(Đề tài NCKH) thiết kế và chế tạo hệ thống cơ khí thổi hoa quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CƠ KHÍ THỔI HOA QUẢ

MÃ SỐ: SV20

SKC006989

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ THỔI HOA QUẢ

SV2019-121

Thuộc nhóm ngành khoa học: kỹ tḥt

TP Hồ Chí Minh, 06/2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ THỔI
HOA QUẢ SV2019-121
Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ tḥt
SV thực hiện:
Trần Tiến Đạt
Nam, Nữ: Nam
Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa: 16143CL2 , khoa đào tạo chất lượng cao
Năm thứ: 3 /Số năm đào tạo: 3
Ngành học:
Công nghệ chế tạo máy
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thanh Vũ

TP Hồ Chí Minh, 06/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ RỬA HOA QUẢ
Trần Tiến Đạt
Mã số SV: 16143050

- SV thực hiện:
- Lớp: 16143CL2 Khoa: Đào tạo chất lượng cao Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 3
- Người hướng dẫn: ThS. Phan Thanh Vũ
2. Mục tiêu đề tài: Tạo điều kiện cho sinh viên đươc tiếp cận và thực hành sớm hơn với
các phần mềm vẽ INVENTOR và thiết kế khung sắt, hệ thống băng tải.
3. Tính mới và sáng tạo: Kết hợp các ứng dụng của cơ cấu cơ khí và mạch điện, tạo
ra một mô hình tự động, điểu khiển để rửa hoa quả nhanh hơn
4. Kết quả nghiên cứu: Chế tạo, thử nghiệm thành công mô hình rửa hoa quả, rửa
được những quả kích thước trái cà chua, làm tiền đề cho việc cải tiến và nghiên cứu ra 1
dây chuyền phân loại hoa quả theo yêu cầu khách hàng (màu sắc, khối lượng) với cơng
śt lớn hơn
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả

năng áp dụng của đề tài: Ứng dụng trong môi trường nhà xưởng, giúp giảm thiểu sức
người trong quá trình rửa trái cây.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu
có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày
tháng
năm
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài
(phần này do người hướng dẫn ghi):

Xác nhận của Trường
(kí tên và đóng dấu)

tháng
năm
Ngày
Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)


Mục lục
Phần I: Mở đầu ...............................................................................................................................................
1.

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ...............................................................................

2.

Lý do chọn đề tài ........................................................................................................................................

3.

Mục tiêu đề tài ............................................................................................................................................

4.

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................................................

5.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................................

Phần II. Nội dung báo cáo ..............................................................................................................................

Chương I. Cơ sở lý thuyết ..............................................................................................................................
1. Lý thuyết về cấu tạo, hoạt động của bộ truyền xích ...................................................................................

1.1.Cấu tạo ..........................................................

1.2.Hoạt động.......................................................

1.3.Thiết kế bộ truyền xích ................................

1.4.Tính tốn thiết kế các trục tang...................
2.

Chế tạo .....................................................................................................................................................

2.1.Chế tạo vỏ máy ............................................

2.2.Chế tạo chi tiết dạng trục ...........................

2.3.Lắp ráp..........................................................
Chương II: Quy trinh thiết kế các chi tiết .....................................................................................................

Quy trình thiết kế các chi tiết ...................................................................................
Chương III: Chọn theo tiêu chuẩn ................................................................................................................
Chương IV: Kết quả đạt được, định hướng ứng dụng ..................................................................................

1. Kết luận và hướng kiến nghị phát triển...............................................................
2. Định hướng ứng dụng ............................................................................................
Danh mục tài liệu tham khảo........................................................................................................................

Phần I: Mở đầu
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
1.1. Trong nước

Trong thực tế, ý tưởng sử dụng các máy cơ khí vào trong ngành cơng nghiệp thực phẩm
ở nước ta đã có từ lâu. Các hệ thống dây chuyền rửa, thổi khô, phân loại trái cây đang
ngày càng được cải tiến sao cho cho ra năng suất cao nhất.
Không chỉ các nhà máy, xí nghiệp sản x́t mà cịng có rất nhiều bạn sinh viên tại các
trường đại học trong nước cung tham gia nghiên cứu đề tài này
Sinh viên Nguyễn Trường Giang trường Đại học Giao thơng vận tải đã có bài nghiên
cứu cà chua và quy trình sản xuất
Anh Nguyễn Hồng Chương ( Đơn Đương, Lâm Đồng) đã nghiên cứu chế tạo máy
rửa, đánh bóng, phân loại cà chua với 20 tấn/1 ngày
Lớp k15 khoa cơ khí máy – Trường Đại học Sư phạm kĩ thuật TPHCM do thầy Nguyễn
trường Thịnh hướng dẫn đã chế tạo máy phân loại cà chua
1.2. Ngoài nước
Rất nhiều cơng ty nước ngồi đã sử dụng dây chuyền công nghệ rửa thổi phân loại trái
cây và rất thành công, tạo được danh tiếng trên thê giới như GPGRADERS, GREEFA,...
2. Lý do chọn đề tài
Với điều kiện khí hậu nhiệt đới thuận lợi, trái cây Việt Nam rất phong phú và đa dạng
về chủng loại ( xoài, sầu riêng, măng cụt, nhãn, thanh long…). Nhiều loại rau quả ở nước
ta có phẩm chất rất ngon, rất được ưa chuộng trong và ngoài nước. Nhu cầu thị trường
ngoài nước về trái cây khá lớn nhưng các nước nhập khẩu trái cây yêu cầu phải cung cấp
đủ số lượng đồng thời chất lượng ổn định trong khi Việt Nam chưa đáp ứng được yêu cầu
này. Trong khí đó, do nhu cầu trao đổi và hợp tác giao lưu giữa các quốc qia, nhất là sau
khi Việt Nam gia nhâp tổ chức Thương mại thế giới WTO, các giống trái cây nhập nội
ngày càng nhiều và đang làm tang them hương vị cho trái cây Việt Nam, đồng thời tạo
nên sự cạnh tranh thị trường gay gắt hơn. Vậy chúng ta nên làm gì để tăng suất giúp cạnh
tranh với các nước trên thế giới?
1

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực gia công cơ khí chính
xác đạt được nhiều thành tựu với sự ra đời của nhiều loại máy trong các nhà máy xí
nghiệp. Dây chuyền rửa hoa quả sẽ giúp các nhà máy giảm được nhân công, giảm thời
gian sản xuất và nâng cao năng suất rất nhiều
3. Mục tiêu đề tài
Tạo điều kiện cho sinh viên đươc tiếp cận và thực hành sớm hơn với các phần mềm
INVENTOR và tự tay làm khung máy, hệ thống băng tải
4. Phương pháp nghiên cứu
 Tìm hiểu về cấu tạo, hoạt động của máy
 Thiết kế và lắp ráp các chi tiết trong máy
 Chọn các chi tiết theo tiêu chuẩn
 Mô phỏng hoạt động của dây chuyền
 Kết nối điện
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu:
 Nguyên lí hoạt động của các bộ truyền cơ khí
 Nguyên lí hoạt động chính của băng tải
 Ứng dụng và cải tiến máy trong sản xuất

 Phạm vi nghiên cứu:
 Mô hình băng tải rửa hoa quả
 Ý kiến thu thập để cải tiến và phát triển hơn

2

Phần II. Nội dung báo cáo
Chương I. Cơ sở lý thuyết
1. Lý thuyết về cấu tạo, hoạt động của bộ truyền xích
1.1. Cấu tạo
 Đĩa xích dẫn


Đĩa xích bị dẫn



Xích: chuỗi các mắt xích liên kết bằng bản lề (tạo “độ mềm”) thành một vòng khép

kín.


Bộ phận căng xích, bộ phận bôi trơn, che kín.



Vật liệu má xích thường được làm bằng thép cán nguội, thép cacbon chât lượng tốt

và thép hợp kim tôi đạt được độ cứng 40-50 HRC. Bản lề ( chốt, ống, con lăn) được
chế tạo bằng thép ít cacbon sau đó thấm cacbon và tơi đạt độ cứng 50-60 HRC.


Vật liệu làm đĩa xích thường là thép cacbon hay thép hợp kim, sau đó gia cơng tôi

đạt độ rắn 50-60 HRC.


Xích tải



Xích kéo



Xích truyền động

1.2. Hoạt động
Nhờ sự ăn khớp của các mắt xích và răng của đĩa xích mà chuyển động và cơ năng
được truyền đi.
Xích truyền động có 3 loại là : xích ống con lăn, xích ống, xích răng. Phổ biến, thông
dụng là xích ống con lăn (thông số hình học cơ bản là bước xích p).

3


Hình 1.4: Xích ớng con lăn
Ưu điểm:


Khơng có hiện tượng trượt như bộ truyền đai, có thể làm việc khi có quá tải
đột ngột, hiệu śt cao.



Khơng địi hỏi phải căng xích, nên lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn



Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng cơng śt



Góc ơm khơng có ý nghĩa như bộ truyền đai nên có thể truyền cho nhiều bánh
xích bị dẫn



Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động, ồn.



Có tỉ số truyền tức thời thay đởi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đởi.



Phải bơi trơn thường xun và phải có bánh điều chỉnh xích.



Mau bị mịn trong mơi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt.



Truyền công suất và chuyển động giữa trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục
đồng thời trong trường hợp n < 500v/p



Công suất truyền thông thường < 100 kW



Tỉ số truyền < 6, hiệu suất 0,95..0,97

4


1.3. Thiết kế bộ truyền xích
1.3.1. Chọn loại xích
Do vận tốc xích nhỏ, tải trọng không lớn nên sơ bộ chọn loại xích ống con lăn một
dãy.
1.3.2. Định số răng đĩa xích
Do bộ truyền xích trong truyền động băng tải chỉ nhằm làm cho bộ truyền nhỏ gọn
nên chọn tỉ số truyền là ix =1.
Băng tải đai vận chuyển trong dây truyền với tải trọng nhỏ, đều nên lấy số răng đĩa
xích dẫn là Z1 = 18 và số răng đĩa xích bị dẫn là Z2 = 18.
1.3.3. Định bước xích
Bước xích t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và số
vòng quay trong một phút của đĩa xích phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn.
Để tìm bước xích t trươc hết định hệ số điều kiện sử dụng:
k = kđ.kA.k0.kđc.kb.kc
Trong đó:

kđ – hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, với tải trọng của bộ truyền

êm lấy kđ = 1;
kA – hệ số xét đến chiều dài xích, với A=(30÷50) lấy kA = 1;
ko – hệ số xét đến các bộ truyền, với bộ truyền nằm nghiên so với phương
ngang một góc nhỏ hơn 600 k0 = 1;
kđc – hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, với cách thiết kế có
thể điều chỉnh lực căng xích thì kđc = 1;
kb – hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, với cách bôi trơn định kỳ thì kb =1,5;
kc – hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, trong điều kiện sản xuất
của doanh nghiệp là 1 ca thì kc = 1.
Như vậy
k = 1.1.1.1.1,5.1 = 1,5

(2.26)

Xác định công suất tính toán của bộ truyền xích:
Nt = k.kZ.kn.N , kW.
Trong đó:

N – cơng suất danh nghĩa, kW;

5
kZ – hệ số răng đĩa dẫn, kZ =


kn – hệ số vòng quay đĩa dẫn, kn

= 1;

≈ 1,1.

Z01 = 25 và no1 = 50 – số răng và số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở.
Như vậy:
Nt = 1,5.1.1,1.0,07 = 0,1155

,

kW

;

(2.27)

Bước xích được chọn theo bảng 6-4 [ TL – 9] để thỏa mãn điều kiện:
Nt ≤ [N].
Trong đó: ngh – số vịng quay giới hạn, phụ thuộc số răng đĩa xích và bước xích, tra bảng
6-5 (sách TK CTM). Ứng với bước xích t = 9 mm và số răng của đĩa xích Z 1 = 18 thì số
vòng quay giới hạn là ngh = 1350 vg/ph (tra bảng 6-5 [ TL – 9]). Vậy điều kiện số vòng
quay được thỏa.
1.3.4. Định khoảng cách trục và số mắt xích
Khoảng cách trục chọn theo cơng thức (6-13) [ TL – 9]:
A = (30 ÷ 50)t = 30t = 30.9 = 270

,

mm

;

(2.28)

Số mắt xích X được tính theo công thức 6-4 [ TL – 9]:
(2.29)
X=


Kiểm nghiệm số lần va đập u của bản lề xích trong một giây:

(2.30)

u=

Trong đó:
v – vận tốc xích, m/s;
L – chiều dài xích, m;
Z = 18 và n = 50 – số răng và số vòng quay trong một phút của đĩa xích (đĩa
dẫn hoặc đĩa bị dẫn).
[u] – số lấn va đập cho phép, [u] = 35 lần/s (tra bảng 6-7, [ TL – 9]).
Như vậy:
18.50

u=

15.78

6

≈ 0,7


Tính chính xác khoảng cách trục theo công thức 6-3, [ TL – 9]:

 
X

A= t



 Z −Z
821

−

 2π



= 270 , mm ;

(2.32)





Để xích khỏi chịu lực căng quá lớn, phải rút bớt khoảng cách trục đã tính một
khoảng ∆A = (0,002 ÷ 0,004)A = 0.81 mm. Như vậy khoảng cách trục cuối cùng là A =
269,19 mm.
1.3.5. Tính đường kính vịng chia của đĩa xích
Đường kính vịng chia đĩa dẫn là:
dc1 =

Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn là:

,

mm

;

(2.33)

,

mm ;

(2.34)

dc2 =

1.3.6. Tính lực tác dụng lên trục
Lực R tác dụng lên trục được xác định theo công thức 6-17 [ TL – 9]:
R ≈ kt.P =

Trong đó:

=

6.1071,15.0,07
= 596,2
18.9.50

,

N

;

(2.35)

Ztn
kt – hế số xét đến tác dụng của trọng lực xích lên trục, khi bộ truyền nằm
o

ngang hoặc nghiên 1 góc nhỏ hơn 40 so với phương ngang k = 1,15;
N – công suất danh nghĩa, N = 0,07 kW;

t – bước xích, mm;
n – số vòng quay trong một phút của đĩa xích.


7


1.4. Tính tốn thiết kế các trục tang
1.4.1.Trục tang chủ động
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C35.
1.4.1.1. Tính sơ bộ trục
Đường kính trục tính theo cơng thức:
(2.36)

d≥C

Trong đó:

N – công suất cần thiết, N = 0,07 kW;
n = 50 vg/ phút;
C = 110÷130 chọn C = 120.

(2.37)

d ≥ 120

Sơ bộ chọn đường kính trục là d = 25 mm.
1.4.1.2. Tính gần đúng trục
b

t

a

Bt

Hình
4.2.
Kết
cấu sơ
bộ
trục
lắp
trên

tang
dẫn
động.


Khoảng cách giữa hai đầu trục là:
L = Bt + 2a + 2t + b = 330+60+37,5.2 = 465
Trong đó:

, mm ;
(2.38)

a – khe hở giữa
tang và ổ lăn, a = 0
mm; Bt – chiều
rộng băng đai, Bt =
330 mm; t – chiều
dài trục lắp ổ, t =
37,5 mm;

b – chiều dài trục lắp moay ơ đĩa xích, b = 60
mm.
Monen xoắn được tính theo công thức:
Mz =

8


Lực vịng tác dụng lên trục được tính theo cơng thức:
1000.N

= 700 ,
v

Pv =

N

;

(2.40)

Lực căng băng tác dụng lên trục Pc:
Pc = 67,9 kG = 666

,

N

;

(2.41)

Lực tổng cộng của lực căng băng và lực vòng coi như đặt ở giữa trục ta có:
P = Pc+Pv = 1366

,

N

;

(2.42)

Lực căng xích tác dụng lên trục tang:
R=596,2

,

N

(2.43)

;

Phản lực ở các gối tựa: (l=350 mm, a=32mm )

∑m

A

=0 ⇔R B l − R(l + a) − P

l

(2.44)

2

Suy ra:
 596, 2.32

RA =

350

∑m
Suy ra:

Ra + P
B

=628,5
0

N

;

(2.45)
(2.46)


RB =
Xác định nội lực Qy, Mx, Mz , vẽ biểu đồ mômen.
Chia trục làm 3 đoạn để tính và vẽ biểu đồ momen.
Trên đoạn I: (0 < z1 <
QI
y
I

Mx

Và

Trên đoạn II: (
QII
y

(2.47)

(2.48)
(2.49)
(2.50)

(2.51)
9

M
II
x


M
II
x

Trên đoạn III: ( l < z3
Q
III
y

l
)

2
l

= -109987 Nmm tại z2

)
= 129062,5 Nmm tại z2

2

< l + a)
−RB =−596,2

,

N

;

(2.52)
(2.53)

(2.54)

= −R

M

(2,55)

III
x

(2.56)
= −R

M
III
x

Xác định đường kính trục tại hai tiết diện, tiết diện giữa thanh và tại tiết diện trục
lắp với ổ lăn.
 Đường kính trục d tại tiết diện giữa thanh được xác định theo công thức:

d1 =

(theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng). (2.57)


Mtđ1

=

Trong đó:Mtđ – momen tương đương;

Như vậy đường kính trục là:

≥

d1

Chọn đường kính trục lớn hơn d1 = 30 mm.
 Đường kính trục d tại tiết diện trục lắp với ổ lăn được xác định theo công

thức:

32 * Mtđ

d2 =
Mtđ2 =

π *[σ]

3

M x22

10


Như vậy đường kính trục là:
d2 ≥
3

Lấy đường kính d2 = 25 mm.

2. Chế tạo

2.1. Chế tạo vỏ máy
Việc chế tạo các chi tiết dạng vỏ hộp bao gồm các chi tiết và cụm chi tiết sau:
Máng cấp liệu, khung thân, tấm đỡ được thực hiện theo qui trình công nghệ chế tạo gồm
các nguyên công:
Nguyên công 1: Chọn phôi là thép tấm theo chiều dày thiết kế. kích thước phôi
được chọn theo kích thước khai triển của chi tiết.
Nguyên công 2: Vẽ khai triển các chi tiết. Đối với các chi tiết làm thân thì các bằng
máy cắt tôn chuyên dụng (tại nơi bán) theo kích thước tính toán, với các chi tiết chế tạo
vỏ máng cấp liệu thì cắt bằng gió đá.
Ngun cơng 3: Tạo hình dạng các chi tiết. Chi tiết tròn xoay ta dùng máy cuốn,
các chi tiết hình hộp phẳng thì dùng hàn ghép. Trong trường hợp đề phòng các biến dạng
xảy ra khi hàn ghép ta dùng các thanh giằng để liên kết nhằm khử biến dạng.
Nguyên công 4: Hàn các chi tiết lại với nhau thành cụm chi tiết hay bộ phận máy.
Nguyên công 5: kiểm tra kích thước hình học các chi tiết bao gồm độ phẳng tấm
đỡ, độ song song các thanh chữ C của thân.
2.2. Chế tạo chi tiết dạng trục
Bao gồm trục chủ động và trục bị động.
Nguyên công 1: Chọn phôi là thép C35. Kích thước phôi được chọn sao cho lượng
dư và khối lượng gia công là nhỏ nhất.
Nguyên công 2: Gia công mặt đầu.
Nguyên công 3: Tạo lỗ chuẩn.

11


Nguyên công 4: Tiện thô và bán tinh các mặt trục trên máy tiện vạn năng. Dùng 2
lần gá để gia công 2 đầu.
Nguyên công 5: Tiện tinh các bề mặt của trục trong 2 làn gá để đạt kích thước và
độ bong yêu cầu.
Nguyên công 6: Phay rãnh then.

Nguyên công 7: kiểm tra kích thước dài và đường kính trục.
2.3. Lắp ráp
+ Lắp tang vào trục.
+ Lắp ống cách tang với ổ lăn.
+ Lắp ổ lăn vào tấm đỡ ổ.
+ Lắp cụm trục tang vào ổ lăn trên tấm đỡ.
+ Lắp cụm tang – trục - ổ lăn vào thân băng tải.
+ Lắp đĩa xích vào trục.
+ Lắp cụm ổ trục con lăn đỡ nhánh đai chùng vào thân băng tải.
+ Lắp giá đỡ động cơ vào thân băng và lắp động cơ điện lên giá đỡ đó.
+ Lắp xích vào các đĩa xích và điều chỉnh lực khoảng cách trục của bộ truyền xích

sao cho phù hợp.

12


Chương II: Quy trinh thiết kế các chi tiết
Quy trình thiết kế các chi tiết

13


1.1. Thiết kế khung băng tải

1. Khung tải chân

14

2. Khung băng tải

15