tính toán thiết kế máy cắt thái bí đỏ năng suất 400kg h

Loại bí đỏ có hương vị thơm ngon lạ kì, có vị dẻo béo, hương thơm dễ chịu, vị ngọt tự nhiên mà các loại bí khác không có được, bí đỏ có thể chế biến thành các món ăn bổ dưỡng hàng ngàu c

KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT THÁI BÍ ĐỎ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được nói lời cảm ơn chân thành đến gia đình em đã luôn ủng hộ, khuyến khích động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình học tập và thời gian làm luận văn tốt nghiệp vừa qua

Em xin chân thành biết ơn thầy Nguyễn Văn Cương, khoa Công nghệ, trường Đại Học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, truyền đạt nhiều kiến bổ ích cho

em trong suốt quá trình thực hiện luận văn để em hoàn thành tốt đề tài này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô, trường đại học Cần Thơ đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập qua, để em có đủ kiến thức hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các bạn cùng lớp Cơ khí chế biến, khóa 37, khoa Công nghệ, trường Đại Học Cần Thơ đã giúp đỡ tận tình cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn này

Do có sự hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm, nên luận văn không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Cần Thơ, ngày 28 tháng 04 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Vũ Phong

LỜI NÓI ĐẦU

Kiên Giang được nhiều người biết đến là vùng đất văn hóa và du lịch nổi tiếng với các món ăn hải sản và nhiều địa diểm du lịch nổi tiếng như Hòn Phụ Tử, đảo Phú Quốc, thiên nhiên còn ban tặng cho nơi đây mảnh đất màu mỡ có thể trồng được nhiều loại quả ngon không nơi đâu có được, và nơi đây có một loại quả thơm ngon bổ dưỡng rất nổi tiếng từ mười mấy năm qua có lẽ ai cũng biết đến đó chính là

bí đỏ Vàm Răng Loại bí đỏ có hương vị thơm ngon lạ kì, có vị dẻo béo, hương thơm dễ chịu, vị ngọt tự nhiên mà các loại bí khác không có được, bí đỏ có thể chế biến thành các món ăn bổ dưỡng hàng ngàu của người dân như: bí hầm xương, bí hầm dừa, bí nấu canh thịt bầm, bí nấu cháo tôm…

Tuy bí đỏ có thể chế biến nhiều món khác nhau nhưng nhìn chung chỉ là chế biến trong bữa ăn của các hộ gia đình, thì lượng tiêu thụ bí đỏ không thể đáp ứng với hiện tượng bí đỏ “dội hàng” như hiện nay, cũng như giá trị của quả bí chưa được tận dụng hết trong sản xuất thực phẩm để đáp ứng cho nhu cầu thực phẩm ngày càng phong phú trong xã hội Hiện nay, bí đỏ tiêu thụ chủ yếu là trái tươi Sau khi đạt độ chín thu hoạch, thương lái đến mua tại ruộng, phần trái không đạt yêu cầu sẽ bị bỏ đi, giá rẻ hoặc chỉ làm thức ăn gia súc gia cầm Đặc biệt, giá bí đỏ ở ngay thời vụ rất rẻ, ảnh hưởng đến thu nhập người dân Trong khi đó, nhu cầu về chất dinh dưỡng từ bí đỏ trong thực phẩm cho người và trong chăn nuôi là rất lớn

Vì vậy cần có một hệ thống thiết bị để giải quyết vấn đề đầu ra cũng như tăng giá trị

kinh tế cho trái bí đỏ Đề tài “tính toán thiết kế máy cắt thái bí đỏ năng suất 400kg/h” đã hình thành với mục đích nghiên cứu tính toán thiết kế máy cắt thái bí

đỏ tạo tiền đề cho việc chế tạo một chiếc máy phục vụ cho việc cắt thái bí đỏ, từ đó giải quyết khâu cắt thái bí đỏ trong hệ thống dây chuyền chế biến bí đỏ Nhằm nâng cao chuỗi giá trị của trái bí đỏ hiện nay Đề tài thực hiện dựa trên các phương pháp: khảo sát thực tế, tra cứu lược khảo tài liệu, thí nghiệm, nghiên cứu và tính toán thiết

kế máy

Đề tài đã thực hiện các nội dung: khảo sát tình hình sản xuất tiêu thụ bí đỏ ở huyện Hòn Đất tỉnh Kiên Giang; nghiên cứu các nguyên lý cắt thái, phân tích lực cắt cho bí đỏ, từ đó tính toán thiết kế được máy cắt thái bí đỏ; các thông số tính toán

có độ tin cậy cao Máy được tính toán thiết kế có kích thước tổng thể là: DxRxC = 1135x650x1165 (mm), năng suất 400 kg/h, dựa trên nguyên tắc trục dao quay nằm ngang Kết quả thiết kế được thể hiện trên 1 bản vẽ lắp và 9 bản vẽ chi tiết, các bản

vẽ có thể dùng trong chế tạo máy cắt thái bí đỏ

Đây là lần đầu tiên thực hiện việc nghiên cứu thiết kế, giải quyết vấn đề thực

tế, nên đề tài không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được sự đóng góp của thầy

cô và các bạn

TÓM TẮT

Năm vừa qua giá bí đỏ bị "tụt dốc" một cách thê thảm chỉ còn khoảng

900-200 đồng/kg ở một số nơi như Đồng Nai, Khánh Hòa… Nguyên nhân chính là do nhiều nơi ồ ạt trồng bí đỏ một cách tự phát ở nhiều hộ gia đình gây ra hiện tượng

"dội hàng" không có đầu ra, mà nhu cầu thực phẩm của xã hội ngày càng phong phú Hiện nay, bí đỏ tiêu thụ chủ yếu là trái tươi; sau khi đạt độ chín thu hoạch, thương lái đến mua tại ruộng, phần trái không đạt yêu cầu sẽ bị bỏ đi, giá rẻ hoặc chỉ làm thức ăn gia súc gia cầm Đặc biệt, giá bí đỏ ở ngay thời vụ rất rẻ, ảnh hưởng đến thu nhập người dân Trong khi đó, nhu cầu về chất dinh dưỡng từ bí đỏ trong

thực phẩm cho người và trong chăn nuôi là rất lớn Từ đó, đề tài “tính toán và thiết

kế máy cắt thái bí đỏ năng suất 400 kg/h” được thực hiện, nhằm tạo ra tiền đề cho

việc chế tạo một chiếc máy cắt thái bí đỏ để giải quyết vấn đề đầu ra cho bí đỏ ở một số nơi như hiện nay Đồng thời tận dụng được những quả bí không đạt chất lượng sau khi thu hoạch phải bỏ đi và tăng giá trị kinh tế cho trái bí đỏ

Trong quá trình thực hiện, đề tài đã khảo sát tình hình sản xuất tiêu thụ bí đỏ tại huyện Hòn Đất, tỉnh Kiên Giang Tiến hành thí nghiệm để xác định các thông số

cơ lý của bí đỏ, kết hợp với tài liệu tham khảo Từ đó, đã tính toán thiết kế máy cắt thái bí đỏ theo phương pháp cắt bằng đĩa dao quay đặt ngang

Máy cắt thái bí đỏ được tính toán, thiết kế theo phương pháp cắt thái với đĩa dao quay năng suất 400 kg/h, máy có thể làm việc liên tục 8 h/ngày Với thông số lực cắt thái cần thiết ban đầu là 172,3 N Máy cắt thái được thiết kế với kết cấu DxRxC = 1135*650*1165 (mm) gồm hai dao cắt thái, có thể điều chỉnh chiều dày lát thái Vật liệu của các bộ phận tiếp xúc với nguyên liệu đều là inox chóng gỉ sét,

để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao Bên cạnh đó máy có bộ phận che chắn đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng Toàn bộ kết quả tính toán thiết kế thể hiện qua bản vẽ gồm 1 bản vẽ lắp, 9 bản vẽ chi tiết; các bản vẽ này có thể đưa vào chế tạo máy cắt thái bí đỏ Máy cắt thái bí đỏ được thiết kế có kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo, lắp ghép, vận hành và bảo dưỡng

MỤC LỤC

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bí đỏ ở nước ta hiện nay 1

1.2 Nhu cầu sử dụng bí đỏ trong chế biến thực phẩm 1

1.3 Qui trình sản xuất bí đỏ 2

1.4 Lý do chọn đề tài 3

1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nghiên cứu 3

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT THÁI 4

2 Khái niệm về cắt thái 4

2.2 êu cầu kĩ thuật 4

2 Phân loại 4

2 Nguyên lý làm việc 5

2 Nguyên lý “dao cầu” 5

2 .2 Nguyên lý “bào gỗ” 5

2.4.3 Nguyên lý thái dạng băm 5

2 Lý thuyết cắt thái 5

2 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 5

2 .2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái 7

2 Năng lượng cắt thái 14

CHƯƠNG III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 17

3.1 Vật liệu bí đỏ 17

3.1.1 Giới thiệu 17

3.1.2 Thành phần chính 17

Đặc tính sinh học 18

3.1.4 Công dụng bí đỏ 18

3.2 Vật liệu làm máy 18

3.3 Phân tích và lựa chọn phương pháp cắt thái 19

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy cắt thái thiết kế 19

Sơ đồ cấu tạo 19

3.4.2 Nguyên lí hoạt động 20

Phương pháp xách định các thông số cơ lý của bí đỏ 21

Xác định áp suất cắt thái riêng 21

2 Xác định khối lượng riêng của bí đỏ 23

Xác định khối lượng thể tích của bí đỏ 23

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT THÁI BÍ ĐỎ 25

4.1 Các thông số ban đầu 25

2 Sơ đồ máy được thiết kế 25

4.3 Tính toán thiết kế bộ phận cắt thái 26

4.3.1 Thiết kế dao 25

4.3.2 Thiết kế đĩa 27

4.3.3 Thiết kế tấm kê thái 28

4.3.4 Bố trí dao trên đĩa 29

4.4 Tính toán lực, moment cắt thái 30

4.4.1 Lực cắt thái 30

4.4.2 Năng suất lý thuyết của máy thái củ quả 30

4.4.3 Lực cản cắt thái 30

4.4.4 Kiểm nghiệm khả năng làm việc của máy 30

4.5 Tính công suất cần thiết, chọn động cơ điện 33

4.5.1 Công suất thái củ quả 33

4.5.2 Công suất cho bộ truyền 33

4.5.3 Công suất hất lát thái ra ngoài 34

4.5.4 Chọn động cơ điện 34

4.6 Tính toán, thiết kế bộ truyền đai 34

4.7 Tính toán thiết kế trục 39

4.7 Tính đường kính sơ bộ của trục 39

4.7.2 Tính gần đúng trục 39

4.8 Thiết kế then 41

4.9 Thiết kế gối đỡ ổ trục 42

4.9.1 Tính toán và chọn ổ trục 42

4.9.2 Bôi trơn ổ lăn 43

4.9.3 Che kín ổ lăn 43

4.10 Các chi tiết khác 44

4.10.1 Thùng cấp liệu 44

4.10.2 Bộ phận đỡ thùng 45

4.10.3 Vỏ máy 45

4.10.4 Khung máy 47

4.11 Dung sai lắp ghép 49

4.11.1.Bảng dung sai và lắp ghép với trục 50

4.11.2 Dung sai then 50

4.12 Phân tích tính kinh tế của thiết bị. 52

4.12.1 Giá đầu tư thiết bị 52

4.12.2 Phân tích hiệu quả kinh tế của thiết bị. 53

4.13 Kết quả thảo luận 54

4.13.1 Kết quả tính toán 54

4.13.2 Thảo luận 55

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2 Sự liên hệ giữa lực cắt N và độ dịch chuyển của dao S 6

Bảng Phân tích phương pháp cắt thái theo điểm 19

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm xác định áp suất cắt thái 22

Bảng So sánh dao thái lưỡi cong và lưỡi thẳng 26

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật động cơ 34

Bảng 4.3 Tính toán thiết kế bộ truyền đai 35

Bảng 4.4 Thông số bộ truyền đai A 38

Bảng 4.5 Bảng dung sai lắp ghép với trục 53

Bảng 4.6 Sai lệch giới hạn của rãnh then 54

Bảng 4.7 Sai lệch giới hạn của then 54

Bảng 4.8 Giá vật liệu chế tạo thiết bị theo giá thị trường 55

Bảng 4.9 Thời gian hòa vốn PBP 57

Bảng 4.10 Kết quả tính toán thiết kế 58

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ quy trình sản xuất bí đỏ 2

Hình 2.1 Cắt thái không trượt 6

Hình 2.2 Cắt thái có trượt 6

Hình 2.3 Cạnh sắc lưỡi dao 8

Hình 2.4 Góc cắt thái 8

Hình 2 Đồ thị phụ thuộc cuả lực cắt tháivới độ sâu thái λ 9

Hình 2.6 Đồ thị phụ thuộc của q, Act, Pt với v 10

Hình 2.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khe hở δ tới công suất N 10

Hình 2.8 Góc kẹp χ và điều kiện kẹp 11

Hình 2.9 Đồ thị phụ thuộc của q đối với W% 12

Hình 2.10 Phân tích vận tốc điểm M của lưỡi dao AB khi tác động vào vật thái 13

Hình 2.11 Sơ đồ dao thái để tính năng lượng 14

Hình 3.1 Bí đỏ nghệ xanh 17

Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo máy cắt thái bí đỏ 20

Hình 3.3 Máy kéo nén 21

Hình 3.4 Mô tả thí nghiệm xác định lực cắt bí đỏ 22

Hình 4.1 Sơ đồ máy cắt thái bí đỏ được thiết kế 25

Hình 4.2 Dao cắt thái 26

Hình 4.3 Đĩa lắp dao 28

Hình 4.4 Tấm kê thái 29

Hình 4.5 Sơ đồ phân tích điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh lưỡi dao và cạnh lưỡi tấm kê thái 32

Hình 4.6 Sơ đồ phân tích điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái 33

Hình 4.7 Trục 39

Hình 4.8 Biểu đồ nội lực 41

Hình 4.9 Then lắp đĩa và bánh đai 43

Hình 4.10 Sơ đồ lực tác dụng ổ trục 44

Hình 4.11 Che chắn ổ lăn 46

Hình 4.12 Thùng cấp liệu 47

Hình 4.13 Bộ phận đỡ thùng 48

Hình 4.14 Bộ phận che chắn 49

Hình 4.15 Khung máy 50

Hình 4.16 Máng thu sản phẩm 52

‘ CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bí đỏ ở nước ta hiện nay

Bí đỏ là loại rau quả đem lại giá trị kinh tế cao trong sản xuất nông nghiệp nước ta, được trồng phổ biến ở các tỉnh, thành phố như: Khánh Hòa, Kiên Giang, Đồng Nai… Năm 2014 là năm kỷ lục tăng diện tích trồng bí đỏ ở nước ta, như ở thị

xã Ninh Hòa tỉnh Khánh Hòa diện tích trồng trên 400 ha tăng gần gấp đôi so với năm 2013 Vì lợi nhuận từ việc trồng bí đỏ và năng suất cao khoảng 1 tấn/công (ấp Kinh Mới, xã Sơn Bình, huyện Hòn Đất, tỉnh Kiên Giang) nên năm 2014 tình trạng

tự phát trồng bí đỏ nổ ra ồ ạt ở nhiều địa phương, đặc biệt là ở Đồng Nai và Khánh Hòa Bên cạnh diện tích trồng tăng thì năng suất cũng tăng đáng kể [8]

Diện tích trồng và năng suất bí đỏ tăng, nên năm 2014 sản lượng bí đỏ tăng đột ngột, dẫn đến tình trạng dội hàng thị trường tiêu thụ, thương buôn ép giá nhà vườn, giá bí đỏ những năm trước dao động 6.000 – 8.000 đồng/kg, thì năm 2014 giá chỉ còn khoảng 900 – 2.000 đồng/kg, các nhà vườn phải rớt nước mắt vì giá quá rẻ

mà còn không có người thu mua, chỉ bán được ít hơn phân nửa sản lượng thu hoạch

Ở một số địa phương ở tỉnh Khánh Hòa và các huyện thuộc tỉnh Đồng Nai, bí đỏ chất thành đống chờ người đến mua với giá rẻ “bèo” nhưng vẫn không có người mua, nhiều nhà dân phải đem bí đỏ băm nhỏ để cho vật nuôi ăn nhưng vẫn không hết [9]

1.2 Nhu cầu sử dụng bí đỏ trong chế biến thực phẩm

Bí đỏ là loại rau quả chứa nhiều chất dinh dưỡng như vitamin A, chất bột đường, chất xơ…có lợi cho sức khỏe con người giúp thanh nhiệt mát gan, bổ cho trí

óc Bên cạnh đó bí đỏ có vị ngọt, béo thơm ngon và chế biến được thành nhiều sản phẩm khác nhau nên đã trở thành nguồn thực phẩm được rất nhiều người ưa chuộng

Nhu cầu thực phẩm của con người ngày càng phong phú, chú trọng đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng Bên cạnh đó là nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng đang rất

cần thiết cho phát triển ngành chăn nuôi qui mô lớn chất lượng cao, mà bí đỏ là loại rau quả giàu dinh dưỡng có thể đáp ứng được các nhu cầu trên

1.3 Quy trình sản xuất bí đỏ

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bí đỏ

Thời vụ: 1 vụ/năm.Tháng 4 gieo, tháng 7 - 8 thu hoạch Gieo và thu hoạch đồng loạt ở các ấp trong xã

1.4 Lý do chọn đề tài

Như đã nói trên, bí đỏ là loại rau quả rất tốt trong chế biến thực phẩm và thức ăn chăn nuôi, mà bí đỏ hiện nay lại không có đầu ra, chưa nói đến những quả

thu hoạch không đạt chất lượng có thể bị bỏ đi lãng phí Vì vậy đề tài “tính toán và thiết kế máy cắt thái bí đỏ năng suất 400 kg/h” nhằm mục đích thiết kế máy cắt thái

bí đỏ, tạo tiền đề cho việc chế tạo một chiếc máy cắt thái giành cho bí đỏ, dễ dàng

sử dụng với chi phí chế tạo thấp và có chất lượng tương đối tốt, để giải quyết khâu cắt bí trong dây chuyền thiết bị chế biến thực phẩm từ bí đỏ, góp phần thúc đẩy phát triển ngành truyền thống, phát triển kinh tế - xã hội cũng như tăng giá trị kinh tế cho

bí đỏ

1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nghiên cứu

Nhìn chung, hiện nay hầu như vẫn chưa có nghiên cứu nào được công bố liên

quan đến máy cắt thái bí đỏ, cả trong và ngoài nước

Trong nước, thời gian qua ở đại học Nông Lâm đã có đề tài nghiên cứu về

“đặc điểm sinh trưởng, năng suất và chất lượng một số giống bí đỏ vụ xuân và vụ đông tại đại học Nông Lâm”, nhằm xác định chất lượng, năng suất và sự thích nghi với khí hậu từng giống bí Ở trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh có nghiên cứu về “nước ép bí đỏ mật ong” nhằm tạo ra sản phẩm phong phú, giàu dinh dưỡng, tăng giá trị kinh tế cho bí đỏ [12]

Ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở Nhật Bản có tiến hành nghiên cứu về thành phần bí đỏ chín có nhiều carotene giúp sáng mắt, để làm thành phần dinh dưỡng trong thực phẩm giành cho con người

CHƯƠNG II

CƠ L TH T V CẮT TH I

2 hái niệm về cắt thái

Cắt thái là quá trình làm nhỏ (thái) rau thành những đoạn (dài, ngắn) hoặc củ quả thành những lát (dày, mỏng), cắt định hình các loại sản phẩm theo yêu cầu để làm thực phẩm, hoặc sấy khô đóng gói trong lĩnh vực chế biến thực phẩm hay trong bảo quản

2 êu cầu thu t

Máy cắt thái phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Thái được nhiều loại sản phẩm khác nhau

- Điều chỉnh được chiều dài đoạn thái hoặc bề dày lát thái

- Khi thái không làm nát, ép mất nhiều nước trong rau, củ; nhưng thái thân cứng cần

- làm mềm đoạn thái; lát thái củ quả cần đảm bảo đều, ít vụng vỡ

- Có đủ bộ phận cơ khí hóa cung cấp rau củ vào máy và thu các đoạn thái, lát thái

ra

- Phải có năng suất cao

- Phải có chi phí năng lượng riêng thấp (khoảng kWh/t)

- Phải dễ điều chỉnh chăm sóc, sử dụng thuận tiện, dễ mài dao

- Có cấu tạo gọn, bền vững, có các bộ phận che chắn, bảo đảm an toàn lao động

2 Ph n lo i

Theo nguyên lí làm việc: máy thái, máy băm

Theo hình dạng của bộ phận cắt: máy thái kiểu đĩa, kiểu trống, kiểu ly tâm

Theo vị trí lắp đĩa dao: máy thái kiểu đĩa đứng, kiểu đĩa ngang, kiểu đĩa nghiêng Theo loại thức ăn: máy thái rau cỏ, máy thái củ quả, máy băm rau cải

Theo cách truyền động: máy thái quay tay, đạp chân, có động cơ

Theo cách bố trí sử dụng: máy thái tĩnh tại, lưu động

2.4 Nguyên lý làm việc

2.4.1 Nguyên lý dao cầu

Bộ phận gồm có một lưỡi dao thái chuyển động (quay) và lưỡi dao cố định (tấm kê thái) Vật cần thái được nén và đưa vào khe hở giữa hai lưỡi dao và được cắt đứt ở đó Nguyên tắc thái này thường được dùng trong máy thái rau cỏ rơm

2.4.3 Nguyên lý thái d ng băm

Theo nguyên lí băm ướt “băm b o dưới nước”, nghĩa là rau củ bỏ vào thùng đựng nước, còn các dao băm lắp vào một trục quay (kiểu lưỡi phay) băm vào khối rau củ vừa được băm nhỏ vừa được xoay tròn cùng với nước trong thùng và càng dễ băm nhỏ hơn

2.5 Lý thuyết cắt thái

2.5.1 C sở lý thuyết c a quá trình cắt thái b ng lư i dao

Theo Gơriatskin, có hai trường hợp cắt thái là cắt thái có trượt và cắt thái không có trượt

- Cắt thái không có trượt (chặt bổ): khi cắt thái, góc nhị diện của lưỡi dao bổ vào vật thái; rồi hai mặt lưỡi dao ép dần vật thái mà tiếp tục tách phần tử vật thái ra

Hình 2.1 Cắt thái không trượt

ùng một cân Roobecval, trên đĩa A lần lượt đặt đặt những quả cân N (g) nặng khác nhau, bên đĩa kia thay bằng lưỡi dao B lắp lưỡi quay lên trên Thí nghiệm cắt những cọng rơm C có bộ phận giữ và đ cọng rơm vào lưỡi dao, đồng thời di chuyển được cùng với cọng rơm bằng tay kéo dọc cạnh sắc lưỡi dao với những độ dịch chuyển S (mm), kết quả được trình bảy ở bảng 2

ảng ự liên hệ gi a lực cắt N và đ d ch chuy n c a dao

Viện sĩ Gơriatskin đưa ra công thức:

S=A.e-N hoặc N3s = const

Từ đó Gơriatskin nhận định rằng: quá trình cắt thái có trượt là quá trình lưỡi dao cưa đứt vật thái: vì lưỡi dao dù rất sắc nhưng khi soi qua kính hiển vi cũng thấy răng lồi l m như những lưỡi cưa

2 Các yếu t ảnh hưởng đến quá trình cắt thái

2 p suất cắt thái riêng

Là đại lượng đặc trưng cho quá trình cắt thái bằng lưỡi dao và được tính bằng công thức:

)/(N cm S

Slà chiều dài đoạn dao thái

Nếu cắt thái không trượt thì:

- Đối với rơm: q 0 20 N/cm

- Đối với rau cỏ: q 0 80 N/cm

- Đối với củ quả: q 20 0 N/cm

Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng gây ra hai giai đoạn: đầu tiên là lưỡi dao nén ép vật thái, rồi đến cắt đứt vật thái Trong quá trình lưỡi dao đi vào vật thái, còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cản của vật thái tác động vào mặt bên của dao, và T2 do vật thái dịch chuyển bị nén ép tác động vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao

Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì lực xác định theo công thức:

- Góc mài dao σ đã được Reznik N.E nghiên cứu và đề xuất công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt thái như sau:

Qth = Pt + c.tg σ

Trong đó: c – hệ số thứ nguyên N/cm

Qth – lực cắt thái tới hạn cần thiết

Pt – lực cản cắt thái, N

Góc mài dao σ cần phải nhỏ, nên vì độ bền vật liệu làm dao có hạn nên thường lấy σ

= 12 ÷ 150 (tấm kê thái σ’ 2 00) đối với rau cỏ rơm, và lấy σ 8 2 0 đối với

Vận tốc dao thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái

Theo Re nik, ta có thể tính lực cắt thái Pt theo công thức thực nghiệm:

Pt = 75.10-0,0019q.v2,6 + 40

Vận tốc tối ưu bằng 0 m/s

Hình 2.6 Đồ thị phụ thuộc của q, A ct , P t với v

2 h hở gi a c nh sắc c a lư i dao và c nh sắc c a tấm ê

Thực nghiệm cho ta thấy: khe hở δ có một giới hạn thích hợp đối với mọi vật thái.vật thái càng mảnh thì khe hở δ càng cần nhỏ; vì nếu δ quá lớn, lưỡi dao lưỡi dao có thể bẻ gập than vật thái xuống lọt vào khe hở và kéo đứt nó, giảm chất lượng cắt nhưng δ cũng không thể quá nhỏ, vì đĩa lắp dao ( nhất là trống lắp dao ) đều có

độ dịch chuyển dọc trục cho phép; và gối đỡ cũng có độ dịch chuyển dọc trục cho

phép Nếu δ quá nhỏ, có thể làm dao chém vào tấm kê gây hư hỏng máy

Hình 2.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khe hở δ tới công suất N

- Đối với máy thái rau: δ ≤ 0, mm

- Đối với máy thái kiểu trống quay có số vòng quay lớn: δ , , mm

2 Điều iện p v t thái gi a c nh lư i dao và c nh lư i tấm ê thái

Xét vị trí cạnh sắc AC của lưỡi dao và cạnh sắc AB của tấm kê thái

φ1 là góc cắt trượt của cạnh sắc lưỡi dao với vật thái

φ2 là góc cắt trượt của cạnh sắc tấm kê với vật thái

N.tg φ2 ≥ N.tg

2



 φ1 ≥

2



φ2 ≥

2

 Hay φ1 + φ2 ≥ χ

Ngược lại thì vật thái sẽ không được kẹp chặt

Vậy điều kiện để vật thái đứng yên là góc kẹp χ phải nhỏ hơn tổng hai góc ma sát giữa vật thái với lưỡi dao và vật thái với tấm kê thái

Nếu φ1 φ2 φ ta có: 2φ ≥ χ

2 .8 Đ bền và chất lượng c a v t thái

Độ ẩm của vật thái cũng ảnh hưởng đến độ bền của vật thái và quá trình cắt thái Khi độ ẩm còn thấp (8 ÷ 15%) áp suất cắt thái riêng tăng dần, nhưng khi W > 15% thì áp suất cắt riêng lại giảm đi

Hình 2.9 Đồ thị phụ thuộc của q đối với W%

6 8 11

q N/cm

W %

2 .9 Điều kiện trượt c a lư i dao trên v t thái

Đường trượt của lưỡi dao trên vật thái (hay ngược lại) càng dài thì lực cản cắt thái càng giảm Để thực hiện được như vậy ta có thể phân tích vận tốc v làm hai thành phần: vận tốc tiếp tuyến vt và vận tốc pháp tuyến vn

Hình 2.10 Phân tích vận tốc điểm M của lưỡi dao AB khi tác động vào vật thái

Theo viện sĩ Gie-li-gôp-xki thì τ ≥ 00

Phát triển lý luận của Gơriatskin và Gieligôpxki phân tích như sau:

- Trường hợp τ 0: quá trình cắt thái chặt bổ không trượt;lực cắt thái giữa dao

và vật thái chỉ có lực pháp tuyến

- Trường hợp τ ≠ 0:

Khi dao tác động vào điểm M, tại Mr thuộc rau có lực pháp tuyến N và Md thuộc dao có lực N ngược chiều và bằng trị số (nguyên tắc lực và phản lực) Phân tích N(N’) thành hai thành phần P(P’) và T(T’)

Lực T có xu hướng làm cho Mr trượt lên phía trên,T’ có xu hướng làm cho

O

V n

V

V t

 Điều kiện cắt thái có trượt là τ > φ Thường φ 2 0

- Chỉ xét và tính toán trong trường hợp cắt thái có trượt

Hình 2.11 Sơ đồ dao thái để tính năng lượng

N

V n

R P

H

A

V t F'

V

f t

B

r.cosτ và r.sinτ là hai cánh tay đòn hai lực N va ’

 là góc quay của dao

T là thời gian quay

Vậy công suất cắt thái bằng:

N = Mct.ω q.ΔS.r.ω.cosτ( + f.tgτ)

dt

d .cosτ( + f.tgτ) Theo hình ta thấy:

ΔS.r.dθ.cosτ d diện tích hình chữ nhật ABCD: gọi là độ tăng vi phân diện tích được thái

Suy ra: N = Mct.ω q

dt

dF ( + f.tgτ) Người ta gọi ( + f.tgτ) là đặc tính của dao thái

Vậy công suất cắt thái cần thiết được xác định bằng tích áp suất riêng q trên mỗi đơn vị độ dài của lưỡi dao đã thái, diện tích vật đã được thái xong trong mỗi đơn vị thời gian và hệ số đặc tính của dao

2.5.3.3 Công cắt thái riêng

Công cắt thái riêng là năng lượng cần tiêu thụ để cắt thái một đơn vị diện tích vật được cắt thái

. .. q.( 1 f.tg)

dF

dt M dF

dt N

A ct

r    

Công cắt thái riêng bằng tích giữa áp suất riêng và hệ số đặc tính của dao

Yêu cầu cần thiết đối việc thiết kế dao thái là phải đạt công cắt thái riêng nhỏ nhất đối với các loại dao thái

Bí ngô hay bí đỏ là một loại cây dây thuộc chi Cucurbita, họ Bầu

bí (Cucurbitaceae) Đây là tên thông dụng để chỉ các loại cây thuộc các loài: Cucurbita pepo, Cucurbita mixta, Cucurbita maxima, và Cucurbita moschata Nguồn gốc của bí ngô chưa được xác định tuy nhiên nhiều người cho rằng bí ngô có nguồn gốc ở Bắc Mỹ Bằng chứng cổ nhất là các hạt bí ngô có niên đại từ năm 7000 đến 00 trước Công nguyên đã được tìm thấy ở Mêxico

Bí ngô cân nặng từ 0, kg trở lên và có thể nặng đến hơn 0 kg, bí có hình cầu hoặc hình trụ, chín thì màu vàng cam hoặc vẫn là màu xanh (giống bí nghệ xanh) bên ngoài có khía chia thành từng múi Ruột bí có nhiều hột Hạt dẹp, hình bầu dục có chứa nhiều dầu [10]

Các chất oxi hóa ngăn ngừa lão hóa da

Chất xơ dồi dào làm giảm cholesterol, đường huyết phòng tránh bệnh tim mạch và ung thư kết trực tràng

Ngoài ra, bí đỏ còn tác dụng giảm cân, thanh nhiệt, giải khát, làm đẹp da, và trị nhiều bệnh khác [11]

3.2 V t liệu chế t o máy

Khung máy, bộ phận đỡ thùng: thép CT31 ( giá rẻ, chất lượng tương đối tốt)

Thùng cấp liệu, dao cắt thái, máng thu liệu, vỏ máy, đĩa quay: inox SUS316 (thép chống gỉ, sét tốt, độ bền cao)

Trục, bánh đai: thép C40 (loại thép chuyên dụng chế tạo trục máy)

3.3 Phân tích và lựa chọn phư ng pháp cắt thái

Bảng 3.1 Ph n tích phư ng pháp cắt thái th o đi m

Phư ng pháp Chế t o dư ng ảo Giá thành đầu tư V n

hành

Chất lượng sản phẩm Tổng đi m

Cơ sở lựa chọn phương pháp cắt thái: dựa trên tổng điểm cao nhất

Phương pháp cho điểm:

- Thang điểm từ 0 đến 10

- Tổng điểm càng cao khả năng lựa chọ phương pháp càng cao

- Mức điểm: nhược điểm nhiều

- Mức 0 điểm: ưu điểm nhiều

=> Kết luận: từ bảng so sánh các phương pháp cắt thái theo điểm, phương pháp cắt thái kiểu đĩa là có tổng điểm cao nhất ( 7 điểm) nên chọn phương pháp này, vì mục tiêu là thiết kế một chiếc máy cắt thái bí đỏ đơn giản, dễ sử dụng, bảo dưỡng, chất lượng sản phẩm tốt, nên chọn phương pháp cắt thái kiểu đĩa là hợp lý nhất

đồ cấu t o và nguyên lí ho t đ ng c a máy cắt thái thiết ế

đồ cấu t o

Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của máy cắt thái bí đỏ được lựa chọn như hình 3.2

Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo máy cắt thái bí đỏ

1 Thùng cấp liệu; 2 Bộ phận đỡ thùng; 3 Vỏ máy; 4 Đĩa dao; 5 Dao; 6 Tấm kê thái; 7 Khung máy; 8 Máng thu sản phẩm; 9 Ổ lăn; 10 Bánh đai; 11 Trục

Nguyên lí ho t đ ng

Nguyên liệu được cấp bằng cách đổ vào miệng thùng cấp liệu, do kết cấu thùng nghiêng nên nguyên liệu sẽ lăn xuống cho đến khi chạm vào tấm chặn Khi động cơ điện hoạt động sẽ truyền chuyển động cho trục quay qua bộ truyền đai, dao được lắp với đĩa nên khi trục quay đĩa dao sẽ quay, hai dao được lắp vào đĩa đối xứng nhau sẽ thái nguyên liệu đang tựa vào tấm chặn thành những lát thái 5mm (khoảng cách từ dao đến tấm chặn là 5mm và có thể điều chỉnh được), sản phẩm sau khi được cắt sẽ rớt xuống máng hứng liệu, và sẽ thu ra ngoài cửa tháo liệu

Phư ng pháp xác đ nh các thông s c lý c a bí đỏ

Xác đ nh áp suất cắt thái riêng

Thiết bị thí nghiệm:

- Tên thiết bị: máy kéo nén

- Nhà sản xuất: ComTen của Mỹ

- Model: DFM-5000

- Sai số cho phép: ± 0,05%

Hình 3.3 Máy kéo nén

Mô tả thí nghiệm 1: dùng máy kéo nén, lắp một lưỡi dao dài 20cm trên thanh

ngang ở trên Bí đỏ được gọt sạch vỏ và cắt thành từng miếng có kích thước 50x160x80 (mm), sau đó đặt từng miếng bí lên giá đỡ ở phía dưới dao, cho máy hoạt động chỉnh dao xuống từ từ cắt từng lát bí, trong quá trình cắt quan sát đồng

hồ, đọc và ghi lại trị số lực cắt cao nhất mỗi lần cắt

- Đo và xác định ΔS của mỗi lần cắt

- Kết quả xác định qua 0 lần đo

- Lực cắt thái riêng ( áp suất cắt thái riêng):

S

Q q