Thiết kế và chế tạo máy bóc tách hạt điều

1.1.2 Sản xuất điều trên thế giới Bảng 1.1 Một số tác dụng chữa trị bệnh từ cây điều Nước/khu vực Sử dụng Châu Phi Chất làm cho say, xăm hình trên da Brazil Giảm đau, lợi tiểu, trị hen

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS TRẦN NGỌC HẢI

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN CỬU TÂN

LÊ ĐĂNG NHẬT

Đà Nẵng, 2017

Trang 2

Sinh viên: Lê Đăng Nhật - 11CDT2 Hướng dẫn : ThS Trần Ngọc Hải 1

Điều có tên khoa học: Anacardium ocidentale

Cây điều có nguồn gốc ở Brazil, khu vực xuất xứ có thể là ở bang Ceara thuộc đông bắc Brazil, ở đây cho tới nay vẫn còn tồn tại những vùng cây điều rộng lớn Một thầy

tu cũng là nhà tự nhiên học người pháp có tên là Thevet đã đến khảo sát ở Brazil 1558,

là người đầu tiên đã mô tả cây điều trong một chuyên khảo có tựa đề “ the oddities of antaretic France otherwise known as America and of many lands and islans discovered

in ourtimes” (1558), tác đã kể lại chi tiết việc tiêu dùng trái điều, nước ép trái điều, việc nướng hạt điều trên lửa lấy nhân ăn Ông cũng là người có tranh vẽ đầu tiên mô tả cây điều cho thấy rõ người dân địa phương thu hái quả điều và ép trái điều lấy nước thu vào một vại lớn

Người Bồ Đào Nha là những người đầu tiên đã đưa cây điều từ Brazil tới châu Á

và châu Phi

DUT.LRCC

Trang 3

Ở châu Á điều được đưa tới Goa ( Ấn Độ) vào năm (1550), tới Cohin (1578), rồi từ đây nhanh chóng phát tán ra toàn bộ các bờ biển phía tây và phía Đông Nam của tiểu lục Ấn Độ cũng như tới đảo Ceylon, Andamane, nicobar và Indonesia Điều phát tán tới Đông Dương, các nước Đông Nam Á và một số đảo nhỏ ở Thái Bình Dương có thể

là do tác nhân là chim chóc, dơi, khỉ và nguời (Bunkil (1935), Jonnson (1973))

Cũng vào thời gian này người Bồ Đào Nha đã đưa hạt điều đến trồng ở các thuộc địa của họ ở châu Phi là Mozambique và Angola, rồi từ Mozambique phát tán đến Tanzania và Kenia Tiếp sau cây điều đã tới Bắc Úc, các đảo Fiji, Hawais Ở châu Á

và châu Phi cây điều xem như đã được địa phương hóa Ở đây cây điều đã tìm đựơc các điều kiện tự nhiên đặc biệt phù hợp cho điều kiện sinh trưởng và phát triển đến mức làm cho một số nhà thực vật có lúc gán cho điều là cây bản địa châu Á

Ngày nay cây điều đã trải rộng trong ranh giới vĩ tuyến 300 Bắc và vĩ tuyến

310 Nam Cây điều đã trở thành một cây ăn quả nhiệt đới quang trọng có tiềm năng kinh tế rất to lớn

1.1.2 Sản xuất điều trên thế giới

Bảng 1.1 Một số tác dụng chữa trị bệnh từ cây điều

Nước/khu vực Sử dụng

Châu Phi Chất làm cho say, xăm hình trên da

Brazil Giảm đau, lợi tiểu, trị hen xuyễn, viêm phế quản

Guatemala Rượu uống, thuốc diệt chuột, bệnh về da , mụn cóc

Haiti Điều trị đau răng, viêm miệng, đái tháo đường

Mexico Chất ăn mòn, rượu , chất độc

Venezuela Điều trị kiết lị,phong hủi, đau cổ , rát họng

Các nơi khác Chất cầm máu, rượu uống,thuốc diệt cá, hen xuyễn,cảm lạnh

Được Philip blazdell( Brazil) trích dẫn ( Interdisciplinary science review, 2000, vol.25.No 3)

Trồng, chế biến và buôn bán hạt và nhân điều trên thế giới được Tổ chức Nông lương của Liên hợp quốc (FAO) ghi nhân từ năm 1900, song khối lượng và giá tri buôn bán các sản phẩm từ điều đến năm 1962 (sau 62 năm) với số lương hạt 330.000 tấn và giá

trị xuất khẩu 46,2 triệu USD Những quốc gia sản xuất điều chính gồm: Ấn Độ,

Mozanbique, Tanzania, Kenia 41 năm sau (2003) diện tích điều thu hoạch đã là 3,17 triệu ha, sản lượng hạt điều : 1,52 triệu tấn - gấp 4,61 lần Tổng sản lượng hạt điều qua chế biến: 315.000 tấn, tạo ra giá trị hàng hóa trên 2 tỷ USD/năm các nước dẫn đầu về sản xuất và chế biến điều là Ấn Độ, Việt Nam, Brazil, Nigeria Song song với sản xuất Và chế biến điều được gia tăng thì việc xuất nhập khẩu nhân điều càng ngày càng

DUT.LRCC

Trang 4

mở rộng năm 1975 lượng nhân điều luôn bán trên thế giới : 90.000 tấn, đến 2002 đã tăng lên : 186.600 tấn (gấp 2,07 lần)

Như vậy ngành điều thế giới trong hơn 100 năm qua liên tục phát triển cả trong sản xuất, chế biến và xuất khẩu, song thị trường tăng trưởng mạnh là từ 1975 đến 2005 do

nhu cầu tiêu thụ hạt điều tăng và hiệu quả từ trồng - chế biến - tiêu thụ đã mang lại lợi

ích đáng kể cho nông dân, thương lái, doanh nghiệp tham gia vào quá trình phát triển điều Đặc biệt là sự hỗ trợ tích cực của khoa học công nghệ đã tạo ra các giống điều thích nghi với điều kiện sinh thái, đạt năng suất , chất lượng cao và các quy trình kỹ thuật sản xuất, chế biến dần được hoàn thiện hơn

1.1.3 Ngành công nghiệp Điều Việt Nam

Công nghệ chế biến hạt điều Việt Nam chính là “báu vật”, “bí kíp” vì đã góp phần vào sự thành công của ngành điều trong nước trong vòng 20 năm trở lại đây, làm cho những quốc gia có ngành sản xuất chế biến điều trước chúng ta hàng trăm năm đi từ ngạc nhiên này đến ngạc nhiên khác

Hơn mười năm trước, vấn đề xuất khẩu công nghệ chế biến hạt điều của Việt Nam qua châu Phi cũng đã từng được đặt ra, nhưng do gặp phản ứng dữ dội từ báo chí, từ nhiều cán bộ lão thành và người có công với ngành điều, cuối cùng ý định trên đã phải gác lại Bộ Khoa học - Công nghệ và Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cũng đã có công văn không đồng ý xuất khẩu thiết bị và công nghệ chế biến điều của Việt Nam

Tại thời điểm đó, Hiệp hội Điều Việt Nam từng khẳng định: “Công nghệ chế biến điều là của Việt Nam mà chủ sở hữu là ngành điều Việt Nam”

Sau 15 năm cạnh tranh trên thương trường, các nhà xuất khẩu (XK) hạt điều VN đã làm rạng danh đất nước khi vượt Ấn Độ, giành ngôi vị đứng đầu thế giới về XK hạt điều và có thể làm hài lòng các khách hàng khó tính như: Hoa Kỳ, Trung Quốc, Châu

Âu, Nga, Nhật Bản, Trung Đông Tuy nhiên, để có được thành tựu ngày hôm nay đó

là một quá trình sáng tạo không ngừng nghỉ của những người có mong muốn cống hiến công sức của mình vào sự phát triển của ngành điều Việt Nam Máy tách vỏ hạt điều tự động là một trong những đóng góp đó

1.1.4 Các phương pháp chế biến hạt điều

Chế biến hạt điều chủ yếu là để lấy nhân điều do đó phải đảm bảo được:

- Không để dầu vỏ dính vào nhân

- Nhân không bị vỡ và giữ nguyên được phẩm chất

1.1.4.1 Chế biến thủ công

Ưu điểm:

- Nhân nguyên vẹn tới lúc đóng gói đạt tỉ lệ cao 85%

DUT.LRCC

Trang 5

- Tiêu hao đơn vị hạt điều cho một đơn vị sản phẩm thấp

- Vốn đầu tư xây dựng và mua sắm trang thiết bị ít, thu hồi vốn nhanh

Nhược điểm:

- Năng suất lao động thấp

- Sử dụng quá nhiều lao động phổ thông

- Vì vậy chế biến thủ công chỉ thích hợp với khu vực có nhiều lao động phổ thông và tiền công lao động rẽ

1.1.4.2.Chế biến cơ giới

Ưu điểm:

- Năng suất lao động cao

- Môi trường không bị ô nhiễm

Vì vậy chỉ phù hợp với khu vực thiếu nhân lực và chi phí tiền lương cao

1.1.5.Lưu đồ sản xuất hạt điều

Sản xuất và chế biến điều trong công nghiệp trải qua 13 khâu :

1 Đối với khâu đầu tiên “tiếp nhận nguyên liệu”: Tất cả các lô hàng nguyên liệu khi đến nhà máy đều phải được kiểm tra trước khi nhập vào Nguyên liệu sau khi kiểm tra, nếu đạt chất lượng (cảm quan) mới được chuyển qua bảo quản trong nhà máy Trường hợp nguyên liệu đạt yêu cầu mới cho phép đưa vào chế biến hoặc lưu trữ Việc kiểm tra như vậy, sẽ đảm bảo nguyên liệu nhập vào chế biến đạt các yêu cầu theo quy định, ngăn ngừa việc sử dụng nguyên liệu có khả năng gây mất an toàn thực phẩm Tiến hành kiểm tra theo thứ tự nguyên tắc: Xem xét hồ sơ liên quan đến lô hàng nguyên liệu, chỉ cho phép nhận các lô hàng khi đảm bảo đủ các yếu tố về nguồn gốc xuất xứ và độ an toàn cao; Kiểm tra cảm quan nguyên liệu về màu sắc – mùi - vị; Kiểm tra độ ẩm của nguyên liệu và số hạt/01 kg phải đạt từ 180 hạt trở xuống

2 Sau khâu tiếp nhận nguyên liệu là “phơi – bảo quản nguyên liệu”: Điều được phơi nắng trên nền xi măng sạch đến khi đạt độ ẩm thích hợp <11%

Sau đó, đóng vào bao và mang vào bảo quản trong kho theo từng lô riêng biệt, để chờ đưa vào sản xuất Điều nguyên liệu được giữ trong điều kiện khô thoáng, nhằm tránh trường hợp bị hư hỏng, bội nhiễm vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, nấm mốc) Yêu cầu vệ sinh chung: sân phơi phải sạch tạp chất (không có rác thải), phương tiện

DUT.LRCC

Trang 6

và kho bảo quản hợp vệ sinh – khô thoáng Ngoài ra, trong thời gian lưu kho sẽ tiến hành hun trùng, khi có nghi ngờ côn trùng phát triển trong nguyên liệu

3 Khâu “phân cỡ” có một ý nghĩa nhất định trong việc sàng lọc sơ bộ hạt Điều theo các cỡ A, B, C, D…để sau này tiện cho việc cắt tách và loại bỏ tạp chất như đất, đá, rác… lẫn trong Điều Sau khi được phân cỡ, Điều sẽ được chứa vào các bao và để theo lô

4 Hoàn thành 3 công đoạn ban đầu, chúng ta sẽ tiếp cận đến khâu “hấp”: Nhằm làm cho vỏ Điều được mềm, tạo điều kiện cho giữa lớp vỏ xốp và vỏ lụa tách rời nhau, thuận tiện cho việc tiến hành cắt tách Chu trình tiến hành được triển khai như sau: Điều cần được đưa vào lồng hấp gia nhiệt, lượng hàng mỗi lần hấp 1.600 kg – 2.500

kg, ở áp suất 0,7 kg/cm3 – 2,0 kg/cm2, thời gian hấp từ 20 đến 50 phút (tuỳ theo nguyên liệu), sau đó hàng được đưa ra băng tải xuống nền làm nguội, sau khi làm nguội sẽ đưa vào các khay đựng hàng

5 Khâu “cắt tách”: Yêu cầu công nhân tham gia sản xuất phải đảm bảo yêu cầu hợp

vệ sinh, sức khoẻ; nhà xưởng - dụng cụ sản xuất cũng phải tuyệt đối vệ sinh Hạt Điều được cắt vỏ, tách nhân bằng dao chuyên dụng; nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm, đáp ứng yêu cầu trong quá trình tạo thành sản phẩm Khâu cắt tách đòi hỏi

sự khéo léo và kỹ thuật nhất định của người công nhân Trong quá trình này cần lưu ý thao tác chính xác để tránh trường hợp Điều bị bóc vỏ lụa hoặc bị gãy - vỡ - bị đâm dao; các sản phẩm cần được phân biệt với nhau thông qua lô hàng của nhà cung ứng (theo ngày tháng và mã số sản phẩm phân cỡ)

6 “Sấy” giúp làm chín nhân Điều, tạo điều kiện cho lớp vỏ lụa tách khỏi nhân điều; diệt vi sinh vật gây bệnh thông qua gia nhiệt, đáp ứng yêu cầu trong quá trình sản xuất Nhân Điều được đưa vào sấy trong các lò sấy, với thời gian sấy 11 ± 2 giờ Sản phẩm sau khi sấy được cho vào các thùng, chuyển sang khâu bóc vỏ lụa bằng băng tải

7 Bây giờ là khâu “bóc vỏ lụa” Sau khi bóc xong, sản phẩm nhân hạt Điều sẽ mang dáng hình tựa vầng trăng khuyết, với màu trắng đục mỹ miều Để đáp ứng yêu cầu chế biến sản phẩm và nâng cao tính cảm quan của sản phẩm, nhân điều sau khi đã sấy xong, được người công nhân bóc vỏ bằng dao Công nhân tham gia sản xuất khâu này phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh, sức khoẻ; nhà xưởng, dụng cụ cũng phải đảm bảo

vệ sinh Trong quá trình lột vỏ, cố gắng tránh gãy và không được làm bể nhân Điều,

vì như vậy sẽ làm mất vẻ thẩm mỹ và giảm giá trị của sản phẩm

8 Việc “phân loại” để đưa các sản phẩm về cùng một cỡ - màu, đồng thời loại bỏ một phần tạp chất có trong sản phẩm Công nhân tiến hành phân theo màu sắc và kiểm tra lại theo cỡ hạt theo tiêu chuẩn AFI, hoặc theo mẫu yêu cầu của khách hàng

DUT.LRCC

Trang 7

9 Khâu “hun trùng” có ý nghĩa: Nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm; tiêu diệt và ngăn ngừa sự phát triển của côn trùng trong sản phẩm Do đó, sản phẩm được xông hơi bằng hoá chất PH3 và tuân thủ tuyệt đối theo tham chiếu SSOP, có như vậy sản phẩm mới được an toàn tuyệt đối

10 “Sàng – bao gói – hút chân không”: Để bảo quản sản phẩm được tốt, tăng tính cảm quan, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, hạn chế côn trùng xâm nhập thì đòi hỏi sản phẩm sau khi xông hơi, cần được đóng vào các túi PE và hút chân không

11 Khâu “dò kim loại”: Là công đoạn loại bỏ các kim loại trong sản phẩm có khả năng gây nguy hiểm cho người sử dụng Theo đó, các bao sản phẩm theo từng lô được để lên băng chuyền đi qua máy dò kim loại

12 Khâu “đóng thùng – ghi nhãn” sẽ đáp ứng yêu cầu của khách hàng, góp phần bảo quản sản phẩm, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, hạn chế sự xâm nhập của côn trùng và động vật gây hại Thông tin trên các thùng sản phẩm, trước khi chuyển giao vào kho sản phẩm cụ thể gồm: tên sản phẩm, trọng lượng tịnh (net weight), tổng trọng lượng (gross weight), tên và địa chỉ của nhà sản xuất, sản phẩm của Việt Nam, mã số sản phẩm

13 Khâu cuối cùng trong quy trình sản xuất là “bảo quản – phân phối”: Sản phẩm sau khi đóng thùng được bảo quản tại kho thành phẩm trước khi xuất hàng Thành phẩm cần được bảo quản trong điều kiện thích hợp nhằm duy trì chất lượng của sản phẩm, hạn chế sự phát triển vi sinh vật gây bệnh, hạn chế sự xâm nhập của côn trùng

và động vật gây hại

1.2 Các phương pháp bóc vỏ hạt điều

Ông Nguyễn Văn Lãng, trưởng ban nghiên cứu công nghệ của Hiệp Hội Hạt Điều Việt Nam, là người đã từng thành công trong việc chế tạo ra dây chuyền sản xuất hạt điều từ những năm 1984 Vào tháng 6/2008 ông Lãng đã chế tạo thành công máy tách

vỏ hạt điều tự động ít gây vỡ hạt

Quá trình chế biến chiếc máy tách vỏ hạt điều tự động gây ít vỡ hạt hiện nay được phôi thai từ công nghệ chế điều của những năm 1982 Đến năm 1984, một nhóm KS bao gồm: ông Lê Văn Lãng, ông Lê Văn Mến, ông Lê Công Thành, ông Nguyễn Minh Sơn đã bắt tay vào nghiên cứu qua thị trường, qua các tài liệu, lên quy trình sản xuất

và đưa vào sản xuất thử ở công ty nông sản xuất khẩu TP.HCM Có thể nói do xác định chính xác hướng nghiên cứu của công nghệ hạt điều là: tách lấy nhân sấy xuất khẩu sao cho tỉ lệ vỡ và nhiễm dầu là thấp nhất Nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng thành công và chuyển giao công nghệ ở 2 tỉnh Long An và Sông Bé cũ, đặc trưng của công nghệ này là chao hạt để cắt Đến năm 1985 đã hình thành nhà máy chế biến điều,

DUT.LRCC

Trang 8

sau đó chuyển giao công nghệ cho các tỉnh thành trong cả nước, với dây chuyền chế biến hạt điều giai đoạn này đã giải quyết một số lượng lao động nhàn rỗi lúc đó

Để làm được công nghệ chế biến điều 13 công đoạn mà các nhà máy sản xuất hiện nay là cả một chặng đường, nhưng khó khăn nhất vẫn là chế biến ra chiếc dao chẻ hạt điều Trong các tài liệu ít ỏi về cây điều ông Lãng đã vô tình nhìn thấy là hình vẽ một lưỡi dao dùng để cắt hạt điều, lưỡi dao hình cong Sau đó cả nhóm bắt đầu chế tạo lưỡi dao, lưỡi dao đầu tiên mang hình dáng một hạt điều, và lưỡi dao đó có thể cắt được hạt điều mà không dùng nhiều sức, tiếp đó nhóm kỹ sư đã chế tạo ra chiếc máy cắt, phía dưới có bàn đạp dùng bằng chân ban đầu chỉ thiết kế có một chân đạp nhưng nếu dùng lâu đạp bằng chân thì sẽ lao động sẽ bị chân to chân nhỏ nên nhóm kỹ sư làm thành hai bàn đạp, một chân đạp xuống bập vào hạt điều, chân kia đạp xuống thì con dao tách hạt điều ra

Thử nghiệm ban đầu thành công, sau đó dao chẻ tiếp tục được hoàn thiện, ban đầu khi đạp chân bật hạt điều ra thì bật theo chiều thẳng đứng từ dưới lên nên dễ văng vào mắt mà chất acid anacardic rất độc, vì thế nên chuyển cơ chế bật đứng thành xoay ngang Một năm sau cải tiến tiếp rãnh trượt của dao cắt thành hình mang cá để tránh

độ rơ của bàn trượt, tiếp đó là việc nghiên cứu sấy nhân, bóc vỏ lụa rồi phân loại, đóng gói hút chân không…tất cả là quy trình 13 công đoạn

Từ chiếc máy cắt dùng chân đề đạp, một chân đạp xuống bập hạt điều, chân kia đạp xuống tách hạt điều ra.Nhóm chúng em đã đưa ra ý tưởng chế tạo máy cắt tách vỏ hạt điều bằng khí nén

1.3 Một số loại máy bóc tách hạt điều trên thị trường

1.3.1 Máy chẻ hạt điều tự động Đại Hồng Ký

Hình 1.2 Máy chẻ hạt tự động ĐHK DUT.LRCC

Trang 9

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật máy chẻ hạt tự động ĐHK

1.3.2 Máy chẻ hạt điều tự động Cashew Shelling Machine

Hình 1.3.Máy chẻ hạt điều tự động cashew

DUT.LRCC

Trang 10

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy chẻ hạt điều tự động cashew

1.3.3 Máy chẻ hạt điều bán tự động MEKONG

Hình 1.4 Máy chẻ hạt điều bán tự động MEKONG

DUT.LRCC

Trang 11

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật máy chẻ hạt điều bán tự động MEKONG

Trang 12

CHƯƠNG 2:

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY

2.1 Giới thiệu về đặc điểm và cấu tạo của máy

Máy tách vỏ hạt điều có các kết cấu như sau:

Sử dụng 2 van 5/2 điều khiển 2 xilanh

Các chi tiết máy : Thân máy , Phiễu chứa hạt , bàn gá dao………

Dây dẫn khí nén

2.2 Các chuyển động chính của máy

Dựa vào cơ sở lý thuyết của máy in lụa và yêu cầu, phạm vi thiết kế ta đưa ra mô hình máy in lụa sẽ thiết kế như sau:

- Chuyển động 1: pittong A chuyển động mang thanh đẩy hạt điều vào khay dẫn

Mục đích: mang hạt điều, đưa tới khay dẫn hạt

- Chuyển động 2: Chuyển động của bộ phận kẹp bằng cơ cấu kẹp lò xo

Mục đích: Định vị và kẹp chặt hạt điều

- Chuyển động 3: pittong B chuyển động mang theo bàn dao chuyển động

Mục đích: mang dao gạt, đưa dao đến bàn kẹp hạt điều

2.3 Nguyên lý hoạt động của máy

2.3.1 Nguyên lí hoạt động

Khi cấp nguồn khí có áp suất P= 8 (bar) vào cho hệ thống thông qua dây dẫn khí

nén tới van điều khiển làm cho pittong A, B chuyển động bắt đầu chu trình làm

việc

Đầu tiên xilanh A có tín hiệu : pittong A chuyển động kéo thanh đẩy hạt điều vào

khay dẫn hạt

Tiếp theo cơ cấu lò xo kẹp chặt hạt vào bộ kẹp hạt điều

Tiếp đến xilanh B có tín hiệu : pittong B chuyển động mang bộ dao tới bộ kẹp hạt

Hành trình lặp lại cho tới khi có tín hiệu dừng chu trình

DUT.LRCC

Trang 13

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý

2.3.2 Phương án điều khiển

2.3.2.1 Phương án 1: Điều khiển bằng rơ le

Ưu điểm:

- Có thể dùng một dòng nhỏ để đóng ngắt một dòng lớn hơn

- Kết cấu đơn giản

- Giá thành rẻ hơn các loại điều khiển khác

- Được dùng phổ biến trong điều khiển động cơ

Trang 14

-Phức tạp khi bộ điều khiển gồm nhiều rơ le, bố trí sơ đồ đấu dây gặp khó khăn

2.3.2.2 Phương án 2: Điều khiển bằng PLC

Ưu điểm:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các module mở rộng

Nhược điểm:

- Giá thành cao so với các sản phẩm khác có chức năng tương tự

- Giải pháp đơn lẻ, cần tích hợp giao diện người – máy (HMI)

- Kiến trúc đóng kín, khó tích hợp sản phẩm ngoài

- Năng lực tính toán tương đối yếu

KẾT LUẬN: với những ưu điểm nội trội, thích nghi với môi trường công

nghiệp, kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng thay đổi theo chương trình phù hợp với mục đích sử dụng, ta chọn hệ thống điều khiển PLC

DUT.LRCC

Trang 15

Các dạng truyền động sử dụng khí nén

+Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia công, các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm…

+Truyền động quay: trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền động sử dụng các năng lượng khác, ví dụ các công cụ vặn ốc vít trong sửa chữa và lắp ráp chi tiết, các máy khoan, mài công suất dưới 3kW, tốc độ yêu cầu tới hàng chục nghìn vòng/phút Tuy nhiên, ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện Những ưu nhược điểm cơ bản

+ Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ; + Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường

+ Tốc độ truyền động cao, linh hoạt;

+ Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác;

Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả

DUT.LRCC

Trang 16

 Nhược điểm:

+Công suất truyền động không lớn Ở nhu cầu công suất truyền động lớn, chi phí cho truyền động khí nén sẽ cao hơn 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất, tuy nhiên kích thước và trọng lượng lại chỉ bằng 30% so với truyền động điện;

+ Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền động luôn có xu hướng thay đổi do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn, vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều thường là khó thực hiện

+ Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn

Ngày nay, để nâng cao khả năng ứng dụng của hệ thống khí nén, người ta thường kết hợp linh hoạt chúng với các hệ thống điện cơ khác và ứng dụng sâu rộng các giải pháp điều khiển khác nhau như điều khiển bằng các bộ điều khiển lập trình, máy tính…

3.1.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:

 Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén( lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô…),…

 Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần

tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành

 Khối các thiết bị chấp hành: Xilanh, động cơ khí nén, giác hút…

Dựa vào dạng năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống khí nén:

 Hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng khí nén: trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén và do đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén

 Hệ thống điều khiển điện – khí nén: Trong đó, các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện – khí nén

 Từ các cơ sở trên, ta thiết kế hệ thống điều khiển khí nẽn theo sơ đồ sau:

DUT.LRCC

Trang 17

Hình 3.1 Sơ đồ điều khiển khí nén

3 Cơ cấu không phức tạp

4 Năng suất khoảng 4-5kg/1h

5 Tư thế làm việc: đứng điều khiển máy

3.2.2 Tính chọn xylanh mang thanh đẩy hạt

3.2.2.1 Tính chọn xylanh

 Lực đẩy trên thực tế : Fmax= 30 (N)

 Vận tốc lớn nhất : Vmax= 50 (cm/s)

DUT.LRCC

Trang 18

 Vận tốc nhỏ nhất: Vmin= 5 (cm/s)

Đây là hệ thống khí nén điều chỉnh bằng tiết lưu, lưu lượng khí tối thiểu qua

van tiết lưu cho Qmin= 10 (cm3/s )

min

Q lựa chọn dựa trên khả năng dẫn khí tối thiểu của van tiết lưu

 Từ đó ta xác định tiết diện làm việc cần thiết của xylanh :

min 2

3 min

102( )5

L F

DUT.LRCC

Trang 19

3.2.3 Tính chọn lò xo cơ cấu kẹp hạt

3.2.3.1 Lò xo và thuộc tính của chúng

Hình 3.2 Lò xo Kim loại và hợp kim đàn hồi với tính chất đặc biệt hiện đang được sử dụng với một số lượng rất lướn trong ngành cơ khí chế tạo , giao thông vận tải , xây dựng quốc phòng

3.2.3.2 Lò xo nén

Các loại lò xo nén của công ty được làm bằng crom silicium có độ bền và độ cứng cao nhất

Hình 3.3 Lò xo nén Các tham số vật lý

d (đường kính dây) : tham số này cho biết đường kính của dây kim loại được dùng

Trang 20

De (Đường kính ngoài) : đường kính ngoài của một lò xo bằng đường kính trong cộng với hai lần đường kính dây Dung sai khoảng +/- 2%

H (khoảng không) : đây là đường kính tối thiểu của khoảng không gian trong đó lò

xo có thể hoạt động được Dung sai đối với tham số này là +/- 2 % (chỉ định)

P (bước) : khoảng cách trung bình giữa hai vòng xoắn hoạt động liên tiếp của một lò

xo Dung sai đối với tham số này là +/- 2 % (chỉ định)

Lc (chiều dài khi bị nén tối đa) : chiều dài tối đa của lò xo sau khi bị nén hoàn toàn Tham số này nằm ở bên phải trên hiình vẽ Dung sai của tham số này là +/- 15 % (chỉ định)

Ln (chiều dài cho phép) : chiều dài tối đa cho phép sau khi xoắn ở mức tối đa Nếu

độ xoắn quá lớn, lò xo có nguy cơ bị biến dạng (biến dạng không thể phục hồi do lực tác động) Trong đa số các trường hợp, lò xo không có nguy cơ bị biến dạng Ln = Lc +

Sa với Sa là tổng khoảng cách nhỏ nhất trong giới hạn đàn hồi giữa cách vòng xoắn tích cực

L0 (Chiều dài tự nhiên) : chiều dài tự nhiên của lò xo là chiều dài khi lò xo ở trạng thái không bị nén, sau lần nén đầu tiên (nếu cần thiết) Dung sai khoảng +/- 2% (chỉ định)

Số vòng xoắn : tổng số vòng xoắn của lò xo (lò xo trong hình trên có 6 vòng xoắn)

Để tính số vòng xoắn hoạt động, ta lấy tổng số vòng xoắn trừ đi hai vòng xoắn ở hai đầu mút của lò xo

R (Độ cứng) : thông số này quyết định khả năng chịu nén của lò xo Đơn vị tính : 1 DaN/mm = 10 N/mm Dung sai khoảng +/- 15% (chỉ định)

L1 & F1 (chiều dài ứng với lực F) : lực F1 ứng với chiều dài L1 có thể tính từ công thức sau : F1 = (L0-L1) * R, từ đó suy ra chiều dài L1 : L1 = L0 - F1/R

Mài : để chỉ đầu lò xo có được mài hay không

Mã số : mỗi lò xo đều có một mã số duy nhất : loại (De * 10) (d * 100) (L0 * 10) nguyên liệu Đối với lò xo nén, loại tương ứng với ký tự C Nguyên liệu được ghi bằng các ký tự sau : A, I, N et S Ví dụ : Mã sốC.063.090.0100.A là lò xo nén có đường kính ngoài là 6,3mm, dây thép có đường kính 0,9 mm và lò xo có chiều dài tự nhiên là 10 mm

Nguyên liệu

A (dây piano) : thép theo tiêu chuẩn DIN 172233 loại C1

I (Inox) : inox 18/8 theo tiêu chuẩn Z10 CN 18.09

N (dây mạ kẽm) : dây thép mạ kẽm dùng làm lò xo

S (Thép Cr-Si) : thép có Crôme-Silicium Lò xo làm bằng nguyên liệu này sẽ có độ bền và độ cứng tốt hơn Loại lò xo này sẽ được cung cấp từ ngày 2005-03-01

Đặc tính

Đầu mút : tất cả các lò xo nén đều có vòng xoắn nối tiếp ở hai đầu mút

Độ cứng : Dung sai cho độ cứng của lò xo khoảng +/- 15%

DUT.LRCC

Trang 21

V0

; trước hết tính vận tốc giới hạn theo công thức (3) khi  = 0,25:

P m s

P h

8,35

25,0.6308

,35

)1(

sẽ càng lớn hơn và sự va đập giữa các vòng càng tăng

Thử chọn lò xo loại II, theo TCVN 2024 – 77, tương ứng với đường kính ngoài cho trước và lực P3 tính được ở trên, lò xo có các thông số sau:

DUT.LRCC

Trang 22

0 , 8

= 0,16

Tính Vg.h và

h Vg

V0

để xác định lại loại của lò xo:

V g h 5,14m/s

8,35

16,0.1150

0 , 973 1

14 , 5

0 , 5

h v

v g o

Kết quả nhận được chứng tỏ không có sự va đập giữa các vòng lò xo, như vậy lò

xo này thỏa mãn các điều kiện cho trước, nhưng vì lò xo loại II có độ bền mỏi giới hạn cho nên phải chú ý cung cấp các lò xo dự trữ

Xác định các kích thước còn lại theo các công thức trong bảng 1:

Độ cứng của lò xo theo công thức (4):

29 , 37

=2,02 ≈2,0 N/mm Nếu lấy số lượng vòng tựa (không làm việc) là 1,5 vòng thì số lượng tất cả các vòng của lò xo theo công thức (6) là:

Trang 23

Ví dụ, lấy lò xo có các thông số theo TCVN 2024 – 77:

98 , 50

=25,49 ≈ 25,5;

Độ cứng chính thức: Z =

5 , 25

98 , 50

20

= 10 mm;

F1 =

0 , 2

80

= 40 mm;

F3 =

0 , 2

Như vậy, nếu sử dụng lò xo có lực P3 lớn hơn sẽ dẫn đến khả năng phòng ngừa

sự va đập giữa các vòng lớn hơn, nhưng khi đó kích thước biên của cụm lò xo (H1)

sẽ lớn hơn 15,3 mm Có thể chứng minh rằng nếu ta chọn lò xo có đường kính ngoài lớn hơn, ví dụ D = 16 mm (lò xo số 314 theo TCVN 2024 – 77) thì đường

kính của cụm máy sẽ tăng, nhưng kích thước H1 lại giảm

DUT.LRCC

Trang 24

3.2.4 Tính chọn xylanh nâng hạ bàn gá dao

 Lực đẩy trên thực tế : Fmax= 100 (N)

Q lựa chọn dựa trên khả năng dẫn khí tối thiểu của van tiết lưu

 Từ đó ta xác định tiết diện làm việc cần thiết của xylanh 1:

min 2

1 min

101( )10

DUT.LRCC

Trang 25

+ Độ cứng : là khả năng không bị biến dạng khi dùng để cắt vật liệu gia công + Độ bền cơ học : Khả năng không bị phá hủy khi chịu lực trong quá trình cắt + Độ bền nhiệt : Khả năng giữ được độ cứng và độ bền cơ học ở nhiệt độ cao + Độ bền mòn : Khả năng chống lại sự mài mòn trong quá trình cắt

b Thép hợp kim dụng cụ là thép cácbon dụng cụ có thêm các nguyên tố kim loại khác như vônfram, crôm, vanadi, silic, mangan để tăng độ bền nhiệt của dụng cụ cắt Tuy vậy hiện nay nó cũng chỉ được dùng chế tạo các dụng cụ cắt tốc độ thấp Thép hợp kim dụng cụ thường gặp là thép crôm, thép crôm- niken, thép crôm – mangan – silic, thép vôn fram, thép vanadi,

3.2.5.3 Thép gió

Thép gió thật ra là thép các bon có hàm lượng cácbon rất cao (0,95%) và hàm lượng khá cao của vônfram (18%) crôm (4,6%) Thép gió có độ cứng, độ bền mòn cao, nó có độ bền nhiệt khá cao (có khả năng cắt đến nhiệt độ 550 – 600 oC) Tốc độ cắt đến 50 – 60 mét/phút

Hiện nay để gia công các vật liệu thông dụng người ta thường dùng những mác thép gió: P6M5 ( 6% volfram, 5% molipden), P6M3 ( 6% volfram, 3% molipden), P12 (12% volfram)

Để gia công thép không gỉ có độ bền cao và thép hợp kim có độ cứng và độ dẽo cao (trong điều kiện cắt gọt có va đập) người ta dùng dụng cụ cắt làm bằng thép gió có mác: P18KM2, P10K5M3, P9K5, P6M5K5, P12M2K8M3, P9M4K8,

DUT.LRCC

Trang 26

3.2.5.4 Hợp kim cứng

Hợp kim cứng là tên gọi chung của loại vật liệu có gốc là hợp chất của cácbon

và các kim loại như volfram, titan, tantan, và chất kết dính là coban Thông thường người ta dùng hai loại hợp kim cứng là:

a Hợp kim kim loại gồm có Volfram –Coban ( thường được ký hiệu là BK: Chữ

B ký hiệu cho Cacbit Volfram, chữ K ký hiệu cho Coban, chữ số phía sau nói lên hàm lượng Coban tính theo % , Chữ OM là cỡ hạt Cacbit rất nhỏ) ta có các hợp kim thông dụng: BK2 ( 2% Coban và 98% Cacbit Volfram), BK3, BK3M, BK6, BK6M, BK5H, BK10, BK15M, BK8, BK6-OM, BK8-OM, BK10-OM, BK15-OM, Người ta thường dùng nhóm hợp kim này để gia công các vật liệu giòn như gang, đồng thau, thép tôi, chất dẽo Tốc độ cắt có thể đạt 200 mét/phút

b Hợp kim Titan – Volfram – Coban (thường được ký hiệu là T* K* : chữ T ký hiệu cho Coban, chữ số phía sau* nói lên hàm lượng của Coban tính theo %, chũ T ký hiệu cho Cacbit Titan và con số đứng sau* nói lên hàm lượng của Cacbit Titan tính theo % ) ta có các hợp kim thông dụng : T5K10 ( 5% Cacbit Titan, 10% Coban, 85% Cacbit Volfram), T14K8, T15K6, T30K4, T60K6, Người ta thường dùng nhóm hợp kim này để gia công vật liệu dẽo như thép, đồng đỏ Tốc độ cắt có thể đạt 350 mét/phút

Hiện nay người ta cũng đã đưa vào sử dụng loại hợp kim ba Cacbit ( Cacbit Volfram, Cacbit Titan và Cacbit Tantan) Loại hợp kim này có độ bền cao hơn loại TK 1,5-2 lần Nó được ký hiệu là TTK

Hợp kim cứng được chế tạo thành từng miếng có hình dạng và kích thước theo tiêu chuẩn để có thể ghép vào cán dao Độ bền của hợp kim cứng sẽ tăng lên khi được

mạ lên trên bề mặt một lớp mõng (5-15:m) Cácbít Titan, Borit, Nitrit, Tốc độ cắt lúc này có thể đạt đến 800 mét/phút

Bảng 3.1.Vật liệu dao cắt

T30K4 Gia công tinh thép cacbon, thép không gỉ

T15K6 Gia công tinh và bán tinh thép cacbon và thép không gỉ

T14K8 Gia công thô và bán tinh thép cacbon và thép không gỉ

T5k10,T10K8 Gia công thô thép cacbon và thép không gỉ

T7K12,T5K12 Gia công thô thép cacbon và thép đúc với chiều sâu cắt và

lượng chạy dao lớn BK10-OM Gia công thô và tinh thép đúc từ thép Ostenit không gỉ

BK3,BK3M Gia công tinh gang,kim loại màu và hợp kim,vật liệu không

kim loại

DUT.LRCC

Trang 27

BK6M Gia công tinh gang hợp kim,gang biến trắng, thép tôi,hợp kim

chịu lửa BK6-OM Gia công Volfram và Molipden, thép tôi, hợp kim nhôm

BK6,BK8 Gia công thô gang,hợp kim chịu lửa, đồng, đồng thau, hợp kim

màu BK15-OM Gia công thô một số thép không gỉ, hợp kim Titan, hợp kim

Niken, hợp kim Volfram và hợp kim Molipden

Các trình bày trên theo tiêu chuẩn của Nga.Theo tiêu chuẩn ISO thì hợp kim có

và không có lớp phủ có ký hiệu là P, M ,K,S,H,N

3.2.5.5Các vật liệu khác

a Hợp kim khoáng gốm ( Hợp kim Ceramic)

Hợp kim này được chế tạo từ Oxid nhôm(Al2O3) – Corodum bằng cách nghiền nhỏ rồi ép và thiêu kết Nó cũng được chế tạo thàmh từng mảnh có hình dáng

và kích thước theo tiêu chuẩn như các hợp kim cứng Hợp kim khoáng gốm có độ bền nhiệt và độ chống mài mòn cao hơn so với các hợp kim cứng khác, tuy vậy nó lại có

độ bền thấp hơn và độ giòn cao hơn so với hợp kim cứng Hợp kim khoáng gốm được dùng để gia công tinh mõng Các tiêu chuẩn về hợp kim khoáng gốm chi tiết xin tham khảo phụ lục

b Vật liệu siêu cứng ( CTM )

Là những vật liệu đa tinh thể được tạo thành từ Nitrit Bo.Vật liệu siêu cứng có

độ bền nhiệt cao hơn hẳn so với hợp kim khoáng gốm và hợp kim cứng Vật liệu siêu cứng được dùng để gia công thép, gang, hợp kim khó gia công Vật liệu siêu cứng thường được dùng để mạ các mảnh dao hợp kim cứng, và dùng để chế tạo dụng cụ hạt mài để mài dao cắt

c Kim cương nhân tạo

Kim cương nhân tạo được chế tạo ở dạng bột và dạng tinh thể Từ kim cương nhân tạo dạng bột người ta chế tạo ra đá mài dùng để mài và nghiền các dao hợp kim cứng, đá quý và kim cương.Các dao kim cương chủ yếu được dùng để gia công tinh kim loại màu,hợp kim và vật liệu không kim loại

3.2.5.6 Cơ sở lựa chọn dao cắt

Cơ sở lựa chọn dao cắt :

1 Chiều sâu và rộng của lớp cắt : Cắt vỏ 3mm

2 Kiểu loại dao cắt : Cắt ngang

3 Độ sắc bén của dao : Độ Sắc 4/10

4 Vật liệu chi tiết cắt : Vỏ cứng hạt điều

DUT.LRCC

Trang 28

5 Độ bền và tính đồng nhất của chi tiết : Trên thực tế lực cắt khoảng :120 ÷ 145N là bóc được vỏ hạt điều

6 Yêu cầu về độ bóng và độ chính xác : Không yêu cầu

3.2.3.7 Lượng tiến dao

Trong quá trính cắt hạt dao cắt được cố định trong bàn gá dao và chuyển động theo bàn gá tới bộ phận kẹp chặt và cắt hạt

3.2.3.8 Tính toán lực cắt và công suất cắt

Trên thực tế lực cắt khoảng :120 ÷ 145N là bóc được vỏ hạt điều

Công suất nguồn P = 8bar , hiệu suất máy 0.85

3.2.3.9 Lựa chọn dao cắt và thông số dao

Hình 3.4 Dao cắt Thông số dao 50×250

vỏ hộp bằng nhôm để hạn chế gỉ sét, dùng nhôm giá thành rẻ hơn các loại khác nhưng vẫn đảm bảo.chiều dày là 0,3 mm

3.2.6.2 Chọn bulong , đai ốc

Trong kết cấu máy sử dụng chủ yếu là bulong 6 cạnh để bắt các chi tiết lại với

nhau,tạo sự dễ dàng trong lắp ráp, không gây trở ngại khi bắt các chi tiết khác

Bulong, đai ốc M10 có bước ren 1,5 bằng thép để tăng độ bền mối ghép,

không gây ra hiện tượng trờn ren

Bulong M10 dùng để bắt thân máy vào khung

Bulong,dai ốc M6 dùng để thanh dẫn hạt với xilanh A

Đai ốc M20 có bước ren 1,5 dùng để bắt Pittong B với bàn gá dao

DUT.LRCC

Trang 29

Trang 30

3.2.6.5 Cơ cấu nâng hạ thanh đẩy hạt

Yêu cầu:

 Hành trình làm việc L = 100mm

 Vận tốc làm việc V = 50÷60 cm/s

 Tải trọng làm việc F = 100N

 Cơ cấu làm việc chắc chắn

Hình 3.7 Cơ cấu nâng hạ thanh đẩy 3.2.6.6 Cơ cấu dẫn , kẹp hạt

Hình 3.8 Cơ cấu kẹp DUT.LRCC

Trang 31

 Vật liệu : Nhựa khối gia công CNC

 Phải dễ dàng tháo lắp dao gạt

Hình 3.10 Cơ cấu nâng hạ bàn gá dao DUT.LRCC

Trang 32

Trang 33

Hình 3.13 Cấu tạo xylanh MGPL 12-20

Trang 34

Hình 3.15 Cấu tạo xylanh CDG1LN40-470-H7BW

Trang 35

Hình 3.17 Cấu tạo xylanh DAC40x100

Van đảo chiều khí nén thông dụng:

Van đảo chiều khí nén là phần tử dùng để đóng, ngắt, đảo chiều dòng khí nén, thông qua đó mà thay đổi được hướng tác động của cơ cấu chấp hành khí nén

Van đảo chiều khí nén loại 2 cửa 2 vị trí (van2/2):

Hình 3.18 Van điện từ 2/2 DUT.LRCC

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	2,63 MB