Diện tích
Theo công ty T&C, Việt Nam không chỉ là quốc gia có diện tích và sản lượng thanh long lớn nhất Châu Á mà còn là nước xuất khẩu thanh long hàng đầu thế giới Cụ thể, vào năm 2014, diện tích trồng thanh long tại Việt Nam đạt 35.665 ha, với tổng sản lượng khoảng 614.246 tấn.
Vùng trồng
Thanh Long hiện đang được trồng tại 32 tỉnh/thành phố, với các vùng chuyên canh lớn chủ yếu ở Bình Thuận, Tiền Giang và Long An Ba tỉnh này chiếm 93% tổng diện tích và 95% sản lượng Thanh Long cả nước Bình Thuận dẫn đầu với 65,1% diện tích và 70% sản lượng, tiếp theo là Long An với 16,6% diện tích và 12,8% sản lượng, và Tiền Giang đứng thứ ba với 11,4% diện tích và 12,2% sản lượng Phần diện tích Thanh Long còn lại phân bố ở một số tỉnh miền Nam như Vĩnh Long, Trà Vinh, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu và một số tỉnh miền Bắc.
Bảng 1.1: Diện tích, sản lượng thanh long của Việt Nam và các tỉnh năm 2014
Giá trị kinh tế
Trái cây Việt Nam, đặc biệt là trái thanh long, đã được xuất khẩu sang khoảng 40 quốc gia và vùng lãnh thổ, với kim ngạch xuất khẩu trái cây tươi đạt 307 triệu USD, trong đó thanh long chiếm 61,4% Ngoài các thị trường truyền thống như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Hà Lan và Đài Loan, thanh long còn được xuất khẩu sang những thị trường khó tính như Mỹ, Ý và Nhật Bản.
GIỚI THIỆU VỀ TRÁI THANH LONG
Đặc điểm ngoại hình
Hiện nay, Việt Nam chủ yếu trồng hai loại thanh long: thanh long ruột trắng và thanh long ruột đỏ Thanh long ruột trắng có vỏ màu hồng hoặc đỏ, được trồng phổ biến ở các tỉnh như Bình Thuận, Long An và Tiền Giang Trong khi đó, thanh long ruột đỏ với vỏ đỏ đã được nghiên cứu và lai tạo bởi Viện Cây Ăn Quả Miền Nam (SOFRI) và cũng đang được trồng rộng rãi tại các tỉnh như Bình Thuận, Tiền Giang và Long An Ngoài ra, giống thanh long ruột tím hồng cũng đang được nghiên cứu và đã được đưa vào trồng đại trà.
Bảng 2.1: So sánh 2 loại là thanh long ruột trắng và thanh long ruột đỏ:
Các tiêu chí so sánh
Thanh long ruột đỏ Thanh long ruột trắng
1 Tên gọi Tên khoa học là Hylocereus Tên khoa học là Hylocereus undatus
2 Màu sắc Vỏ màu đỏ đậm hoặc hồng đậm
3 Hình dạng Dạng quả tròn, quả dài, quả chôm chôm (quả nhỏ) Dạng quả tùy thuộc vào điều kiện sinh thái, nhất là chế độ ánh sáng và chế độ chăm sóc
4 Kích thước Dài trung bình: 12.28 cm Đường kính trung bình :9.2 cm
5 Số lượng tai trên thân
Quả thanh long được phân làm 4 loại: loại l trên 500 g, loại 2 từ 380 g đến 500 g, loại 3 từ 300 g đến 380 g và loại 4 nhỏ hơn 300 g
7 Giá trị kinh tế giá bán trung bình từ 25 - 40.000 đồng/kg giá bán trung bình từ 14 - 18.000 đồng/kg
Chuẩn bị dụng cụ thu hái
Trước khi tiến hành thu hoạch thanh long cần chuẩn bị một số dụng cụ như sau:
- Kéo thu thanh long (kéo cắt cành):
- Giỏ đựng trái thanh long
- Chuẩn bị xe đẩy và xe kéo
- Chuẩn bị cân để phân loại và cân thanh long
- Chuẩn bị nhà kho để phân loại và sơ chế trái thanh long sau khi thu hoạch ngoài vườn
- Chuẩn bị kho lạnh để tồn trữ thanh long xuất khẩu
- Bên cạnh đó cần phải chuẩn bị giấy lót, dụng cụ cắt tỉa, vệ sinh trái thanh long
Để thu hoạch hiệu quả, cần chuẩn bị đầy đủ dụng cụ như kéo, dao và giỏ Những dụng cụ này thường xuyên được sử dụng trong quá trình thu hoạch, vì vậy việc chùi rửa và bảo quản chúng một cách cẩn thận là rất quan trọng.
Trái thanh long sau khi cắt cần được cho vào giỏ nhựa và để ở nơi mát mẻ Việc phân loại sơ bộ và vận chuyển về nhà đóng gói nên được thực hiện ngay lập tức, tránh để lâu ngoài vườn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ RỬA QUẢ
Phân tích các vị trí cần rửa trên quả thanh long
Hình dạng của trái thanh long chịu ảnh hưởng lớn từ các tai trên quả, khiến bề mặt vỏ bị chia thành nhiều vùng nhỏ Điều này làm cho việc rửa trái thanh long trở nên khó khăn, vì cần bảo vệ không làm gãy các tai Hãy cùng xem xét kỹ lưỡng phần cần rửa của thanh long.
Quan sát được từ hình ảnh trên ta có thể thấy 3 phần cần rửa:
Phần 1: Là phần bề mặt vỏ nằm xen kẽ giữa các tai thanh long
Phần 2: Là các chân của tai thanh long
Phần 3: Các tai thanh long
Bảng 4.2: Đặc điểm bám bụi của các phần và khả năng có thể rửa sạch nếu ta áp dụng vào máy rửa thanh long:
Loại chất bẩn và sinh vật bám
Khả năng bám của bẩn
Khả năng có thể xử lý của máy
Phần 1 Bụi và cát là chủ yếu ngoài ra có thể bám một số côn trùng, ấu trùng,…
Do bề mặt khá trơn nhẵn nên khả năng bám không cao
Với vòi phun áp lực hoàn toàn có thể tẩy sạch
Phần 2 Bụi, cát, côn trùng đặc biệt là các loài ấu trùng
Do chân tai hợp với bề mặt thanh long 1 góc nhọn khiến chất bẩn bị che khuất đi nên khả năng bám rất cao khó bị rửa trôi
Hệ thống rửa của máy chỉ sử dụng vòi phun áp lực, giúp làm ẩm các chất bẩn và giảm độ bám dính của chúng, từ đó hỗ trợ công nhân trong việc rửa sạch dễ dàng hơn.
Phần 3 Bụi và cát là chủ yếu ngoài ra có thể bám một số côn trùng, ấu trùng,…
Do bề mặt thoáng, trơn nên khả năng bám không cao
Với vòi phun áp lực hoàn toàn có thể tẩy sạch
Ý tưởng thiết kế ban đầu cho máy rửa thanh long thế hệ 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ RỬA TRÁI THANH
LONG 4.1 Phân tích đặc điểm của trái thanh long:
Bảng 4.1: Các yếu tố cần phân tích của trái thanh long Các yếu tố phân tích Thanh long
Hình dáng Hình bầu dục thu nhỏ tại 2 đầu, hình tròn, có nhiều tai nhô ra bên trên lớp vỏ
Kích thước trung bình Dài trung bình: 12.28 cm Đường kính trung bình: 9.2 cm
Số lượng tai Dao động từ 10 đến 20 tai
4.2 Phân tích các vị trí cần rửa trên quả thanh long:
Hình dạng của trái thanh long bị ảnh hưởng bởi các tai trên quả, dẫn đến bề mặt vỏ thanh long có nhiều vùng nhỏ Việc rửa thanh long trở nên khó khăn để tránh làm gãy các tai này Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét kỹ lưỡng phần cần rửa của thanh long.
Quan sát được từ hình ảnh trên ta có thể thấy 3 phần cần rửa:
Phần 1: Là phần bề mặt vỏ nằm xen kẽ giữa các tai thanh long
Phần 2: Là các chân của tai thanh long
Phần 3: Các tai thanh long
Bảng 4.2: Đặc điểm bám bụi của các phần và khả năng có thể rửa sạch nếu ta áp dụng vào máy rửa thanh long:
Loại chất bẩn và sinh vật bám
Khả năng bám của bẩn
Khả năng có thể xử lý của máy
Phần 1 Bụi và cát là chủ yếu ngoài ra có thể bám một số côn trùng, ấu trùng,…
Do bề mặt khá trơn nhẵn nên khả năng bám không cao
Với vòi phun áp lực hoàn toàn có thể tẩy sạch
Phần 2 Bụi, cát, côn trùng đặc biệt là các loài ấu trùng
Do chân tai hợp với bề mặt thanh long 1 góc nhọn khiến chất bẩn bị che khuất đi nên khả năng bám rất cao khó bị rửa trôi
Hệ thống rửa của máy chỉ sử dụng vòi phun áp lực, giúp làm thấm nước vào các chất bẩn và giảm độ bám dính của chúng Điều này hỗ trợ công nhân trong quá trình rửa, làm cho công việc trở nên dễ dàng hơn.
Phần 3 Bụi và cát là chủ yếu ngoài ra có thể bám một số côn trùng, ấu trùng,…
Do bề mặt thoáng, trơn nên khả năng bám không cao
Với vòi phun áp lực hoàn toàn có thể tẩy sạch
4.3 Lựa chọn phương án đặt vòi phun:
Với bảng đặc điểm nêu trên ta chọn ra được 2 phương án:
Bố trí các vòi phun tại các góc, bên cạnh, bên dưới và bên trên của từng buồng rửa
Sử dụng hầu như toàn bộ không gian của từng buồng rửa
Đồng thời rửa được toàn bộ trái thanh long với 100% khả năng rửa sạch bụi bẩn và ấu trùng ở bề mặt ngoài
Sử dụng nhiều vòi phun
Rất khó thiết kế và thi công khi đi ống nước
Đòi hỏi kỹ thuật tốt, vật liệu tốt chịu được nhiều ứng xuất tại các góc của buồng rửa
Mất nhiều thời gian để thi công
Bố trí vòi phun trên một đường ống với các góc lần lượt là 80 độ, 90 độ và 100 độ xen kẽ nhau, được sắp xếp cho đến hết chiều dài của ống ở cả phía trên và dưới của cây thanh long.
Việc thiết kế và thi công đường ống nước sẽ đơn giản hơn
Vật liệu làm cũng không đòi hỏi quá tốt, giá thành vừa phải
Sử dụng ít vòi phun
Rửa cùng lúc nhiều trái thanh long với khả năng tẩy sạch khoản 90% so với phương án 1
Khả năng rửa thấp hơn so với phương án 1
Không sử dụng hết không gian buồng rửa
Kết luận phương án: Sau khi phân tích phương án nêu trên ta chọn phương án 2 để tiến hành
4.4 Ý tưởng thiết kế ban đầu cho máy rửa thanh long thế hệ 2
Dựa trên cơ sở lý thuyết về nguyên lý rửa trái thanh long đã được phân tích, chúng tôi đã phát triển những ý tưởng cơ bản cho thiết kế máy rửa thanh long.
Để phù hợp với phương án phun nước ta cần dùng vật liệu inox đề chống gỉ
Để đảm bảo tính hiệu quả trong việc sử dụng vòi phun áp lực và lắp đặt vòi phun, chúng ta cần lựa chọn thiết kế vỏ bao máy theo hình dạng từng buồng hình hộp.
Để điều chỉnh vòi phun về tốc độ và áp lực trong quá trình sử dụng, cần tạo các khe hở trên vỏ máy, giúp cho việc điều chỉnh trở nên linh hoạt hơn Đồng thời, để hạn chế nước phun ra từ các khe này, việc thiết kế nắp đậy cho các khe hở là rất quan trọng.
Để hạn chế diện tích của máy đồng thời tăng khả năng rửa của vòi phun ta chọn thiết kế vỏ máy hình vòng cung
Do thiết kế hình hộp nối thành vòng cung lớn, khả năng chịu lực từ trên và hai bên của máy giảm Do đó, cần thiết kế thêm các gân cứng để tăng cường độ bền cho vỏ máy.
Để phù hợp với hình dạng tròn của thiết kế, cần phải lắp đặt một vành nâng cho thanh long, giúp nó chuyển động theo hình tròn xung quanh vỏ máy.
Để đảm bảo khả năng chịu lực và hỗ trợ chuyển động xoay của vành đỡ, cần thiết phải có một trục chính đặt ở giữa máy Điều này yêu cầu một bộ khung gắn liền với trục chính để nâng đỡ và kết nối với vỏ máy, nhằm tăng cường độ cứng và sự ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Hình 4.4: Thiết kế của mô đun khung
Để đảm bảo quá trình xoay diễn ra nhẹ nhàng và êm ái, trục chính cần được thiết kế hợp lý Phương pháp tối ưu là sử dụng hệ thống ổ đỡ và ổ bi hỗ trợ đồng thời, giúp truyền động xoay từ mô tơ sang vành xoay một cách hiệu quả Puli hỗ trợ cũng được sử dụng để tăng cường khả năng truyền động này.
Đề tận dụng nguồn nước từ vòi phun trong vỏ máy ta cần 1 bồn chứa dung tích lớn để lọc lại và sử dụng
Hình 4.6: Thiết kế của bồn chứa nước
TÍNH TOÁN BƠM VÀ ÁP LỰC VÒI PHUN
Lưu lượng nước với một vòi phun
Sử dụng vòi phun G1/2DN15
Thông số: Áp suất: P= 150~ 300 KPa
Lưu lượng nước trong ống
Vì bồn chứa có 1 lỗ ống nối với máy bơm
Nên theo phương trình Bernoulli:
Với: H : chiều cao khoảng cách từ mặt nước đến tim ống v: vận tốc nước phun ra tại lỗ ống g : gia tốc trọng trường
Từ công thức trên suy ra: v 2Hg
Trong đó: H = 18 cm ( đo từ thực nghiệm) g = 9,81 m/s 2
Lưu lượng nước trong ống được tính như sau:
Lực đẩy nước
Ta có Áp suất vòi: P = 150~ 300 KPa
( Giả sử bề mặt trái thanh long hình elip)
Với áp suất lớn nhất của vòi P max 300KPa
Khối lượng trung bình 1 trái thanh long
Theo thực nghiệm với áp suất của vòi, quả thanh long vẫn không bị dập
TÍNH TOÁN PHẦN THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Nguyên lý vận chuyển trái thanh long
6.1.1 Nguyên lý vận chuyển trái thanh long trên băng tải truyền thống
Trái thanh long được vận chuyển đến buồng rửa qua hệ thống băng tải lớn, có chiều dài từ 15 đến 20m, giúp tối ưu hóa quy trình rửa sản phẩm.
Hình 6.1 Băng tải vận chuyển thanh long truyền thống
- Băng tải cấu tạo đơn giản, bền
- Có khả năng vận chuyển vật liệu theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng ( hay kết hợp cả hai) với khoảng cách lớn,
- Năng suất và công suất tải cao
- Khối lượng vận chuyển lớn
- Linh kiện, tiêu chuẩn hóa
- Kích thước lớn, chiếm nhiều diện tích
- Làm việc có tiếng ồn
- Khi vận chuyển ở những khoảng cách dài và không thẳng đòi hỏi phải có thêm trạm trung chuyển gây tốn kém
- Độ nghiêng băng tải nhỏ ( < 240 )
- Không vận chuyển được theo hướng đường cong ( cần bố chí thêm động cơ và khung băng để đổi hướng)
- Cần số vốn đầu tư ban đầu cao
6.1.2 Nguyên lý vận chuyển trái thanh long trên mâm xoay
Trái thanh long được đặt trên mâm xoay inox, khi động cơ hoạt động, mâm xoay sẽ quay và vận chuyển trái thanh long theo quỹ đạo tròn Trong quá trình này, các vòi phun sẽ rửa sạch bụi bẩn bám trên trái Khi mâm xoay hoàn thành một vòng quay, chu trình rửa cũng kết thúc Người công nhân có thể dễ dàng quan sát và lấy trái thanh long đã rửa sạch để tiến hành sấy khô hoặc đóng gói.
Hình 6.3: Thiết kế của mâm xoay Ưu điểm:
- Tải trọng tương đối lớn
- Làm việc liên tục, tiết kiệm nhân công, không cần nhiều lao động để vận hành máy, chỉ cần khoảng 5-8 nhân công là đủ
- Vận hành êm, không gây tiếng ồn
- Ít tiêu hao năng lượng, sử dụng điện lưới 220V để vận hành
- Không yêu cầu động cơ công suất lớn để vận hành mâm xoay, mâm quay dễ dàng chỉ với lực tác động nhỏ
- Chiếm ít diện tích, nhỏ gọn hơn so với hệ thống băng tải
- Dễ dàng tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa
- Mâm xoay làm từ vật liệu 100% thép không gỉ đảm bảo an toàn vệ sinh và độ bền
- Chi phí đầu tư không quá lớn, phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng
Nhờ vào việc vận chuyển theo đường vòng cung, máy có thể đảm bảo hành trình rửa tương đương với hệ thống băng tải, mặc dù diện tích lắp đặt không quá lớn.
- Do sử dụng mối nối bulong đai ốc nên độ bền giảm theo thời gian
Mâm xoay
Gồm các nan, vành rửa và bộ phận liên kết với trục chính của mô đun khung
Ta có hệ lực cân bằng
Chọn thép không gỉ (inox) SUS 201
Mác thép: ASTM A213, QQ S766 có b 301 Mpa
Mô đun khung
Mô đun khung bao gồm: trục chính và chân mô đun
Hình 6.4: Cấu tạo mô đun khung
Trục chính dùng để lắp ghép ổ bi đỡ hỗ trợ cho chuyển động quay của mâm xoay và chịu tải trọng từ mâm xoay
Chân modun dùng để lắp ghép với vỏ máy tạo thành khối liên kết để tạo độ cứng vững cho máy khi hoạt động
6.3.2 Ưu nhược điểm Ưu điểm:
- Liên kết với khung máy nhằm tạo độ cứng vững cho máy khi hoạt động và đảm bảo thẩm mỹ cho máy
- Dễ dàng tháo lắp và vận chuyển
Tốn thời gian lắp ghép
Momen xoắn: M z max 984, 6 (N.cm) Ứng suất trượt:
Mô đun đàn hồi: G = 197 GPa = 197.10 5 (N/cm 2 )
Tổng hợp kết quả tính toán ta thu được các thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật các chi tiết phần cơ khí
Momen uốn lớn nhất (N.mm) 18675 Ứng suất bền (KPa) 103,75
Vật liệu Inox 201 Đường kính trục 1 (mm) 90 Đường kính trục 2 (mm) 80
Momen xoắn lớn nhất (N.mm) 9846 Ứng suất trượt (N/mm 2 ) 0,279
Bộ truyền đai Đường kính puli động cơ (mm) 50 Đường kính puli tải (mm) 600
Hệ số trượt tương đối 0,02
Tỉ số truyền đai thang 12,24
Góc ôm đai (rad) 2,06 Động cơ
Số vòng quay (vòng/phút) 6
Năng suất máy (kg/giờ) 5400 - 9000
Khung máy
Khung máy gồm chân khung máy và vỏ khung máy
- Chân khung máy dùng để đỡ khung máy
- Khung máy để chứa nước từ vòi phun và dẫn nước về bồn rửa, che chắn mâm xoay và chống văng nước ra ngoài
Hình 6.5: Cấu tạo vỏ máy trái
Hình 6.6: Cấu tạo vỏ máy phải
Hình 6.7: Khung máy hoàn chỉnh
6.4.2 Ưu nhược điểm Ưu điểm:
- Gọn, dễ tháo lắp, chiếm ít diện tích
- Che chắn nước văng ra ngoài
- Có các lỗ để tháo lắp, điều chỉnh vòi phun và dễ vệ sinh bên trong máy
- Thuận tiện cho việc tháo lắp hệ thống ống nước
- Còn văng nước ở một số vị trí
Bồn chứa nước
Bồn chứa nước có chức năng lưu trữ, lọc và tái sử dụng nước rửa từ khung máy, giúp bơm nước để tiếp tục quá trình rửa Mức nước trong bồn sẽ được thay đổi tùy thuộc vào mức độ bẩn trên màng lọc.
Hình 6.8: Cấu tạo bồn chứa nước
Quá trình gia công, chế tạo máy rửa thanh long
6.6 Quá trình gia công, chế tạo máy rửa thanh long
6.6.1 Gia công bồn chứa nước
Hình 6.10: Gia công bồn chứa nước
Hình 6.11: Cắt các tấm khung
Hình 6.12: Hàn các tấm khung với nhau
Hình 6.13: Tiếp tục hoàn thiện khung máy
Hình 6.14: Khung máy hoàn chỉnh
Hình 6.15: Gia công khung mâm xoay
Hình 6.16: Mâm xoay hoàn chỉnh
Hình 6.17: Thiết kế của mô đun khung
Hình 6.18: Mô đun khung đã gia công hoàn chỉnh
6.6.5 Thiết kế và gia công hệ thống vòi phun và đường ống dẫn nước
Hình 6.19: Vòi phun và ống nước
Hình 6.20: Khoan lỗ trên ống nhựa
Hình 6.21: Taro lỗ đã khoan
Hình 6.22: Lắp vòi phun và quấn keo non để chống rò rỉ nước
Hình 6.23: Ống đã gắn vòi phun
Hình 6.24: Lắp đặt đường ống lên khung máy trái
Hình 6.25: Lắp đặt đường ống lên khung máy phải
Hình 6.26: Đường ống đã được lắp trên khung máy
Hình 6.27: Vòi phun và đường ống đã được lắp trên khung máy
Hình 6.28: Đo và cắt ống nhựa
Hình 6.29: Lắp đặt đường ống dẫn nước khung máy phải
Hình 6.30: Lắp đặt đường ống dẫn nước khung máy trái
Hình 6.31: Đường ống dẫn nước khung máy phải đã được lắp đặt hoàn chỉnh
Hình 6.32: Đường ống dẫn nước khung máy trái đã được lắp đặt hoàn chỉnh
Máy còn có nhiều bộ phận và chi tiết đi kèm quan trọng như dây đai, puli truyền động, động cơ, ổ bi, nắp đậy và khung tủ điện.
Hình 6.39: Khung gá động cơ
Tỉ số truyền chuyên động
TÍNH TOÁN PHẦN THIẾT KẾ CƠ KHÍ
6.1 Nguyên lý vận chuyển trái thanh long
6.1.1 Nguyên lý vận chuyển trái thanh long trên băng tải truyền thống
Trái thanh long được vận chuyển đến buồng rửa qua hệ thống băng tải lớn, có chiều dài từ 15 đến 20m, giúp tối ưu hóa quy trình rửa trái cây.
Hình 6.1 Băng tải vận chuyển thanh long truyền thống
- Băng tải cấu tạo đơn giản, bền
- Có khả năng vận chuyển vật liệu theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng ( hay kết hợp cả hai) với khoảng cách lớn,
- Năng suất và công suất tải cao
- Khối lượng vận chuyển lớn
- Linh kiện, tiêu chuẩn hóa
- Kích thước lớn, chiếm nhiều diện tích
- Làm việc có tiếng ồn
- Khi vận chuyển ở những khoảng cách dài và không thẳng đòi hỏi phải có thêm trạm trung chuyển gây tốn kém
- Độ nghiêng băng tải nhỏ ( < 240 )
- Không vận chuyển được theo hướng đường cong ( cần bố chí thêm động cơ và khung băng để đổi hướng)
- Cần số vốn đầu tư ban đầu cao
6.1.2 Nguyên lý vận chuyển trái thanh long trên mâm xoay
Trái thanh long được đặt trên các nan inox của mâm xoay, khi động cơ hoạt động, mâm xoay sẽ quay và vận chuyển trái thanh long theo quỹ đạo tròn Trong quá trình này, các vòi phun sẽ rửa sạch bụi bẩn trên trái thanh long Sau khi hoàn thành một vòng quay, chu trình rửa cũng kết thúc Người công nhân có thể dễ dàng quan sát và lấy trái thanh long đã được rửa sạch để tiến hành sấy khô hoặc đóng gói.
Hình 6.3: Thiết kế của mâm xoay Ưu điểm:
- Tải trọng tương đối lớn
- Làm việc liên tục, tiết kiệm nhân công, không cần nhiều lao động để vận hành máy, chỉ cần khoảng 5-8 nhân công là đủ
- Vận hành êm, không gây tiếng ồn
- Ít tiêu hao năng lượng, sử dụng điện lưới 220V để vận hành
- Không yêu cầu động cơ công suất lớn để vận hành mâm xoay, mâm quay dễ dàng chỉ với lực tác động nhỏ
- Chiếm ít diện tích, nhỏ gọn hơn so với hệ thống băng tải
- Dễ dàng tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa
- Mâm xoay làm từ vật liệu 100% thép không gỉ đảm bảo an toàn vệ sinh và độ bền
- Chi phí đầu tư không quá lớn, phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng
Nhờ vào việc vận chuyển theo đường vòng cung, máy có thể đảm bảo hành trình rửa tương đương với hệ thống băng tải, trong khi chỉ yêu cầu diện tích lắp đặt nhỏ gọn.
- Do sử dụng mối nối bulong đai ốc nên độ bền giảm theo thời gian
Gồm các nan, vành rửa và bộ phận liên kết với trục chính của mô đun khung
Ta có hệ lực cân bằng
Chọn thép không gỉ (inox) SUS 201
Mác thép: ASTM A213, QQ S766 có b 301 Mpa
Mô đun khung bao gồm: trục chính và chân mô đun
Hình 6.4: Cấu tạo mô đun khung
Trục chính dùng để lắp ghép ổ bi đỡ hỗ trợ cho chuyển động quay của mâm xoay và chịu tải trọng từ mâm xoay
Chân modun dùng để lắp ghép với vỏ máy tạo thành khối liên kết để tạo độ cứng vững cho máy khi hoạt động
6.3.2 Ưu nhược điểm Ưu điểm:
- Liên kết với khung máy nhằm tạo độ cứng vững cho máy khi hoạt động và đảm bảo thẩm mỹ cho máy
- Dễ dàng tháo lắp và vận chuyển
Tốn thời gian lắp ghép
Momen xoắn: M z max 984, 6 (N.cm) Ứng suất trượt:
Mô đun đàn hồi: G = 197 GPa = 197.10 5 (N/cm 2 )
Tổng hợp kết quả tính toán ta thu được các thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật các chi tiết phần cơ khí
Momen uốn lớn nhất (N.mm) 18675 Ứng suất bền (KPa) 103,75
Vật liệu Inox 201 Đường kính trục 1 (mm) 90 Đường kính trục 2 (mm) 80
Momen xoắn lớn nhất (N.mm) 9846 Ứng suất trượt (N/mm 2 ) 0,279
Bộ truyền đai Đường kính puli động cơ (mm) 50 Đường kính puli tải (mm) 600
Hệ số trượt tương đối 0,02
Tỉ số truyền đai thang 12,24
Góc ôm đai (rad) 2,06 Động cơ
Số vòng quay (vòng/phút) 6
Năng suất máy (kg/giờ) 5400 - 9000
Khung máy gồm chân khung máy và vỏ khung máy
- Chân khung máy dùng để đỡ khung máy
- Khung máy để chứa nước từ vòi phun và dẫn nước về bồn rửa, che chắn mâm xoay và chống văng nước ra ngoài
Hình 6.5: Cấu tạo vỏ máy trái
Hình 6.6: Cấu tạo vỏ máy phải
Hình 6.7: Khung máy hoàn chỉnh
6.4.2 Ưu nhược điểm Ưu điểm:
- Gọn, dễ tháo lắp, chiếm ít diện tích
- Che chắn nước văng ra ngoài
- Có các lỗ để tháo lắp, điều chỉnh vòi phun và dễ vệ sinh bên trong máy
- Thuận tiện cho việc tháo lắp hệ thống ống nước
- Còn văng nước ở một số vị trí
Bồn chứa nước có chức năng lưu trữ, lọc và tái sử dụng nước rửa từ khung máy để tiếp tục quá trình rửa Việc thay nước trong bồn sẽ được điều chỉnh dựa trên mức độ bẩn của màng lọc.
Hình 6.8: Cấu tạo bồn chứa nước
6.6 Quá trình gia công, chế tạo máy rửa thanh long
6.6.1 Gia công bồn chứa nước
Hình 6.10: Gia công bồn chứa nước
Hình 6.11: Cắt các tấm khung
Hình 6.12: Hàn các tấm khung với nhau
Hình 6.13: Tiếp tục hoàn thiện khung máy
Hình 6.14: Khung máy hoàn chỉnh
Hình 6.15: Gia công khung mâm xoay
Hình 6.16: Mâm xoay hoàn chỉnh
Hình 6.17: Thiết kế của mô đun khung
Hình 6.18: Mô đun khung đã gia công hoàn chỉnh
6.6.5 Thiết kế và gia công hệ thống vòi phun và đường ống dẫn nước
Hình 6.19: Vòi phun và ống nước
Hình 6.20: Khoan lỗ trên ống nhựa
Hình 6.21: Taro lỗ đã khoan
Hình 6.22: Lắp vòi phun và quấn keo non để chống rò rỉ nước
Hình 6.23: Ống đã gắn vòi phun
Hình 6.24: Lắp đặt đường ống lên khung máy trái
Hình 6.25: Lắp đặt đường ống lên khung máy phải
Hình 6.26: Đường ống đã được lắp trên khung máy
Hình 6.27: Vòi phun và đường ống đã được lắp trên khung máy
Hình 6.28: Đo và cắt ống nhựa
Hình 6.29: Lắp đặt đường ống dẫn nước khung máy phải
Hình 6.30: Lắp đặt đường ống dẫn nước khung máy trái
Hình 6.31: Đường ống dẫn nước khung máy phải đã được lắp đặt hoàn chỉnh
Hình 6.32: Đường ống dẫn nước khung máy trái đã được lắp đặt hoàn chỉnh
Máy còn bao gồm nhiều bộ phận và chi tiết quan trọng như dây đai, puli truyền động, động cơ, ổ bi, nắp đậy và khung tủ điện, bên cạnh những bộ phận đã đề cập.
Hình 6.39: Khung gá động cơ
6.7 Tính toán chọn động cơ
Công suất động cơ phải thỏa:
Cho = 1 ( Vì động cơ làm việc liên tục)
Do đó Pđc ≥ 1,17 kW ntải = 2 (vòng/phút)
Ta có tỉ số truyền
Usb = Usb đai = 3 (đai dẹt có bánh căng [24/21])
Số vòng quay động cơ: nsb = Usb ntải = 6 (vòng/phút)
Chọn động cơ nđc = 6 (vòng/phút)
6.8 Tỉ số truyền chuyển động
- Thông số động cơ: Đường kính động cơ: d1 = 50 mm
Số vòng quay : 6 vòng/ phút
- Thông số puli tải Đường kính puli: d2 = 600 mm
Số vòng quay : 2 vòng/phút
+ Hệ số trượt tương đối:
Với là hệ số trượt tương đối: 0, 01 0, 02 ta chọn 0,02
+ Tỷ số truyền đai thang
+ Xác định khoảng cách trục a
Chọn L theo tiêu chuẩn: L = 2000 mm
+ Kiểm tra số vòng chạy i của đai trong 1 giây v 1 i L < i s -1 Đối với đai thang [i] = 10 s -1
Thỏađiều kiện số vòng chạy i
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
Động cơ điện một chiều
Động cơ điện 1 chiều là thiết bị ngoại vi được sử dụng rất rộng rãi do điều khiển đơn giản, giá cả phải chăng
7.1.1 Định nghĩa Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang năng lượng cơ Máy điện chuyển đổi từ năng lượng cơ sang năng lượng điện là máy phát điện Đối với động cơ điện 1 chiều có loại không chổi than (BLDC) và động cơ có chổi than (DC) Do động cơ BLDC thực chất là động cơ điện 3 pha không đồng bộ vì vậy nhóm chúng em chỉ xét động cơ điện 1 chiều có chổi than
7.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều (đây là cách phân loại theo cách kích từ) Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:
Với mỗi 1 loại động cơ điện 1 chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau
7.1.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
+ Phần chỉnh lưu ( chổi than và cổ góp)
- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện
- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều
Bộ phận chỉnh lưu có chức năng đổi chiều dòng điện trong khi rotor quay liên tục, thường bao gồm một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Hình 7.1: Pha 1 của động cơ
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor
Hình 7.2: Pha 2 của động cơ Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Hình 7.3: Pha 3 của động cơ
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Khi trục của động cơ điện một chiều bị kéo bởi một lực bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, tạo ra sức điện động cảm ứng (EMF) Trong quá trình hoạt động bình thường, rotor quay sẽ phát ra điện áp gọi là sức phản điện động (CEMF), hay còn gọi là sức điện động đối kháng, vì nó chống lại điện áp bên ngoài áp dụng vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ hoạt động như một máy phát.
Khi nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài, động cơ sẽ phát điện Điện áp đặt trên động cơ bao gồm hai thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo công thức: I = (V_{Nguon} - V_{Phan Dien Dong}) / R_{Phan Ung}.
Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
7.1.4 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Đặc tính cơ của động cơ điện là hàm có dạng M=f(w) hoặc w=f(M) trong đó w là vận tốc góc và M là mô mem
7.1.4.1 Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song Đây là động cơ loại động cơ điện 1 chiều khá thông dụng trong một số máy loại nhỏ, cuộc thi robocon và đồ án của sinh viên
- Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ độc lập
Hình 7.4: Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ độc lập
- Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ song song
Hình 7.5: Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ song song
Cả 2 loại động cơ kích từ độc lập và kích từ song song đều có chung phương trình đặc tính cơ dạng u uf u u
Từ 2 phương trình trên ta nhận thấy vận tốc và mô men tuân theo đồ thị dạng y=ax+b Do vậy đường đặc tính cơ dạng:
Hình 7.6: Đồ thị đường đặc tính
7.1.4.2 Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp Đường đặc tính cơ và sơ đồ đấu dây của động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp có dạng :
Hình 7.7: Đường đặc tính cơ (bên trái) và sơ đồ đấu dây (bên phải) của động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
Sở dĩ đường đường đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp là đường hypepol là do phương trình đường đặc tính cơ có dạng
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, thường được sử dụng làm động cơ đề cho xe máy, có ưu điểm nổi bật là mô men khởi động lớn và tốc độ cao Tuy nhiên, loại động cơ này không nên hoạt động trong thời gian dài.
7.1.4.3 Đặc tính của động cơ kích từ hỗn hợp
Đường đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp là sự kết hợp trung bình giữa đường đặc tính cơ của động cơ kích từ song song và động cơ kích từ nối tiếp, như thể hiện trong hình 7.8 Sơ đồ đấu dây phía trên minh họa cách kết nối của động cơ này.
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
7.2.1 Các phương trình đi ều chỉnh tốc độ
- Thay đổi điện áp phần ứng
- Thay đổi điện trở mạch rotor
Phương pháp phổ biến nhất để điều chỉnh động cơ là thay đổi điện áp phần ứng, và đường đặc tính cơ của động cơ sẽ thay đổi tương ứng với sự điều chỉnh này.
Hình 7.9 : Đường đặc tính cơ của động cơ điện khi thay đổi phần ứng
Các mạch điều khiển động cơ DC như cầu H, FET kết hợp với relay, và L298 chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ Ngoài ra, chúng cũng cho phép đảo chiều quay của động cơ bằng cách thay đổi chiều điện áp đặt lên phần ứng.
7.2.2 Một số mạch điều khiển động cơ DC
Để điều khiển động cơ DC, phương pháp phổ biến nhất là điều chế độ rộng xung (PWM), thường được áp dụng qua các mạch như mạch cầu H và mạch sử dụng IR2184.
- Nguyên lý cơ bản của mạch cầu H
Khi L1 và R2 hoạt động đồng thời trong khi R1 và L2 bị khóa, dòng điện sẽ đi từ nguồn dương qua L1, tiếp theo là động cơ và qua R2 xuống GND, khiến động cơ chạy từ A đến B.
- Khi R1 và L2 dẫn và L1 và R2 khóa thì dòng điện chạy theo chiều mũi tên xanh trong hình b động cơ quay theo chiều từ B sang A
Trong mạch cầu H, việc L1 và L2 hoặc R1 và R2 cùng dẫn là điều nghiêm cấm Nếu L1 và L2 dẫn cùng lúc, dòng điện từ nguồn dương sẽ đi qua L1 và L2 về GND, do điện trở của L1 và L2 rất nhỏ, dẫn đến dòng điện cực lớn, có thể gây hỏng mạch hoặc làm hỏng L1 hoặc L2 Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trùng dẫn Để phòng ngừa hiện tượng này, có một số loại IC chuyên dụng như IR2184.
IR2103 hoặc nếu sử dụng L298 thì bản thân ic đã phòng chống được hiện tượng trùng dẫn rồi
- Xét 1 mạch sử dụng IR2184
Hình 7.11: Mạch sử dụng IR2184
IR2184 U4 điều khiển mosfet Q1 và Q2, U5 điều khiển Q3 và Q4 Nguyên tắc hoạt động giống như nguyên tắc hoạt động chung của mạch cầu H
Khi hãm động cơ, giả sử Q1 dẫn còn Q2, Q3 và Q4 khóa, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát Dòng điện sinh ra từ động cơ sẽ đi qua diode của Q2 (do Q2 là mosfet nên có một diode) về nguồn dương qua Q1 và quay trở lại động cơ Hiện tượng này giúp động cơ hãm nhanh hơn nhiều, thể hiện ưu điểm của mạch cầu H.
Mạch điều khiển động cơ DC
(1) Điện áp hoạt động: DC12V-DC40V
(3) Dòng điện hoạt động : 0.02A (standby)
(4) PWM chu kỳ điều chỉnh: 10% -100%
Hình 7.12: Mạch điều khiển tốc độ động cơ
Mạch điện
Hình 7.13: Sơ đồ mạch điện máy rửa thanh long thế hệ 2
Bảng 7.1: Bảng kê các thi ết bị điện sử dụng trong mạch điện của máy Bảng kê các thiết bị điện sử dụng trong mạch điện của máy
Tên thiết bị Số lượng
Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC 1 Đèn báo hiệu 1
7.4.2 Hoạt động của mạch điện:
Khi cắm điện vào ổ điện, đèn đỏ sáng lên để báo hiệu hộp điện có điện Để vận hành, vặn nút Start-stop sang chế độ Start, lúc này mâm xoay sẽ bắt đầu quay Tiếp theo, ấn nút start (màu xanh) để cung cấp điện cho rơ le K, làm cho tiếp điểm thường mở của K đóng lại và cấp điện cho contactor K1 Cuối cùng, hai máy bơm sẽ được cấp điện và bắt đầu thực hiện nhiệm vụ bơm nước.
Nhấn nút stop để ngắt hoạt động tạm thời Ấn nút E-Stop để tắt khi có sự cố
PHƯƠNG ÁN LỌC NƯỚC
Cấu tạo bể lọc
Cấu tạo bể lọc nước gồm:
- Máng dẫn nước đã qua sử dụng từ khung máy
- Khe đặt lưới lọc ngang và lưới lọc dọc
- Đầu cấp nước đã lọc cho máy bơm