tìm hiểu và thiết kế một chiếc máy thu hoạch khoai tây

Để thay sức lao động của người lao động và nâng cao năng suất khi thu hoạch trên thế giới đã có nhiều nước chế tạo ra máy thu hoạch khoai tây như Trung Quốc, Ấn Độ, Nga..Tuy nhiên với cá

NHẬN XÉT CỦA THẦY, CÔ GIÁO

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN - CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY 9

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO 22

CHƯƠNG 4 GÁ LẮP ĐỘNG CƠ 30

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn phát triển ngày nay, nông nghiệp vẫn được Nhà nươc ta hết sức quan tâm và đâu tư Chủ trương cơ khí hóa nông nghiệp nông thôn của Nhà nước ngày càng đi vào đời sống đem lại những hiệu quả rất to lớn.

Từ thực tế sản xuất và thu hoạch khoai tây ở Việt Nam chủ yếu còn thực hiện thủ công bằng tay năng suất, hiệu quả không cao, cần nhiều lao đông Nhóm

em quyết định tìm hiểu và thiết kế một chiếc máy thu hoạch khoai tây Do quá trình sản xuất và thu hoach khoai tây nhỏ lẻ theo từng hộ gia đình nên yêu cầu đặt

ra là chế tạo một chiếc máy thu hoạch khoai tây có kích thước và khối lượng nhỏ gọn, dễ vận hành và sửa chữa.

Từ những kiếm thức đã được học trong trường cùng sự giúp đỡ và chỉ bảo

tận tình của thầy: Nguyễn Văn Dự và thầy Ngô Quốc Huy cũng như sự cố gắng

của cả nhóm Chúng em đã hoàn thành đề án này.Do trình độ và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình nghiên cứu thiết kế đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô để em có thể tích lũy được những kinh nghiệm và kiến thức phục vụ cho các đề tài nghiên cứu sau này.

Em xin chân thành cám ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2013.

Sinh viên

Vũ Văn Giang Trần Khả Hải Phạm Văn Hanh

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Các sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam chủ yếu là lúa gạo và các cây trồng

vụ đông Đặc biệt ở miền Bắc do đặc điểm khí hậu của miền Bắc là có một mùa đông lạnh rất thích hợp với những cây trồng vụ đông như: Ngô, khoai, sắn, khoai tây trong các sản phẩm trên cây khoai tây được trồng rất phổ biến ở nhiều địa phương do có năng suất, giá thành và giá trị dinh dưỡng cao Mặc dù là một nước nông nghiệp nhưng nền nông nghiệp nước ta còn kém phát triển do chưa công nghiệp hóa được sản xuất nông nghiệp Sản xuât nông nghiệp chủ yếu còn dựa vào sức lao động của người nông dân là chính nên chưa đem lại được giá trị kinh tế cao cho các sản phẩm nông nghiệp Cây khoai tây cũng không ngoại lệ Việc trồng và thu hoạch khoai tây chủ yếu vẫn được người đân thực hiên thủ công bằng tay không đem lại hiệu quả kinh tế cao và năng suất thấp

Để thay sức lao động của người lao động và nâng cao năng suất khi thu hoạch trên thế giới đã có nhiều nước chế tạo ra máy thu hoạch khoai tây như Trung Quốc,

Ấn Độ, Nga Tuy nhiên với các loại máy đó chỉ thích hợp với các loại đất tơi xốp, với các loại đất có độ cứng rắn cao thì không thích hợp để thu hoạch Ở Việt Nam máy thu hoạch khoai tây đã có ở Đà Nẵng, Đồng Bằng Sông Hồng và một số tỉnh thành khác trên cả nước nhưng kích cỡ các loại máy này bé hơn rất nhiều so với các nước khác trên thế giới do đặc tính nông nghiệp ở nước ta Máy được chế tạo nội địa, giá thành phù hợp với túi tiền của người nông dân, rẻ hơn rất nhiều so với các máy nhập từ nước ngoài Máy được nối với đầu kéo, thay thế được rất nhiều công nhân khi đó chỉ cần 1 công nhân đứng máy và 2 hoặc 3 người thu khoai đằng sau do đó tiết kiệm thời gian và chi phí rẻ hơn thu hoạch thủ công rất nhiều

Đề tài này tập trung nghiên cứu vào thiết kế, chế tạo máy thu hoạch khoai tây với kích thước nhỏ phù hợp với điều kiện sản xuất cá thể hộ gia đình.

1.2 Tình hình sử dụng máy thu hoạch khoai tây

Với các thành quả đạt được trên thế giới đã có nhiều nước chế tạo thành công máy thu hoạch khoai tây Theo kích cỡ máy thì có máy cỡ lớn, máy cỡ nhỏ còn theo kiểu thu hoạch có máy kiểu rung và máy truyền động bằng xích Ở Việt Nam chủ yếu chế tạo máy thu hoạch khoai kích thước nhỏ và theo kiểu rung phù hợp với đặc điểm nông nghiệp nhỏ lẻ ở nước ta

Hình 1.1.Máy thu hoạch khoai tây cỡ lớn ở Nhật Bản [4]

∗ Máy thu hoạch khoai tây cỡ lớn ở Nhật Bản (hình 1.1)

Hình 1.2.Máy thu hoạch khoai tây cỡ nhỏ ở Việt Nam [4]

∗ Máy thu hoạch khoai tây cỡ nhỏ kiểu rung ở nước ta (hình 1.2)

- Ưu điểm:

+ Kết cấu máy đơn giản, dễ chế tạo

+ Thích hợp với hình thức sản xuất hộ gia đình nhỏ ở Việt Nam.+ Giá thành hợp lý

- Nhược điểm:

+ Năng suất không cao

Hình 1.3.Máy thu hoạch khoai tây kiểu xích [4]

∗ Máy thu hoạch kiểu vừa rung vừa truyền động bằng xích (hình 1.3)

- Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản hơn máy cỡ lớn

+ Chất lượng sản phẩm thu hoạch tốt

- Máy có kích thước nhỏ phù hợp với dạng sản xuất ở nước ta

- Chiều rộng máy theo chiều rộng của luống từ 0,7 ÷ 0,8 m

- Chiều dài máy từ 1 ÷ 1,2 m

- Chiều cao từ 0,5 ÷ 0,6 m

- Khối lượng máy nhỏ chỉ cần 1 hoặc 2 người có thể bê được

- Mỗi ngày có thể thu hoạch được trên 3ha khoai tây

- Động cơ được sử dụng là động cơ xăng và thông thường người ta nối vào đầu kéo của máy cày

1.4 Kết quả đạt được

Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài với sự giúp đỡ của các thầy, nhóm

em đã vẽ xong bản vẽ lắp của máy thu hoạch khoai tây, mô phỏng hoạt động của máy trên phần mềm và tìm hiểu cách chế tạo ra máy với yêu cầu và năng suất phù hợp với dạng sản xuất ở nước ta Nhưng do thời gian có hạn nên chúng em chỉ có thể chế tạo ra được mô hình máy với kích thước nhỏ và sau đó vận hành thử nghiệm máy

Dưới đây là hình ảnh của sản phẩm mà nhóm chúng em đã chế tạo

1.5 Cấu trúc của báo cáo

Báo cáo bao gồm 4 phần chính Chương 1 là giới thiệu về máy thu hoạch khoai tây với mục tiêu chế tạo máy, các yêu cầu cụ thể của máy và đã đưa ra được kết quả đạt được sau thời gian nghiên cứu đề tài Sau phần giới thiệu là đến phần tổng quan và cơ sở thiết kế máy thu hoạch khoai tây của chương 2 Khi thiết kế xong máy là đến nội dung của chương 3 là mô phỏng chế tạo Sau khi đã hoàn thành xong việc mô phỏng trên phần mềm và chế tạo ra được máy thì nội dung của chương 4 là chúng ta sẽ tiến hành thí nghiệm để vận hành thử nghiệm máy

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN - CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

1.6 Khái quát về máy thu hoạch khoai tây kiểu rung

- Máy thu hoạch khoai tây kiểu rung hoạt động chủ yếu dựa trên nguyên lý: Sau khi đầu xúc làm nhiệm vụ xúc khoai tây từ dưới luống lên thì sàng phía sau có nhiệm vụ rung, lắc để tách đất khỏi khoai và đẩy khoai về phía sau

- Máy có thể được đẫn động nhờ động cơ điện, động cơ xăng hoặc động cơ diezen Máy thường được lắp sau máy cày hoặc các đầu kéo

- Truyền động cho đầu rung của máy có thể dùng bộ truyền đai hoặc dùng bộ truyền xích

1.7 Mô hình hóa máy

Dựa vào nguyên lý hoạt động của máy ta mô hình hóa máy như hình vẽ sau

1.8 Tính toán động học máy

1.8.1 Tính toán các kích thước của máy

Theo nghiên cứu thực tế kích thước của luông khoai Tây của một số vùng được cho ở bảng sau

Bảng 1.1 Kích thước của một số luống khoai tây ở một số vùng [3]

Tên vùng Kiểu luống Chiều rộng b (cm)

20÷2520÷25

Luống đôi

70÷80140

20÷2520÷25

Từ kích thước của các luống khoai ở một số vùng nhóm nghiên cứu đã chon

ra kích thước luống dùng để thiết kế máy là luống có kích thước bxh = 700x250 Nhưng ban đầu chỉ thiết kế mô hình nên kích thước luống được thu hẹp xuống còn kích thước là: bxh = 300x125 mm để nghiên cứu

Từ kích thước của luống đã có ta chọn kích thước cơ bản của máy có

bxh = 300x250 mm (chưa tính kích thước của 2 bánh xe)

∗ Tính toán kích thước máy theo chức năng

Chứ năng chính của máy thiết kế ra là phải có một đầu xúc với kích thước phù hợp vơi kích thước của luống để làm nhiệm vụ xúc đất từ luống khoai lên và chuyển đất ra phía sau để sàng Dựa vào kích thước của luống khoai ta đã chọn làm thí nghiêm là bxh = 300x250 mm (chưa tính kích thước của 2 bánh xe) ta chọn kích thước đầu xúc là bxh = 280x160 mm Sau khi đất từ đầu xúc chuyển ra phía sau cần có một giá lắc làm nhiệm vụ sàng lắc làm tơi đất để tách khoai ra khỏi đất Chiều dài sàng cần chọn sao cho kích thước vừa đủ để có thể sàng được khoai ra khỏi đất Ban đầu chọn kích thước sàng là lxbxh = 325x270x50 mm

Máy cần có một giá đỡ để đỡ các chi tiết phía dưới Kích thước của giá được chọn phù hợp với luống khoai Từ kích thước của luống khoai chọn làm thí nghiệm chọn giá có kích thước là lxb = 400x339 mm Đầu xúc cần được cố định với giá chính là tại điểm O3 trên mô hình hóa máy Máy hoạt động dựa trên sự rung lắc của sàng và đầu vục Để tạo ra sự rung lắc của sàng và đầu vục ta lựa chọn cơ cấu bánh lệch tâm với độ lệch tâm là 20mm Để truyền được rung động từ bánh lệch tâm tới sàng ta cần có một tay biên (khâu 2) trên mô hình máy với chiều dài của khâu (2)

là 115mm Sau khi rung động được truyền từ bánh lệch tâm tới tay biên, muốn cho giá có thể lắc được ta cần tạo cho giá một điểm cố định Trong máy này ta sử dụng trục lắc

(khâu3) có tâm lắc tại điểm O2 Chọn khoảng cách O2B trên họa đồ là 50mm Dựa vào chiều cao của máy ta đã chọn ta chọn chiều dài đoạn O2D là 160mm Ta cũng cần truyền chuyển động lắc cho đầu xúc để đầu xúc có khả năng làm đất tơi hơn Muốn truyền chuyển động lắc cho đầu xúc ta dùng một thanh nối (khâu 4) với kích thước là 130 mm Từ các lựa chọn trên ta có được kích thước của các khâu như hình vẽ

A B

1.8.2 Họa đồ vị trí của máy

Từ sơ đồ nguyên lý của máy và kích thước của các khâu ta tiến hành vẽ sơ

đồ động của máy Từ tâm ta chọn một điểm O1 bất kỳ làm tâm quay của khâu (1)

từ tâm O1 ta vẽ đường tròn tâm O1 bán kính R = 20 (mm) Trên đường trònta chia làm 4 điểm cách đều nhau tương ứng với 4 vị trí của máy khi làm việc Tâm O2 của khâu (3) được xác định bằng cách từ tâm O1 của khâu (1) vẽ một điểm cách tâm O1 một khoảng là 115 (mm) và nằm dưới tâm O1 một khoảng là 70 (mm) Từ tâm O2 ta vẽ đường tròn có bán kính R = 50 (mm) và 4 điểm trên vòng tròn

(O1;20) ta vẽ các đường tròn có bán kính R = 115 (mm) Hai đường tròn cắt nhau

ở đâu đó chính là điểm B Tâm O3 của khâu (5) được xác định thông qua tâm O1

và O2 bằng cách nó cách O1 một khoảng là 170 (mm) và cách O2 một khoảng là

115 (mm) Từ tâm O3 của khâu (5) vẽ đường tròn có bán kính R = 71 (mm) và từ các điểm C của khâu (3) vẽ các đường tròn có bán kính R = 130 (mm) các đường tròn đó cắt đường tròn (O3;71) ở đâu ta được điểm E Từ cách vẽ trên ta có đồ thị vòng qua của máy như sau

ω1 = const nênVuuurA1có phương vuông góc với O1A chiều thuận theo chiều củaω1và có

độ lớn được tính như sau: VA2= VA1 = LO1A.ω1

Vuuur uuur uuur uuuuur=V =V +V

Trong đó: VuuurC4 đã xác định hoàn toàn

Từ mút của vevtor Pa1,2 vẽ đường thẳng∆vuông góc với AB chính là phương của vectorVurB A2 2( ∆⊥B2A2) từ P vẽ đường thẳng ∆’ vuông góc với O2B chính là phương của vectorVrB3 =VrB2(∆’// O2B) khi đó∆cắt ∆’ tại đâu thì đó chính là vector

dấu “-“ thể hiện vector VurC3 ngược chiều so với

vectorVurB3 Tương tự từ P ta vẽ vector 2

∆’’’ có phương vuông góc với O3E Đường thẳng ∆’’ cắt đường thẳng ∆’’’ ở đâu thì đó chính là e4,5 ta cần tìm

+ Vận tốc các điểm thuộc cơ cấu

Vận tốc và vận tốc góc của các khâu được cho ở bảng sau.

Bảng 2.2 Giá trị vận tốc các khâu trên họa đồ

0.049

0.1140.085 0.43 2.74 0.65 1.61

1.9.2 Gia tốc của các khâu

1.9.2.1 Phương trình gia tốc

Do khâu (1) quay đều quanh tâm O1 nên a rA1 = a rA1n

Trong đó: a rA1n là gia tốc tiếp của khâu (1), có độ lớn ω12 lOA = 7,852x 0.02 = 1.15 (m/s2), phương song song với OA,chiều hướng từ A về O

Phương song song với AB,chiều hướng từ B về A.

+ a rt B A2 2: biết phương vuông góc với AB

Mặt khác ta lại có: a rB2 = a rB3 = a rn B3 + a rt B3 (do khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp bản lề và khâu 3 chuyển động quay xung quanh trục cố định O2)

Trong đó: + a rn B3 : Có độ lớn: arn B3 =ω32×L O B1

Có phương song song với O2B và chiều hướng từ B về O2 + a rτB3 : Có phương vuông góc với O2B, chiều và độ lớn chưa xác định.Vậy phương trình (1) có thể giải bằng phương pháp họa đồ vector

O B

=

rr

a r τ :Có phương vuông góc với O3E, chiều và độ lớn chưa biết

+ arn E C4 4: có độ lớn: arE C n4 4 =ω42×L EC , phương song song với EC,chiều hướng từ E về C

+ a rt E C4 4 biết phương vuông góc với EC Độ lớn và chiều chưa biết.Vậy phương trình (2) có thể giải bằng phương pháp họa đồ vector

1.9.2.2 Cách vẽ

Chọn cực π

Chọn tỉ xích µa =ω µ12× =l 7.582×0.001 0.0575( /= m mm s )2

Từ π vectorπ a r1,2biểu diễn arn A1,2 có π a r1,2 = 20 (mm), từ a2 vẽ b a2 2n từ

O B

π

π =

r r

Từ πcr3 vẽ vector e c4 4n từ ngọn của vector e c4 4n ta vẽ đường thẳng

∆3 vuông góc với vector 4 4

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO

3.1 Chế tạo các chi tiết trong mô hình

Sau khi thiết kế động học ta đưa được ra mô hình máy như hình sau:

3.1.1Chi tiết 1 : Giá đỡ

- Công dụng : Giá để lắp các chi tiết, các bộ phận của cơ cấu và để đỡ các chi tiết

- Cấu tạo : Giá được chế tạo nhờ các mối ghép hàn giữa các chi tiết với nhau: Thân giá được hàn từ thép vuông 25x25, trên giá có khoan các lỗ để bắt các chi tiết khác lên giá

3.1.2 Chi tiết 2 : Bánh lệch tâm

- Công dụng : Để tạo ra chuyển động lắc của trục lắc và tạo ra chuyển động rung ở sang

- Cấu tạo : Trên bánh lệch tâm được khoan 2 lỗ : 1 lỗ Φ15 để lắp lên trục tạo ra chuyển động quay, 1 lỗ Φ7 để tạo ra chuyển động lắc của trục lắc

- Chuyển động : Bánh lệch tâm quay được toàn vòng

3.1.3Chi tiết 3 : Cóc lót

- Công dụng, cấu tạo : Chi tiết được chế tạo để lắp trục và ổ lăn, chi tiết được lắp trên giá nhờ mối ghép bulong

3.1.4Chi tiết 5 : Puly

- Công dụng : Để truyền chuyển động từ động cơ làm cơ cấu hoạt động thông qua bộ truyền đai, Puly được lắp lên chi tiết 4

3.1.5Chi tiết 6 : Tay biên

- Công dụng,cấu tạo : Tay biên nối từ bánh lệch tâm đến trục lắc, để biến chuyển động quay toàn vòng của bánh lệch tâm thành chuyển động lắc của trục lắc Trên tay biên được khoan 2 lỗ,1 lỗ nắp lên bánh lệch tâm, 1 lỗ lắp lên trục lắc đều nhờ mối ghép bulong

- Tay biên có chuyển động song phẳng

3.1.6Chi tiết 7 : Trục lắc

- Công dụng : Trục lắc được nối với sàng để tạo ra chuyển động rung của sàng

- Cấu tạo : Chi tiết được chế tạo 2 đầu chính xác để lắp ổ lăn, trên trục lắc còn hàn chi tiết để lắp với tay biên và chi tiết để nối với sàng rung nhờ mối ghép bulong

- Chuyển động của chi tiết là chuyển động lắc đi lắc lại

3.1.7Chi tiết 8,9,10 : Thanh để chỉnh độ cao

- Công dụng, cấu tạo : Kết hợp với chi tiết 9,10 để điều chỉnh độ cao của sàng, các chi tiết 8,10 nối với giá còn chi tiết 9 nối với chi tiết 8 nhờ mối ghép bulong.3.1.8Chi tiết 11 : Sàng rung

- Công dụng : Chi tiết để sàng bớt lượng đất cát để khi thu hoạch khoai thì khoai sẽ để lộ trên mặt đất, nếu không sàng đất thì khi đó khoai sẽ bị lấp cùng đất

sẽ khó khăn cho việc thu hoạch

- Cấu tạo : Chi tiết được hàn từ các thanh thép và được nối với trục lắc để nhận chuyển động từ trục lắc biến thành chuyển động rung của sàng, chi tiết được nối với trục lắc nhờ mối ghép bulong

3.1.9Chi tiết 12 : Gối đỡ

- Công dụng, cấu tạo : Chi tiết để lắp ổ lăn và trục lắc, chi tiết được lắp lên giá

đỡ nhờ mối ghép bulong

3.1.10Chi tiết 13 : Đầu vục

- Công dụng, cấu tạo : Chi tiết có tác dụng để vục đất và đưa khoai đến bộ phận sàng rung phía sau để loại bỏ bớt đất.Chi tiết được chế tạo bằng cách hàn các chi

tiết là các thanh thép lên trên tấm thép, và đầu vục được nối với trục lắc nhờ 1 thanh truyền do đó đầu vục nhận chuyển động từ trục lắc để tăng khả năng vục đất.3.1.11Chi tiết 14 : Thanh nối chữ Y

- Công dụng, cấu tạo : Chi tiết có tác dụng làm cho chi tiết 13 chuyển động lắc

cố định quanh trục cố định và chi tiết được nôi với giá thong qua mối ghép hàn, 1 đầu chi tiết nối với đầu vục thông qua mối ghép bulong do đó làm chi đầu vục chuyển động lắc quanh 1 vịt trí nhất định Chi tiết được hàn lại với nhau từ các hộp 10x20

3.1.12Chi tiết 15 : Thanh truyền

- Công dụng : Thanh truyền để nối giữa trục lắc với đầu vục và truyền chuyển động từ trục lắc đến đầu vục làm đầu vục có chuyển động lắc để tăng khả năng vục đất

3.2 Bản vẽ chế tạo các chi tiết