GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, do đó gặp nhiều thách thức, đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật Việc áp dụng công nghệ vào nông nghiệp gặp khó khăn, nhất là ở các vùng sâu, vùng xa, dẫn đến việc nông nghiệp chủ yếu vẫn dựa vào sức lao động con người.
Cây cacao, mặc dù đã xuất hiện tại Việt Nam hàng chục năm, vẫn chưa được nhiều hộ dân ưa chuộng trồng, dù điều kiện trồng loại cây này là phù hợp.
Trong những năm gần đây, nhà nước đã nhận thấy tiềm năng lợi nhuận cao từ việc trồng cây cacao, đặc biệt tại các vùng như Bến Tre, Bình Phước và Tây Nguyên, dẫn đến sự gia tăng sản lượng cacao hàng năm Để đáp ứng nhu cầu này, việc áp dụng khoa học kỹ thuật trong sản xuất cacao trở nên cần thiết Nhóm chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài "thiết kế, tính toán và chế tạo máy nghiền hạt cacao" nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế trong sản xuất hạt cacao.
Tầm quan trọng của vấn đề
Trong những năm gần đây, cây cacao đã nhận được sự chú trọng đáng kể, dẫn đến sản lượng tăng nhanh chóng Tuy nhiên, hiện tượng nóng lên toàn cầu đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến các nước Tây Phi như Bờ Biển Ngà và Ghana, khiến cho nguồn nước khan hiếm và sản lượng cacao giảm sút đáng kể Trước tình hình này, việc chế tạo máy nghiền hạt cacao trở nên cần thiết để đáp ứng nhu cầu thị trường cacao trong nước.
Mục tiêu nghiên cứu
- Phân tích nghiên cứu phương pháp nghiền hạt cacao
- Tính toán, thiết kế và chế tạo máy nghiền hạt cacao.
Đối tƣợng nghiên cứu
- Tính toán thiết kế và chế tạo máy nghiền hạt cacao thành dạng bơ.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
- Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài
TỔNG QUAN VỀ CACAO
Cây cacao với tên khoa học là Theobroma, trong tiếng Hy Lạp là Theobroma có nghĩa là thức uống của các vị thần
Nguồn: Trung tâm ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ Bình Dương
Cách đây khoảng 2000 năm, cây cacao và các chế phẩm từ hạt cacao đã trở thành một phần thiết yếu trong đời sống của người dân Mỹ Latinh Các nhà khoa học xác nhận rằng người Mayan và Aztec đã trồng cacao từ rất sớm, trước khi các nhà thám hiểm Châu Âu đến khu vực này Cây cacao được cho là có nguồn gốc từ các cánh rừng mưa Amazon.
Người Mayan coi cây cacao là món quà từ thượng đế và là thực phẩm đầu tiên được sử dụng trên trái đất Họ chế biến hạt cacao bằng cách nướng, nghiền và pha với bột ngô để tạo độ sánh cho đồ uống Columbus là người Châu Âu đầu tiên biết đến cacao, nhưng chỉ khi nhà thám hiểm Cortes được hoàng đế Montezuma mời thưởng thức đồ uống này, cacao mới bắt đầu chinh phục Châu Âu Năm 1528, Cortes mang hạt cacao về Tây Ban Nha, nhưng do hương vị quá đắng, người Tây Ban Nha đã thêm đường và các gia vị như quế, hồi, vỏ chanh để tạo ra những hương vị độc đáo Cacao nhanh chóng trở thành thức uống phổ biến trong giới nghệ sĩ và hoàng gia Tây Ban Nha, được coi là thức uống đặc trưng trong hơn một thế kỷ.
Trang 4 mật của những người Tây Ban Nha Tuy nhiên do giá cả quá đắt đỏ nên những người Tây Ban Nha thực dụng và nhạy bén đã ngay lập tức trồng cây cacao trên các thuộc địa của họ để xuất khẩu tới những quốc gia khác trên châu lục và thu lại khoản lợi nhuận khổng lồ Cacao đã lan truyền khắp Châu Âu, việc uống bột cacao đã trở thành một trào lưu ở Pháp, dưới thời vua Louis 14 và 15 thức uống cacao rất được ưa chuộng tại Versailes Và rồi cacao đã tới Anh Kể từ khi quán bán thức uống cacao đầu tiên được khai trương năm
Vào năm 1657, những nhà máy sản xuất thức uống cacao và socola đầu tiên đã được thành lập, đánh dấu sự khởi đầu của ngành công nghiệp này Đến năm 1730, giá cacao giảm mạnh, cùng với sự phát minh của các máy móc chế biến trong cuộc cách mạng công nghiệp, đã tạo điều kiện cho sản xuất cacao quy mô lớn với chi phí thấp Phương pháp ép hạt cacao mới không chỉ giảm giá thành mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm Đồng thời, giá đường cũng giảm đáng kể, góp phần cải thiện đời sống người dân Châu Âu Đến đầu thế kỷ 20, thức uống cacao đã trở thành một phần văn hóa ẩm thực đặc trưng của toàn Châu Âu.
2.2 Tình hình sản xuất cây cacao trên thế giới
Cây cacao chủ yếu được trồng ở Tây Phi, nơi chiếm 2/3 sản lượng cacao toàn cầu Trong số đó, Bờ Biển Ngà và Ghana là hai quốc gia có diện tích trồng cacao lớn nhất thế giới, trong khi Indonesia dẫn đầu về sản lượng cacao ở Đông Nam Á.
Sản lƣợng cacao sản xuất hàng năm khoảng 3,47 triệu tấn, coote d’lvoire và Ghana chiếm 62% ở Đông Nam Á, Indonesia dang là nước chiếm nhiều sản lượng xuất khẩu
Bắc Mỹ hiện đang dẫn đầu thế giới về tiêu thụ cacao, chiếm 50% sản lượng toàn cầu Tại Châu Âu, Thụy Sĩ là quốc gia tiêu thụ cacao nhiều nhất với mức trung bình 6,5 kg/người mỗi năm Cacao cũng được ưa chuộng tại Nhật Bản, nơi có mức tiêu thụ khoảng 152.000 tấn mỗi năm, trong khi Trung Quốc ghi nhận mức tăng trưởng tiêu thụ cacao lên tới 40% mỗi năm, theo số liệu năm 2011 từ Vinacacao.
Cây cacao được trồng ở 50 quốc gia trên thế giới với tổng diện tích khoảng 5 triệu ha Tuy nhiên, nguồn cung cacao chủ yếu phụ thuộc vào ba quốc gia lớn: Bờ Biển Ngà, Indonesia và Ghana Trong đó, Bờ Biển Ngà là quốc gia sản xuất cacao lớn nhất, chiếm 40,7% sản lượng toàn cầu, tiếp theo là Ghana với 21% và Indonesia với 12%.
Sản lƣợng cacao trên thế giới niên vụ 2003/04 lên tới 3,5 triệu tấn, tăng so với niên vụ 2002/03 là 13,8%
Tây Phi đóng góp 72,4% sản lượng cacao toàn cầu, trong khi Đông Nam Á, với sự gia tăng nhanh chóng từ giữa những năm 1970, hiện chiếm 17% sản lượng cacao, đạt khoảng 500.000 tấn Các quốc gia trong khu vực như Indonesia, Philippines, Malaysia, Việt Nam, Papua New Guinea, Ấn Độ và Sri Lanka đều tham gia trồng cacao Tuy nhiên, sản lượng cacao tại một số nước khác như Brazil đã giảm liên tục từ đầu những năm 1990 do bệnh tua mực (witches’ broom) tàn phá Tại Malaysia, diện tích trồng cacao đã giảm mạnh từ 380.000 ha vào năm 1992 xuống còn 70.000 ha vào năm 2001, tương ứng với mức giảm khoảng 80%.
Theo ICCO Annual report 2004/2005, sản lƣợng xuất khẩu cacao trên thế giới niên vụ 2004/05 nhƣ sau:
- Châu phi: Sản lƣợng xuất khẩu niên vụ 2004/05 đạt 2.309000 tấn Trong đó nổi bật là Bờ Biên Ngà với sản lƣợng xuất khẩu cao nhất đạt 1.273.000 tấn
- Châu Mỹ: Niên vụ 2004/05 xuất khẩu 445.000 tấn
- Châu Đại Dương và Châu Á: Niên vụ 2004/05 xuất khẩu 534.000 tấn Trong niên vụ này, Indonesia là nước xuất khẩu nhiều nhất ở khu vực đạt 435.000 tấn
Trong niên vụ 2005-2006, thị trường cacao toàn cầu dự kiến sẽ thiếu hụt khoảng 221.000 tấn do sản lượng cacao giảm Nguyên nhân chính của sự sụt giảm này là do sản lượng cacao của Bờ Biển Ngà, quốc gia sản xuất cacao lớn nhất thế giới, giảm khoảng 1 triệu tấn.
Nigiêria là quốc gia đứng thứ tư thế giới về xuất khẩu cacao, chỉ sau Bờ Biển Ngà, Indonesia và Ghana Trong những năm 1980, Nigiêria từng có 20 nhà máy chế biến cacao, nhưng hiện tại chỉ còn 3 nhà máy hoạt động do sự giảm sút về sản lượng và điều kiện thuận lợi Sản lượng cacao đã giảm mạnh từ 307 tấn/năm trong thập niên 80 xuống còn 60 tấn vào năm 2003.
Nguồn: Ban điều phối Cacao Việt Nam
Bảng 2.2 Sản lƣợng sản xuất cacao trên thế giới
Tiêu thụ cacao toàn cầu đang tăng trưởng ổn định với tỷ lệ 2-3% mỗi năm, chủ yếu phục vụ cho ngành sản xuất socola Dự báo, tiêu thụ cacao trong năm 2004/05 đạt 3,23 triệu tấn và sẽ tiếp tục tăng thêm 3 triệu tấn vào năm 2008.
Trong thế kỷ 20, nhu cầu tiêu thụ cacao tăng nhanh chóng, chủ yếu do sự gia tăng nhu cầu về socola Sự gia tăng này được thúc đẩy bởi nhiều yếu tố như tăng thu nhập, gia tăng dân số, giá bán lẻ giảm, sự phong phú của các sản phẩm từ cacao và các kỹ thuật tiếp thị hiện đại.
Các quốc gia Tây Âu và Bắc Mỹ là những thị trường tiêu thụ cacao lớn nhất thế giới, chiếm tới 70% tổng sản lượng cacao toàn cầu Trong đó, các nước thuộc Liên minh Châu Âu (EU) tiêu thụ khoảng một nửa sản lượng cacao hàng năm, với Bỉ là quốc gia tiêu thụ nhiều nhất, trung bình đạt 5kg/người.
Cuộc khủng hoảng tài chính năm 1997 đã ảnh hưởng đến mức tiêu thụ tại Châu Á, đặc biệt là ở các quốc gia thuộc Liên Xô trước đây Tuy nhiên, hiện nay, nền kinh tế của những quốc gia này đang trên đà hồi phục nhanh chóng và thể hiện tiềm năng phát triển mạnh mẽ.
Nhiều nhà phân tích dự đoán rằng với mức giá cacao hiện tại là 1.200 USD/tấn, nhu cầu tiêu thụ sẽ tiếp tục gia tăng ổn định khoảng 3% mỗi năm, đồng thời giá cacao cũng sẽ có xu hướng tăng trong những năm tới.
2.3 Tình hình sản xuất cây cacao ở Việt Nam
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHẾ BIẾN HẠT CACAO LÀM
Phương pháp tách hạt cacao
Để đảm bảo chất lượng hạt, công việc tách vỏ và lấy hạt cần được thực hiện ngay sau khi hái trái, không nên để quá 4 ngày Thời gian từ khi đập trái đến khi lên men không được vượt quá 24 giờ.
- Một quả cacao có thể chứa tới 50 hạt cacao
- Có 2 phương pháp tách hạt cacao:
+ Thủ công: Dùng sức người, phương pháp này cho năng suất thấp
Nguồn: http://2lua.vn/article/thu-hoach-va-so-che-ca-cao-3013.html
Hình 3.3 Tách hạt cacao bằng tay
+ Tách hạt cacao bằng máy: Phương pháp này cho năng suất cao
Nguồn: http://www.cesti.gov.vn/techmart/cho-cong-nghe-va-thiet-bi-thang-12-2015.html
Hình 3.4 Tách hạt cacao bằng máy.
Phương pháp sấy hạt
- Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Sấy bao gồm cả quá trình truyền nhiệt và truyền khối
Quá trình sấy giúp tăng hàm lượng chất khô trong vật liệu và giảm độ ẩm, đồng thời loại bỏ hầu hết nước tự do có trong vật liệu.
Sấy hạt cacao là một bước quan trọng trong quy trình sản xuất chocolate, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Để đạt được chất lượng rang tốt, cần chú ý đến độ chín đồng đều của hạt, nhiệt độ và thời gian rang.
+ Nhiệt độ rang có thể từ 70- C trong khoảng thời gian 80 phút
+ Sau quá trình rang độ ẩm giảm từ 7-8% xuống còn 2-3%
Quá trình sấy hạt cacao diễn ra nhiều phản ứng hóa lý phức tạp, bao gồm sự bốc hơi nước và hơi acid acetic có trong hạt cacao lên men, cùng với các phản ứng Maillard.
Trong ngành công nghiệp, máy sấy thùng quay dạng cầu hoặc dạng ống thường được sử dụng để rang nguyên liệu Nhiệt độ cung cấp cho quá trình rang chủ yếu là hơi nước quá nhiệt, khí đốt LPG sạch hoặc không khí nóng.
- Sau khi rang, hạt cacao phải đƣợc làm nguội càng nhanh càng tốt để bơ cacao ít di chuyển từ hạt ra vỏ cacao
Hình 3.5 Máy sấy hạt cacao
Nguồn: http://www.foodnk.com/hieu-nhanh-quy-trinh-che-bien-hat-ca-cao-thanh- chocolate.html
Phương pháp ủ
* Hình thức ủ: Có nhiều cách ủ: ủ đống, ủ thúng nan và ủ thùng Nhƣng tốt nhất là ủ thúng nan và ủ thùng
+ Khối lƣợng hạt cacao sẽ quyết định kích cỡ và loại bao bì dùng để ủ len men
+ Khối lƣợng từ 1-20kg, sử dụng thúng nan, lá chuối và bao đay
+ Từ 20-1000kg, sử dụng các thùng lên men bằng gỗ có kích thước 1x0,8x0,5m, có đục các lỗ thoát ước ở dưới đáy, xung quanh thùng và bao đay
Để ủ hạt cacao, bạn cần lót lá chuối xung quanh thúng tre và đổ đầy hạt vào trong, sau đó đậy kín bằng lá chuối Vào ban ngày, nên để thúng dưới ánh nắng mặt trời và tránh để hạt bị ướt do mưa Sau hai ngày, hãy trộn đều hạt bằng cách đổ từ thúng này sang thúng khác Kích thước thúng có thể thay đổi tùy thuộc vào khối lượng hạt, có thể chứa từ 10-150kg hạt cacao tươi Thời gian ủ hạt cacao thường kéo dài từ 5 đến 10 ngày.
Cacao được ủ trong thùng gỗ có lỗ ở đáy, với kích thước chiều dài và chiều rộng thay đổi tùy theo lượng hạt Chiều cao khối hạt không nên vượt quá 40cm và cần đảo trộn hạt sau 2 ngày ngủ Thời gian ngủ của hạt cacao kéo dài từ 5-7 ngày.
Khay ủ ca cao được làm từ gỗ với kích thước 1,2 m x 0,9 m x 0,13 m, có đáy lót bằng vạt tre giúp thoát nước dễ dàng Đổ ca cao vào khay với lớp dày 10 cm, sau đó chồng các khay lên nhau và dùng vải hoặc bao bì để trùm kín nhằm giữ nhiệt Lưu ý không đảo trộn hạt trong quá trình ủ, thời gian ủ kéo dài từ 3 đến 5 ngày.
4 ngày (ngắn hơn các phương pháp khác).
Đảo trộn khối hạt
Hạt cần được đảo trộn định kỳ sau 48 giờ và 96 giờ kể từ khi ủ trong các thùng ủ Để đạt được quá trình lên men tốt nhất, nhiệt độ của khối ủ cần được kiểm soát chặt chẽ.
Trang 18 hạt đạt từ mức 45 0 – 48 0 C Sau khi đảo trộn lần đầu tiên, nhiệt độ thường tăng cao Có thể, sử dụng nhiệt kế để kiểm tra nhiệt độ của khối hạt hàng ngày vào buổi sáng sớm và chiều tối Trong khi đảo cần đảm bảo không khí thâm nhập vào hỗn hợp lên men
Quá trình ủ nên kéo dài khoảng 06 ngày Sau thời gian này, lớp vỏ lụa sẽ chuyển sang màu nâu và nhiệt độ sẽ giảm dần xuống 45 - 48 độ C Đối với những mẻ lên men nhỏ, nên kiểm tra mùi vào ngày thứ 05 Nếu vẫn còn mùi chua, có thể tiếp tục ủ thêm 01 ngày Ngược lại, nếu không còn mùi chua và vỏ hạt đã sẫm màu, cần phơi ngay.
Hạt sau khi lên men không cần phải rửa vì sẽ làm vỏ mỏng, dòn dễ vỡ và tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển
Nguồn: http://khoahoc.tv/chocolate-viet-noi-tieng-the-gioi-duoc-san-xuat-nhu-the-nao-
Hình 3.6 phương pháp ủ hạt cacao.
Các công đoạn sau khi ủ
Quá trình nghiền hạt cacao có thể thực hiện bằng cách sử dụng máy nghiền búa hoặc máy nghiền trục Tuy nhiên, điều quan trọng là hạt cacao chỉ nên được nghiền thành ba phần, nhằm giảm thiểu bụi tối đa Việc tạo ra quá nhiều bụi sẽ khiến cho việc tách vỏ khỏi bụi trở nên khó khăn hơn.
Mục đích của việc sàng phân loại là nâng cao khả năng tách biệt vỏ khỏi hạt Khi hạt nhỏ lẫn với vỏ lớn, việc thổi vỏ có thể dẫn đến việc cả vỏ lớn và hạt nhỏ đều bị bay đi Thông thường, người ta phân loại thành 4 đến 5 cỡ hạt; nếu nhiều hơn, quá trình sẽ trở nên phức tạp, còn nếu ít hơn, hiệu suất phân ly sẽ thấp Sàng phân loại thường sử dụng loại sàn lắc bằng bánh cam hoặc sàng rung.
Trong quá trình tách hạt, lượng vỏ chiếm từ 20 đến 25% tổng khối lượng hạt ban đầu Ở nước ngoài, vỏ này được sử dụng để chiết xuất flavanol, một chất chống oxy hóa tự nhiên có chứa theobromine, giúp ngăn chặn các gốc tự do gây lão hóa Tuy nhiên, hiện nay, sản lượng hạt tại Việt Nam vẫn còn thấp, dẫn đến việc chưa có ai khai thác hiệu quả lượng vỏ thải ra này.
Khi hạt ca cao được nghiền đến kích thước khoảng 100μm, chúng chuyển sang dạng lỏng sệt, được gọi là Chocolate liquor hoặc Chocolate mass Trong tiếng Việt, thuật ngữ này có thể được hiểu là hạt ca cao nghiền, hạt ca cao nhão, hoặc sôcôla lỏng Ở trạng thái khô rắn, hạt ca cao được gọi là cocoa, trong khi ở trạng thái lỏng kết tinh rắn, nó được gọi là chocolate Quá trình nghiền ướt thường được thực hiện bằng máy nghiền trục có hệ thống làm lạnh bằng nước Việc làm lạnh trục nghiền là cần thiết để giảm nhiệt độ sinh ra trong quá trình nghiền, nhằm duy trì độ ma sát giữa hạt ca cao và trục nghiền, từ đó nâng cao năng suất nghiền.
Nguồn: http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/qua-trinh-nhao-nan-nen-chocolate-tu-ca- cao-2860643.html
Hình 3.7 Máy nghiền ƣớt hạt cacao
Hạt ca cao lên men chứa nhiều acid acetic và acid lactic, vẫn còn tồn tại sau quá trình rang Kiềm hóa giúp giảm độ chua của hạt, nâng pH từ 4-4,5 lên 6,8-7,2, đồng thời làm hạt ca cao trở nên đắng và sậm màu hơn do phản ứng với polyphenol Quá trình này được gọi là Dutch Process Tại Bắc Mỹ, đặc biệt là Hoa Kỳ, nhiều sản phẩm chocolate được làm từ hạt ca cao không lên men, nên không cần kiềm hóa, giúp đơn giản hóa quy trình và giảm chi phí Điều này dẫn đến sự khác biệt rõ rệt về chất lượng giữa chocolate Hoa Kỳ và chocolate Châu Âu.
Chất kiềm hóa thường dùng là dung dịch hay Việc kiềm hóa dư có thể xà phòng hóa bơ ca cao
Sau đó, người ta phải khuấy tách nước ở nhiệt độ khoảng 60- C để nước bay hơi dần dần
Bơ ca cao là thành phần thiết yếu trong chocolate, mang lại hương vị thơm ngon và chất lượng cao Nó chứa nhiều polyphenol chống oxy hóa tự nhiên và có khả năng kết tinh đa hình theo nhiệt độ Dạng bơ ca cao tinh khiết beta 3 hay dạng V (5) có cấu trúc tinh thể mịn, bóng và tan chảy nhanh dưới thân nhiệt, tạo nên sự khác biệt so với chocolate sử dụng bơ thực vật thay thế Liên minh Châu Âu quy định chỉ cho phép sử dụng 5% bơ thực vật thay thế, nhưng các hãng chocolate nổi tiếng tại đây thường sử dụng hoàn toàn bơ ca cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Kỳ thì không cho phép sử dụng bơ thực vật thay thế trong các sản phẩm mang tên Chocolate Quá trình ép bơ ca cao phức tạp hơn so với ép dầu thực vật khác, vì cần gia nhiệt để bơ linh động thoát ra Áp suất ép có thể lên đến hơn 200 kg/cm2, và sau khi ép, bột ca cao thu được chứa 18-22% bơ ca cao Để tách thêm bơ ca cao từ bột, cần thực hiện giai đoạn trích ly bằng dung môi, sau đó bột chỉ còn lại 10-12% bơ ca cao.
Trang 21 bơ Do việc ép tách bơ khá phức tạp, nên giá thành bơ ép ca cao đắt gấp 4 -5 lần bơ thực vật thay thế
Nguồn: http://nguyenlieulammypham.net/san-pham/bo-cacao/
Sau khi kết hợp bơ ca cao, đường, sữa bột và chất nhũ hóa Lecithine đậu nành vào hạt ca cao nghiền mịn (chocolate liquor), ta thu được một hỗn hợp khô sệt Hỗn hợp này cần được đồng hóa bằng cánh đảo trộn, sau đó sẽ trở nên tương đối lỏng sệt.
Giai đoạn nghiền tinh là yếu tố quyết định chất lượng cảm quan của chocolate, với quy trình phức tạp và yêu cầu thiết bị chuyên dụng Trong các nhà máy lớn, máy nghiền 5 trục được sử dụng để giảm kích thước chocolate từ 100μm xuống 18-20μm, tuy nhiên, chi phí đầu tư và bảo trì rất cao do yêu cầu kỹ thuật phức tạp Ngược lại, máy nghiền bi có thiết kế đơn giản và chi phí thấp hơn, dễ vận hành nhưng lại có năng suất và hiệu suất thấp hơn, kèm theo tiếng ồn lớn.
Trong quá trình chế biến chocolate tại nhà với số lượng nhỏ, người dùng thường sử dụng máy nghiền con lăn bằng đá, hoạt động liên tục suốt ngày đêm để nghiền từ một đến hai ký chocolate.
Trang 22 Ủ đảo trộn trong thời gian kéo dài 4 đến 100 giờ để làm các mùi kho chịu hay acid bay hơi Sự trà xát, đảo trộn các phần tử rắn như hạt cacao, sữa, đường, vv trong thời gian dài và nhiệt độ cao 50-80 độ C, làm cho chocolate trở nên đồng nhất và trơn mịn
3.5.8 Ổn định nhiệt Đặc điểm của bơ cacao là tính kết tinh đa hình mà không phải dạng kết tinh nào cũng làm cho chocolate ngon Chocolate kết tinh ở dạng V hay beta 3 là ngon nhất, bệ mặt bóng mịn, cấu trúc đồng nhất
Chocolate cần được làm nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 40-50 độ C, sau đó làm nguội từ từ đến khoảng 34-35 độ C Tiếp theo, khoảng 1/5 chocolate được trích ra để tạo mầm kết tinh bằng cách khuấy ở nhiệt độ 29 độ C trong 20-30 phút Khi trộn hai loại chocolate này lại, toàn bộ chocolate sẽ được gây mầm kết tinh ở nhiệt độ 32 độ C Nếu nhiệt độ quá thấp, sẽ xuất hiện mầm tinh thể dạng III, IV dễ chảy và không ngon, trong khi nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm mất mầm tinh thể, khiến chocolate không thể rót khuôn và lấy ra.
Việc rót khuôn chocolate là một quá trình phức tạp do độ nhớt cao và yêu cầu ổn định nhiệt độ Cần đảm bảo đúng cân lượng và tránh xáo trộn mạnh để không tạo bọt Các dạng thanh chocolate 100 gram hoặc 20 gram dễ rót hơn, trong khi những miếng chocolate hình cá, hoa trái trên mỗi vỉ khuôn lại khó rót hơn vì cần phải định vị chính xác vị trí rót và có thể cần nhiều đầu rót khác nhau.
Sau khi rót khuôn, chocolate cần được làm lạnh nhanh chóng ở nhiệt độ 20-22 độ C để kết tinh theo dạng mầm đã ổn định Khi chocolate đạt đủ lạnh, nó sẽ co ngót thể tích 3%, giúp việc tháo khuôn trở nên dễ dàng Kết quả là thanh chocolate bóng mịn và đồng nhất.
ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG
Nguyên lý hoạt động
Để khởi động máy, ta điều chỉnh tần số thấp trên biến tần nhằm kiểm soát động cơ Sau đó, nguyên liệu, cụ thể là hạt Cacao thô, được đưa vào từ phía trên nồi Động cơ 3 pha truyền động cho trục qua bộ truyền đai thang, khiến trục quay và kéo theo mâm đá Hai con lăn gắn với trục tiếp xúc với mâm đá, dưới trọng lực của chúng, khi mâm đá quay sẽ làm cho hai con lăn cũng quay và nghiền nát nguyên liệu Nguyên liệu bị nghiền nát sẽ bị đẩy ra phía thành nồi và được đưa trở lại nhờ thanh gạt trên trục trong, giúp hỗn hợp được nghiền đều Quá trình này lặp đi lặp lại, làm cho bơ trong hạt Cacao chảy lỏng, tạo độ ẩm cho hỗn hợp.
Sau 24 đến 48 giờ, hỗn hợp sẽ đạt độ mịn từ 3-20 âm Khi đạt được độ mịn cần thiết, tắt máy và rút chốt cố định khung trong, sau đó nghiêng máy để rót hỗn hợp lỏng ra ngoài, hoàn tất quá trình nghiền.
Phân loại các kiểu máy nghiền con lăn
4.2.1 Dựa vào cách thức hoạt động a Truyền động vào con lăn
Hình 4.1 Máy nghiền truyền động vào con lăn
Nguồn: http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/qua-trinh-nhao-nan-nen-chocolate-tu-ca- cao-2860643.html
Trang 25 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
- Động cơ truyền chuyển động vào 2 con lăn làm con lăn chuyển động lăn quanh trục đứng, mâm đá đứng yên
- Kết cấu máy, công suất lớn
- Thường dùng cho sản xuất Socola ở quy mô công nghiệp
- Tốc độ quay của trục mang con lăn chậm, hiệu suất thấp b Truyền động vào mâm đá (mâm đá quay, trục giữ con lăn đứng yên)
Hình 4.2 Máy nghiền truyền động vào mâm đá
Nguồn: http://caem.hcmuaf.edu.vn/caem-17407-1/vn/may-nghien-cacao-dang-chau-con- lan.html Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
Động cơ truyền chuyển động lên trục đứng, làm cho mâm đá quay, trong khi trục giữ con lăn đứng yên Hai con lăn sẽ lăn trên bề mặt của mâm đá.
- Kết cấu máy nhỏ gọn, công suất nhỏ
- Thường dùng cho sản xuất Socola thủ công trong hộ gia đình hoặc doanh nghiệp nhỏ
- Tốc độ quay của mâm đá cao, cho ra sản phẩm Socola với chất lƣợng cao
4.2.2 Dƣa vào cấu tạo con lăn a Con lăn hình nón
Hinh 4.3 Máy nghiền con lăn dạng hình nón
Nguồn: https://madamescientist.wordpress.com/2012/07/29/a-double-dose-of-dosas-two- southern-indian-crepes/ Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
Hai con lăn hình nón được lắp đặt trên trục đứng ở giữa, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt giữa con lăn và mâm đá trong quá trình hoạt động Kết cấu này đảm bảo hiệu suất làm việc ổn định và hiệu quả.
- Kết cấu máy nhỏ gọn, công suất nhỏ
- Thường dùng cho chế biến các loại nông sản phục vụ cho hộ gia đình
- Cấu tạo con lăn và trục khá phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao b Con lăn hình trụ
Hình 4.4 Máy nghiền con lăn dạng hình trụ Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
Hai con lăn hình trụ sau một thời gian sử dụng sẽ bị mài mòn bề mặt do hiện tượng trượt giữa con lăn và mâm đá.
- Kết cấu máy nhỏ gọn, công suất nhỏ
- Thường dùng cho chế biến các loại nông sản phục vụ cho hộ gia đình
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ
4.2.3 Dựa vào phương thức truyền động a Truyền động bằng hộp số
Hình 4.5 Máy nghiền truyền động bằng bánh răng Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
- Động cơ truyền chuyển động lên trục đứng thông qua hộp giảm tốc truyền đến mâm đá làm mâm đá quay
- Kết cấu khung máy nhỏ gọn nhƣng công suất lớn
- Các bộ phận máy dễ tháo lắp, thuận lợi cho sửa chữa các chi tiết khi gặp hƣ hỏng
- Thường dùng cho chế biến các loại sản phẩm phục vụ cho doanh nghiệp vừa và nhỏ
- Cấu tạo máy phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao
- Máy đƣợc truyền động bằng hộp số, khi quá tải dễ gây phá hỏng các chi tiết máy b Truyền động bằng bộ truyền đai thang
Hình 4.6 máy nghiền truyền động bằng đai thang Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
- Động cơ truyền chuyển động lên mâm đá thông qua bộ truyền đai thang
- Kết cấu máy cồng kềnh, thường dùng với các loại máy có công suất nhỏ
- Mâm đá đƣợc truyền động thông qua bộ truyền đai, giúp tránh phá hỏng chi tiết máy khi xảy ra quá tải
- Thường dùng cho chế biến các sản phẩm nông sản trong hộ gia đình
Dựa trên những ưu nhược điểm của các loại máy nghiền con lăn hiện có, nhóm đã quyết định lựa chọn kết cấu máy để tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cơ bản.
Máy hoạt động bằng cách truyền động vào mâm đá, nơi động cơ truyền chuyển động đến trục giữ mâm đá, khiến mâm đá quay Trong khi đó, trục giữ con lăn vẫn đứng yên, cho phép hai con lăn lăn trên bề mặt mâm đá.
- Chọn con lăn với cấu tạo hình trụ, trục giữ nằm ngang để dễ chế tạo, giảm giá thành máy
- Chọn phương thức truyền động bằng bộ truyền đai
THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN HẠT CACAO
Sơ đồ động học máy nghiền
Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lí làm việc máy nghiền con lăn
Bộ phận chính của máy bao gồm hai con lăn nghiền, hoạt động trên một phiến đá Nhờ vào trọng lượng của chúng, các con lăn nghiền nát những mảnh cacao khi di chuyển trên bề mặt.
_ Hình trên là sơ đồ nguyên lý làm việc của máy nghiền dùng để nghiền ƣớt Khi động cơ
Khi có tải, trục động cơ sẽ quay, dẫn động cho bánh đai răng Bánh đai này truyền động cho trục truyền, chuyển động quay cho mâm đá Khi mâm đá quay, hai con lăn sẽ quay nhờ vào sự tiếp xúc với mảnh cacao trên mâm đá.
Tính toán công suất nghiền và chọn động cơ
5.2.1 Xác định góc kẹp, hệ số ma sát và kích thước nguyên liệu
Góc kẹp α là một thông số quan trọng đối với thiết bị nghiền trục, được định nghĩa là góc giữa hai tiếp tuyến của bề mặt trục tại vị trí tiếp xúc với hạt nguyên liệu Việc xác định góc kẹp có vai trò quyết định trong hiệu suất nghiền của thiết bị.
Nguồn: Trang 148, Công Nghệ Chế Biến Thực Phẩm- Lê Văn Việt Mẫn, NXB Đại Học
Với : D r đường kính của trục
D f đường kính trung bình của hạt vật liệu
Đường kính trung bình của hạt vật liệu thành phẩm, ký hiệu là Dp, tương ứng với kích thước của khe hẹp giữa trục và mặt phẳng Để hạt vật liệu có thể đi qua khe giữa trục và mặt phẳng, điều kiện cần thiết là tanα2 = f.
Với f là hệ số ma sát giữa nguyên liệu và bề mặt trục
Bảng 5.3 Hệ số ma sát giữa một số loại vật liệu
Số liệu cho trước: Đường kính con lăn:D r 0mm, hệ số ma sát f = 0,3÷0,7 đối với vật liệu khô
Do tính chất hạt Cacao có thành phần bơ nên ta lấy hệ số ma sát f = 0,3
_ Do vật liệu được nghiền ra dưới dạng lỏng nên ta lấy gần đúng khoảng cách D p = 0
Vậy đường kính lớn nhất của hạt cacao có thể nghiền trên máy là 7mm
(Trang 148- Công nghệ chế biến thực phẩm- Nhà xuất bản đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh- Lê Văn Việt Mẫn)
5.2.2 Lựa chọn động cơ và tính công suất máy
N1 : Côngsuất cần thiết để làm 2 con lăn quay
N2 : Công suất cần thiết để kéo mâm quay
N3 : Công suất cần thiết để thắng lực cản ma sát trƣợt
_ Khối lƣợng 1 con lăn: = h.ρ=3,14 .11.2,75-3,14 .11.2,75=5,8 kg (trong đó khối lƣợng riêng Granit: ρ=2,75 g/ )
Ta có khối lượng hạt cacao cho trước =4 kg
Khối lượng của nồi inox tính tương đối:
(trong đó khối lƣợng riêng ρ=7,93 g/ )
Khối lƣợng đĩa quay == h.ρ=π .0,5.7,93=5 kg
Vậy tổng khối lƣợng kg
Kích thước con lăn: Φ160mmx110mm
Kích thước đĩa quay inox: Φ400mmx5mm
Công suất cần để kéo 2 con lăn quay:
=2,5 m/s.(vận tốc tại tâm con lăn) (giả thiết ta chọn số vòng quay của trục truyền là:n00vg/ph) khoảng cách từ tâm trục đến tâm con lăn
N2: công suất cần thiết để kéo mâm đá công suất thắng đƣợc lực cản ma sát trƣợt
K=2 số con lăn f : hệ số ma sát của con lăn với vật liệu f = 0,3÷0,7 vật liệu khô
Vận tốc trƣợt trung bình:
Xét 3 điểm trên mâm quay a, b, c
Vận tốc phụ thuộc vào đƣợc kính nên Va < Vc < Vb
Xét 3 điểm trên con lăn cùng tại vị trí thì Va = Vc = Vb
Ta thấy chỉ có điểm giữa con lăn là không có hiện tƣợng trƣợt, còn các điểm khác đều có hiện tƣợng này
Giá trị trượt tuyệt đối bắt đầu từ 0 tại tâm con lăn và tăng dần đến giá trị lớn nhất ở hai mép trong và ngoài của con lăn Do đó, giá trị trung bình sẽ được xác định dựa trên sự thay đổi này.
_ vận tốc tại mép ngoài con lăn
_ vận tốc tại mép trong
_ vận tốc tại tâm con lăn
_ Đối với f=0,3 thì công suất là N=0,356+0,0293=0,385 (kw)
_ Đối với f=0,7 thì công suất là N=0,356+0,0684=0,424 (kw)
_ Hiệu suất qua bộ truyền đai và cặp ổ lăn η =
+ hiệu suất bộ truyền đai
Ta chọn động cơ có công suất P=0,75 kw,n70 vg/ph.
Tính toán bộ truyền
5.3.1 Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền đai
_ Có thể truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục cách xa nhau ( _ Làm việc êm và không ồn
_ Giữ đƣợc an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá tải nhờ hiện tƣợng trƣợt trơn
_ Có thể truyền chuyển động cho nhiều trục
_ Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành hạ
_ Khuôn khổ và kích thước lớn
_ Tỉ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp vì có trƣợt đàn hồi
_ Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai
_ Do thích hợp làm việc với vận tốc cao nên thường lắp ở đầu vào hộp giảm tốc
_ Thường dùng khi cần truyền chuyển động trên khoảng cách trục lớn, công suất truyền dẫn không vƣợt quá 40÷50 (kw) ,vận tốc vòng V=5÷30 m/s
5.3.2 Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền xích
_ Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối lớn (
_ Khuôn khổ kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai
_ Không có hiện tƣợng trƣợt nhƣ truyền động đai
_Có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục
_ Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích với lực căng ban đầu
_ Do có sự va đập khi vào khớp nên có nhiều tiếng ồn khi làm việc, vì vậy không thích hợp với vận tốc cao
Việc chế tạo và lắp ráp hệ thống truyền động xích đòi hỏi độ chính xác cao hơn so với truyền động đai Đồng thời, hệ thống này cần được chăm sóc và bảo quản thường xuyên, bao gồm việc bôi trơn và điều chỉnh độ căng của xích.
_ Vận tốc và tỉ số truyền tức thời không ổn định
_ Chóng mòn khớp bản lề, nhất là khi bôi trơn không và làm việc nơi bụi bẩn
_ Truyền động với khoảng cách trục trung bình và yêu cầu kích thước nhỏ gọn, làm việc không có trƣợt
_ Thích hợp với vận tốc thấp, thước lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc
_ Công suất truyền dẫn P≤120 kw,khoảng cách trục lớn nhất
_ Vận tốc thong thường:V≤15 m/s ,đôi khi có thể lên tới 35 m/s
Từ những ưu, nhược điểm, phạm vi sử dụng của bộ truyền đai và bộ truyền xích ta chọn bộ truyền ngoài là bộ truyền đai
_ Khi thiết kế bộ truyền đai ta có thể thiết kế bộ truyền đai dẹt, đai thang hoặc đai răng
Đai dẹt: So với đai thang thì đai dẹt dễ cuốn quanh bánh đai, lực quán tính ly tâm nhỏ, hiệu suất cao hơn đai thang
Đai thang có khả năng truyền momen xoắn lớn nhờ vào lực ma sát mạnh giữa dây đai và bánh đai Tuy nhiên, một nhược điểm của đai thang là sự phân bố tải trọng không đều giữa các bánh đai.
Dựa vào công suất và moment xoắn của trục động cơ, cùng với những ưu nhược điểm của đai dẹt, đai thang và đai răng, chúng ta quyết định chọn bộ truyền ngoài là đai răng.
5.3.4 Thiết kế bộ truyền đai thang
Đai hình thang có tiết diện đặc trưng với hai mặt bên tiếp xúc với rãnh hình thang trên bánh đai, tạo ra hệ số ma sát cao hơn so với đai dẹt Nhờ vào khả năng kéo lớn hơn, đai hình thang cung cấp hiệu suất thấp hơn so với đai dẹt.
5.3.4.1 Chọn loại đai và tiết diện đai
- Có 3 loại đai hình thang: Đai thang thường, đai thang hẹp, đai thang rộng
+ Ta chọn đai thang thường, theo hình 4.1 trang 59 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta chọn tiết diện đai hình thang loại A
5.3.4.2 Xác định các thông số của bộ truyền
- Với vận tốc V < 25 m/s nên dùng đai thang thường
Dựa vào bảng 4.13 với P = 0,75 (kw), n = 1370 ( V/ ph)
Ta có kích thước tiết diện: bt = 11 mm b mm h = 8 mm
Chọn d1 = 63 mm (yêu cầu kích thước bộ truyền phải thật gọn)
Đường kính bánh đai lớn d2 02 0 1
Ta chọn tỉ số truyền của đai Uđ= 2.8
Dựa vào bảng 4.21 chọn d2 = 180 mm
=2% thuộc phạm vi cho phép
Vậy đường kính bánh đai nhỏ d1cmm và đường kính bánh đai lớn d20mm Dựa vào tỷ số truyền U= 2.8,dựa vào bảng 4.14 ta có khoảng cách trục a:
2 1 d a => a= d2 = 180 mm Điều kiện kiểm tra:
0 d 1 d 2 h a d 1 d 2 thỏa điều kiện vậy a= 180 mm
l= 722,5mm, dựa vào bảng 4.13 chọn l = 750 mm
5.3.4.3 Kiểm nghiệm tuổi thọ của đai i 4,5 103
i : số lần cuốn của đai/giây
Xác định chính xác khoảng cách trục a theo công thức 4.6
Xác định góc ôm α 1 theo công thức 4.7 Điều kiện α 1 ≥ 120 0 α 1 = 180 0 - (d2 – d1)57 0 /a= 141 0 α1 ≥120 0 ( đạt yêu cầu)
Xác định số đai cần thiết:
Trang 40 p 1 : Công suất trên trục dẫn P1 = Pct
Kđ : Tính chất tải trọng
C : H số ảnh hưởng góc ôm
C u : Hệ số ảnh hưởng tới tỉ số truyền
C z : Hệ số ảnh hưởng tới số đai
C l : Hệ số ảnh hưởng đến chiều dài đai
Chiều rộng bánh đai B theo công thức
B = (Z – 1)t +2e5mm Đường kímh ngoài bánh đai d1a = d1 + 2ho = 63 + 2.3,3 = 69,9mm d2a = d2 + 2ho = 180 + 2.3,3 = 186,6mm
5.3.4.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục, lực căng ban đầu
- Lực tác dụng lên trục
Tính toán thiết kế trục truyền động
- Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45, thường hóa có giới hạn bền và giới hạn chảy:
- Ứng suất xoắn cho phép: [ ] 30MPa
5.4.2 Xác định sơ bộ đường kính trục
Theo công thức 10.9, lấy [ ] 15MPa Đường kính sơ bộ trục:
Chọn sơ bộ các đường kính: d2 = 25mm, d3 = 30mm, d4 = 35mm
Từ đường kính d ta xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn theo bảng 10.2, lấy b01 = 17mm, b02 = 19mm
Theo bảng 10.3 tài liệu [2] ta chọn khoảng cách từ mút chi tiết quay đến mặt khung đỡ k mm
Công thức trang 189 ta có:
Chiều dài may ơ bánh đai: lm = (1,2…1,5).d = 24…30mm, lấy lm = 25 mm
Kích thước khung đỡ: 40x40 mm
Các kích thước sơ bộ: l1 = 0,5(lm + b01 ) + 40 = 0,5(25+17) + 40 = 62mm
5.4.3 Xác định chiều và độ lớn các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục
- Lực tác dụng lên trục Fr = (1…1,2)Ft
Với Ft : lực vòng trên bánh đai bị dẫn
- Lực ma sát trên mâm quay Fms = 41.16 (N)
Trọng lƣợng các chi tiết trên mâm quay, lực dọc trục Fm = m.g Với m = 2.mcl + mn + mmđ + mmx
Mcl = 7kg: khối lƣợng con lăn
Mn = 5kg: khối lƣợng nồi mmđ = 5kg: khối lƣợng mâm đá mmx = 5kg: khối lượng mâm xoay gắn vào đáy dưới nồi g = 9,8 m/s 2 : gia tốc trọng trường
- Lực từ khớp nối tac dụng lên trục: Fk = (0,2…0,3)2T/Dt Với T = 22681 N.mm, Dt = 100mm
- Phản lực tại các gối tựa:
+ phương trình cân bằng lực theo phương Ox:
+ phương trình cân bằng momen tại O:
Hình 5.3 Biểu đồ lực và moomen trục truyền động
5.4.3.3 Xác định momen uốn tổng, momen tương đương, xác định đường kính trục tại các tiết diện
Theo bảng 10.5 ta có: [ ]c Mpa đối với thép C45 thường hóa
Từ kết cấu trục ban đầu ta chọn đường kính các đoạn trục như sau:
Sơ đồ lắp ghép trục:
Hình 5.4 Sơ đồ lắp ghép trục truyền động
5.4.3.4 Kiểm nghiệm độ bền mỏi trục
- Trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó theo công thức 10.22 ta có: 0; aj
M Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên theo công thức 10.23 ta có: aj
Theo bảng 10.6 ta có các công thức:
Momen cản uốn Wj và momen cản xoắn W0j :
Với trục có tiết diện tròn:
Với trục có 1 rãnh then:
Để kiểm nghiệm độ bền của trục, chúng ta cần xem xét các tiết diện d1 = 20mm, d2 = 25mm và d3 = 30mm Đối với tiết diện có lắp then, kích thước d = 20mm Theo bảng 9.1a, kích thước then được xác định như sau:
TT D(mm) Mj (N.mm) Tj (N.mm) Wj W0j aj aj mj aj
Xác định các hệ số
- Theo công thức 10.25 và 10.26 ta có:
Trục được gia công trên máy tiện cần đạt độ nhám bề mặt Ra từ 2,5 đến 0,63, theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt là Kx = 1,06 Do không áp dụng các biện pháp tăng bền, hệ số tăng bền Ky được xác định là 1.
- Theo bảng 10.12, khi dung dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then tương ứng vật liệu b 600MPa là K 1,76;K 1,54
- Từ bảng 10.10 ta tra đƣợc các hệ số 0,92; 0,89 Từ đó ta xác định đƣợc tỷ số K ;K
- Từ bảng 10.11 ta tra đƣợc tỷ số K ;K
tại các tiết diện lắp căng
- Hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm:
Theo công thức 10.20, 10.21 ta có:
Rãnh then Lắp căng Rãnh then Lắp căng
Vậy trục đã chọn thỏa mãn yêu cầu độ bền mỏi
5.4.3.5 Kiểm nghiệm độ bền then
Lấy chiều dài then lt ≈ 1,35d = 1,35.20' mm
Ta có điều kiện bền dập và điều kiện bèn cắt theo công thức 9.1 và 9.2:
Kích thước then bằng: bxh = 6x6 mm
Theo bảng 9.5, ứng suất dập cho phép là [σd]0Mpa cho mối lắp cố định dưới tải trọng tĩnh Đối với ứng suất cắt cho phép với then bằng thép C45 chịu tải trọng tĩnh, giá trị là [τ] 90MPa.
Vậy then đã chọn thỏa mãn độ bền dập và độ bèn cắt cho phép.
Tính toán thiết kế trục con lăn
5.5.1 Tính bền trục trong của máy.
Hình 5.5 Trục trong của máy nghiền
+ f : hệ số ma sát đá granite (f = 0,6)
Mômen xoắn để quay khối nghiền đƣợc tính theo công thức:
+R a : là khoảng cách từ tâm trục chính tới giữa tâm khối nghiền (R a 0mm) _Lực dẫn động để khối nghiền quay trong mặt phẳng nằm ngang x k a
_Lực dẫn động sẽ sinh ra mômen uốn là
_Trục chính giữa chịu cả mômen uốn và mômen xoắn là: x u
_ Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép không gỉ inox 304, có giới hạn bền và giới hạn chảy:
_ Ứng suất xoắn cho phép: [ ] 30MPa
5.5.3 Xác định đường kính sơ bộ trục
_Theo công thức 10.9, lấy [ ] 15MPa
_Đường kính sơ bộ trục:
_Đường kính trục tại chỗ lắp con lăn:
Hình 5.6 Biểu đồ momen uốn trục trong
Góc xoay của mặt cắt tại C
_ Do mặt cắt ngang hình tròn đặc đường kính d có: d 4 0,1 4
_Môđun trƣợt của vật liệu: G tkg = 7300 kN cm/ 2
Chọn ổ lăn
5.6.1 Sơ bộ về ổ lăn Ổ trục dùng để đỡ trục, giữ cho trục có vị trí xác định trong không gian, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy Tùy theo dạng ma sát trong ổ, người ta phân ra ổ trượt và ổ lăn Chúng khác nhau về cấu tạo, lắp ghép, phạm vi sử dụng và phương pháp tính toán thiết kế ổ
Ổ lăn ngày càng phổ biến nhờ vào nhiều ưu điểm như momen ma sát và momen mở máy nhỏ, ít bị nóng khi hoạt động, dễ dàng chăm sóc và bôi trơn, cùng với sự thuận tiện trong sửa chữa và thay thế.
Khi thiết kế máy móc hoặc các bộ phận của máy, việc chọn ổ lăn tiêu chuẩn thay vì tự thiết kế là rất quan trọng Quyết định này dựa trên hai chỉ tiêu cơ bản: khả năng tải động C và khả năng tải tĩnh C0.
Muốn chọn ổ lăn cần phải biết:
- Trị số, chiều và đặc tính tác dụng của tải trọng
- Tần số quay của vòng ổ
- Tuổi thọ cần thiết tính bằng giờ hoặc triệu vòng quay
- Các yêu cầu cụ thể liên quan đến kết cấu máy hoặc bộ phận máy và điều kiện sử dụng
Chọn ổ lăn bao gồm các bước sau đây :
- Chọn cấp chính xác ổ lăn
- Trường hợp cần thiết cần kiểm tra khả năng quay nhanh của ổ
Có nhiều loại ổ lăn, được phân loại theo hướng tác dụng của tải trọng như ổ đỡ, ổ chặn, ổ đỡ-chặn và ổ chặn-đỡ Ngoài ra, còn có phân loại theo dạng con lăn như ổ bi và ổ đũa, theo số dãy con lăn như ổ lăn 1 dãy, 2 dãy và nhiều dãy, cùng với đặc điểm kết cấu như ổ tự lựa và không tự lựa Việc chọn loại ổ phù hợp không hề đơn giản, đòi hỏi phải nắm vững đặc điểm làm việc của ổ, bao gồm khả năng tải trọng, khả năng quay nhanh, độ cứng, giá thành, cũng như các vấn đề liên quan đến cố định ổ và chi tiết lắp ghép.
Chúng ta cần chọn ổ bi đỡ có khả năng chịu lực hướng tâm và lực dọc trục lớn, đảm bảo ổn định ở góc nghiêng, đồng thời hoạt động hiệu quả với tốc độ vòng quay cao và giá thành thấp nhất.
Chọn ổ bi đỡ một dãy
- Chọn sơ bộ ổ bi đỡ một dãy cỡ nhẹ, kí hiêu 205 có: d= 25 mm r = 1,5 mm C kN
D = 52 mm B = 15 mm C0 =7,09 kN Đường kính bi=7,94 mm
5.5.4 Chọn kích thước ổ lăn và kiểm nghiệm
5.5.4.1 Chọn ổ lăn theo khả năng tải trọng động
Khả năng tải trọng động đƣợc xác định theo công thức (11.1):
L ( triệu vòng) với nE0(vòng/phút)
Lh000 giờ m=3 (đối với ổ bi)
* Xác định tải trọng quy ƣớc:
- Đối với ổ bi đỡ chăn, công thức 11.4:
- Fr 66 N: tải trọng hướng tâm
- Fa =∑m.g(,6.9,8(0 N: tải trọng dọc trục ( ∑m bằng tổng khối lƣợng của đá, nồi, đĩa mà trục phải chịu.)
- X: hệ số kể đến tải trọng hướng tâm
- Y: hệ số kể đến tải trọng dọc trục
=> Tải trọng tác động lên ổ:
Vậy khả năng tải trọng động đảm bảo
5.5.4.2 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ
Vậy khả năng tải tĩnh của ổ lăn đƣợc đảm bảo.
Chế độ lắp
Vị trí Đường kính Kiểu lắp Giá trị dung sai
0 ữ 21àm Ổ lăn dưới trục 1 25 H7/k6 +2 ữ +15àm Ổ lăn trờn trục 1 30 H7/k6 +2 ữ +15àm
Trục 2 với ống trục 30 H8/e9 -92 ữ -40àm
Trục 2 với con lăn 20 H8/e9 -92 ữ -40àm
0 ữ 33àm Trục 2 với trục trên đỏy nồi 25 H8/e9 -92 ữ -40àm
Trục ngang với ổ đỡ 25 H8/js7 ±8àm
Bạc lút với con lăn 27 H8/js7 ±8àm
Bạc lút với trục trờn 20 H8/e9 -92 ữ -40àm
