Thiết kế hệ thống cơ khí: ĐỀ TÀI: MÁY LỘT VỎ DỪA KHÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ LỚP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ L01 HỌC KỲ 202, NĂM HỌC 2020 2021 THUYẾT MINH ĐỀ TÀI MÁY LỘT VỎ DỪA KHÔ GVGD NGUYỄN VĂN THẠNH SVTH MSSV Võ Hoàng Phú 1813549 Nguyễn Kh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Mục lục

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 4

1.1 THÀNH LẬP NHÓM THIẾT KẾ 4

1.2 BÀI TOÁN THIẾT KẾ 5

CHƯƠNG 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN BIỂU ĐỒ THANH 6

2.1 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 6

2.2 BIỂU ĐỒ THANH QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 8

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT BÀI TOÁN THIẾT KẾ 9

3.1 XÁC ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG KHÁCH HÀNG 9

3.2 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU CỦA KHÁCH HÀNG 9

3.3 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT 9

CHƯƠNG 4: CÁC Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 11

4.1 PHƯƠNG HƯỚNG THIẾT KẾ VÀ CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA THIẾT KẾ 11

4.2 THAM KHẢO CÁC PHƯỚNG ÁN THIẾT KẾ HIỆN CÓ 12

4.3 ĐƯA RA Ý TƯỞNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ 13

4.3.1 Ý tưởng 1: 13

4.3.2 Ý tưởng 2: 14

4.3.3 Ý tưởng 3: 14

4.3.4 Ý tưởng 4: 15

4.3.5 Ý tưởng 5: 15

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17

5.1 MA TRẬN QUYẾT ĐỊNH ĐÁNH GIÁ CÁC Ý TƯỞNG: 17

5.2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 17

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 19

6.1 THÔNG SỐ TRÁI DỪA 19

6.2 THIẾT KẾ GAI LỘT VỎ 20

6.3 CHỌN ĐỘNG CƠ 20

6.4 THIẾT KẾ CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 1 22

6.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 29

6.6 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG 39

6.7 CÁC CHI TIẾT PHỤ 41

CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 42

7.1 KHẢ NĂNG LÀM VIỆC 42

7.2 KHẢ NĂNG CHẾ TẠO 42

7.3 KHẢ NĂNG BẢO TRÌ 42

7.4 ĐỘ AN TOÀN, KHẢ NĂNG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 42 7.5 GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

LỜI MỞ ĐẦU

Dừa đối với nước ta đã vô cùng quen thuộc, đã luôn là một mặt hàng vô cùng phổ biển

Vì thế nhu cầu sử dụng dừa ngày một tăng cao Với diện tích trồng dừa ở Việt nam hiện nay đã hơn 170.000 ha, phân bố chủ yếu ở miền Trung và vùng Đồng bằng sông Cửu Long, ở nhiều nơi vẫn còn sử dụng những phương pháp thủ công để lột vỏ dừa, chưa áp dụng máy móc, kỹ thuật lột vỏ dừa thật sự hiệu quả nào dẫn đến năng suất không được cao và dễ xảy ra những tai nạn lao động khi sử dụng dao lột vỏ dừa

Nhận biết nhu cầu lớn về máy lột vỏ dừa trên thị trường, nhiều nơi đã cho ra đời những chiếc máy đó, giải quyết những khó khăn khi làm thủ công và tăng đáng kể năng suất dừa được lột Nhóm đã tiến hành nghiên cứu các ý tưởng liên quan, tìm hiểu những ưu, nhược điểm của những ý tưởng đó và thiết kế lại một chiếc máy lột vỏ dừa

Mặc dù nhóm đã cố gắng, tuy nhiên với lượng kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm nên thiết kế của nhóm vẫn chưa được hoàn chỉnh Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và những lời góp ý của quý thầy (cô) để giúp nhóm hoàn thiện hơn trong bản thiết kế này và những thiết kế sau

Trong quá trình làm bài tập lớn, nhóm chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình cuả thầy Nguyễn Văn Thạnh, giúp cho nhóm có thể áp dụng những kiến thức cần thiết vào công việc thiết kế của mình

Nhóm em xin cảm ơn

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 THÀNH LẬP NHÓM THIẾT KẾ

Ngày 10/3/2021 chính thức thành lập nhóm Bài tập lớn môn “Thiết kế hệ thống cơ khí”

Đề tài: Thiết kế máy lột vỏ dừa khô

Thông tin cơ bản của các thành viên trong nhóm

• Thành viên 1: Võ Hoàng Phú (Nhóm trưởng)

1.2 BÀI TOÁN THIẾT KẾ

Diện tích dừa của Việt nam có khoảng 170.000 ha, phân bố chủ yếu ở Miền Trung và ĐBSCL Riêng ĐBSCL chiếm hơn 80% diện tích dừa cả nước, tương đương với 130.000ha Tuy nhiên lại canh tác theo dạng nông hộ nhỏ, phân tán, diện tích bình quân nhỏ hơn 0,5 ha Trồng mật độ dày trên 200 cây/ha do đó việc người sản xuất tập trung mua các loại máy sản xuất với số lượng lớn rất hạn chế

Hiện tại đa số người dân trồng dừa ở vùng ĐBSCL vẫn còn sử dụng phương pháp thô sơ

và nguy hiểm như : dùng vật nhọn, dùng dao để tách vỏ dừa với số lượng lớn gây ra rất nhiều tai nạn lao động Mặc khác việc tập trung sản xuất các loại máy bóc vừa với quy mô nhỏ còn rất hạn chế

Nhận biết những nhu cầu lớn về mặt hàng sản xuất từ dừa như hiện nay, cũng như những khó khăn của phương pháp lột vỏ dừa truyền thống, nhóm quyết định chọn đề tài “Thiết kế máy lột vỏ dừa ” để thực hiện trong môn học Thiết kế hệ thống cơ khí

CHƯƠNG 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN BIỂU ĐỒ THANH

2.1 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

Thời gian thực hiện bài tập lớn kéo dài trong 12 tuần, nhóm gồm 5 thành viên thực hiện

Để hoàn thành công việc nhanh chóng và có hiệu quả, nhóm trưởng Võ Hoảng Phú đã tiến hành phân công các nhiệm vụ khác nhau cho các thành viên

Nhiệm vụ 1: xác định nhu cầu khách hàng

Công việc: Tìm hiểu thị trường ngành chế biến dừa thông qua các phương tiện báo đài,

mạng xã hội, internet… Khảo sát các khu vực sản xuất dừa để hiểu rõ hơn về các thao tác bóc tách vỏ dừa Khảo sát các khách hàng về những nhu cầu thiết yếu khi muốn mua một chiếc máy bóc tách vỏ dừa và đưa nó vào trong mục tiêu thiết kế của nhóm

Phân công: cả nhóm

Thời gian: 2 tuần

Nhiệm vụ 2: tổng hợp, phân tích các nhiệm vụ thiết kế, các yêu cầu kỹ thuật cho bài toán thiết kế

Công việc: Tổng hợp các kết quả khảo sát đã tiến hành, thông qua đó chuyển đổi thành

các yêu cầu kỹ thuật một cách rõ ràng, cụ thể và phổ biến cho nhóm

Phân công: cả nhóm

Thời gian: 2 tuần

Nhiệm vụ 3: đưa ra các ý tưởng cho bài toán thiết kế

Công việc: Dựa vào các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra, tiến hành tìm hiểu các loại máy đã có

sẵn trên thị trường về ưu, nhược điểm và cách vận hành của từng máy Đưa ra các ý tưởng cơ bản (bằng những sơ đồ nguyên lý hoạt động, lời văn, hình vẽ)

Phân công: cả nhóm

Thời gian: 3 tuần

Nhiệm vụ 4: đánh giá ý tưởng, lựa chọn phương án thiết kế

Công việc: Tổng hợp các ý tưởng, đánh giá khả năng thực hiện, ưu và nhược ddirrm của

các ý tưởng và đưa ra lựa chọn về phương án nhóm sẽ tiến hành thiết kế

Phân công: cả nhóm

Thời gian: 1 tuần

Nhiệm vụ 5: tính toán thiết kế sản phẩm

Công việc: Tính toán các chi tiết, bộ phần cần thiết có trong máy theo các chỉ tiêu đã nêu

ra ở nhiệm vụ 2 Tiến hành vẽ bản vẽ chung, bản vẽ chi tiết (nếu có) của chi tiết, bản vẽ lắp, bảng kê chi tiết sản phẩm

Phân công: cả nhóm

Chi tiết:

• Chọn sơ bộ tải trọng cần thiết, lựa chọn động cơ: Võ Hoàng Phú, Lê Minh Mẩn

• Lựa chọn hộp giảm tốc, tỉ số truyền các bộ truyền của máy, tính toán thiết kế bộ

truyền bánh răng: Nguyễn Chí Trọng, Lưu Tấn Phát Thời gian: 1 tuần

• Tính toán thiết kế trục và các chi tiết khác: Nguyễn Khoa Nam Thời gian: 2 tuần

• Thiết kế bộ cần gạt: Lưu Tấn Phát Thời gian: 1 tuần

• Vẽ bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết trong máy, hình dáng bên ngoài của máy, thiết kế

bàn máy: Lê Minh Mẩn, Nguyễn Chí Trọng Thời gian: 1 tuần

Nhiệm vụ 6: đánh giá sản phẩm

Công việc: Đánh giá khả năng làm việc, giá thành sản phẩm, khả năng chế tạo, lắp ráp,

độ an toàn cũng như khả năng bảo trì và khả năng bảo vệ môi trường của máy

Phân công: Cả nhóm

Thời gian: 1 tuần

Nhiệm vụ 7: viết thuyết minh, làm powerpoint thuyết trình, báo cáo và nộp bài

Công việc:

• Trình bày bài thuyết minh hoàn chỉnh: Nguyễn Khoa Nam

• Làm bài thuyết trình powerpoint và báo cáo: Võ Hoàng Phú

Thời gian: 2 tuần

2.2 BIỂU ĐỒ THANH QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

Báo cáo Hoàng

Phú

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT BÀI TOÁN

THIẾT KẾ

3.1 XÁC ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG KHÁCH HÀNG

Đối tượng quan tâm ở đây là các cơ sở sản xuất, chế biến vừa và nhỏ, đặc biệt là thị trường đồng bằng sông Cửu Long với sản lượng dừa rất lớn Các thiết kế tương tự trên thị trường khá đắt, gây khó khăn cho những cơ sở sản xuất với quy mô không lớn lắm

3.2 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU CỦA KHÁCH HÀNG

Sau quá trình thu thập thông tin, khảo sát ở các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, nhóm đã rút

ra được các ý kiến, những vấn đề quan tâm chính của khách hàng về một chiếc máy bóc tách

vỏ dừa mà họ nghĩ là họ sẽ sẵn sàng mua:

• Sử dụng đơn giản

• Tuổi thọ làm việc cao, máy bền

• Dễ lắp ráp, bảo trì và sửa chữa

• Năng suất cao

• Giá thành thấp

• Tính an toàn cho người sử dụng

• Tính thẩm mỹ

3.3 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT

Yêu cầu kỹ thuật tổng quát:

Từ việc xác định xong yêu cầu khách hàng, nhóm chuyển các yêu cầu đó thành các yêu cầu kỹ thuật tổng quát của máy:

Bảng chuyển đổi yêu cầu khách hàng thành yêu cầu kỹ thuật

Yêu cầu kỹ thuật cụ thể:

Năng suất: 750 trái dừa trong một giờ hoặc 5 giây hoàn thành một trái dừa

Số năm làm việc: 3 năm

Số ngày làm việc trong năm: 250 ngày

Số ca làm việc trong ngày: 2 ca

1 ca làm việc 8 tiếng

Một lần làm việc lột vỏ được 2 trái dừa cùng lúc

Trục máy quay 1 chiều

CHƯƠNG 4: CÁC Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

4.1 PHƯƠNG HƯỚNG THIẾT KẾ VÀ CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA THIẾT KẾ

Cấu tạo trái dừa khô bao gồm:

• Lớp bên khô bên ngoài

• Gáo dừa

• Lớp vỏ bên trong bao gồm xơ dừa và mụn dừa (cái dừa)

• Phần nước dừa

Cấu tạo của một trái dừa khô

Yêu cầu chung của các phương án thiết kế là làm sao tách được phần vỏ khô bên ngoài

ra khỏi lớp gáo dừa mà không phá hủy trái dừa

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của thiết kế:

• Cách bố trí và hướng di chuyển của dụng cụ dùng để lột (bằng răng, dao,…)

• Cách bố trí phương hướng di chuyển của trái dừa

• Cơ cấu dùng để giữ trái dừa

4.2 THAM KHẢO CÁC PHƯỚNG ÁN THIẾT KẾ HIỆN CÓ

Thiết kế 1: Sử dụng công cụ cắt chuyên dụng

Mô tả kết cấu: Kết cấu đơn giản

chỉ có một thanh kim loại gắn hai lưỡi dao, bên hông có gắn tay gạt

Mô tả hoạt động: Người công

nhân dùng sức đưa trái dừa ghim vào hai lưỡi dao, gạt tay cầm để hai lưỡi dao tách vỏ trái dừa ra theo hai hướng khác nhau Quá trình lặp lại đến khi bung hết vỏ trái dừa ra

Đánh giá ưu, nhược điểm: Đây là phương pháp lột vỏ dừa truyền thống nên mang nhiều

nhược điểm so với thời đại kỹ thuật như hiện nay do năng suất mang lại thấp

Thiết kế 2: Lột vỏ bằng cái nằm chuyên dụng

Mô tả kết cấu: kết cấu đơn giản

chỉ gồm một thanh kim loại được vuốt nhọn một đầu và đầu còn lại được cố định trên mặt đất

Mô tả hoạt động: Người công

nhân sử dụng sức để đẩy cho lưỡi dao đâm thủng qua lớp vỏ trái dừa và kéo mạnh về một bên để tách được vỏ dừa ra Quá trình lặp lại đến khi vot dừa được tách ra hoàn toàn

Đánh giá ưu, nhược điểm: cũng giống như thiết kế 1, do sử dụng sức người là chủ yếu

nên tổn hại đến sức khỏe của công nhân, ngoài ra năng suất thấp cũng là một nhược điểm khác của phương pháp này

Ngoài ra còn có:

Máy tách bung của kỹ sư Nguyễn Thanh Phương

Công nghệ tách bung một lần đạt hiệu quả và phù hợp thực tiễn nhất Máy được thiết kế

có khung hình chữ C, sử dụng động cơ điện công suất 2 Hp, năng suất khoảng 360 trái/giờ, kích thước máy gọn, nhẹ, có bánh xe và tay đẩy, có khả năng di chuyển, kết cấu bền chắc, ít gây hư hỏng, dễ vận hành, đáp ứng được tất cả các hình dạng và kích thước trái dừa hiện nay

Máy lột vỏ dừa khô của sinh viên khoa Cơ-Điện-Điện tử HUTECH

Máy bóc vỏ dừa khô hoạt động dựa trên nguyên lý hai trục rulô quay ngược chiều nhau Dừa từ phiễu cấp liệu được cấp vào máy, hai trục ru lô quay ngược chiều nhau tác dụng lực vừa phải lên quả dừa làm cho quả dừa được tách ra Cơ cấu hai trục rulô được truyền động bằng bộ truyền bánh xích và bộ truyền bánh răng

4.3 ĐƯA RA Ý TƯỞNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ

Động cơ truyền chuyển động cho bánh đai, truyền lên bánh dẫn làm bánh dẫn quay quanh

ổ đỡ, quả được đặt từ trên xuống, khi tiếp xúc với răng trên trục sẽ bị răng đâm thủng vào và tách lớp vỏ ra thành nhiều mảnh Quả dừa được lấy một cách thủ công ra ngoài sau khi lột vỏ

Đánh giá ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

• Thao tác làm việc đơn giản, không đòi hỏi nhiều kỹ năng ở người vận hành

• Năng suất làm việc cao hơn các thiết kế trước

• Cơ cấu đơn giản, dễn lắp đặt, thay thế

• Ít chi tiết giúp việc bảo trì đơn giản

Nhược điểm lớn nhất là chưa đảm bảo an toàn cho người công nhân, bộ truyền đai dễ trượ

4.3.2 Ý tưởng 2:

Mô tả kết cấu:

Cũng tương tự với thiết kế 1, khác ở chỗ có bộ bánh răng gồm một bánh răng truyền động

từ động cơ và một cặp bánh răng quay ngược chiều gắn lên một cặp trục tròn Một trục rỗng bố trí gai phía trên được gắn vào trục tròn thông qua hai chốt và động cơ truyền chuyển động cho

hệ thống Bên ngoài toàn bộ hệ thống được một lớp vỏ bao phủ Bộ đẩy trái dừa sau khi lột vỏ

ra ngoài bao gồm một động cơ riêng biệt, một đai răng và một thanh ngang

Nguyên tắc hoạt động:

Động cơ truyền chuyển động cho bánh răng và truyền cho hai bánh răng chuyển động ngược chiều nhau, kéo theo hai trục chính chuyển động Quả được đặt từ trên xuống, khi tiếp xúc với gai trên trục sẽ bị gai đâm vào vỏ và kéo vỏ theo hai hướng khác nhau để tách ra khỏi trái dừa.sau khi đã lột vỏ, bộ truyền đai răng hoạt động làm thanh ngang đẩy trái dừa xuống ra khỏi máy

Đánh giá ưu, nhược điểm:

Ngoài những ưu điểm giống với thiết kế 1, mức độ an toàn khi vận hành đã được đảm bảo, lớp trục rỗng chứa gai khi gai gãy dễ thay thế so với việc thay nguyên trục tròn, bộ truyền bánh răng giúp co cấu vận hành ổn định hơn

Đánh giá ưu, nhược điểm:

Ưu điểm:

• Cơ cấu đơn giản dễ chế tạo

• Vận hành êm, cách vận hành đơn giản

• Không gian bố trí nhỏ gọn

• Thuận tiện lắp ráp, bảo trì

Nhược điểm:

• Cần phân loại dừa kỹ trước khi đưa vào máy

• Hiệu suất làm việc chưa cao

• Năng suất trung bình

Hình vẽ minh họa ý tưởng 3

Gần giống ý tưởng 3 Khác ở chỗ bộ phận dao nằm trên, bộ phận piston nằm phía dưới,

có chấu kẹp định vị quả dừa

• Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

• Vận hành đơn giản, không yêu cầu kỹ thuật cao

Nhược điểm:

Giá thành cao

Năng suất trung bình

1: Piston B 2: Bộ phận dao 3: Trái dừa 4: Mâm đỡ 5: Chấu kẹp định vị 6: Bàn đỡ

7: Piston A 8: Cảm biến

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, LỰA CHỌN PHƯƠNG

ÁN THIẾT KẾ

5.1 MA TRẬN QUYẾT ĐỊNH ĐÁNH GIÁ CÁC Ý TƯỞNG:

Tiêu chuẩn Ý tưởng

Qua ma trận quyết định, nhóm nhận thấy ý tưởng 2 có tỷ lệ ưu điểm nhiều hơn so với các

ý tưởng khác nên nhóm quyết định chọn ý tưởng này để thiết kế

5.2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Bộ phận chính

• Động cơ truyền chuyển động cho hệ thống lột vỏ

• Động cơ của bộ phận đẩy vỏ dừa ra ngoài

• 1 bánh răng truyền chuyển động từ động cơ sang cặp bánh răng chính

• Cặp bánh răng chính có kích thước như nhau truyền chuyển động cho cặp trục chính

• Cặp trục chính quay ngược chiều nhau

• Cặp trục rỗng bố trí gai bên trên lồng vào trục chính

• Đai răng truyền chuyển động từ động cơ đến thanh ngang

• Thanh ngang đẩy trái dừa ra sau khi đã lột vỏ

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

6.1 THÔNG SỐ TRÁI DỪA

Lực cần thiết để tách vỏ các loại dừa khác nhau như dừa thô, khô vừa phải, khô và khô

đã được xác định Dừa khô với nhiều kích cỡ khác nhau đều được kiểm tra bằng thực nghiệm trong Máy thử nghiệm đa năng tiêu chuẩn (UTM)

Biểu đồ tham khảo lực cần thiết để tách vỏ dừa

Qua các số liệu trên, nhóm xác định được:

Để tách vỏ một trái dừa khô, cần một lực tác dụng: P = 450 N

Đường kính trung bình của một trái dừa là khoảng 200 – 250 mm và thiết kế phải tách được cùng lúc 2 quả

Đường kính trục nối giữa trục với phần gai: d1 = 100 mm

Chiều cao phần gai tách vỏ: h = 30 mm

Chiều dài phần trục thực hiện tách vỏ: l = 600 mm

Độ dài lõi trục để tách 2 quả cùng lúc là: 960 mm

Từ đó suy ra khoảng cách từ đỉnh đến đường tâm trục d = 80 mm

Momen xoắn tác động lên mỗi đỉnh gai:

𝑀 = 𝑃 × 𝑑 = 450 × 80 = 36000 𝑁𝑚𝑚 = 36 𝑁𝑚

𝜂 = 𝜂4

𝑜𝑙𝜂2

𝑏𝑟Hiệu suất của các bộ truyền chọn:

Ta chọn động cơ nhà máy Việt Nam-Hungary với thông số kỹ thuật như sau:

Tên động cơ Công suất

(kW)

Tốc độ vg/ph

Hiệu suất n%

Hệ số công suất

Tốc độ trục đầu ra n 2

(vòng/phút)

Momen xoắn trục đầu ra

M 2

(Nm)

Tỉ số truyền i

Lực hướng tâm F r2

(N)