Luận văn thạc sĩ thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY RANG NGŨ
CỐC BÁN TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên :
Lớp:

TS. VÕ NHƯ THÀNH
LÊ VĂN ĐÂY
ĐÀM ĐÌNH HỊA
101130157
101120294
12CDT1

Đà Nẵng, 2018


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

TÓM TẮT

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY RANG NGŨ CỐC

BÁN TỰ ĐỘNG
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Đây
Số thẻ SV: 101130157

Lớp: 13CDT1

Sinh viên thực hiện: Đàm Đình Hịa
Số thẻ SV: 101120294

Lớp: 13CDT1

Nội dung của bản thuyết minh sẽ gồm 4 chương chính:
+ Chương 1 sẽ trình bày một cách tổng quát về máy rang ngũ cốc đa năng bán tự
động. Trong chương này sẽ giải thích cho câu hỏi tại sao chúng tôi lại lựa chọn
đề tài này và tính cấp thiết trong thực tế của nó là như thế nào. Sau đó, chúng
tơi sẽ giới thiệu sơ lược về một số điểm quan trọng trong máy rang.
+ Chương 2 sẽ là nội dung về phần tính tốn, thiết kế và gia cơng cơ khí cho toàn
bộ máy. Khi đọc qua nội dung chương 2 này, người đọc sẽ nắm bắt được các
vấn đề về tính tốn các thơng số, dựa vào các thơng số này để lựa chọn các linh
kiện, phụ kiện cơ khí sao cho phù hợp. Chương 2 đồng thời cũng thể hiện q
trình thiết kế 3D và gia cơng cơ khí cho máy rang ngũ cốc.
+ Chương 3 sẽ giới thiệu về nội dung mạch điện điều khiển. Trong chương này sẽ
trình bày về các loại cảm biến được sử dụng, chức năng của chúng trong hệ
thống là gì, nguyên lý hoạt động như thế nào…. Và phần quan trọng nhất trong
chương 3 sẽ là giới thiệu về sơ đồ đấu dây của hệ thống điện.
+ Chương 4 sẽ trình bày về phần lập trình cho vi điều khiển
Ngồi ra, trong thuyết minh này cũng sẽ chú thích cụ thể cho các hình vẽ, bảng,
cũng như các cơng thức được trích dẫn từ các tài liệu tham khảo.

Và sau đây, chúng ta sẽ đi vào chi tiết hơn cho nội dung trong từng chương.

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

1


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT

Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

Lớp

Ngành

1

Lê Văn Đây

101130157

13CDT1

Cơ điện tử

2

Đàm Đình Hòa

101120294

12CDT1

Cơ điện tử

1. Tên đề tài đồ án:

Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Rang Ngũ Cốc Bán Tự Động
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tham khảo từ thực tế.
4. Nội dung cơng việc:
a. Phần chung:
• Gia cơng cơ khí cho tồn bộ máy.

b. Phần riêng:
TT

Họ tên sinh viên

1

Lê Văn Đây

2

Đàm Đình Hịa

Nội dung
Thiết kế mạch điện
Lập trình vi điều khiển
Tính tốn thơng số cho các cơ cấu của toàn máy.
Thiết kế 3D toàn hệ thống.
Làm thuyết minh.

5. Các bản vẽ, đồ thị:
a. Phần chung:
• Bản vẽ sơ đồ điện và lưu đồ thuật toán (A0)
b. Phần riêng:
TT

Họ tên sinh viên

Nội dung
Bản vẽ chế tạo chi tiết toàn máy (A0).

1

Lê Văn Đây

2

Đàm Đình Hịa

Bản vẽ kết cấu tồn máy (A0).
Bản vẽ sơ đồ mạch điện và lưu đồ thuật tốn (A0)
Bản vẽ lắp tồn máy (A0).
Bản vẽ sơ đồ động học toàn máy (A0).

6. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS.Võ Như Thành.
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
8. Ngày hoàn thành đồ án:
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

/ /2018
/ /2018
GVHD: TS.Võ Như Thành

2


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Đà Nẵng, ngày

Trưởng Bộ mơn……………………….

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hòa

GVHD: TS.Võ Như Thành

tháng 12 năm 2018

Người hướng dẫn

3


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

LỜI NÓI ĐẦU
Với xu thế sử dụng sản phẩm dinh dưỡng như hiện nay thì bột ngũ cốc là 1 thức
uống dinh dưỡng được nhiều người ưa thích, vì vậy các cơ sở sản xuất ngũ cốc ngày
càng nhiều, nhu cầu sử dụng máy rang hạt ngũ cốc cũng vì thế mà gia tăng khơng ít.
Tuy nhiên, thị trường hiện tại có nhiều loại máy rang hạt ngũ cốc nhưng vẫn
còn nhiều khuyết điểm. Đa số máy được sử dụng hiện tại là máy rang bằng nhiên liệu
hóa thạch (mỗi lần từ 1 - 2 kg), mỗi lần rang lại kéo dài nên khơng thích hợp cho việc
sản xuất với số lượng nhiều. Còn những máy rang tự động cơng suất lớn thì có chi phí
giá thành q cao nên nhiều hộ sản xuất khơng đủ kinh phí để đầu tư. Vì vậy chúng tơi
muốn tạo ra một Máy rang ngũ cốc bán tự động với những ưu điểm như dễ dàng sử
dụng, thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển, có thể rang được nhiều loại ngũ cốc khác
nhau với giá thành rẻ.
Trên cơ sở những kiến thức về tin học, điện tử, cơ khí, điều khiển tự động…
trong suốt thời gian gần 5 năm được học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách

Khoa Đà Nẵng, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo máy
rang ngũ cốc bán tự động” cho đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Cơ điện tử. Theo như
cá nhân chúng tơi thấy, đề tài này có tính ứng dụng thực tiễn rất cao; đồng thời trong
thực tế hiện nay, các máy rang ngũ cốc vẫn còn nhiều khuyết điểm, vì vậy trong hệ
thống này chúng tơi sẽ nghiên cứu và cải tiến một số nhược điểm. Cơ sở sản xuất ngũ
cốc Thanh Diệu - Đà Nẵng đã tài trợ chúng tôi thực hiện đề tài này và sau khi hoàn
thành sẽ được áp dụng tại cơ sở.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS.Võ Như Thành đã giúp đỡ chúng tơi
rất nhiều trong q trình tìm hiểu, thiết kế và hồn thành đề tài đồ án tốt nghiệp này.
Đà nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2018
Sinh viên thực hiện

LÊ VĂN ĐÂY
ĐÀM ĐÌNH HỊA

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

4


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT
Chúng tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng nhóm
chúng tơi. Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án tốt nghiệp có nguồn gốc rõ ràng,
đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong đồ án này do nhóm
chúng tơi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực

tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu
nào khác.
Sinh viên thực hiện

LÊ VĂN ĐÂY
ĐÀM ĐÌNH HỊA

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

5


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

MỤC LỤC
TÓM TẮT ................................................................................................................................................. 1
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.............................................................................................. 2
LỜI NĨI ĐẦU ......................................................................................................................................... 4
LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT ................................................................... 5
MỤC LỤC ................................................................................................................................................. 6
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ .................................................. 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................. 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ...................................................................... 11
1.1. GIỚI THIỆU CÁC MÁY RANG NGŨ CỐC ............................................................ 11
1.1.1. Máy rang sử dụng nhiên liệu gas ............................................................ 11
1.1.2. Máy rang sử dụng năng lượng điện ....................................................... 12
1.2. TỔNG QUAN VỀ MÁY ....................................................................................... 13

1.2.1. Các khối chức năng của máy ................................................................... 13
1.2.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................ 13
1.2.3. Yêu cầu công nghệ ................................................................................... 14
1.2.4. Tính năng và đặc điểm............................................................................. 14
1.2.5. Thơng số kỹ thuật..................................................................................... 15
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................... 16
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, GIA CƠNG PHẦN CƠ KHÍ VÀ CÁC BỘ PHẬN
QUAN TRỌNG.................................................................................................................................... 17
2.1. LỰA CHỌN Ý TƯỞNG VÀ THIẾT KẾ PHẦN KHUNG CHO MÁY RANG ................. 17
2.1.1. Lựa chọn ý tưởng phần cơ khí ................................................................. 17
2.1.2. Thiết kế phần khung ................................................................................ 17
2.2. TÍNH TỐN THƠNG SỐ VÀ THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH QUAN TRỌNG. 18
2.2.1. Tính tốn và thiết kế lồng rang và động cơ, bộ truyền chuyển động đến
lồng rang............................................................................................................ 18
2.2.1.1. Thiết kế 3D bộ phận lồng rang ............................................................... 18
2.2.1.2. Tính tốn kích thước lồng rang .............................................................. 19
2.2.1.3. Tính chọn động cơ điện .......................................................................... 20
2.2.1.4. Tính tốn, lựa chọn bộ truyền xích ........................................................ 23
2.2.2. Tính tốn, chọn bộ phận gia nhiệt và cách nhiệt cho máy rang.............. 26
2.2.2.1. Tính tốn, lựa chọn điện trở gia nhiệt .................................................... 26
2.2.2.2. Chọn vật liệu cách nhiệt cho hệ thống .................................................... 28
2.3. GIA CƠNG CƠ KHÍ ........................................................................................... 28
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................... 30
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

6

Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG MẠCH ĐIỆN ..................................................................... 31
3.1. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ....................................................................................... 31
3.2. CHỌN VAN CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TRỞ GIA NHIỆT .............................. 32
3.3. TÍNH CHỌN BỘ NGUỒN CHO ĐỘNG CƠ ............................................................ 34
3.4. MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ IBT2 ................................................................. 34
3.5. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ............................................................... 35
3.5.1. Giới thiệu bo mạch arduino ..................................................................... 35
3.5.2. Arduino nano ........................................................................................... 36
3.6. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN KHÁC ............................................................................... 37
3.6.1. Công tắc ................................................................................................... 37
3.6.2. Nút nhấn .................................................................................................. 37
3.6.3. Đèn báo hiệu ............................................................................................ 37
3.7. SƠ ĐỒ ĐẤU ĐIỆN VÀ TÍNH TỐN CỠ DÂY CHO CÁC VỊ TRÍ ............................... 38
3.7.1. Các khối chức năng trên mạch điện ........................................................ 38
3.7.1.1. Khối nguồn ............................................................................................ 38
3.7.1.2. Khối cảm biến ........................................................................................ 39
3.7.1.3. Khối hiển thị .......................................................................................... 39
3.7.1.4. Khối nút nhấn ........................................................................................ 40
3.7.1.5. Khối động lực ........................................................................................ 40
3.7.2. Tính tốn cỡ dây cho các vị trí quan trọng .............................................. 40
3.7.2.1. Tính tốn cỡ dây cho khối động cơ ......................................................... 40
3.7.2.2. Tính tốn cỡ dây cho khối triac ............................................................. 41
3.7.2.3. Tính tốn dây nguồn 220VAC ................................................................ 41
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................... 41

CHƯƠNG 4: .... LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG THÔNG QUA ARDUINO

NANO ...................................................................................................................................................... 42
4.1. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH CHO MÁY .............................................................. 42
4.1.1. Giao diện Arduino IDE ............................................................................ 42
4.1.2. Ngơn ngữ lập trình C++ .......................................................................... 43
4.2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH .............................................................................. 45
4.2.1. Xây dựng chương trình hướng cấu trúc .................................................. 45
4.2.2. Tồn bộ phần chương trình của máy ...................................................... 46
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ........................................................................................... 58
KẾT LUẬN ............................................................................................................................................ 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................... 60
PHỤ LỤC

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hòa

GVHD: TS.Võ Như Thành

7


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình 1.1 Máy rang sử dụng nhiên liệu gas
Hình 1.2 Máy rang sử dụng điện
Hình 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 2.1 Phần khung của máy
Hình 2.2 Thiết kế lồng rang
Hình 2.3 Động cơ MY1016Z2
Hình 2.4 Điện trở gia nhiệt

Hình 2.5 Bơng khống ceramic
Hình 2.6 Tồn bộ máy được thiết kế 3D trên phần mềm solidworks
Hình 2.7 Tồn bộ máy được thiết kế 3D trên phần mềm solidworks
Hình 2.8 Hệ thống sau khi được gia cơng hồn thiện
Hình 3.1 Cách đấu dây cảm biến PT100
Hình 3.2 Cảm biến nhiệt độ PT100
Hình 3.3 Triac FOTEK SSR 40DA
Hình 3.4 Nguồn tổ ong 24V-20A
Hình 3.5 Mạch điều khiển động cơ IBT2
Hình 3.6 Arduino nano
Hình 3.7 Cơng tắc
Hình 3.8 Nút nhấn và nút giữ trạng thái
Hình 3.9 Đèn báo hiệu nhiều màu 12V
Hình 3.10 Sơ đồ mạch điện của máy
Hình 3.11 Module nguồn 5V
Hình 3.12 Opamp LM358
Hình 3.13 Màn hình LCD với bo mạch giao tiếp I2C
Hình 4.1: Giao diện sử dụng của Arduino IDE
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

8


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Bảng 1.1 Một số thông số kỹ thuật của máy rang ngũ cốc bán tự động
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ MY1016Z2

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hòa

GVHD: TS.Võ Như Thành

9


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

MỞ ĐẦU
Trong đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng tôi quyết định chọn đề tài “Thiết kế và
chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động” vì theo như cá nhân nhóm chúng tơi thấy, đề
tài này có tính ứng dụng thực tiễn rất cao; đồng thời trong thực tế hiện nay, các máy
rang trên thị trường vẫn còn nhiều khuyết điểm, chi phí cao chính vì vậy mục tiêu
quan trọng đó là chúng tơi sẽ phải nghiên cứu và cải tiến một số nhược điểm còn tồn
tại của các máy rang trên thị trường hiện nay. Hiện đề tài này đã nhận được tài trợ và
sau khi hoàn thành máy sẽ được sử dụng tại cơ sở sản xuất ngũ cốc Thanh Diệu - Đà
Nẵng
Các vấn đề quan trọng sẽ nghiên cứu và cải tiến:
-

Loại bỏ nhiên liệu hóa thạch ra khỏi q trình sản xuất
Thiết kế hệ thống cách nhiệt để nâng cao hiệu suất sử dụng.
Lập trình điều khiển động cơ thơng minh, thuận tiện nhất cho người sử
dụng, tránh trường hợp thao tác nhầm làm hư hỏng máy.

“Máy rang ngũ cốc bán tự động” trong đồ án tốt nghiệp này sẽ hướng đến các
đối tượng chính đó là các cơ sở kinh doanh, sản xuất theo hộ gia đình.

Sau quá trình tự tìm hiểu các loại máy rang ngũ cốc đang có trên thị trường;
tham khảo nhu cầu của các hộ kinh doanh ngũ cốc dinh dưỡng; đồng thời căn cứ vào
các yêu cầu của các đối tượng chính đã xác định ban đầu, nhóm đã tự tính tốn và thiết
kế một máy rang ngũ cốc bán tự động của riêng mình.
Đồ án tốt nghiệp này sẽ có 3 phần chính:
1. Máy rang ngũ cốc bán tự động.
2. Các bản vẽ thiết kế.
3. Thuyết minh đồ án.

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

10


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1. Giới thiệu các máy rang ngũ cốc
1.1.1. Máy rang sử dụng nhiên liệu gas

Hình 1.1 Máy rang sử dụng nhiên liệu gas
Máy có cấu tạo rất đơn giản, sử dụng nhiên liệu đốt là gas, hiện được sử dụng ở
một số cơ sở nhỏ bởi giá thành không quá đắt. Nhược điểm lớn nhất của dòng máy này
là hiệu suất thấp và tiềm ẩn khả năng cháy nổ, nhiệt độ rang khó ổn định.

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

11


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

1.1.2. Máy rang sử dụng năng lượng điện

Hình 1.2 Máy rang sử dụng điện
Ưu điểm của loại này đó là khơng sử dụng nhiên liệu hóa thạch, khơng sinh ra
khí thải trong q trình hoạt động. tuy nhiên giá thành lại rất đắt và kích thước lớn,
phù hợp cho các cơ sở lớn.
Chính vì thế mà nhóm đã chọn ý tưởng thiết kế, chế tạo máy rang hạt ngũ cốc
sử dụng năng lượng điện nhưng kích thước vừa đủ sử dụng cho các cơ sở quy mô vừa
và nhỏ, hộ gia đình. Và vì máy được sản xuất nội địa, chúng ta làm chủ công nghệ nên
giá thành sẽ giảm xuống rất nhiều.

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

12


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

1.2. Tổng quan về máy

1.2.1. Các khối chức năng của máy
Máy rang của chúng tôi bao gồm những khối cơ bản như sau:

Khối
cảm
biến

Khối
điều
chỉnh

Khối
xử lý

Khối
chấp
hành

Khối
hiển thị
Hình 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống
Khối xử lý là một arduino nano, dùng để tiếp nhận dữ liệu từ khối cảm biến và
khối điều chỉnh để xử lý, từ đó đưa ra quyết định cho những bước tiếp theo.
Khối cảm biến là một cảm biến nhiệt dùng để xác định nhiệt độ thực tế của lồng
rang.
Khối điều chỉnh là các nút ấn để điều chỉnh hoạt động của máy.
Khối hiển thị là các đèn báo hiệu và màn hình LCD.
Khối chấp hành bao gồm các động cơ, bộ truyền xích, điện trở gia nhiệt nhằm
giúp máy hoạt động trơn tru.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động

Sau khi bật công tắc nguồn người dùng sẽ tiến hành cài đặt nhiệt độ, tốc độ
quay của động cơ và khởi động quá trình gia nhiệt để máy đạt được đến nhiệt độ yêu
cầu. Thời gian này mất trung bình khoảng 15-30 phút. Khi máy đạt đến nhiệt độ mong
muốn, người dùng sẽ cấp nguyên liệu vào máy, sau đó sẽ có thể lựa chọn giữa 2 chế
độ.
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

13


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Thứ nhất là chế độ rang thủ công. Người dùng sẽ cài đặt nhiệt độ, máy được giữ
ổn định ở mức nhiệt đó và bắt đầu tính thời gian kể từ lúc bắt đầu rang, người dùng
theo dõi chất lượng sản phẩm liên tục cho đến khi đạt được độ chín mong muốn (màu
sắc, mùi vị, độ giịn..). Tùy chọn này còn gọi là rang mẫu để lấy mức chỉnh nhiệt độ và
thời gian cho từng loại hạt.
Tùy chọn thứ 2 là chế độ rang tự động. Người dùng cài đặt nhiệt độ và thời gian
mẻ rang, sau khi nhấn nút bắt đầu rang, máy sẽ giữ ổn định ở nhiệt độ cài đặt, và bắt
đầu đếm lui thời gian về 0. Khi còn 1 phút nữa là kết thúc thời gian rang, thì máy sẽ
ngừng gia nhiệt. Khi kết thúc thời gian mẻ rang, máy sã phát cảnh báo thơng qua cịi
hú để người sử dụng đến lấy thành phẩm. Để lấy thành phẩm chỉ cần đảo chiều quay
động cơ, thành phẩm sẽ được đưa ra ngoài.
1.2.3. Yêu cầu cơng nghệ
• Máy rang được thiết kế nhỏ gọn, chắc chắn, có bánh xe giúp di chuyển linh
hoạt.
• Nhiệt độ ổn định giúp hạt rang đều, không bị cháy xém.

• Nhiệt độ điều chỉnh linh hoạt từ 0-250oC, thời gian tùy chỉnh giúp rang được
nhiều loại hạt khác nhau.
• Hệ thống truyền động hoạt động trơn tru.
• Lồng rang được làm bằng thép không rỉ, đảm bảo vệ sinh và an tồn thực phẩm.
• Tốc độ đảo đều ngun liêu dao động từ 0,5 lần/giây đến 4 lần/giây.
• Tốc độ quay của lồng rang được điều khiển dễ dàng
• Hoạt động ổn định ở điện áp 220VAC, có thể sử dụng rộng rãi
1.2.4. Tính năng và đặc điểm
• Lồng rang được làm bằng thép không rỉ, bên trong lồng có các cánh để khi quay
ngun liệu được đảo đều.
• Cánh bên trong lồng được đặt nghiêng để khi đảo chiều quay ngun liệu sẽ
được đưa ra ngồi
• Phía trước thùng có nắp để hạn chế nguyên liệu vương vãi, tránh thất thoát
nhiệt, nâng cao hiệu suất của máy và thuận tiện cho người vận hành.
• Nắp thùng đóng mở dễ dàng và có phần giữ bằng nam châm giúp việc thao tác
nhanh và đơn giản.
• Động cơ được tính tốn có đủ momen xoắn để vận hành thùng mà không bị quá
tải. Để đạt được việc này động cơ được sử dụng cùng với hộp giảm tốc để tạo
được momen lớn và đảm bảo tốc độ đầu ra.
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

14


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

• Động cơ đi kèm với mạch điều khiển phải có khả năng điều khiển đảo chiều dễ

dàng.
• Bộ truyền đảm bảo hiệu suất truyền và độ bền cơ học.
• Giao diện điều khiển trực quan, đơn giản, dễ sử dụng dù là người mới tiếp cận
lần đầu.
• Bảng điều khiển và chu trình hoạt động được tối ưu hóa để tạo sự dễ dàng cho
người sử dụng.
• Hệ thống được lập trình bằng vi điều khiển cho tốc độ xử lý nhanh, hiệu quả và
dễ dàng thay đổi.
• Các nút điều khiển được gắn một cách khoa học, rõ ràng trước tủ điện và đảm
bảo độ bền.
• Hệ thống hiển thị được kết hợp giữa đèn và màn hình cho hiệu quả hiển thị tốt
nhất đến người dùng.
• Toàn bộ giao diện bằng tiếng Việt thuận tiện cho việc sử dụng và cài đặt.
• Di chuyển, bảo quản dễ dàng và tuổi thọ cao.
1.2.5. Thông số kỹ thuật
Bảng 1.1 Một số thông số kỹ thuật của máy rang ngũ cốc bán tự động.
Kích thước( DxRxC)

100 x 60 x135 cm

Khối lượng

45 kg

Điện áp hoạt động

1 pha, 220 VAC

Nhiệt độ hoạt động

30 − 300oC

Tốc độ lồng quay

0 − 90(𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡)

Thời gian cài đặt

0 − 4 giờ

Công suất lớn nhất

6,3 kW

Khối lượng 1 mẻ rang

< 6kg

Dung tích tồn bộ lồng rang

75 lít

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

15

Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Kết Luận Chương 1
Trong chương đầu tiên này, chúng ta đã hiểu một cách sơ lược về một số máy rang
ngũ cốc trên thị trường. Đồng thời, chúng tôi cũng đã trình bày tổng quát về cơ cấu,
các khối chức năng, ngun lí hoạt động, u cầu cơng nghệ cũng như về các đặc tính
và thơng số kỹ thuật của máy rang của chúng tôi. Và trong chương tiếp theo, chúng ta
sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về quá trình tính tốn, thiết kế và gia cơng cơ khí.

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

16


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Chương 2: THIẾT KẾ, GIA CƠNG PHẦN CƠ KHÍ VÀ CÁC BỘ PHẬN
QUAN TRỌNG
2.1. Lựa chọn ý tưởng và thiết kế phần khung cho máy rang
2.1.1. Lựa chọn ý tưởng phần cơ khí
Phần cơ khí quan trọng nhất là lồng rang và động cơ. Đối với lồng rang phải
đảm bảo hoạt động trơn tru, hiệu quả, tỷ lệ phế phẩm ít. Cịn đối với động cơ và bộ
truyền thì phải hoạt động bền bỉ, đảo chiều và thay đổi tốc độ dễ dàng.
Hiện nay có 2 kiểu lồng rang phổ biến. Kiểu thứ nhất là lồng rang đứng, có kết
cấu tương tự bếp truyền thống, cơ cấu đảo hạt quay, nồi đứng yên hoặc nồi quay, cơ
cấu đảo hạt đứng yên. Phương án này chế tạo và lắp đặt đơn giản nhưng khi vận hành
thì hiệu quả khơng cao vì lý do sau: khó đạt độ kín khít giữa cơ cấu đảo hạt và đáy nồi

nên hạt dễ bị cháy, tỷ lệ phế phẩm cao.
Kiểu thứ 2 là lồng quay đặt ngang, bộ phận đảo hạt được hàn cứng với lồng và
lồng sẽ quay liên tục trong quá trình rang. Phương án này có nhược điểm là chế tạo
tương đối khó khăn, địi hỏi thợ gia cơng phải có tay nghề cao nhưng nguyên liệu được
đảo đều, dễ dàng và liên tục nên tỷ lệ phế phẩm rất ít và gần như là khơng có, và đây là
điều then chốt mà chúng ta cần hướng đến.Vì vậy, với đồ án này chúng tôi chọn
phương án đặt lồng rang nằm ngang.
Yêu cầu đối với động cơ có đủ momen xoắn và tốc độ để điều khiển đảo chiều
quay dễ dàng, tuổi thọ cao. Với yêu cầu này, chúng tôi lựa chọn động cơ điện một
chiều kích từ động lập kết hợp với hộp giảm tốc để cho ra momen xoắn lớn, giá thành
rẻ mà lại cục kỳ dễ điều khiển bằng lập trình.
2.1.2. Thiết kế phần khung
Dựa trên ý tưởng đã được đưa ra kết hợp với phần mềm thiết kế và mơ phỏng
3D Solidworks, thì chúng tơi đã thiết kế được phần khung sơ bộ của máy như sau:

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

17


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Hình 2.1 Phần khung của máy
Kích thước của phần khung được lựa chọn dựa trên nhu cầu thực tế.
2.2. Tính tốn thơng số và thiết kế các cơ cấu chấp hành quan trọng
2.2.1. Tính tốn và thiết kế lồng rang và động cơ, bộ truyền chuyển động đến lồng
rang

2.2.1.1. Thiết kế 3D bộ phận lồng rang
Lồng rang có nhiệm vụ phải quay liên tục để đảo nguyên liệu, giúp nhiệt tỏa
đều và thể tích phải đủ khả năng thực hiện tốt 1 mẻ rang theo yêu cầu (tối đa 6 kg/mẻ).
Ở đây, tốc độ của lồng rang được chúng tơi đặt ra là 0 - 90 vịng/phút và thể tích lồng
là 75 lít.

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

18


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Hình 2.2 Thiết kế lồng rang
2.2.1.2. Tính tốn kích thước lồng rang
Khối lượng rang tối đa một mẻ là 6kg
Tức : mmax= 6 (kg)
Khối lượng riêng trung bình của các loại đậu khoảng 0,85 kg/lít
=> Thể tích tối đa của mẻ rang là:
Vmax =

86
0,85

= 7,05 (lít)

Chọn Vlồng rang = 10.Vmax = 10.7 = 70 (lít)

Ta chọn thùng có kích thước như sau:
• Đường kính: ϕ = 400 (mm)
• Chiều cao: h = 650 (mm)
• Bề dày thùng chọn 1mm để thuận tiện cho việc gia công bằng phương pháp hàn
TIG
Vậy: Thể tích của thùng sẽ là: V = 𝜋𝑟 2 ℎ = 3,14. 22.6,5 = 81,64 (lít).
Hồn tồn đảm bảo được yêu cầu đề ra.
Ta chọn kích thước đường kích lồng rang và chiều cao của lồng rang khơng
chênh lệch nhau quá nhiều với mục đích tránh tạo ra một chiếc lồng rang có độ
sâu tương đối lớn, khiến việc thao tác hoặc vệ sinh khó khăn.
* Chọn số lượng cánh trong lồng rang:
Trong lồng rang có các cánh đảo để đảm bảo nguyên liệu được đảo đều và khi
đảo chiều động cơ thì có thể lấy thành phẩm ra.
Tốc độ đảo hạt khi rang phải từ 0,5 lần/s đến 4 lần/s
Mà tốc độ lồng quay tối đa : Vmax = 90 (vòng/phút), tức là 1,5 vòng/giây.
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

19


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Máy rang chọn phương án 3 cánh đảo, vậy tốc độ đảo lớn nhất: V max= 4,5
(lần/giây). Đảm bảo thỏa mãn được yêu cầu.
Tốc độ tối thiểu của lồng rang để đảm bảo hạt không bị cháy là:
Vmin=

0,5.60
3

= 10 (vòng/ phút)

Cánh đảo phải được đặt nghiêng sao cho tạo với đường sinh của lồng rang một
góc α để tạo hiệu ứng dẫn hướng khi quay ngược lồng rang để lấy thành phẩm.
Chọn α =15o
Phần cánh đảo sát miệng lồng cần có độ nghiêng lớn hơn để dễ dàng nhận
nguyên liệu và đẩy thành phẩm ra.
2.2.1.3. Tính chọn động cơ điện
• Tính chọn động cơ theo khối lượng ngun liệu.
Momen của động cơ phải đủ lớn để thắng lại momen được tạo ra bởi lượng
nguyên liệu bên trong lồng quay nhằm tạo chuyển động quay cho lồng rang. Phương
án tính toán như sau:
- Ta xem lồng quay là thiết kế trịn đều và khối lượng phân bố đều, chính vì
vậy, bỏ qua momen tạo ra bởi chính bản thân lồng quay khi tính tốn.
- Ta xem lượng ngun liệu lớn nhất cho mỗi mẻ rang là một khối đồng nhất và
phân bố đều dọc theo đường sinh của lồng. Vị trí tạo ra momen lớn nhất là vị trí ngồi
cùng bên phải hoặc bên trái lồng rang.
- Dựa vào giả thuyết trên, ta có momen lớn nhất mà nguyên liệu tạo ra trên lồng
quay
Mmax = mmax.R
Mmax = 6kg . 20cm = 12kg.cm
Chọn hệ số an toàn k = 10.
- Ta có momen động cơ cần lớn hơn 120 kg.cm
Tốc độ động cơ cần lớn hơn hoặc bằng 90 vịng/phút
• Tính chọn dựa trên momen quán tính lúc gia tốc cho lồng rang.
- Khối lượng của đáy lồng:
mđế = π * R2 * a * M210

= 3.14 * 202 * 0.1* 7.93
= 1 kg
Trong đó:
➢ 7.93 g/cm3 là khối lượng riêng của inox 304
➢ R là bán kính lồng quay: 20cm
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

20


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

➢ a là bề dày của đáy lồng: 0.1cm
➢ 3.14 là số pi gần đúng
- Khối lượng của thành lồng
mthành = π * d * h * a * M210
= 3.14 * 40 * 65* 0.1 * 7.93
= 6.5 kg
Trong đó:
➢ 7.93 g/cm3 là khối lượng riêng của inox 304
➢ d là đường kính lồng quay: 40cm
➢ a là bề dày của đáy lồng: 0.1cm
➢ 3.14 là số pi gần đúng
- Khối lượng của trục quay
mtrục = 0.6 kg
- Khối lượng của các cánh đảo
mcánh = 1kg

Ta xem thành lồng như vành tròn đồng chất, đáy lồng như đĩa tròn đồng chất,
trục quay của lồng như trụ tròn đồng chất và các cánh đảo như các chất điểm. ta có
tổng momen qn tính của lồng.
Σ I = 0,5 ( mđáy * R2 + 2 * mthành * R2 + mtrục * R2 + 2mcánh * R2 )
= 0,332 kg.m2
Trong chuyển động quay của lồng rang ta lại có:
𝛾=

△ω
△t

Trong đó:
➢ △ω : sự thay đổi vận tốc góc
➢ γ

: Gia tốc góc

➢ △ t : thời gian gia tốc
Ở đây, ta có tốc độ tối đa của lồng rang là φ = 3π(rad/s), tốc độ góc ban đầu ω 0
= 0 (rad/s), với thời gian tăng tốc là 5s, nghĩa là kể từ khi động cơ bắt đầu quay từ thời
điểm 0s, sau 5 giây tốc độ góc của lồng quay là ω = 3𝜋 (𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 ). Từ CT (2.2) ta
được:
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

21

Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

𝛾=

△ ω 3𝜋
=
= 1,9 (𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 )
△t
5

Từ đó momen trong chuyển động trịn của bàn quay được tính bởi CT:
𝑀 = 𝐽γ
=> 𝑀 = 0.332 ∗ 1.9 = 0,63(𝑁𝑚) = 6,3 (𝑘𝑔. 𝑐𝑚)
Chọn hệ số an toàn k = 10 => Mđc ≥ k.M ≥ 63 (kgf.cm)
Từ các lý luận trên ta suy ra động cơ cần chọn có momen phải lớn hơn
120kg.cm và tốc độ tối đa lớn hơn 90 vòng/phút.
Chọn động cơ MY1016Z2 kèm hộp giảm tốc với các thông số như sau:
Điện áp hoạt động :
24V
Công suất :
Tốc độ động cơ tối đa:
Tốc độ đầu ra cao nhất sau giảm tốc:
Dịng định mức:

250W
3850 vịng/phút (khơng tải)
337 vịng/phút
13,4 Ampe

Momen động cơ:

800 kg.cm (0.8Nm)

Các thơng số trên của động cơ hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu của bài toán đặt ra,
mặt khác tốc độ sau giảm tốc của động cơ vẫn còn khá cao (337 vòng/phút), nên ở
phần dưới, chúng tôi sẽ thiết kế bộ truyền từ động cơ đến lồng rang nhằm đạt được tốc
độ yêu cầu và tăng thêm momen xoắn truyền đến cho lồng.
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ MY1016Z2
Điện áp hoạt động

6-24 V

Dịng khơng tải

115 mA

Dịng tải

13,4 A

Dịng khởi động

40 A

Cơng suất

250 W

Tốc độ

0 - 3.850 vòng /phút

Tỉ lệ hộp số

1:9,8

Momen xoắn

800 kgf.cm

SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

22


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Hình 2.3 Động cơ MY1016Z2
2.2.1.4. Tính tốn, lựa chọn bộ truyền xích
Sau phần tính chọn động cơ, ta đã chọn được động cơ MY1016Z2. Động cơ
hoàn toàn đủ momen xoắn như yêu cầu nhưng lại có tốc độ khá cao. Chính vì thế mà
ta cần thiết kế bộ truyền từ động cơ đến lồng.
Ta có tốc độ tối đa ở đầu ra động cơ : 337 vòng/ phút
Tốc độ tối đa của lồng rang: 90 vòng/phút.
Ta chọn tỷ số truyền i = 1:3.
Bộ truyền của chúng tôi phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
• Đảm bảo khả năng truyền đủ công suất và momen xoắn từ động cơ đến lồng

rang.
• Hoạt động êm ái, bền bỉ.
• Bảo dưỡng dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng.
• Có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 50 độ C do nhiệt truyền từ lồng rang mà
không ảnh hưởng đến hiệu quả truyền.
Ở đây chúng ta có các lựa chọn sau:
• Bộ truyền bánh răng
• Bộ truyền đai thang hoặc đai răng
• Bộ truyền xích
Bộ truyền bánh răng có ưu điểm là hiệu suất truyền cao, tuổi thọ cao. Nhưng lại
yêu cầu khắt khe về khoảng cách trục, dẫn đến khó khăn khi gia cơng.
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hịa

GVHD: TS.Võ Như Thành

23


Thiết kế và chế tạo máy rang ngũ cốc bán tự động

Bộ truyền đai răng hoặc đai thang có nhược điểm lớn nhất là hiệu suất truyền
thấp hơn và cần phải căng đai nên lực tác dụng lên ổ lăn sẽ lớn hơn, mặt khác, ở nhiệt
độ >50 độ C thì đai bị ảnh hưởng dẫn đến hiệu quả truyền giảm đi.
Bộ truyền xích có nhiều ưu điểm ở trường hợp này như:
• Hiệu suất truyền cao.
• Khơng cần căng xích dẫn đến lực tác dụng lên ổ nhỏ.
• Khơng yêu cầu quá khắt khe về khoảng cách trục.
• Hoạt động được ở nhiệt độ > 50 độ C.
Nhược điểm của bộ truyền xích là độ ồn lớn khi hoạt động ở tốc độ cao. Tuy

nhiên hệ thống của chúng ta hoạt động ở tốc độ thấp (90 vòng/phút) nên bộ truyền xích
hồn tồn phù hợp.
Mặt khác, các chi tiết trong bộ truyền xích rất phong phú về kích thước, chủng
loại và dễ dàng mua được từ thị trường sẵn có nên sẽ giảm rất nhiều chi phí.
Vậy bộ truyền được lựa chọn là bộ truyền xích. Sau đây, chúng ta sẽ tiến hành
tính chọn bộ truyền xích.
Thơng số đầu vào của bộ truyền xích:
• Cơng suất: P1 = 0,25kW

(chọn theo cơng suất cục đại của động cơ).

• Số vịng quay: n1 = 337 vịng/phút.
• Tỷ số truyền: u = 3.
Chọn số răng đĩa xích dẫn Z1 = 12.
Số răng đĩa bị dẫn Z2 = 36.
Chọn đĩa xích bị dẫn là loại có sẵn trên thị trường có Z2 = 32 răng.
Tỷ số truyền chính xác: u = 32/12 = 2,7
- Tính hệ số điều kiện sử dụng xích:
K = K0 * Ka * Kdc * Kb * Kl * Klv
Trong đó:
➢ K0 : hệ số xét đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền: K0 = 1
➢ Ka : Hệ số ảnh hưởng của chiều dài xích: Ka = 0,8 (số mắt xích = 72)
➢ Kdc: Hệ số ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích: Kdc = 1
➢ Kb : Hệ số ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn: Kb = 1,5
➢ Kr : Hệ số tải trọng động: Kr = 1,5
SVTH: Lê Văn Đây
Đàm Đình Hòa

GVHD: TS.Võ Như Thành

24