Để có được sản lượng cà phê theo mong muốn mà vẫn đảm bảo chất lượng thì chúng ta cần phải đưa ra các phương pháp rút ngắn các bước để hạt cà phê được sản xuất nhanh chóng và tiết kiệm c
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
Cà phê không chỉ là thức uống phổ biến mà còn là biểu tượng văn hóa của người Việt Nam Đây cũng là một trong những mặt hàng xuất khẩu quan trọng, với nỗ lực nâng cao chất lượng cà phê xuất khẩu trong những năm gần đây Việt Nam đã mở rộng vùng sản xuất và cải tiến phương pháp canh tác để tăng năng suất và chất lượng Tây Nguyên nổi bật với diện tích trồng và sản lượng cà phê hàng năm, cùng với các địa danh như Buôn Ma Thuột và Lâm Đồng, đã giúp cà phê Việt Nam ghi dấu ấn với hương vị đậm đà, đặc trưng của hạt cà phê nguyên chất.
Trong những năm gần đây, Việt Nam đã trở thành quốc gia đứng thứ hai thế giới về xuất khẩu cà phê, khẳng định vị thế của mình trong top 10 thị trường tiêu thụ cà phê toàn cầu Theo Tổ chức Cà phê Quốc Tế, giá cà phê tăng mạnh do nhu cầu tăng trong khi nguồn cung giảm, với sản lượng toàn cầu niên vụ 2021-2022 giảm 2,1% xuống còn 167,2 triệu bao, trong khi tiêu thụ tăng 3,3% lên 170,3 triệu bao Đây là cơ hội cho Việt Nam tăng sản lượng để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và xuất khẩu Để đạt được sản lượng mong muốn, cần áp dụng các phương pháp sản xuất nhanh chóng và tiết kiệm chi phí Hiện nay, nông dân thường sử dụng phương pháp chế biến ướt để tạo ra hạt cà phê chất lượng cao, trong đó công đoạn đánh nhớt nhân cà phê là rất quan trọng Việc xử lý nhanh chóng công đoạn này là cần thiết để tránh phát sinh vị lạ và ô nhiễm môi trường Do đó, nhóm nghiên cứu đã quyết định tìm hiểu và phát triển máy đánh nhớt nhân cà phê tươi quy mô hộ gia đình.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi phục vụ cho hộ gia đình
- Phát triển về sản lượng và chất lượng hạt cà phê máy dùng cho hộ gia đình với chi phí thấp.
Mục tiêu nghiên cứu
- Máy có kết cấu đơn giản, cứng vững, độ bền cao
- Năng suất máy đạt 250 kg/giờ
- Đánh nhớt sạch khỏi nhân 80 – 85%
- Máy tách được lớp nhớt khỏi nhân cà phê
- Sử dụng điện dân dụng 220V phù hợp với hộ gia đình
- Thao tác vận hành máy đơn giản, dễ bảo trì bảo dưỡng.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu nguyên lý đánh nhớt nhân cà phê tươi, lên phương án thiết kế
- Tính toán thiết kế máy đánh nhớt nhân cà phê tươi
- Chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi
- Lắp ráp và chạy thử nghiệm máy
- Đưa ra kết luận và các đề xuất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các hoạt động nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi phục vụ cho hộ gia đình
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi dùng trong hộ gia đình liên quan đến nhiều cơ cấu, thiết bị Do đó, trong khuôn khổ đề tài cần thực hiện các công việc sau:
- Nghiên cứu và tìm hiểu về nguyên lý hoạt động máy
- Nghiên cứu tính toán cơ cấu truyền động của máy
- Thiết kế và chế tạo các bộ phận máy
- Nghiên cứu các phần mềm vẽ 3D vẽ chi tiết
- Nghiên cứu các quy trình công nghệ cho từng chi tiết
- Nghiên cứu gia công và lắp ráp máy.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu, phân tích cơ sở lý thuyết:
- Nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy
- Tìm hiểu các tài liệu liên quan kiến thức thu thập qua các sách chuyên ngành cơ khí, các tài liệu nghiên cứu
- Tính toán thiết kế các cơ cấu truyền động
- Tính toán xác định các thông số và chế độ làm việc của máy
- Sử dụng SolidWorks và Autocad vẽ các bản vẽ thiết kế
Khảo sát các loại quả và hạt cà phê tại Việt Nam cung cấp thông tin và dữ liệu quan trọng về kích cỡ và độ nhớt của hạt cà phê Từ đó, chúng tôi có thể phát triển phương pháp thiết kế đánh nhớt cho nhân hạt cà phê tươi một cách chính xác.
Khảo sát nguyên lý hoạt động của các máy đánh nhớt nhân cà phê đã có mặt trên thị trường Việt Nam nhằm rút ra kinh nghiệm và khắc phục những vấn đề khách quan.
Thực nghiệm mô hình máy :
- Chế tạo và lắp ráp mô hình máy cho máy chạy thử nghiệm và tiến hành đưa ra các kết luận
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về cà phê
Cà phê, một loại cây thân gỗ, được người Pháp mang đến Việt Nam từ năm 1875, với nguồn gốc hạt giống từ đảo Martinique và vùng Guyane thuộc Pháp Nhờ vào khí hậu và thổ nhưỡng nhiệt đới lý tưởng, Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ trong ngành trồng cà phê, đặc biệt ở các vùng núi cao Tây Nguyên và các tỉnh miền Trung, miền Bắc.
Cà phê là nông sản chủ lực, mang lại thu nhập chính cho nông dân ở Tây Nguyên Việt Nam nổi bật trong xuất khẩu cà phê, đứng đầu thế giới với sản lượng lớn hàng năm, phục vụ nhu cầu tiêu thụ trong và ngoài nước.
Hình 2.1: Quả cà phê tươi
2.1.1 Đặc điểm các loại hạt cà phê phổ biến ở Việt Nam:
Cà phê được trồng chủ yếu ở các vùng cao trên 600m, nổi bật với hương vị đặc trưng có vị chua nhẹ và vị đắng của vỏ Loại cà phê này hiện chiếm tới 2/3 sản lượng cà phê toàn cầu.
Hình 2.2: Cà phê nhân Arabica
Cà phê Robusta, được trồng ở độ cao dưới 600m trong khí hậu nhiệt đới, nổi bật với hương thơm nồng và vị đắng đặc trưng Việt Nam đóng góp khoảng 1/3 tổng lượng cà phê tiêu thụ toàn cầu.
Hình 2.3: Cà phê nhân Robusta
Culi là những hạt cà phê lớn, thuộc cùng chủng loại với Robusta và Arabica, nhưng đặc biệt chỉ có một hạt trong mỗi trái Với hàm lượng cafein cao, Culi mang đến vị đắng đặc trưng, mùi thơm mạnh mẽ và màu nâu đậm sóng sánh.
Hình 2.4: Cà phê nhân Culi
Cà phê Cherry, hay còn gọi là cà phê mít, được trồng ở những vùng đất khô ráo và nắng ấm của cao nguyên Hạt cà phê có màu vàng sáng bóng, mang đến vị chua đặc trưng và hương thơm nhẹ nhàng, rất phù hợp với sở thích của phái nữ.
Hình 2.5: Cà phê nhân Cherry
2.1.2 Tính chất của quả cà phê:
Cà phê nhân được cấu tạo từ nhiều phần, bao gồm lớp vỏ quả, lớp thịt quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân.
Hình 2.6: Hình dạng và cấu tạo quả cà phê a Lớp vỏ quả:
Vỏ ngoài của trái cà phê, khi chín thường có màu đỏ và mềm, chiếm 41-45% khối lượng quả Thành phần chính của vỏ là gluxit và protein, giúp kéo dài thời gian phơi cà phê.
Là lớp mô gắn liền với vỏ quả với thành phần chính là pectin Lớp thịt quả mềm và dễ xay xát Chiếm 20 – 30% khối lượng quả c Lớp nhớt:
Lớp nhớt của trái cà phê, chiếm 20 - 23% trọng lượng, bao gồm các thành phần chính như pectin và đường Độ pH của trái cà phê chín thường dao động từ 5,6 đến 5,7%.
Lớp vỏ trấu bọc ở ngoài nhân là lớp vỏ cứng và được hình thành từ nhiều chất sơ Vỏ trấu thường chiếm 6 – 8% trọng lượng của quả cà phê
Lớp vỏ màu trắng, mỏng và mềm bao bọc nhân cà phê có thể biến mất trong quá trình rang.
Nhân cà phê là lớp trong cùng và phần quan trọng nhất của trái cà phê, chứa nhiều dinh dưỡng quyết định mùi thơm và hương vị sau khi rang Mỗi trái cà phê thường có 2 nhân, nhưng một số hạt dị biệt có thể có 1 hoặc 3 nhân.
Trong quá trình chế biến đòi hỏi hạt cà phê nhân phải nguyên vẹn không bị tróc, vỡ thì hạt cà phê mới đạt được chất lượng cao
2.1.3 Các phương pháp chế biến cà phê nhân:
Có 3 phương pháp chính chế biến cà phê nhân đó là:
Phương pháp chế biến khô có ưu điểm là dễ thực hiện và tiết kiệm chi phí đầu tư máy móc Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là thời gian phơi hạt lâu, dẫn đến độ ẩm không đồng đều, từ đó làm giảm mùi vị của hạt cà phê.
Phương pháp chế biến ướt mang lại ưu điểm là giúp hạt cà phê giữ được chất vị cao, tạo ra hương vị đặc trưng Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu quá trình quan sát kỹ lưỡng để hạt cà phê lên men đúng cách, đồng thời cần sử dụng nhiều máy móc và tạo ra lượng nước thải lớn.
Phương pháp chế biến mật ong mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu lượng nước sử dụng, giúp hạt cà phê khô nhanh chóng và rút ngắn thời gian sản xuất Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm, bao gồm sự xuất hiện của nấm mốc trên hạt cà phê, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả và chất lượng nhân hạt.
Hiện nay, nông dân thường áp dụng phương pháp chế biến ướt trong quá trình chế biến cà phê nhân để tạo ra hạt cà phê có chất lượng cao và giá trị thương mại lớn.
Hình 2.7: Quy trình chế biến ướt Quy trình chế biến cà phê phương pháp chế biến ướt bao gồm các bước:
Tổng quan về máy đánh nhớt nhân cà phê tươi
2.2.1 Máy đánh nhớt nhân cà phê tươi là gì?
Máy đánh nhớt nhân cà phê tươi được thiết kế đặc biệt để tách lớp vỏ nhớt bám bên ngoài hạt cà phê sau khi xát tươi.
Máy đánh nhớt cà phê tươi có nhiều loại với công suất khác nhau, và nguyên lý hoạt động cơ bản của máy là tách lớp nhớt bám quanh hạt cà phê.
Hình 2.8: Máy đánh nhớt MDN-5R1
Một số đặc điểm nổi bật của máy đánh nhớt nhân cà phê tươi:
Nguyên lý hoạt động hiệu quả của máy đánh nhớt nhân cà phê tươi là tách lớp nhớt bám quanh hạt Việc đánh nhớt nhanh và sạch sẽ giúp rút ngắn các công đoạn tiếp theo trong quy trình chế biến cà phê.
Sử dụng máy đánh nhớt nhân cà phê giúp tăng cường hiệu quả sản xuất, cho phép xử lý hạt cà phê ngay sau khi xát tươi Điều này ngăn chặn tình trạng hạt cà phê bị hư hại do để lâu ngày.
Máy đánh nhớt nhân cà phê tươi hiện nay được thiết kế nhỏ gọn, phục vụ cho nhiều đối tượng khác nhau, bao gồm hộ gia đình và các doanh nghiệp nhỏ và vừa.
Máy đánh nhớt khác trên thị trường
Vật liệu dùng cho máy đánh nhớt nhân cà phê tươi
Thép là hợp kim của sắt và cacbon Dựa vào thành phần hóa học của thép hiện nay có hai loại thép cacbon và thép hợp kim
Thép cacbon là hợp kim Sắt-Cacbon có hàm lượng phần trăm khối lượng cacbon
≤ 2% và chứa một lượng nhỏ các nguyên tố tạp chất như Mangan , Silic, Lưu huỳnh, Phốt pho và Oxy, …
Thép hợp kim với độ bền cao hơn thép cacbon Vì thế được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí hơn thép cacbon
Bảng 2.2: Các loại thép hợp kim thường dùng
Loại thép Hàm lượng cacbon Đặc tính cơ lý Mác thép
Thép hợp kim kết cấu
0,1 – 0,85% Cứng, có tính đàn hồi cao, có khả năng chịu tải trọng, mài mòn cao
Thép hợp kim dụng cụ
0,7 – 1,4% Độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn cao
Thép gió 0,7 – 1,4% Bền, độ cứng và khả năng chịu mài mòn cao, có thể chịu mức nhiệt lên đến 6500C
Hình 2.10: Thép vuông Hình 2.9: Thép tấm
Gang là hợp kim của sắt với hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14% và một số nguyên tố khác như: Si, S, P, Mn…
Bảng 2.3: Thành phần hoá học của gang
Gang là vật liệu phổ biến trong gia công đúc cơ khí nhờ vào giá thành rẻ và khả năng gia công dễ dàng Với nhiệt độ nóng chảy thấp khoảng 1350°C, gang có khả năng chịu nén tốt và chống mài mòn cao.
Gang xám hiện nay được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy và đúc cơ khí, đặc biệt cho các chi tiết có độ phức tạp cao Loại vật liệu này rất phù hợp cho những bộ phận chịu lực nén tốt mà không yêu cầu khả năng chịu uốn lớn, như thân máy, bệ máy và đường ống nước.
Inox, hay còn gọi là thép không gỉ, là hợp kim của sắt với độ bền cao, chứa 10,5% crom và tối đa 1,2% cacbon cùng một số thành phần khác Loại thép này có khả năng chống ăn mòn và đổi màu tốt hơn so với các loại thép thông thường.
Inox 304 là loại inox phổ biến nhất hiện nay nhờ vào độ bền cao và giá thành hợp lý Loại inox này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm và đồ gia dụng.
Bảng 2.4: Thành phần hoá học của Inox 304 Cacbon (%) Ni (%) Cr (%) Mn (%) Si (%)
Inox 304 có khả năng dát mỏng tốt, phù hợp với các phương pháp gia công như uốn, chấn và tạo hình Do đó, inox 304 vẫn là lựa chọn hàng đầu trong ngành sản xuất chi tiết bằng inox Với thành phần mangan thấp, inox 304 có ưu thế hơn về khả năng gia công so với các loại inox khác.
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 18 3.1 So sánh các phương án thiết kế máy đánh nhớt nhân cà phê tươi và đưa ra lựa
Phương án 1: Máy đánh nhớt có trục thẳng đứng
Máy đánh nhớt hạt cà phê hoạt động dựa trên nguyên lý vít tải đứng và cánh quay, giúp di chuyển nguyên liệu từ dưới lên tầng trên Sau đó, các cánh quay tiếp tục đánh nhớt trên bề mặt nhân cà phê Thiết bị này được dẫn động bởi động cơ điện và bộ truyền động đai, mang lại hiệu suất cao trong quá trình chế biến cà phê.
- Năng suất cao làm giảm thời gian sản xuất
- Không làm tổn hại hạt cà phê
- Tỉ lệ làm sạch cao
- Nhu cầu sử dụng không phù hợp với mô hình hộ gia đình
- Không thể lấy hết được nguyên liệu khi tắt máy
Phương án 2: Máy đánh nhớt có trục nằm ngang
Máy đánh nhớt hạt cà phê được thiết kế với trục nằm ngang và cánh đánh nhớt sắp xếp theo hình xoắn ốc, giúp đẩy nguyên liệu về phía trước và đánh nhớt trên bề mặt hạt cà phê Máy hoạt động nhờ động cơ điện và bộ truyền động đai, mang lại hiệu suất cao trong quá trình chế biến cà phê Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến một số nhược điểm có thể phát sinh trong quá trình sử dụng.
- Dễ chế tạo, giá thành thấp
- Không làm tổn thương đến chất lượng hạt cà phê nhân
- Dễ dàng lấy nguyên liệu
- Tỉ lệ làm sạch thấp
Chúng tôi đã chọn phương án “Máy đánh nhớt có trục nằm ngang” vì nó phù hợp với hướng nghiên cứu và chế tạo của đề tài, mang lại thiết kế đơn giản và hiệu quả cho quy mô hộ gia đình Trong khi đó, phương án 1 gặp phải những khó khăn như giá thành cao và nhu cầu sử dụng không phù hợp.
Sơ đồ, nguyên lý máy đánh nhớt nhân cà phê sau khi lên thiết kế
Nguyên lý làm việc và ưu, nhược điểm của máy:
- Quả cà phê được xát sạch vỏ trước khi cho vào máy
- Tiến hành khởi động máy và đưa quả cà phê vào phễu cấp liệu
- Quả cà phê rơi xuống vào lồng đánh nhớt
- Trục quay và các cánh đánh nhớt đánh và đẩy hạt cà phê đến cửa thoát
- Nhớt cà phê sẽ theo đường ống thoát ra ngoài
- Hạt sau khi được làm sạch sẽ theo máng đi ra ngoài
- Vỏ sẽ rơi ra máng thu vỏ và đi ra ngoài Ưu điểm:
- Tiết kiệm về thời gian và sức lao động
- Kết cấu máy đơn giản dễ dàng tháo lắp bảo trì bảo dưỡng máy
- Dễ dàng vận hành máy
- Bộ phận cấp liệu chưa được tự động hóa
3.3 Phương án thiết kế bộ truyền ngoài:
Truyền momen xoay qua trục là một phương pháp truyền động cơ khí phổ biến hiện nay, nhờ vào tính đa dụng của nó Phương pháp này cho phép thay đổi phương và dạng chuyển động, đồng thời giúp biến đổi tốc độ từ nguồn động cơ đến các trục công tác.
Máy đánh nhớt nhân cà phê tươi sử dụng rulo ở cụm xát vỏ, hoạt động dựa trên tốc độ trục động cơ và truyền qua các trục công tác để đạt tốc độ mong muốn cho rulo quay và thực hiện xát vỏ Có bốn bộ truyền động phù hợp với nguyên lý này.
Truyền động bánh ma sát:
Truyền động bánh ma sát hoạt động dựa vào sự ma sát giữa các bánh với nhau, cho phép chuyển động và chuyển đổi cơ năng Để tạo ra ma sát hiệu quả, cần có lực ép giữa các bánh ma sát.
Hình 3.1: Truyền động bánh ma sát [9]
Truyền động đai là phương pháp hiệu quả để truyền động giữa các trục xa nhau, thông qua việc kéo dây đai được gắn lên hai bánh Lực ma sát giữa bánh đai và dây đai giúp truyền tải trọng một cách ổn định.
Bộ truyền bánh răng được dùng để truyền động giữa trục này sang trục khác nhờ vào sự ăn khớp giữa các răng trên bánh răng
Hình 3.3: Truyền động bánh răng [9]
Truyền động xích là một hệ thống truyền động gián tiếp, chuyển động từ bánh xích chủ động sang bánh xích bị động thông qua sự ăn khớp giữa các răng trên đĩa xích và các mắc xích.
Truyền động bánh ma sát
Truyền động đai Truyền động bánh răng
Truyền động xích Ưu điểm - Kết cấu đơn giản
- Làm việc êm, không ồn
- Đảm bảo an toàn cho động cơ khi quá tải
- Kích thước nhỏ, khả năng tải trọng lớn
- Tuổi thọ cao, tỉ số truyền không đổi
- Không có hiện tượng trượt
- Lực lên trục và ổ lăn nhỏ hơn so với các bộ truyền
- Lực lên trục và ổ lớn
- Kích thước bộ truyền lớn
- Có tiếng ồn khi vận tốc lớn
- Bản lề mòn gây ra tiếng ồn
- Tỉ số truyền tức thời thay đổi
Tỉ số truyền ≤ 7 Hiệu suất: 0,8 – 0,95
Tỉ số truyền ≤ 10 Hiệu suất: 0,94 – 0,97
Tỉ số truyền ≤ 10 Hiệu suất: 0,94 – 0,98
Tỉ số truyền ≤ 7 Hiệu suất: 0,9 – 0,97
Chi phí Thấp Thấp Cao Trung Bình
Khi lựa chọn "Bộ truyền đai" cho máy đánh nhớt nhân cà phê tươi, cần xem xét các tiêu chí như chi phí thấp, dễ bảo trì và tải trọng phù hợp So với truyền động xích và bánh răng, bộ truyền đai có ưu điểm vượt trội như giảm tiếng ồn, chi phí thấp hơn và ít yêu cầu bảo trì Hơn nữa, bộ truyền đai cũng đảm bảo độ tin cậy cao hơn khi xảy ra hiện tượng trượt so với bộ truyền bánh ma sát.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Các thông số đầu vào
Chọn thông số chính của máy:
Tốc độ cánh quay đánh nhớt: n = 245 vòng/phút(Chọn được do kiểm nghiệm cho thấy rằng tốc độ này không gây tổn hại cho hạt cà phê)
Tính chọn động cơ điện
Công suất cần thiết cho máy đánh nhớt bao gồm:
- Dẫn động các cánh quay đánh nhớt trong hỗn hợp nhân cà phê tươi và đẩy nhân cà phê sạch nhớt ra ngoài
Số vòng quay của trục vít là 25 n, với đơn vị là vòng/phút Khi n = 245 v/ph, khối lượng riêng của nhân cà phê tươi có lẫn nước được xác định là ρ = 550 kg/m³.
- Công suất cần thiết cho cánh quay đánh nhớt được tính theo công thức:
Trong đó: ρ, n là giống như trước
DM là đường kính trung bình vòng tròn đầu mút của cánh đánh nhớt, đơn vị m Lấy DM = 200 mm = 0,2 m
KN là chuẩn số công suất được xác định dựa trên đồ thị liên quan đến số Reynolds (Re), số Frud (Fr) và số cánh đánh nhớt tại mỗi mặt cắt trên trục quay Theo tài liệu "Máy gia công cơ học" của Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh, giá trị KN được lấy là 2,24 × 10^{-5}.
- Tổng công suất cần thiết cho máy đánh nhớt là
- Nếu kể đến hiệu suất bộ truyền đai, hiệu suất ổ đỡ thì công suất cần thiết động cơ cần cung cấp là
Trong đó η là hiệu suất truyền động: , với là hiệu suất một cặp ổ đỡ, là hiệu suất bộ truyền đai thang Suy ra η = 0,95.0,99 = 0,94 Suy ra
Số vòng quay sơ bộ của động cơ điện:
Trong đó n là số vòng quay của trục vít tải được tính ở trên; u đ là tỉ số truyền của bộ truyền đai, chọn u đ = 6
- Chọn động cơ điện phải thỏa mãn:
Lựa chọn động cơ hiệu YL-90L1-2HP 2 pole 220v, 1450v/ph
3 Tính chọn bộ truyền đai :
- Công suất trên trục dẫn: Pđc = Pct = 1,5kW
- Số vòng quay trên trục dẫn: nđc = 1450 vòng/phút
- Chọn dây đai thang hiệu A53 có các thông số:
Chiều dài danh nghĩa: L = 1380 mm
- Chọn đường kính vòng chia bánh đai dẫn: d1 = 50 mm (Bánh đai SKF tiêu chuẩn)
- Suy ra đường kính vòng chia bánh đai bị dẫn: d2 = uđ.d1 = 6.50= 300 mm Chọn d2 = 280 mm
- Sai số tỉ số truyền:
- Góc ôm trên bánh đai nhỏ:
Trong đó P1 = Pct = 1,5kW là công suất trên trục bánh đai chủ động
[P0] là công suất cho phép của đai, tra bảng phụ thuộc vào vận tốc đai v và đường kính bánh đai dẫn d1 = 50 mm
Tra bảng 4.19, trang 62 – tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1 – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: [P0] = 2,71 kW
Kđ là hệ số tải trọng động, tra bảng 4.7, trang 65 – tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1 – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: Kđ = 1,25
Hệ số Cα, được xác định từ bảng 4.15 trong tài liệu "Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1" của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, phản ánh ảnh hưởng của góc ôm α1, có giá trị là 0,97.
Hệ số CL, được xác định từ bảng 4.16 trong tài liệu "Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1" của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, có giá trị là 1,05, phản ánh ảnh hưởng của chiều dài đai.
Hệ số Cu, được xác định từ bảng 4.17 trong tài liệu "Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1" của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, có giá trị là 1,12, phản ánh ảnh hưởng của tỉ số truyền trong thiết kế hệ thống.
Cz là hệ số phản ánh tác động của sự phân bố không đồng đều của tải trọng lên các dây đai Tham khảo bảng 4.18, trang 61 trong tài liệu "Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí" để biết thêm chi tiết.
1 – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: Cz = 0,95
- Xác định lực căng đai tác dụng lên trục:
Trong đó là lực căng do lực ly tâm sinh ra, với qm là khối lượng 1 mét chiều dài đai, lấy , v là vận tốc đai
Lực căng tác dụng lên trục:
Tính toán thiết kế trục
- Tính mô men xoắn đặt lên đoạn trục gắn cánh đánh nhớt:
Mô men xoắn đặt trên đoạn trục có gắn cánh cánh đánh nhớt được tính theo
Giả thiết rằng mô men xoắn phân bố đều trên chiều dài đoạn trục gắn cánh đánh nhớt, dẫn đến việc cường độ phân bố mô men xoắn trên mỗi đơn vị chiều dài được xác định.
- Sơ đồ đặt lực và biểu đồ nội lực đối với trục như hình vẽ
- Tính đường kính các đoạn trục (đặc) tại A,B và C: Đoạn trục tại B và C lắp ổ đỡ: , với [σ] = 50 MPa đối với thép C45
Suy ra Chọn dB = 25 mm, tương tự tại C Đoạn trục tại A lắp bánh đai: , với [σ] = 50 MPa đối với thép C45
Suy ra Chọn dA = 25 mm
- Tính đường kính đoạn trục (rỗng) BC :
, với [σ] = 30 MPa đối với thép SUS304
Suy ra Chọn dC = 49 mm
- Tính kiểm bền cánh đánh nhớt theo điều kiện bền uốn, theo công thức:
Trong đó L2 là chiều dài lớn nhất của cánh đánh nhớt, L2 = 75 mm d2 là đường kính lắp cánh đánh nhớt, d2 = 8 mm
[σ] là ứng suất cho phép vật liệu làm cánh đánh nhớt, [σ] = 30 MPa
F2 là lực cản của hỗn hợp nhân cà phê lẫn nước đặt vào cánh đánh nhớt, được tính theo công thức:
Suy ra Đảm bảo điều kiện bền uốn
- Kết cấu trục như hình vẽ
Tính kiểm nghiệm ổ đỡ
- Ổ đỡ trên trục vít tải tại 2 điểm đặt ổ lăn được chọn hiệu UCFL 205/H (SKF) có các thông số kỹ thuật cơ bản:
+ Khả năng tải tĩnh: Co = 7,8 kN
+ Khả năng tải động: C = 14 kN
+ Tốc độ quay giới hạn: nmax = 5850 v/ph
+ Lực hướng tâm đặt lên ổ: Fr = 334 N
+ Tốc độ quay thực tế: n = 725 v/ph
+ Thời gian làm việc: 20000 giờ
- Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải động:
Trong đó: P là tải trọng động tương đương [kN] Với ổ lăn chỉ chịu lực hướng tâm thì P = Fr = 0,284 kN
L là đại lượng đo triệu vòng quay, triệu vòng
Suy ra Khả năng tải động đảm bảo
- Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải tĩnh:
Trong đó so là hệ số an toàn tĩnh;
Po là tải trọng tĩnh tương đương:
[so] là hệ số an toàn tĩnh cho phép, chọn [so] = 1,5
Suy ra Khả năng tải tĩnh đảm bảo
Các chi tiết cố định được chọn như bản vẽ, không tính kiểm nghiệm
THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
Chi tiết Khung che máy
Chi tiết lưới đánh nhớt
Chi tiết nắp trước
Chi tiết ốp dưới
Chi tiết phễu tiếp liệu
Chi tiết đỡ khung trên
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Hoàn thiện máy
Hình 6.1: Máy đánh nhớt nhân cà phê tươi sau khi hoàn thiện
Kết quả thực nghiệm
Nguyên liệu thực nghiệm: 10 kg hạt cà phê tươi được xát vỏ
Phương pháp tổ chức thực nghiệm: Hạt cà phê tươi sau khi đã được xát vỏ chia ra thành 2 phần để đánh mỗi lần đánh 5kg
Phương pháp đánh giá: Việc đánh giá hiệu quả hiện nay dựa vào cảm quan
Dựa vào kết quả ra nhớt và ra hạt
Hình 6.2: Hạt cà phê tươi sau khi xát vỏ
Lần đánh nhớt thực nghiệm thứ 1:
Kết quả ra hạt Kết quả ra nhớt
Hình 6.3: Kết quả đánh lần 1 Sau khi tiến hành đánh lần 1 kết quả: Bảng 6.1: Kết quả đánh lần 1
Tỉ lệ hạt sạch nhớt
Lần đánh nhớt thực nghiệm thứ 2:
Kết quả ra hạt Kết quả ra nhớt
Hình 6.4: Kết quả đánh lần 2 Sau khi tiến hành đánh lần 2 kết quả: Bảng 6.2: Kết quả đánh lần 2
Tỉ lệ hạt sạch nhớt
Sau 2 lần thực nghiệm thu được kết quả:
Bảng 6.3: Bảng tổng kết qua các lần đánh nhớt
STT Tỉ lệ hạt sạch nhớt
Thời gian đánh 5kg cà phê tươi trong khoảng 45-60 giây
Tỉ lệ nhớt được tách hoàn toàn khỏi hạt được khoảng: 75%
Năng suất máy được tính dựa trên khối lượng mẫu sản phẩm thu được trong một lần thí nghiệm, với thời gian thí nghiệm là 1 tiếng, cho phép thực hiện 50 mẻ do khấu hao thời gian.
Q= 5 *50 = 250 (kg/h) Trong đó: q là khối lượng sản phẩm tạo ra khi máy hoạt động trong thời gian t (kg) t là thời gian lấy mẫu sản phẩm (phút)
Mặc dù năng suất máy đã đạt được mục tiêu ban đầu, tỷ lệ hạt cà phê tươi được sạch nhớt vẫn chưa cao, chỉ đạt khoảng 75% so với mục tiêu đề ra là 80 – 85%.
Do cánh đánh nhớt chưa được tối ưu
Khâu phân loại quả vẫn còn những quả hư hỏng và những quả nhỏ