hiện dễ dàng, ngay cả khi chỉ sử dụng tay.
+ Đơn giản, dễ thực hiện
+ Có thể gọt sạch 100% vỏ của quả chanh
+ Loại bỏ được những phần hư hỏng
+ Có thể gọt vỏ được tất cả các chủng loại chanh
+ Có thể gọt vỏ được các quả chanh có hình dáng và kích thước khác nhau
+ Năng suất thấp, phuộc thuộc vào yếu tố tay nghề
+ Cần nhiều lao động nếu số lượng lớn
+ Dễ gây ra tai nạn nếu không chú ý hay mệt mỏi
+ Cần diện tích lớn để có thể cho người lao động làm việc
2.4.2 Phương pháp gọt bằng máy
Dựa trên cơ sở các nguyên lý gọt vỏ bằng tay, chúng ta có thể đưa ra 3 nguyên lý cắt bằng máy như sau:
2.4.2.1 Nguyên lý cắt lật a) Nguyên lý
Hình 2.14 Nguyên lý cắt lật
Khi cho chanh vào máng (4) rồi xuống thùng quay (5); động cơ (8) khởi động, đĩa cắt
Quá trình gọt vỏ chanh diễn ra khi đĩa cắt quay với tốc độ nhất định, các lưỡi dao tác động vào quả chanh để cắt vỏ Lực cắt làm một phần vỏ chanh bị gọt đi và đồng thời lật quả chanh, giúp phần vỏ chưa được gọt tiếp xúc với mặt đĩa cắt Lực ly tâm đưa quả chanh vào vùng cắt, và quy trình này lặp lại cho đến khi quả chanh được gọt vỏ hoàn toàn Vỏ chanh sẽ được thu hồi vào khây thông qua máng dẫn Sau khi hoàn tất việc gọt vỏ, cửa mở ra cho phép chanh văng ra ngoài nhờ lực ly tâm, và động cơ ngừng hoạt động, kết thúc chu trình.
Lưỡi cắt được cấu tạo từ một đĩa tròn, trên đó có ba rãnh được khoét đều nhau theo góc 120 độ Tại ba rãnh này, ba lưỡi dao được gắn với một góc nhất định so với mặt trên của đĩa, tạo nên nguyên lý cắt lật hiệu quả.
+ Gọt gần hết vỏ quả
+ Có thể gọt nhiều quả cùng một lúc với những kích thước khác nhau
+ Kết cấu máy đơn giản, gọn nhẹ
+ Chỉ hiệu quả với những loại quả chanh có vỏ cứng và dày
+ Chỉ gọt được những quả chanh tương đối tròn
+ Vỏ có dạng mảnh ( miếng) nhỏ → Hơi khó khăn trong thu hồi vỏ
2.4.2.2 Nguyên lý tiện a) Nguyên lý
Gắn quả chanh vào máy theo đúng vị trí của đầu cắm cố định, sau đó di chuyển đầu cắm di động đến đầu còn lại của trái chanh và cố định chanh trên máy.
Khi khởi động động cơ, quả chanh sẽ quay tròn quanh trục, trong khi bộ phận chuyển động tịnh tiến gắn dao cắt sẽ di chuyển dọc theo trục, tự động điều chỉnh theo hình dạng của quả chanh để gọt vỏ hiệu quả.
Khi đi hết biên dạng, dao sẽ tự động lùi về Động cơ dừng lại, chanh gọt xong được lấy ra và trái chanh mới được gắn vào
Hình 2.17 Nguyên lý tiện và sản phẩm
Lưỡi cắt là loại lưỡi dao bào có hình chữ U, được gắn trên một cán trụ Lưỡi dao luôn tiếp xúc với biên dạng quả chanh nhờ vào lò xo gắn ở cán dao.
+ Gọt gần hết vỏ quả, vỏ liền thành dây → thu hồi vỏ dễ dàng
+ Có thể gọt được quả chanh có hình dạng khác nhau (tròn, bầu dục)
+ Gọt được từ quả có vỏ mỏng đến dày, mềm hay cứng
+ Nhìn chung kết cấu máy đơn giản
+ Năng suất không cao, muốn năng suất cao thì chế tạo khá phức tạp
+ Máy điểu khiển theo nhịp nên lập trình khá phức tạp
2.4.2.3 Nguyên lý bào (chà) a) Nguyên lý
Nguyên lý bào chà tương tự như nguyên lý cắt lật, nhưng sử dụng đĩa quay với nhiều lưỡi bào nhỏ Khi chanh được đưa vào thùng quay, các lưỡi bào sẽ tác động vào quả, gọt vỏ chanh hiệu quả Lực cắt làm một phần vỏ bị gọt đi, đồng thời xoay quả chanh, thay đổi bề mặt tiếp xúc cho đến khi vỏ được gọt sạch.
Hình 2.18 Cấu tạo đĩa quay và sẩn phẩm nguyên lý bào (chà)
Lưỡi cắt của đĩa dao được thiết kế với những lưỡi nhỏ hình cung tròn, được hình thành qua quá trình dập lỗ Những lưỡi cắt này nhô lên trên bề mặt đĩa một khoảng cách nhất định, giúp gọt vỏ chanh một cách hiệu quả mà không bị trượt.
+ Có thể gọt một lần được nhiều quả
+ Gọt gần như hết lớp vỏ quả
+ Kết cấu đơn giàn, gọn nhẹ
+ Chỉ gọt được vỏ với những quả tương đối tròn, có vỏ cứng và dày
+ Thất thoát tinh dầu trong quá trình gọt vỏ
+ Vỏ có dạng mảnh nhỏ, khó khăn thu hồi vỏ
+ Năng suất không cao (do dao nhỏ, cắt lâu mới sạch vỏ)
2.5 Lựa chọn nguyên lý thực hiện
Trong khảo sát các nguyên lý gọt vỏ chanh, "Nguyên lý tiện" nổi bật là phương pháp phổ biến nhất, mang lại nhiều ưu điểm rõ rệt so với hai nguyên lý còn lại.
- Gọt được quả có hình dạng khác nhau ( cầu và bầu dục)
- Vỏ phôi liền dây nên ít thất thoát, dễ thu hồi vỏ
- Vỏ cứng hay mềm, dày hay mỏng đều có thể gọt được hết
- Gọt gần hết vỏ quả
Trên cơ sở đó, “ Máy gọt vỏ chanh theo nguyên lý tiện” được chọn để triển khai và chế tạo mô hình thử nghiệm.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khảo sát kích thước quả chanh
Khảo sát chanh thương phẩm tại chợ đầu mối Nông sản thực phẩm Thủ Đức, một trong ba chợ lớn nhất TP.HCM, cho thấy nơi đây có nguồn cung phong phú từ các tỉnh Tây Nguyên, miền Tây và miền Trung nhờ vị trí nằm ở phía Đông thành phố.
Địa chỉ: 141, Quốc lộ 1A, P.Tam Bình, Q.Thủ Đức, TP.HCM
Emai: thuduccagromarket@hcm.vnn.vn
Hình 3.1 Chợ Đầu mối Nông sản thực phẩm Thủ Đức
Những hình ảnh khảo sát được:
Hình 3.2 Một số hình ảnh khảo sát tại chợ Đầu mối Nông sản Thủ Đức
Số liệu khảo sát quả chanh
Theo các tiểu thương tại chợ thì chanh được đưa lên từ các tỉnh miền Tây như Long
Hậu Giang cùng với Đà Lạt và Bảo Lộc là những địa điểm nổi bật trong việc trồng chanh, nổi tiếng với quy mô và năng suất cao.
Tiến hành khảo sát 100 quả chanh núm với 10 lượt đo, mỗi lượt 10 quả, ta có được kích thước trung bình quả chanh đã khảo sát:
Bảng 3.1 Bảng kích thước quả chanh đo được
Chanh núm Chanh không hạt Đường kính trung bình 41,64 (mm) 56,72 (mm)
Chiều dài trung bình 48,46 (mm) 62,56 (mm)
Hình 3.3 Đo chanh lấy số liệu
Kích thước quả chanh có sự biến đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm điều kiện khí hậu, loại đất trồng ở từng vùng miền, và kỹ thuật chăm sóc của người trồng Do đó, số liệu đo được chỉ mang tính tương đối.
Xác định cơ tính của quả chanh
Về cơ tính, các lực như cắt, kéo, nén, xoắn và uốn đều có vai trò quan trọng Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ tập trung vào lực cắt để xác định độ dai của vỏ chanh Lực cắt chính, hay còn gọi là lực tiếp tuyến, là một trong hai thành phần lực chủ yếu được xem xét trong thực nghiệm này.
Pz và lực hướng kính Py, theo thực nghiệm thì Py = (0,4- 0,5) Pz Do đó ta chỉ cần đo lực cắt chính Pz
Hình 3.4 Thí nghiệm xác định lực cắt
Tiến hành thí nghiệm ta tính toán được cơ tính (lực đủ lớn để gọt được vỏ chanh) của qủa chanh như sau:
Bảng 3.2 Bảng xác định cơ tính của vỏ chanh (N)
Tuy nhiên: Số liệu trên chỉ mang tính chất tương đối vì còn phụ thuộc vào tình trạng vỏ chanh còn tươi hay đã héo, vỏ dày hoặc mỏng
3.4 Các thông số hình học của dao
Trong quá trình cắt gọt, dao cắt đóng vai trò quyết định đến chất lượng thành phẩm Chất lượng dao ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động, độ ổn định của máy móc và chất lượng sản phẩm Do đó, dao cắt cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản như gọt vỏ với năng suất cao, phôi vỏ thoát dễ dàng, không rung động mạnh khi cắt, và có khả năng chống mài mòn cao Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của dao, giảm tần suất mài dao, đồng thời dễ chế tạo và lắp ráp.
Trong quá trình gọt vỏ, dao cắt cần phải đi qua bộ gá dao, vì vậy khi thiết kế dụng cụ cắt, cả lưỡi dao và bộ gá đều cần được xem xét Bộ gá dao cần được tối ưu hóa để đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và đặc biệt là phải đảm bảo tính kinh tế.
Số lần thực nghiệm Lực cắt Pz( Kgf) Lực Py (Kgf) Ghi chú
Các dạng mặt cắt ngang của dao:
Hình 3.5 Các dạng mặt cắt của dao gọt vỏ
Chọn kiểu dao: Vì vỏ chanh có cấu tạo là chất xơ theo lớp nên ta chọn dao theo dạng 1 hoặc 3
Thông số hình học của dao:
Hình 3.6 Phân tích lực cắt cần thiết
Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng q (N/cm) tạo ra hai giai đoạn: đầu tiên, lưỡi dao nén ép vật thái, sau đó mới cắt đứt vật Trong quá trình lưỡi dao đi vào vật thái, cần khắc phục các lực ma sát T1 từ áp lực cản của vật thái lên mặt bên của dao và T2 từ vật thái dịch chuyển bị ép tác động vào mặt vát của lưỡi dao Nếu P t là lực cản cắt thái và Q (N) là lực cắt cần thiết, thì việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình cắt.
Với: σ – góc mài của lưỡi dao
Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao, tương đương với chiều dày của lưỡi dao, có giá trị tối thiểu từ 20 đến 40 μm Đối với các máy chế biến thực phẩm, độ sắc không được vượt quá 100 μm; nếu vượt qua giới hạn này, lưỡi dao sẽ bị coi là cùn và khả năng cắt giảm sút Độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q (N/cm) càng cao, dẫn đến lực cắt tăng, gây khó khăn trong quá trình cắt gọt.
Nếu gọi ứng suất cắt của vật cắt là 𝜎 𝑐 thì: q = s 𝝈 𝒄
- Góc cắt gọt 𝛼 là góc hợp bởi góc đặt dao 𝛽 và góc mài dao 𝜎
Hình 3.7 Các góc độ của lưỡi dao
Để tối ưu hóa quá trình thái và cuốn lớp vỏ, góc đặt dao β cần được tính toán cẩn thận nhằm tránh ma sát không cần thiết giữa lớp vỏ và mặt dao Góc β phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vận tốc quay của dao và hình dạng cạnh sắc của lưỡi dao Thông thường, góc 𝜷 được chọn là 40 độ để đạt hiệu quả tốt nhất trong quá trình chế biến.
Góc mài dao 𝜎 đã được Renznik N.E nghiên cứu và đề xuất năm 1975, công thức ảnh hưởng đến lực cắt:
+ Q th – lực cắt tới hạn cần thiết
+ c – hệ số thứ nguyên , (N/cm)
Góc mài dao 𝝈 thường nhỏ, nhưng độ bền của dao có hạn, vì vậy góc mài của máy cắt thường lớn hơn hoặc bằng 12 độ Đối với máy thái củ quả, góc mài dao 𝝈 dao động trong khoảng 18 độ đến 25 độ.
- Độ bền của vật liệu làm dao
Dao chất lượng cao sẽ duy trì độ sắc lâu hơn, giúp việc thái trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn Khi lưỡi dao sắc bén, công sức cần thiết để cắt giảm và lực cản khi thái cũng sẽ giảm thiểu, mang lại trải nghiệm sử dụng tốt hơn.
- Vận tốc của dao cắt V (m/s)
Vận tốc dao gọt có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình gọt vỏ, được thể hiện qua các đồ thị thực nghiệm cho thấy sự biến đổi của áp suất riêng q, lực cắt thái Q và công cắt thái Nc theo vận tốc của dao thái.
Hình 3.8 Quan hệ giữa vận tốc và áp suất riêng
Theo Renzik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:
Hình 3.9 Mô hình gọt vỏ với lưỡi cắt có 𝜎 = 20 0
Lưỡi cắt của dao được chế tạo từ thép không gỉ, giúp đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Điều này đặc biệt quan trọng khi sử dụng với nước chanh, vì tính acid của nó dễ gây oxi hóa với các vật liệu thông thường.
- Độ dày lưỡi dao là 1 mm và góc lưỡi dao mài 𝜎 = 18 0
- Cán dao làm bằng thép, đầu cán dao có khoan lỗ để lắp lưỡi dao, đế cán dao có 1 chốt để gắn lò xo
Nguyên lý cắt gọt sử dụng lưỡi dao tựa vào quả chanh trong suốt quá trình cắt nhờ vào lò xo bên dưới, thực hiện theo nguyên lý bao hình Để đảm bảo hiệu quả cắt, lò xo cần được tính toán kỹ lưỡng, bao gồm lựa chọn vật liệu và đường kính phù hợp với lực cắt quả chanh Py đã khảo sát.
3.5 Lý thuyết cắt gọt vỏ
Nguyên lý gọt vỏ chanh trong đồ án áp dụng, được nêu ở chương 2, tương tự như phương pháp gia công tiện trong cơ khí Do đó, lý thuyết này sẽ là cơ sở cho việc tính toán quá trình gọt vỏ chanh.
3.5.1 Các chuyển động trong cắt gọt vỏ
- Chuyển động cắt chính: là chuyển động cơ bản để gọt được vỏ chanh, chuyển động tạo lực cắt lớn nhất
- Chuyển động chạy dao: là chuyển động của dao ra vào tự lựa để vỏ gọt được ra đều
- Chuyển động phụ: đưa dao vào, lùi dao ra… a) Đặc trưng của chuyển động cắt chính
Vận tốc cắt V, hay còn gọi là tốc độ cắt, là lượng dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và quả chanh trong một đơn vị thời gian.
- Số vòng quay n trong một đơn vị thời gian
Do đó tốc độ cắt được hợp bởi tốc độ vòng của quả chanh và tốc độ của chuyển động chạy dao:
𝐕̅ n : Tốc độ vòng của quả chanh
𝐕̅ S : Tốc độ chuyển động chạy dao
Thực tế thì chuyển động chạy dao rất bé nên thường bỏ qua
Do đó, vận tốc cắt: V = 𝛑.𝐃.𝐧
Nếu chuyển động cắt là chuyển động tịnh tiến, thì giữa vận tốc cắt V (m/phút), số hành trình kép n (htk/phút) và chiều dài L (mm) có mối quan hệ chặt chẽ.
𝟏𝟎𝟎𝟎 (m/phút) b) Đặc trưng của chuyển động chạy dao
- Lượng chạy dao khi tiện là khoảng dịch chuyển của dao theo phương chuyển động chạy dao trong một vòng quay của quả chanh
- Lượng chạy dao có thể là lượng chạy dao vòng S v (mm/vòng), lượng chạy dao phút S ph (mm/phút)
3.5.2 Lực cắt và cơ sở để chọn động cơ dựa vào lực cắt:
- Lực cắt: Muốn gọt được vỏ thì cần phải tác dụng vào dao một lực để thắng được lực liên kết giữa vỏ và múi của quả chanh
Hình 3.10 Biểu diễn lực cắt trong quá trình cắt
- Khi gọt vỏ, các thành phần lực cắt có phương trùng với phương của các chuyển động cắt gọt
+ P Z : lực tiếp tuyến, trùng với phương vận tốc V, có giá trị lớn nhất
+ P Y : lực hướng kính, có phương trùng với phương chiều sâu cắt t Lực này gây rung động trong mặt phẳng ngang, dao có bị đẩy vào hoặc lùi ra
Lực P X là lực chạy dao, có phương trùng với phương chạy dao S, tác dụng lên cơ cấu chạy dao Khi đó, hợp lực được hình thành, giúp việc đo các thành phần lực trở nên dễ dàng hơn.
Hay R = √𝐏 𝐗 𝟐 + 𝐏 𝐘 𝟐 + 𝐏 𝐗 𝟐 Đây là phương pháp phân tích lực phổ biến, bởi vì phương các chuyển động cắt là hoàn toàn xác định
Công suất tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực P Z và P X ( P Y không sinh công vì theo phương P Y không có chuyển vị)
Công suất cắt được tính theo công thức:
N C = 𝐏 𝐙 𝐧 𝟔𝟎.𝟏𝟎𝟐 (kW) Công suất toàn phần: N Ctp = N C + N Cd = N C (NCd rất bé nên có thể bỏ qua)
Công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức:
𝜼 ( kW) Trong đó: 𝜼 là hiệu suất
3.6 Lý thuyết chọn xy lanh khí nén
Lý thuyết cắt gọt vỏ chanh
Nguyên lý gọt vỏ chanh trong đồ án áp dụng, được nêu trong chương 2, tương tự như phương pháp gia công tiện trong cơ khí Do đó, lý thuyết này sẽ là nền tảng cho việc tính toán gọt vỏ chanh một cách hiệu quả.
3.5.1 Các chuyển động trong cắt gọt vỏ
- Chuyển động cắt chính: là chuyển động cơ bản để gọt được vỏ chanh, chuyển động tạo lực cắt lớn nhất
- Chuyển động chạy dao: là chuyển động của dao ra vào tự lựa để vỏ gọt được ra đều
- Chuyển động phụ: đưa dao vào, lùi dao ra… a) Đặc trưng của chuyển động cắt chính
Vận tốc cắt V, hay còn gọi là tốc độ cắt, là lượng dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và quả chanh trong một đơn vị thời gian.
- Số vòng quay n trong một đơn vị thời gian
Do đó tốc độ cắt được hợp bởi tốc độ vòng của quả chanh và tốc độ của chuyển động chạy dao:
𝐕̅ n : Tốc độ vòng của quả chanh
𝐕̅ S : Tốc độ chuyển động chạy dao
Thực tế thì chuyển động chạy dao rất bé nên thường bỏ qua
Do đó, vận tốc cắt: V = 𝛑.𝐃.𝐧
Khi chuyển động cắt được xác định là chuyển động tịnh tiến, mối quan hệ giữa vận tốc cắt V (m/phút), số hành trình kép n (htk/phút) và chiều dài L (mm) có thể được thể hiện qua một công thức cụ thể.
𝟏𝟎𝟎𝟎 (m/phút) b) Đặc trưng của chuyển động chạy dao
- Lượng chạy dao khi tiện là khoảng dịch chuyển của dao theo phương chuyển động chạy dao trong một vòng quay của quả chanh
- Lượng chạy dao có thể là lượng chạy dao vòng S v (mm/vòng), lượng chạy dao phút S ph (mm/phút)
3.5.2 Lực cắt và cơ sở để chọn động cơ dựa vào lực cắt:
- Lực cắt: Muốn gọt được vỏ thì cần phải tác dụng vào dao một lực để thắng được lực liên kết giữa vỏ và múi của quả chanh
Hình 3.10 Biểu diễn lực cắt trong quá trình cắt
- Khi gọt vỏ, các thành phần lực cắt có phương trùng với phương của các chuyển động cắt gọt
+ P Z : lực tiếp tuyến, trùng với phương vận tốc V, có giá trị lớn nhất
+ P Y : lực hướng kính, có phương trùng với phương chiều sâu cắt t Lực này gây rung động trong mặt phẳng ngang, dao có bị đẩy vào hoặc lùi ra
Lực P X là lực chạy dao, có hướng trùng với phương chạy dao S, tác động lên cơ cấu chạy dao Khi đó, hợp lực được hình thành, giúp việc đo các thành phần lực trở nên dễ dàng hơn.
Hay R = √𝐏 𝐗 𝟐 + 𝐏 𝐘 𝟐 + 𝐏 𝐗 𝟐 Đây là phương pháp phân tích lực phổ biến, bởi vì phương các chuyển động cắt là hoàn toàn xác định
Công suất tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực P Z và P X ( P Y không sinh công vì theo phương P Y không có chuyển vị)
Công suất cắt được tính theo công thức:
N C = 𝐏 𝐙 𝐧 𝟔𝟎.𝟏𝟎𝟐 (kW) Công suất toàn phần: N Ctp = N C + N Cd = N C (NCd rất bé nên có thể bỏ qua)
Công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức:
𝜼 ( kW) Trong đó: 𝜼 là hiệu suất
3.6 Lý thuyết chọn xy lanh khí nén
3.6.1 Đơn vị đo áp suất: Đơn vị thường dùng là Pascal (Pa) 1 Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1 m 2 với lực tác dụng vuông góc lên bề mặt đó là 1N
Trong thực tế còn dùng đơn vị bội số của Pascal là Mpa (Mêga pascal) = 10 6 Pa Đơn vị bar: 1 bar = 10 5 Pa và coi 1bar ~ 1atm
Ngoài ra, người ta còn dùng psi, 1 psi = 0,6895 bar và 1 bar = 14,5 psi
33 Áp suất khí nén là lực tác động trên một đơn vị diện tích
Bảng 3.3 Chuyển đổi giữa các đơn vị áp suất
Pa bar KG/cm 3 atm mmHg psi
3.6.2 Các thông số đầu vào cần để chọn xy lanh
- Hành trình xy lanh L XL.
3.6.3 Tính toán chọn xy lanh
Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
Hình 3.11 Phân tích lực pit tông
- P: là áp suất khí nén (Pa)
- A: là diện tích bề mặt Piston (m 2 ) A = 𝝅.𝑫 𝟐
- F: lực tác dụng vuông góc với bề mặt Piston (N)
Trong hình vẽ, các diện tích A1 và A2 có sự khác biệt, với A2 = A1 - A3, trong đó A3 đại diện cho diện tích tiết diện của cần piston Do đó, các lực tác dụng sẽ khác nhau mặc dù chúng đều được cung cấp từ cùng một nguồn khí nén có áp suất.
- Áp suất khí nén của máy nén khí thông dụng là 6 bar (6,1183 Kgf/cm 2 )
- Chọn đường kính xy lanh D, áp dụng theo công thức:
- Chọn đường kính xy lanh theo dãy tiêu chuẩn sau:
+ Đường kính thị trường bán: D = 32, 40, 50, 63, 80, 100
3.7 Luyết thuyết về tính lò xo
3.7.1 Tham số lò vủa lò xo xoắn
Hình 3.12 Hình học của lò xo
- d (đường kính dây) : tham số này cho biết đường kính của dây kim loại được dùng để làm lò xo
- D d (trục) : tham số này tương ứng với đường kính tối đa của một trục có thể đưa vào trong lò xo Dung sai của nó là +/- 2 % (chỉ định)
Để tính đường kính trong (D i) của lò xo, ta lấy đường kính ngoài trừ đi hai lần đường kính dây Trong quá trình sử dụng, đường kính trong có thể giảm xuống bằng với đường kính của trục, và dung sai của đường kính trong được xác định là +/- 2%.
Đường kính ngoài (D e) của lò xo được tính bằng cách cộng đường kính trong với 2 lần đường kính dây Trong quá trình sử dụng, đường kính ngoài của lò xo có xu hướng giảm dần Dung sai cho đường kính ngoài là +/- 2% với sai số là +/- 0,1 mm.
- L 0 (chiều dài tự nhiên) : CHÚ Ý : Chiều dài tự nhiên giảm dần trong quá trình sử dụng Dung sai : +/- 2 % (chỉ định)
- L S (Chiều dài nhánh ) : chiều dài này được đo từ trung tâm của phần thân đến đầu mút của nhánh Dung sai : +/- 2 % (chỉ định)
- A n (Góc lớn nhất) : góc quay lớn nhất (tính bằng độ) của lò xo xoắn Dung sai : +/-
- Fn (Lực tối đa) : lực lớn nhất có thể tác dụng lên đầu mút của nhánh Dung sai : +/-
- M n (Momen tối đa) : momen tối đa cho phép (Newton * mm) Dung sai +/- 15 % (chỉ định)
R (Độ cứng góc) là tham số quan trọng xác định độ đàn hồi của lò xo trong quá trình sử dụng, với đơn vị đo là newton * mm/độ Dung sai cho chỉ số này là +/- 15%.
- A 1 & F 1 & M 1 : (góc momen hoặc góc lực) : công thức sau cho phép tính góc theo momen : A 1 = M 1 /R Để tính momen khi biết lực, ta sử dụng công thức sau :M = F*L S
- Vị trí tự nhiên của nhánh : có 4 vị trí tự nhiên của nhánh : 0, 90, 180 hoặc 270 độ
Chiều quấn của lò xo xoắn rất quan trọng, với chiều quấn bên phải cho phép chuyển động xoắn ngược chiều kim đồng hồ, trong khi chiều quấn bên trái cho phép chuyển động xoắn cùng chiều kim đồng hồ Chúng tôi cung cấp cả hai chiều quấn cho mỗi mẫu lò xo xoắn.
- Mã số : mỗi lò xo đều có một mã số duy nhất : loại (De * 10) (d * 100) (N *
Lò xo có chiều quấn bên phải được ký hiệu bằng chữ D, trong khi lò xo có chiều quấn bên trái được ký hiệu bằng chữ G Ký tự N biểu thị số vòng xoắn Chẳng hạn, mã số D.028.020.0350 mô tả một lò xo xoắn với chiều quấn bên phải, đường kính ngoài là 2,8 mm, dây inox có đường kính 0,9 mm và có 3,5 vòng xoắn.
I (Inox) 18/8 theo tiêu chuẩn Z10 Cn 18.09
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ GỌT VỎ CHANH
- Gọt sạch vỏ ít nhất 90%
- Năng suất cho cho các cơ sở nhỏ và vừa
- Gọt hết vỏ một quả chanh mất khoảng 5 – 8 giây
- Tránh thất thoát tinh dầu
4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện
Dựa trên phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp gọt vỏ, chúng tôi chọn phương pháp gọt vỏ chanh theo cách tiện, vì đây là phương pháp tối ưu và hiệu quả nhất.
4.2.1 Phương án 1 a) Phương án: Máy sử dụng động cơ chính và động cơ chạy dao
1 Băng tải mang mũi tâm
4 Bộ phận dao cắt 5,6,9 Động cơ
+ Cơ cấu chạy dao hoạt động ổn định, chính xác
+ Êm ái, không gây ồn
+ Kết cấu phức tạp và cồng kềnh
4.2.2 Phương án 2 a) Phương án: Máy sử dụng động cơ và dao cắt chạy độc lập bằng xylanh khí nén
1 Băng tải mang mũi chống tâm
+ Kết cấu đơn giản và tinh gọn
+ Do dao hoạt động độc lập với động cơ nên dễ dàng hiệu chỉnh
+ Nếu áp suất khí không đều thì bước chạy dao sẽ không đều, kém ổn định
+ Gây ồn do phải sử dụng khí nén
Từ 2 phương án đã nêu ở trên dựa vào những ưu nhược điểm có sẵn nên ta chọn phương án
Sự lựa chọn số 2 là hợp lý nhất, vì nó tích hợp công nghệ tiên tiến trong quá trình chế tạo, đồng thời có kết cấu đơn giản giúp máy gọn nhẹ và giảm thiểu chi phí sản phẩm.
4.4 Trình tự công việc tiến hành
- Tiến hành thí nghiệm lấy số liệu liên quan đến tính toán thiết kế máy
- Tính toán sơ bộ, phác thảo máy
- Chỉnh sửa, thiết kế hoàn chỉnh
- Nhận xét và rút ra kết luận
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY GỌT VỎ CHANH
5.1 Tính toán và chọn motor cắt
- Qui cách chọn động cơ, chọn động cơ phải thảo mãn điều kiện sau:
+ 𝐏 đ𝐜 là công suất động cơ
+ 𝐏 𝐜𝐭 là công suất công tác, là công suất tính toán được
+ 𝐓 𝐪𝐭 là mô men xoắn quá tải khi thiết bị làm việc
+ 𝐓 𝐦𝐚𝐱 là mô men xoắn cực đại của động cơ ứng với 𝐏 𝐜𝐭
Lực đo thực nghiệm: Pztb = 1,7 (Kgf)
Chọn sơ bộ động cơ:
Trong kỹ thuật, có nhiều loại motor như motor điện một chiều, motor điện xoay chiều, motor không đồng bộ và motor bước Do đặc thù của động cơ và hệ thống di chuyển, tốc độ quay của trục chính được chọn linh hoạt trong quá trình thiết kế Dựa vào yêu cầu về số vòng quay, thời gian và công suất cắt gọt, động cơ DC DKM model: 9DCP(D)24-90-30 được lựa chọn sơ bộ.
+ Số vòng quay động cơ là 3000 (vòng/phút)
+ Mô men cực đại Tqt = 36 (kgf)
+ Sau khi qua hộp giảm tốc 1:12.5 thì số vòng quay trục dẫn là 240 (vòng/phút)
Hình 5.1 Bản vẽ mô tả động cơ DC
Hình 5.2 Chọn loại động cơ
Tính toán công suất chọn động cơ:
Tính toán mô men xoắn
Mô men xoắn cực đại có thể xảy ra là khi lực cắt lớn nhất và bán kính quả chanh lớn nhất:
= 2,0.56,72.10 -3 = 0,1134 (N.m) = 11,34 (Kgf.cm) → 𝐓 𝐦𝐚𝐱 < 𝐓 𝐪𝐭 : thỏa điều kiện
5.2 Tính toán motor băng tải
Tổng tải trọng khối hàng trên băng chuyền: W = 0,7kg Đường kính trục tang băng tải D = 60 mm
Khối lượng vận chuyển của băng tải Qt = 4,2 kg/phút
Góc nghiêng 𝛼 = 0 0 ( băng tải nằm ngang) Đặc tính làm việc: nhẹ
Hệ số ma sỏt: à = 0,4 (thanh đỡ vật liệu nhụm)
Hệ số an toàn Sf = 2 (do vận tốc quay chậm)
Hệ số dừng chính xác 0,01mm
5.2.2 Tính vận tốc băng tải
+ Qt: Khối lượng vận chuyển Qt = 4,8 (kg/phút)
+ A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m 2 )
+ γ: Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu (kg/m 3 )
+ V: Vận tốc băng tải (m/phút)
+ s: Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải
Ta có thể tính được vận tốc băng tải theo công thức sau:
- Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển
Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển được xác định như sau:
+ A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m 2 )
+ K: Hệ số tính toán K = 0,01 (Bảng 4/tr.27 [23])
- Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu
Theo tính toán khối lượng riêng của chanh 𝛾 = 885 (kg/m 3 )
- Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải
5.2.3 Tính lực kéo băng tải
Lực cản của băng tải được phân thành hai loại: lực cản chuyển động trên nhánh có tải và nhánh không tải Ngoài ra, lực cản cũng xuất hiện ở các cơ cấu làm sạch băng và con lăn tăng góc ôm.
Lực kéo sơ bộ có thể tính bằng tổng lực cản 2 nhánh có tải và nhánh không tải
Lực kéo sơ bộ của băng tải được xác định bởi công thức:
Wc = Wct + Wkt Trong đó: + Wc là lực kéo sơ bộ (N)
Wct là lực kéo ở nhánh có tải (N)
Wkt là lực kéo ở nhánh không tải (N)
Ta có: W ct = k (q + q b + q cl ) L ω cosβ ± (q + q b ) L sinβ + L q sinβ ,(N)
Với hệ số tính đến lực cản phụ khi băng tải đi qua các tang đuôi và tang dỡ tải tang phụ và phụ thuộc chiều dài đặt băng:
Với L = 2,4 (m) chọn k = 6 q, qb: trọng lượng phân bố trên một mét dài của vật liệu trên băng tải, (N/m)
' " cl , cl q q : trọng lượng phần quay của các con lăn phân bố trên một mét chiều dài nhánh có tải và nhánh không tải, (N/m)
, : hệ số cản chuyển động của băng tải với các con lăn trên nhánh có tải và nhánh không tải
:góc nghiêng đặt băng (độ); = 0 0
Dấu (+) tương ứng với đoạn chuyển động đi lên và dấu (-) khi đi xuống
Trọng lượng vật liệu phân bố trên 1m chiều dài được xác định:
Số bán thành phẩm trên một mét băng tải: n = 6
Mỗi nửa trái có khối lượng khoảng m = 0,12 kg
Ta có trọng lượng bán thành phẩm phân bố trên chiều dài 1m băng tải là: q = 6.0,12.10 = 7,2 (N/m)
Trọng lượng phân bố trên 1m chiều dài của băng tải là:
Trong đó, B = 0,12 (m): chiều rộng dây băng
= 0,005 (m): bề dày dây băng q de = 0,06 kg : khối lượng đế giữ
Trọng lượng phần quay các con lăn nhánh có tải và nhánh không tải phân bố cho 1m được xác định:
Do tải trọng vận chuyển của băng tải nhỏ nên không cần đến các con lăn đỡ ở cả 2 nhánh, có tải và không tải:
Hình 5.3 Sơ đồ lực tác dụng trên băng tải
→ Trên nhánh có tải ta có:
Chọn ' " : do băng tải trượt trên thành cố định (vật liệu nhôm)
Lực kéo sơ bộ của băng tải được xác định:
Lực ma sát giữa băng chuyền với tấm đỡ băng chuyền:
Với 𝜇 = 0,4 hệ số ma sát trượt
Tổng lực kéo băng tải được xác định bằng công thức:
F = Wc + (m.9,8).(sin𝛼 + 𝜇.cos𝛼) + Fms = 45,52 + 0,7.9,8.(sin0 0 + 0,4.cos0 0 ) + 48,2 96,4 (N)
Ta xác định vận tốc vòng n (vòng/phút) yêu cầu của động cơ như sau:
Vận tốc vòng trên tang là: nD = 60.1000.𝑣
𝜋.60 = 12,7 (vòng/phút) Công suất làm việc:
Ta có bộ truyền ngoài là bộ truyền khớp nối
Ta lựa chọn sơ bộ hiệu suất của từng bộ truyền và các ổ lăn:
+ Bộ truyền khớp nối của hệ thống này đặt bên ngoài nên ta chọn hiệu suất là ηkn 1
+ Hiệu suất trên mỗi cặp ổ lăn ( gồm 3 cặp) là rất cao ta có thể lựa chọn hiệu suất trên mỗi cặp ổ là ηolan = 0,99
Hiệu suất truyền công suất từ động cơ tới băng tải là:
Công suất yêu cầu của động cơ là :
Do vậy chọn động cơ phải thỏa mãn 2 yếu tố sau:
Hình 5.4 Bản vẽ mô tả động cơ
Hình 5.5 Chọn động cơ băng tải
5.3 Chọn xy lanh cho máy
5.3.1 Xi lanh nâng hạ motor
- Tải trọng xi lanh chịu (gồm khối lượng motor, tấm gá động cơ, 4 thanh dẫn hướng)
- Áp suất khí nén sử dụng là 6 bar = 6,1183 Kgf/cm 2
→ Đường kính xi lanh tính toán: D = √ 𝐹.4
→ Chọn D = 8 mm, hành trình L = 70 mm
5.3.2 Xi lanh chạy dao dọc
Vì xanh này có nhiệm vụ nâng hạ dao nên không quan tâm nhiều đến khả năng tải,
Do đó ta chọn dạng xy lanh trượt có hành trình L = 200mm
5.3.3 Xi lanh chạy dao ngang
Ta chọn xy lanh xi lanh dẫn hướng 2 trục có hành trình L = 50 mm
