tính toán thiết kế máy xé rác

Mục tiêu đề tài: Tính toán và thiết kế Máy Xé Rác có năng suất và giá thành phù hợp với nhu cầu sử dụng ở nước ta.. Kết quả: Tính toán và thiết kế được Máy Xé Rác có năng suất 5 tấn/giờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÉ RÁC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Th.S Nguyễn Văn Long Nguyễn Văn Hiếu (MSSV: 1110365) Ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy – Khóa: 37

Tháng 05/2015

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÉ RÁC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Th.S Nguyễn Văn Long Nguyễn Văn Hiếu (MSSV: 1110365) Ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy – Khóa: 37

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Cần Thơ, ngày 07 tháng 01 năm 2015

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HK II - NĂM HỌC 2014 – 2015

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Hiếu MSSV: 1110365

Ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Khóa: 37

2 Tên đề tài: “Tính toán, thiết kế máy xé rác 5 tấn/giờ”

3 Thời gian thực hiện: học kỳ II, năm học 2014 – 2015

4 Cán bộ hướng dẫn: Th.s Nguyễn Văn Long

5 Địa điểm thực hiện:

- Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ

6 Mục tiêu của đề tài: nghiên cứu tìm hiểu và tính toán thiết kế máy xé rác

- Mục tiêu cụ thể: tính toán thiết kế máy xé rác 5 tấn/giờ

7 Nội dung chính và giới hạn của đề tài:

- Tính toán và thiết kế máy xé rác 5 tấn/giờ

8 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài:

- Tài liệu tham khảo

- Giúp đỡ của cán bộ hướng dẫn

9 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 500.000 VNĐ

Bộ môn Cán bộ hướng dẫn Sinh viên

Nguyễn Văn Long Nguyễn Văn Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Trân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Long đã giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Xin gửi lời cảm ơn trân thành nhất đến:

Quý thầy/cô trường Đại Học Cần Thơ đã cung cấp cho tôi những kiến thức bổ ích cũng như đã giúp tôi rèn luyện đạo đức và lối sống

Quý thầy/cô Khoa Công Nghệ đã cung cấp cho tôi nguồn tri thức quý báo để làm hành trang trên con đường lập nghiệp sau này

Quý thầy/cô Trung Tâm Học liệu, thư viện đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tìm kiếm tài liệu

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn ủng hộ, khích lệ và giúp đỡ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian vừa qua

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Hiếu

Mục tiêu đề tài: Tính toán và thiết kế Máy Xé Rác có năng suất và giá thành phù hợp với nhu cầu sử dụng ở nước ta

Kết quả: Tính toán và thiết kế được Máy Xé Rác có năng suất 5 tấn/giờ đạt yêu cầu ban đầu đề ra, thực hiện được một số bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của một số chi tiết điển hình

Kết luận: Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu đã thiết kế được Máy

Xé Rác phù hợp với nhu cầu sử dụng ở nước ta

Kiến nghị: Đề tài cần được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiên hơn, Cần có sự kết hợp với cá nhân hoặc tổ chức để tiến hành chế tạo thử nghiệm sau đó hiệu chỉnh

và chuyển giao công nghệ

- -

Trang PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii

MỤC LỤC iv

MỤC LỤC BẢNG BIỂU vi

MỤC LỤC HÌNH ẢNH vii

CHƯƠNG I 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Bối cảnh ra đời 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

CHƯƠNG II 2

MỤC TIÊU 2

2.1 Mục tiêu chung của đề tài 2

2.1.1 Mục tiêu ngắn hạn 2

2.1.2 Mục tiêu dài hạn 2

2.2 Mục tiêu cụ thể của đề tài 2

CHƯƠNG III 3

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGIÊN CỨU 3

3.1 Các loại máy xé hiện nay trên thế giới 3

3.2 Các loại máy xé ở nước ta 3

3.3 Phương pháp nghiên cứu 4

3.3.1 Xác định nhu cầu 5

3.3.2 Mục tiêu 6

3.3.2.1 Thiết lập yêu cầu 6

3.3.3 Chức năng 7

3.3.4 Nguyên lí hoạt động 7

3.3.4.2 so sánh và đánh giá 8

CHƯƠNG IV 12

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 12

4.1 Chọn sơ bộ các thông số ban đầu 12

4.1.1 Chọn động cơ 14

4.1.2 Tính lực cắt 15

4.1.3 Ống ngăn cách giữa hai đĩa cắt 15

4.1.4 Đĩa cắt 16

4.2 Tính trục 17

4.2.1 Chọn vật liệu 17

4.2.2 Tính sức bền trục 17

4.2.2.1 Tính sơ bộ trục 17

4.2.2.2 Tính chính xác trục 19

4.3 Chọn ổ lăn 21

4.4 Chọn gối đỡ 22

4.5 Tính khớp nối 22

4.6 Tính then 23

4.7 Bôi trơn ổ lăn 23

4.8 Cảm biến nhiệt độ (nhiệt kế) 25

CHƯƠNG IV 26

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26

5.1 Kết luận 26

5.2 Kiến nghị 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

- -

Trang Bảng 3.1 Các loại máy xé của hãng SSI 3

Bảng 3.2 Yêu cầu đối với rác sau khi xé 6

Bảng 3.3 Yêu cầu đối với máy xé rác 7

Bảng 3.4 Chức năng của máy xé rác 7

Bảng 3.5 Biểu đồ hình thái Zwicky 8

Bảng 3.6 Các nguyên lí hoạt động 8

Bảng 3.7 Đánh giá không có hệ số gia trọng 9

Bảng 3.8 Xác định hệ số gia trọng 10

Bảng 3.9 Đánh giá có hệ số gia trọng 11

Bảng 4.1 Thông số động cơ thủy lực TMT250 15

Bảng 4.2 Cơ tính của thép C45 thường hóa 15

Bảng 4.3 Cơ tính của thép C45 thường hóa 17

Bảng 4.4 Thông số mỡ bôi trơn 24

MỤC LỤC HÌNH

Hình 3.1 Quá trình thiết kế (theo đại học Twente, Hà lan) 5

Hình 4.1 Sơ đồ động máy xé rác 12

Hình 4.2 Kết cấu bộ phận làm việc máy xé rác 14

Hình 4.3 Ống ngăn cách 16

Hình 4.4 Đĩa cắt 16

Hình 4.5 Sơ đồ lực tác dụng lên trục 17

Hình 4.6 Biểu đồ nội lực trục 18

Hình 4.7 Sơ đồ tính độ võng và góc xoay 20

Hình 4.8 Lực tác dụng lên gối đỡ 21

Hình 4.9 Bôi trơn ổ lăn 24

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU 1.1 Bối cảnh ra đời

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang được xã hội rất quan tâm và tìm phương pháp giải quyết

Ô nhiễm môi trường xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau, một trong

số đó là rác thải Ở nước ta, vấn đề xử lí rác thải đang vấp phải nhiều khó khăn đặc biệt trong khâu phân loại rác

Chính vì thế cần có máy móc hoặc thiết bị phù hợp tham gia vào quá trình xử

lí để giúp quá trình xử lí rác đạt hiệu quả cao nhất

1.2 Lý do chọn đề tài

Ở nước ta do điều kiện cũng như thói quen sinh hoạt nên rác thải thường không được phân loại tại nguồn Người dân thường gom tất cả các loại rác lại với nhau và cho vào bao bì sau đó vứt đi hoặc chờ nhân viên vệ sinh đến thu gom Từ đó, khâu phân loại rác gập rất nhiều khó khăn, phân loại rác là một khâu rất quan trọng trong quá trình xử lí rác Mỗi loại rác cần được tách riêng tùy theo tính chất để có phương pháp xử lí thích hợp

Dựa vào nhưng lí do trên tôi đã chọn đề tài “tính toán và thiết kế Máy Xé Rác

5 tấn/giờ” nhằm góp một phần nhỏ công sức vào quá trình phân loại và xử lí rác để cùng cộng đồng chung tay bảo vệ môi trường

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

CHƯƠNG II MỤC TIÊU 2.1 Mục tiêu chung của đề tài

Tính toán, thiết kế Máy Xé Rác để ứng dụng vào quá trình phân loại và xử lí rác thải sinh hoạt

Dựa trên kết quả có được tiếp tục tính toán thiết kế, để cho ra đời các loại máy

xé có năng suất lớn hơn và có thể xé được các loại rác khác nhau như: vỏ xe, gỗ, nhựa, block máy,…để góp phần phát triển nghành tái chế ở nước ta

2.2 Mục tiêu cụ thể của đề tài

Tính toán, thiết kế Máy Xé Rác có năng suất 5 tấn/giờ

CHƯƠNG III LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGIÊN CỨU

3.1 Các loại máy xé hiện nay trên thế giới

Trên thế giới hiện nay đã có rất nhiều loại máy xé khác nhau SSI là một hãng sản suất máy xé hàng đầu thế giới SSI sản xuất các loại máy xé như: M55, M70, M100, M160, PR-6600, những loại máy xé này sử dụng hai loại động

cơ chính là động cơ điện và động cơ thủy lực

Máy xé của SSI có năng suất từ vài chục tấn cho đến hàng trăm tấn trên giờ Các loại máy xé này làm việc với chức năng rất đa dạng, nó có thể xé được hầu như tất cả mọi thứ từ bao bì nilon cho đến các loại vật liệu xốp, vật liệu dẻo,

và cả nhưng vật liệu cứng như gang, thép Và đương nhiên, các loại máy ấy có giá thành không hề rẻ

Bảng 3.1 Các loại máy xé của hãng SSI Tên máy Năng suất

(tấn/giờ)

Công suất

(Kw)

Loại động cơ

3.2 Các loại máy xé ở nước ta

Máy xé vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta, nguyên nhân chủ yếu

là do giá thành vẫn còn khá đắt đỏ cho nên máy xé chưa được nhập khẩu nhiều

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

để sử dụng Tuy nhiên thời gian gần đây vì nhu cầu sử dụng nên những người đam mê và yêu thích đã tiến hành thiết kế và cho ra đời các loại máy xé mang dấu ấn người Việt Nam Nhưng đó chỉ là nhưng trường hợp rất ít, các loại máy

họ làm ra cũng chưa được đăng kí bản quyền hay nhãn hiệu Họ chỉ muốn làm

để thỏa chí đam mê

Tóm lại, ở nước ta máy xé vẫn chưa được sản xuất cũng như chưa được

sử dụng phổ biến mặc dù nhu cầu sử dụng đang tăng mạnh

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Quá trình thiết kế Máy Xé Rác được bắt đầu từ xác định nhu cầu sau đó dẫn đến việc đề ra mục tiêu và xác định chức năng cuối cùng đưa ra cấu trúc hợp lí nhất để tiến hành tính toán và chế tạo Quá trình này được thể hiện theo

sơ đồ sau:

Hình 3.1 Quá trình thiết kế (theo đại học Twente, Hà lan) 3.3.1 Xác định nhu cầu

Trong thời kì hiện nay, ngoài việc thúc đẩy nền kinh tế phát triển nhà nước ta rất quan tâm đến vấn đề bảo vệ môi trường Cùng với sự phát triển kinh

tế thì nhu cầu về vật chất của con người cũng tăng theo do đó lượng rác con người thải vào thiên nhiên cũng ngày càng gia tăng Nếu không có biện pháp xử

lí rác phù hợp thì rác sẽ trở thành vấn nạn rất đáng lo ngại

Rác thải gây mất diện tích đất vì nó cần nơi lưu trữ, đồng thời gây mất

mỹ quan đô thị do rác thường tập trung nhiều ở các thành phố lớn

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

Đặc biệt hơn, những mùi hôi do rác thải tạo ra làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cũng như đời sống người dân vùng lân cận

Ở nước ta do thói quen nên rác thải không được phân loại tại nguồn, chủ yếu người dân gom tất cả các loại rác với các kích thước lớn nhỏ khác nhau bỏ vào bao bì hay còn gọi là rác “thập cẩm” Chính vì vậy khâu phân loại và xử lí rác ở nước ta gặp nhiều khó khăn

Từ thực trạng trên đặt ra một vấn đề là cần có một loại thiết bị hay máy móc, để biến rác “thập cẩm” kích thước lớn, trong bao bì kia thành những mãnh rác vụn và rời rạc, để tạo thuận lợi cho khâu phân loại và xử kí rác sau này

3.3.2 Mục tiêu

Thiết kế máy xé rác phù hợp với nhu cầu để áp dụng vào quá trình phân loại và xử lí rác

3.3.2.1 Thiết lập yêu cầu

Để đạt được mục tiêu đã đề ra, ta cần tiến hành thiết lập một số yêu cầu đối với máy xé rác và sản phẩm sau khi xé để làm cơ sở cho việc xác định chức năng và nguyên lí hoạt động cho máy ở các giai đoạn thiết kế tiếp theo

Các yêu cầu được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.2 yêu cầu đối với rác sau khi xé Stt Yêu cầu

1 Rác rời rạc

2 Rác có kích thước nhỏ dưới

100mm và tương đương nhau

Bảng 3.4 chức năng của máy xé rác Điều kiện đầu Chức năng Điều kiện cuối

Rác thu gom về bãi

Từ ba chức năng của máy xé rác và dựa vào yêu cầu đối với sản phẩm sau khi xé ta lập được chuỗi chức năng sau:

Ta sẽ dùng chuỗi chức năng này để làm cơ sở xác định nguyên lí hoạt động cho máy xé rác

3.3.4 Nguyên lí hoạt động

3.3.4.1 biểu đồ hình thái Zwicky

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

Bảng 3.5 biểu đồ hình thái Zwicky

Từ biểu đồ hình thái Zwicky, ta kết hợp một cơ cấu thực hiên chứ năng thứ nhất với một cơ cấu thực hiện chức năng thứ hai và cơ cấu thực hiện chức năng thứ ba Ta sẽ có được một số nguyên lí hoạt động cho máy xé rác Ở đây

ta chỉ xét ba nguyên lí điển hình để tiến hành so sánh và lựa chọn nguyên lí thích hợp nhất cho máy xé rác

a Đánh giá không gia trọng

Bảng 3.7 Đánh giá không có hệ số gia trọng

Yêu cầu Nguyên lí 1 Nguyên lí 2 Nguyên lí 3 Lý tưởng

Giữa các yêu cầu đặc ra ta thấy rằng mức độ quan trọng của các yêu cầu

là không giống nhau, do đó để đảm bảo tính chính xác khi đánh giá các nguyên

lí ta cần nhân thêm các hệ số gia trọng vào các yêu cầu sao cho phù hợp

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 4.1 Chọn sơ bộ các thông số ban đầu

Hình 4.1 sơ đồ động máy xé rác

Năng suất của máy: Q = 5 tấn/giờ

Khối lượng riêng của rác: γ ≈ 120 kg/m3 = 0.12 tấn/giờ

Khi đó, năng suất máy được ước lượng thông qua công thức sau:

K V L

B

Q 3600 . [8]

Từ đó ta có:

B ≥ 100 (mm)

L ≥ 556 (mm)

Trong đó:

Q: năng suất (tấn/giờ)

B: khoảng cách giữa hai trục (mm)

L: chiều dài trục (mm)

K: hệ số điền đầy K= 0.2

Ta chọn B = 105, L = 636 để làm cở sở tính toán cho các thông số tiếp theo Với chiều dài phần làm việc của trục là L = 636 (mm) ta tính được số đĩa cắt trên mỗi trục ứng với chiều dài trên là:

7 , 12 50

12 5 77 50

Q 3600 . K1

1

.

3600

.

k K V

5

= 80644 (mm2)

Từ đó ta sẽ có:

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

L ≥ 807 (mm)

Chọn B= 105 và L = 1172

Suy ra

44 , 23 50

Dựa vào L ta chọn i= 23 và khe hở giữa hai đĩa cắt là 1 mm

Từ các số liệu sơ bộ đã lựa chọn như trên ta có sơ đồ kết cấu phần làm việc của Máy Xé Rác như sau:

Hình 4.2 kết cấu bộ phận làm việc máy xé rác 4.1.1 Chọn động cơ

Sau khi tham khảo và nghiên cứu các tài liệu từ catalo về các loại Máy Xé Rác đã có trên thị trường hiện nay tôi chọn:

Động cơ thủy lực TMT số hiệu 250 của hãng DANFOSS với các thông số được thể hiện trong bảng:

Áp suất làm việc lớn nhất (bar) 200

,0

4.1.3 Ống ngăn cách giữa hai đĩa cắt

Vật liệu chế tạo là thép C45 thường hóa

Bảng 4.2 cơ tính của thép C45 thường hóa

Vật liệu σ bk [N/mm2] σ ch [N/mm2] [τ] c [N/mm2]

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

giữa, có hai răng để làm việc

4.2 Tính trục

Hình 4.5 sơ đồ lực tác dụng lên trục

Để tính trục ta cần biết các thông số sau:

Moment xoắn tác dụng lên trục M = 900000 N.mm

Lực P do trọng lượng bản thân của trục P = 7730 (N)

Tổng khối lượng trục m = 773 (kg) được xác định bằng phần mền inventor 2013

4.2.1 Chọn vật liệu

Ta chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45 thường hóa

Bảng 4.3 cơ tính của thép C45 thường hóa

90

35

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

d

 

3

1 ,

n k

W M



= 525888 (mm2) W0 =

16 d3

 = 1051777 (mm2)

Tính toán thiết kế máy xé rác CBHD:Nguyễn Văn Long

k = 1,24 Thay các trị số vừa tìm được vào các [2, công thức 7-6 và 7-7]

n =

83 , 0

6 , 6 9 , 1

270

= 17,8

n =

71 , 0

86 , 0 24 , 1

150

= 99,8

Thay vào công thức (7-5)

n = 16  [n] = (1,5 2,5)

 Trục thỏa điều kiện về hệ số an toàn

b kiểm nghiệm trục khi quá tải đột ngột

khi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc biến dạng dẻo quá lớn Điều kiện đảm bảo trục làm việc bình thường:

 = 6,6   = 480 Vậy trục thỏa điều kiện về quá tải đột ngột

c kiểm nghiêm độ cứng uốn

Góc xoay tại hai gố đỡ được tính như sau:

Vậy trục đảm bảo độ cứng uốn

d kiểm nghiệm độ cứng xoắn

góc xoắn được xác định theo công thức sau:

o

x

GJ

L M

57



 = 0,01 (độ)

Vậy trục thỏa điều về góc xoắn không vượt quá 5 độ trên môt mét chiều dài

Tóm lại trục thỏa điều kiện an toàn về độ bền và độ cứng

4.3 Chọn ổ lăn

Hình 4.8 lực tác dụng lên gối đỡ

Chọn ổ lăn cho gối B, gối A lấy theo gối B

Dự kiến chọn vòng bi tang trống tự lựa của NSK

Đường kính ngõng trục d = 90 mm

Tải trọng hướng kính F r  R2By R2Bx =4482 (N)

Tải trọng dọc trục không đáng kể nên tải trong tương đương P = Fr

Dự kiến vòng bi sử dụng trong 5 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 8 giờ vậy tuổi thọ dự kiến của vòng bi:

Lh = 5.300.2.8 =24000 giờ