TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Mục đích đề tài
Nhu cầu thị trường về mía ngày càng tăng cao, tuy nhiên, hầu hết các cơ sở sản xuất vẫn sử dụng phương pháp cạo vỏ mía thủ công Phương pháp này không chỉ tốn nhiều thời gian mà còn có năng suất thấp và phụ thuộc vào nguồn lao động hạn chế.
Để đáp ứng nhu cầu thị trường, tôi đã đề xuất ý tưởng "Thiết kế máy cạo vỏ mía", nhằm giảm thời gian sản xuất, giúp doanh nghiệp tăng sản lượng và nâng cao lợi nhuận, từ đó góp phần vào sự phát triển kinh tế của đất nước.
Mục tiêu của thiết kế máy là đảm bảo an toàn vận hành cùng với hiệu quả về chất lượng và kinh tế Về mặt khoa học, việc thiết kế máy thành công sẽ giúp giảm bớt gánh nặng cho người lao động trong quá trình làm việc Từ góc độ thực tiễn, máy móc được thiết kế nhằm nâng cao năng suất cho các cơ sở cung cấp mía, đồng thời rút ngắn thời gian cạo vỏ mía.
Tính cấp thiết của đề tài
1.1.1) Giới thiệu về cây mía
Mía, thuộc chi Saccharum, là một loại cỏ lâu năm trong tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae), có thân mập, chia đốt và chứa nhiều đường, cao từ 2-6m Các giống mía đường hiện nay đều là những dạng lai ghép phức tạp, được trồng chủ yếu để sản xuất đường và chế biến nước mía giải khát.
Trên cây mía, phần ngọn thường có hàm lượng đường thấp hơn phần gốc do chất dinh dưỡng tập trung chủ yếu ở gốc để nuôi cây và dự trữ Sự bốc hơi nước từ lá mía cũng khiến phần ngọn cần được cung cấp nước đầy đủ, dẫn đến tỉ lệ đường/nước cao hơn ở ngọn, làm cho ngọn cây mía nhạt hơn.
Cây mía là loại cây nhiệt đới cần điều kiện độ ẩm cao và nhiệt độ lý tưởng từ 15-26⁰C để phát triển Khi nhiệt độ xuống dưới 21⁰C, sự sinh trưởng của giống mía nhiệt đới sẽ chậm lại, và ngừng hoàn toàn khi nhiệt độ đạt 13⁰C Nếu nhiệt độ giảm xuống dưới 5⁰C, cây mía sẽ chết Mặc dù giống mía Á nhiệt đới có khả năng chịu rét tốt hơn, nhưng nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của chúng cũng tương tự như giống mía nhiệt đới.
Mía cần nhiệt độ từ 26-33⁰C để nảy mầm tốt, trong khi nhiệt độ dưới 15⁰C và trên 40⁰C sẽ làm giảm khả năng nảy mầm Để mía phát triển cao, nhiệt độ lý tưởng là từ 28-35⁰C.
Sự dao động biên độ nhiệt giữa ngày và đêm ảnh hưởng đến tỉ lệ đường trong mía, với giới hạn nhiệt độ lý tưởng cho giai đoạn chín của mía là từ 12-20⁰C Do đó, tỉ lệ đường trong mía thường cao nhất ở những vùng có khí hậu lục địa và vùng cao.
Mía là cây yêu cầu ánh sáng cao, với thời gian quang hợp tối thiểu 1200 giờ, lý tưởng nhất là trên 2000 giờ Thiếu ánh sáng, mía phát triển kém và hàm lượng đường giảm Cường độ và độ dài chiếu sáng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp của cây Ngoài ra, việc hấp thụ phân bón như đạm, lân, kali cũng chỉ hiệu quả khi có đủ ánh sáng Do đó, ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, mía phát triển mạnh nhất vào đầu mùa.
DUT-LRCC hè có độ dài ngày tăng lên Chính vì vậy, ánh sáng là nhân tố quan trọng quyết định năng suất và sản lƣợng mía
Mía là cây trồng cần nhiều nước nhưng lại nhạy cảm với tình trạng úng nước Cây mía phát triển tốt ở những vùng có lượng mưa trung bình từ 1500mm mỗi năm Trong giai đoạn sinh trưởng, mía yêu cầu lượng mưa từ 100-170mm mỗi tháng Để đạt chất lượng cao, mía cần được thu hoạch sau một thời gian khô ráo khi đã chín.
Trồng mía ở những khu vực khô hạn có thể mang lại hiệu quả cao trong vòng 2 tháng, trong khi đó, những nơi có lượng mưa đều đặn và dồi dào lại không đạt được kết quả tương tự.
Gió bão gây ra hiện tượng cây đổ, ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất và chất lượng cây trồng Do đó, việc theo dõi gió là yếu tố quan trọng trong công tác dự báo, giúp lập kế hoạch và chế biến hiệu quả, giảm chi phí, đồng thời đảm bảo giá trị sản xuất và chất lượng của mía nguyên liệu vẫn được duy trì ở mức cao.
Độ cao ảnh hưởng đến cường độ chiếu sáng và chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, từ đó tác động đến khả năng tích tụ đường trong mía, ảnh hưởng đến quy trình chế biến Cây mía có giới hạn độ cao sinh trưởng là 1600m ở vùng xích đạo và 700-800m ở vùng nhiệt đới so với mực nước biển.
Mía là cây công nghiệp dễ trồng, có thể phát triển trên nhiều loại đất, từ đất sét đến đất cát Đất phù hợp cho mía là đất xốp, có độ phì cao, giữ ẩm tốt và thoát nước dễ dàng Mía vẫn có thể sinh trưởng tốt trên đất nặng, đất than bùn, đất cát, đất chua mặn, và đất khô hạn Yêu cầu tối thiểu cho đất trồng là độ sâu và độ thoáng nhất định, với pH từ 4-9, lý tưởng là 5,5-7,5 Địa hình không nên dốc quá 15 độ và không được ngập úng Những vùng đất bằng phẳng và có cơ giới vận tải thuận lợi đều có thể trồng mía, kể cả ở vùng gò đồi với độ dốc nhẹ Tuy nhiên, cần bố trí rãnh mía theo đường đồng mức để tránh xói mòn Để đạt hiệu quả kinh tế cao, cần hình thành các vùng chuyên canh mía quy mô lớn.
Mía là cây công nghiệp chủ yếu cung cấp đường, một thành phần thiết yếu trong bữa ăn hàng ngày của nhiều quốc gia Đường không chỉ là thực phẩm quan trọng mà còn là nguyên liệu cần thiết cho nhiều ngành sản xuất công nghiệp nhẹ và hàng tiêu dùng, đặc biệt trong ngành bánh kẹo.
Hình 1.2: Đường, mật - Sản phẩm chính từ mía
Mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong đó có 16-18% đường Khi mía chín, người ta thu hoạch và ép lấy nước, sau đó chế biến, lọc và cô đặc để sản xuất đường.
Có hai phương pháp chế biến đường: thủ công và công nghiệp Phương pháp thủ công cho ra các dạng đường như đường đen, mật và đường trắng Trong khi đó, chế biến qua nhà máy với quy trình lọc và ly tâm sẽ thu được các loại đường kết tinh tinh khiết.
Ngoài đường, nước mía là một loại thức uống giải khát phổ biến và tốt cho sức khỏe, đặc biệt trong mùa hè Nước mía được xem là lựa chọn tối ưu cho các loại đồ uống giải khát vào thời điểm này, mang lại nguồn thu đáng kể cho ngành dịch vụ giải khát.
Quy trình thiết kế máy cạo vỏ mía
1.2.1: Nguyên lí cạo vỏ mía:
Lý thuyết về lực cắt khi bào:
Trong quá trình cắt bào hạt sen, việc tạo ra lực cắt là cần thiết để loại bỏ lớp vỏ bên ngoài và giảm thiểu lực ma sát Lực này không chỉ giúp thực hiện quá trình biến dạng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát ma sát trong quá trình cắt.
Hình 1.9: Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt
Trong đó: F d : Lực làm cho biến dạng dẻo
F dh : Lực làm cho biến dạng đàn hồi
Nguyên lý cạo vỏ mía sử dụng lưỡi dao cạo theo chiều dọc của cây mía, giúp cạo sạch mà không làm xơ Để tăng năng suất, có thể sử dụng từ 6 - 8 cặp lưỡi dao đặt cạnh nhau dọc theo chiều cạo, từ đó tăng tốc độ tuốt mía một cách rõ rệt.
1.2.2: Thiết kế dao cạo vỏ mía:
Việc đặt 8 cặp lưỡi dao dọc theo chiều dọc cây mía giúp tạo ra diện tích tiếp xúc đồng đều khi cạo vỏ Các lưỡi dao được gắn trên khung dao, khi khung quay, đảm bảo rằng tất cả các lưỡi dao tiếp xúc với cây mía một cách đồng đều, giúp cạo sạch vỏ mía chỉ sau một lần đi qua Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm thời gian so với các phương pháp cạo mía truyền thống.
Máy hoạt động tự động với dao cạo tịnh tiến khứ hồi, giúp cạo vỏ mía hiệu quả Khung dao vừa xoay vừa di chuyển, đảm bảo mía được cạo sạch vỏ nhờ vào diện tích tiếp xúc đồng đều trên vòng tròn của cây mía.
1.2.3) Thiết kế nguyên lí hoạt động của máy cạo vỏ mía
Máy hoạt động bằng cách kẹp chặt cây mía bằng hai cặp lô và kéo vào trong nhờ bộ truyền xích và bộ truyền bánh răng Khi cây mía đến bộ dao, vỏ mía sẽ được cạo nhờ cơ chế dao xoay và tịnh tiến khứ hồi Lực cắt của lưỡi dao không chỉ gọt vỏ mà còn đẩy cây mía tiến tới cho đến khi nó chạm vào hai cặp lô, từ đó được kéo ra ngoài thông qua bộ truyền xích và bộ truyền bánh răng.
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy cạo vỏ mía
3 Cặp lô kéo mía (cấp phôi)
1.5) Mục tiêu cần đạt nghiên cứu đề tài
Mục tiêu của đề tài là phát triển máy cạo vỏ mía với chất lượng cao, đảm bảo sạch sẽ và có khả năng thay thế từ 2 đến 3 nhân công Máy được thiết kế để hoạt động ổn định, bền bỉ, dễ sử dụng và an toàn trong quá trình vận hành.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY
Thông số ban đầu
- Kích thước của máy: 300 x 1400 x 1000 mm
- Số lƣợng mía trong 1 chu kỳ làm việc : 1 cây mía
- Đường kính trung bình của mía 20-30mm
- Thân cao từ 1,5-2m, chia thành nhiều đốt rõ dài 70-100 mm
- Năng suất máy : 2-3 cây / phút
Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
Lý thuyết các môn học
Kiến thức môn chi tiết máy
Chi tiết máy là một môn học quan trọng trong chương trình đào tạo ngành cơ khí kỹ thuật Tài liệu tham khảo chính cho môn học này là cuốn "Hệ thống dẫn động cơ khí" của tác giả Trịnh Chất và Lê Văn.
Uyển Kiến thức sử dụng trong đồ án là lý thuyết về tính toán chọn động cơ: Một số công thức liên quan
+ Công thức tính mômen cản
: gia tốc góc của chi tiết quay
+ Công thức tính công suất động cơ:
Trong đó: N ct : công suất cần thiết
N cắt : công suất để cắt k=2 : hệ số an toàn
Kiến thức về môn sức bền vật liệu:
Tài liệu tham khảo là sách: Sức bền vật liệu của Lê Thanh Phong, Đại Học Sƣ Phạm
Kỹ Thuật 2007 Một số công thức sử dụng:
+ Ứng suất trong bài toán thanh chiệu kéo nén đúng tâm:
Trong đó: z ( N mm / 2 ): Ứng suất tại tiết diện mặt cắt
A mm ( 2 ): Diện tích mặt cắt tại vị trí tính ứng suất
N N z ( ): Lực dọc tại vị trí tính ứng suất
+ Ứng suất trong bài toán thanh chịu uốn phẳng: x z x
Trong đó: M x ( N mm ): Là mô mem uốn y (mm): Tọa độ điểm cần tính ứng suất
I mm x ( 4 ): Mômen quán tính đối với trục x
+ Ứng suất tiếp do lực cắt gây ra: ax ax
Trong đó: J - mô men quán tính chính trung tâm của tiết diện đối trục X x b - bán kính quán tính chính trung tâm đối với tiết diện c
Q m ax - lực cắt lớn nhất c
S x Mô men tỉnh của diện tích cắt đối với trục X
+ Thuyết bền sử dụng là thuyết bền ứng suất tiếp:
+ Để kiểm tra độ ổn định của cơ cấu tính chuyển vị và góc xoay thỏa điều kiện ban đầu:
Để có khả năng bào vỏ mía, động cơ của máy phải có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất cắt
Trong đó lực cắt đƣợc tính theo công thức sau:
F = p.q, trong đó p là lực cắt đơn vị, là hằng số của vật liệu gia công Đối với mía, giá trị p là 23.8 N/mm², và q là diện tích tiết diện phoi cắt, tức là tiết diện của vỏ mía sau khi bào.
Hình 2.1: Tiết diện phoi cắt
Ta có R là bán kính cây mía ở đây ta lấy trung bình bằng 12.5 mm, muốn mía sạch phải bào đi 1mm
Từ đó ta tính đƣợc lực cắt F:
Công suất đông cơ: Pđc =P cắt /η
F : lực cắt v: vận tốc cắt
Khối lƣợng của một phôi là : m = V. (V là thể tích của phôi , là khối lƣợng riêng của phôi ,=0,35g/cm3)
Dựa theo năng suất đề ra là 50kg/h, ta có
50kg sẽ có số lượng phôi tương ứng là : 145 ( )
Thời gian gia công một phôi là : 25( )
3600 s t Để phôi đƣợc gia công hoàn chỉnh nó phải qua ba lần bào có nghĩa là đi hết quãng đường bằng 3 lần chiều dài của phôi S = 2 x 3 = 6(m)
Vậy vận tốc của phôi là v t
2.2.2 Tính toán cơ cấu kéo mía a)Điều kiện để vật cần cán đƣợc cuốn vào bánh cán:
Khi một ngoại lực tác động vào phôi qua hai trục quay ngược chiều, để phôi dạng thanh S = 27 mm có thể tiếp xúc và được cuốn vào các bánh cán, thành phần lực ma sát nằm ngang T x phải lớn hơn thành phần áp lực pháp tuyến nằm ngang N x Nếu T x nhỏ hơn N x, phôi sẽ không được cuốn vào bánh cán.
DUT-LRCC Điều kiện để phôi đƣợc cuốn vào bánh cán:
Thì vật cán đƣợc cuốn và các bánh cán : ta có N x = N sin
Trong đó f: là hệ số ma sát
Kết hợp (a) và (b) ta có:
cos sin f > tg nhƣng vì n 1 = 90 (vòng/phút) thõa
Xác định khoảng các trục
Xác định số mắc xích X:
Xác định khoảng cách trục A theo công thức 6-3/102 CTM
Để xích khỏi chịu lực căng quá lớn ta tính :
DUT-LRCC Đường kính vòng chia cùa đĩa xích : Đĩa xích dẫn : e1
11 d mm Đĩa xích bị dẫn e2 12.7 89( ) sin 180 22 d mm
Lực tác dụng lên bộ truyền : công thức 6-17/109,CTM
Bộ truyền xích được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong điều kiện tốc độ thấp, đặc biệt là trong máy bào vỏ mía Việc sử dụng bộ truyền này giúp đưa mía vào quá trình gọt vỏ một cách tối ưu Nếu sử dụng bánh đai với tốc độ cao, quá trình làm sạch vỏ mía sẽ không đạt yêu cầu chất lượng.
+Bộ truyền sử dụng cần phải chóng trƣợt khi quá tải nếu không việc gọt vỏ sẽ gặp khó khăn.
Thiết kế bộ truyền bánh răng
2.2.1 Cấu tạo và nguyên lí làm việc
Bộ truyền bánh răng thông thường có 2 bộ phận chính:
+) Bánh răng dẫn 1, có đường kính d1, được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n1, công suất truyền động P1, mô men xoắn trên trục T1
+) Bánh răng bị dẫn 2, có đường kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số vòng quay n2, công suất truyền động P2, mô men xoắn trên trục T2
- Bộ truyền bánh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục với tỷ số truyền xác định nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng
- Có thể truyền chuyển động giữa các trục song song, cắt nhau, chéo nhau hay biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến
2.2.2 Phân loại bộ truyền bánh răng
+ Theo sự phân bố giữa các trục:
- Truyền động giữa các trục song song: bánh răng trụ
- Truyền động giữa các trục cắt nhau: bánh răng côn
- Truyền động giữa hai trục chéo nhau: bánh răng côn xoắn, trụ xoắn
+ Theo sự phân bố giữa các răng trên bánh răng
- Bộ truyền ăn khớp ngoài
- Bộ truyền ăn khớp trong
Hình 2.4: Các dạng cặp bánh răng
+ Theo phương của răng so với đường sinh
- Truyền động bánh răng thân khai
- Truyền động bánh răng Xicloit
- Truyền động bánh răng Nôvicov
2.2.3 Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng Ƣu điểm:
- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn
- Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tƣợng trƣợt trơn
- Làm việc với vận tốc lớn, công suất cao
- Đòi hỏi độ chính xác cao
- Ồn khi vận tốc lớn
2.2.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng
Chọn thép C45 có cơ tính: + Độ cứng: HB = 220
+ Giới hạn bền kéo: b 600 N/mm 2
+ Giới hạn chảy: ch 300 N/mm 2 b) Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép
N - hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc
N o 10 7 - số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 3.9 [1])
N td 600 u n T 600.1.8760.23 5256000- số chu kỳ tương đương
- u = 1 – số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng
- T = 3.365.8 = 8760 h – Tổng số giờ làm việc
Ứng suất uốn cho phép
Do bánh băng phải làm việc hai mặt (răng chịu ứng suất thay đổi chiều) nên ta có công thức:
+ K 1,8 - Hệ số tập trung ứng suất chân răng
N - Hệ số chu kỳ ứng suất uốn
N o 5.10 6 - Số chu kỳ cơ sở cảu đường cong mỏi
N td 5256000- Số chu kỳ tương đương
m6- Số chu kỳ đường cong mỏi uốn c) Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K = 1,3 d) Chọn hệ số chiều rộng bánh răng
Với tải trung bình có thể chọn:
Trong đó: + b- Chiều rộng bánh răng
+ A- Khoảng cách trục e) Khoảng cách trục
Chọn A = 110 mm f) Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác
Với V= 1,2 m/s Tra bảng 3.11 [1] chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng IT9 g) Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A tt d
+ K tt 1 - Tải trọng thay đổi
Vì K 10 % là khá lớn nên cần tính lại khoảng cách trục A sb 3 sb
A 1,3 mm h) Xác định modun, số răng, chiều rộng bánh răng
Giá trị của modun m phải lấy theo tiêu chuẩn tra bảng 3.1 Lấy m = 2
0,3.104 31, 2 b A A Lấy b 0 mm i) Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
Nhận thấy u u Thỏa mãn điều kiện bền uốn
Trong đó: + y: Hệ số dạng răng
+ u 72 N/mm 2 - Ứng suất uốn cho phép k) Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
Đường kính vòng đỉnh răng: D e 1 D e 2 d 2 m 104 2.2 108
Đường kính vòng chân răng: D f 1 D f 2 d 2m2c104 2.2 2.0,5 99 m) Tính lực tác dụng lên trục
Thiết kế cụm dao
Để cạo sạch vỏ mía, cần kết hợp nhiều cặp dao để đảm bảo lưỡi dao tiếp xúc toàn bộ vòng tròn của cây mía Các lưỡi dao được ghép thành đường thẳng và hàn vào khung, tạo thành một cụm dài Cụm dao này sẽ xoay vòng và chuyển động tịnh tiến để cạo sạch vỏ mía Để thực hiện cơ cấu quay tròn, chúng ta sử dụng bộ truyền xích để xoay các lưỡi dao.
Vật liệu chế tạo dao cắt:
Công cụ cắt gọt gỗ, tre nứa thường được chế tạo từ mấy loại sau đây:
Thép cacbon dụng cụ là hợp chất của sắt với thành phần chính là cacbon, chiếm không quá 1,09% Ngoài cacbon, thép này còn chứa một số tạp chất khác, chủ yếu là photpho và lưu huỳnh Thép cacbon dụng cụ được chia thành hai loại: loại có chất lượng và loại có chất lượng cao, trong đó loại cao cấp chứa ít tạp chất hơn Tỷ lệ tạp chất trong thép có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm, do đó việc kiểm soát các thành phần này là rất quan trọng.
-Cacbon–lƣợng cacbon tăng thì tính dẻo của thép giảm, tăng độ cứng và độ giòn Vì vậy thép cácbon dùng trong công cụ lƣợng cacbon tối đa là 1,09%
Photpho là một tạp chất ảnh hưởng lớn đến tính chất và cấu trúc của thép, thường gây hại bằng cách làm cho thép trở nên giòn ngay cả ở nhiệt độ thường Do đó, hàm lượng photpho tối đa cho phép trong thép cacbon sử dụng cho công cụ là 0,03%.
Lưu huỳnh, giống như photpho, là một tạp chất gây hại cho tính chất cơ lý của thép Sự hiện diện của lưu huỳnh trong thép làm cho thép trở nên giòn khi ở nhiệt độ cao Do đó, đối với thép carbon dùng trong chế tạo công cụ, lượng lưu huỳnh tối đa cho phép là 0,03%.
Mangan trong thép cacbon có khả năng giảm lượng lưu huỳnh, từ đó làm tăng độ đậm đặc và cải thiện tính chất cơ lý của thép Tuy nhiên, sự hiện diện của mangan cũng có thể khiến thép trở nên cứng hơn trong quá trình nhiệt luyện, vì vậy lượng mangan thường được kiểm soát không quá cao.
Tỷ lệ mangan tối đa trong thép cacbon dùng cho công cụ được giới hạn ở mức 0,3% Silic không chỉ tăng cường độ cứng và một số tính chất cơ lý khác của thép mà còn cải thiện khả năng chống gỉ và độ đàn hồi Tuy nhiên, silic cũng làm giảm tính dẻo mềm của thép, do đó, lượng silic tối đa cho phép trong thép cacbon chế tạo công cụ không vượt quá 0,35%.
Trong thép cacbon chế tạo công cụ, ngoài các tạp chất thông thường, có thể xuất hiện crôm và niken với tỉ lệ thấp, nhưng chúng thường không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng Crôm và niken được xem là hai tạp chất có lợi, vì chúng liên kết với các tạp chất khác, giúp nâng cao tính chất cơ lý của thép.
Thép hợp kim là loại thép có thành phần chính là thép cacbon, bao gồm sắt và cacbon, cùng với một số nguyên tố khác như Crôm, Vonfram, Thiếc, Vanadi và Môlipđen được pha thêm theo tỷ lệ nhất định Việc bổ sung các nguyên tố này giúp cải thiện các tính chất của thép, làm cho nó phù hợp hơn với các ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp.
Thép cao tốc, hay còn gọi là thép gió, được biết đến với khả năng làm việc ở tốc độ cao mà không bị hư hại mũi cắt do nhiệt Thành phần chính của loại thép này là vonfram, với tỷ lệ có thể đạt từ 6-18%.
Thép không gỉ là loại thép đặc biệt, có khả năng chống gỉ trong không khí và chống ăn mòn hiệu quả trong môi trường axit và bazơ Trong khi các thép cácbon và hợp kim thông thường dễ bị gỉ và ăn mòn nhanh chóng, thép không gỉ mang lại độ bền cao và sự bảo vệ vượt trội cho các ứng dụng trong điều kiện khắc nghiệt.
Thép không gỉ có 2 loại là:Thép không gỉ 2 pha và thép không gỉ 1 pha
Thép không gỉ 2 pha chứa 0,1-0,4% C và 13% Cr, với cấu trúc Ferit hòa tan Cr cao và cacbit Crôm Các mác thép tiêu biểu bao gồm 12X13, 20X13, 30X13, 40X13 (12Cr13, 20Cr13, ) Loại thép này nổi bật với khả năng chống ăn mòn cao trong môi trường khí quyển và nước ngọt, đồng thời có độ bền cứng tương đối cao và độ dẻo đàn hồi thấp.
Thép không gỉ 1 pha là loại thép chứa 18% Cr và 9-10% Ni, nổi bật với khả năng chống ăn mòn vượt trội hơn so với thép 2 pha Các mác thép tiêu biểu bao gồm 12Cr18Ni9, 17Cr18Ni9 và 12Cr18Ni9Ti, mang lại độ bền và tính ổn định cao trong nhiều ứng dụng.
+Tính chống ăn mòn cao
+Tính công nghệ tốt: có thể cán dập,gò ở trạng thái nguội do có tính dẻo cao,rất tốt cho chế tạo các thiết bị hóa học
Chọn vật liệu cho dao cắt là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của công cụ Việc lựa chọn vật liệu phù hợp với từng loại công cụ, chế độ gia công và dạng cắt gọt sẽ giúp giảm thiểu tình trạng mẻ gãy, nâng cao chất lượng gia công và năng suất làm việc Do đó, việc xác định vật liệu gia công đúng cách không chỉ đảm bảo hiệu quả công việc mà còn kéo dài tuổi thọ của chi tiết.
Vật liệu cho dao cắt bóc vỏ mía cần đảm bảo ứng suất phần mũi cắt lớn hơn ứng suất phá hủy từ ngoại lực, nhằm tăng cường khả năng chống mòn Đặc biệt, dao cắt mía phải chịu ảnh hưởng từ độ ẩm và độ ngọt cao của cây mía, đồng thời đảm bảo vệ sinh cho sản phẩm Do đó, thép không gỉ 2 pha, cụ thể là mác thép 12Cr13, là lựa chọn tối ưu Vật liệu này không chỉ có độ bền cứng cao mà còn có độ dẻo đàn hồi thấp, giúp chống ăn mòn và duy trì vệ sinh cho sản phẩm mía bóc vỏ, đồng thời kéo dài tuổi thọ của dao.
Thiết kế cơ cấu tịnh tiến khứ hồi cụm dao
Để cạo vỏ mía hiệu quả, cần thiết kế cơ cấu tịnh tiến khứ hồi cho cụm dao, sử dụng đĩa lệch tâm để kéo dao tiến lùi Do cụm dao nặng khoảng 50kg, cần áp dụng ray trượt để đảm bảo dao có thể di chuyển dễ dàng Ray trượt sẽ được đặt dọc theo chiều cạo mía, giúp dẫn hướng dao và giảm lực đẩy từ đĩa lệch lên cụm dao.
Thiết kế cụm kéo mía
Cây mía được kéo vào nhờ hai cặp pulo cao su, sử dụng bộ truyền xích và bánh răng Cặp pulo này không chỉ kéo mía mà còn kẹp chặt cây mía để thực hiện việc gọt vỏ Lực kẹp do các lò xo tác động lên trục pulo có thể điều chỉnh, phù hợp với kích thước và độ cứng của mía Đối với những loại mía có vỏ cứng, lực kẹp cần lớn hơn để tránh trượt khi cạo Sau khi cây mía được gọt sạch vỏ qua bộ khung dao, hai cặp pulo phía sau sẽ kéo mía ra ngoài, tương tự như khi kéo vào.
2.6 Thiết kế cụm gọt Đối với máy cạo vỏ mía, cụm gọt có vai trò quan trọng nhất của máy, nó quyết định hình thức bào vỏ mía theo nguyên lí nào Với khung dao đƣợc đặt song song với mặt bằng của máy, hướng đặt trùng tâm với đường kéo mía vào Khung dao được xoay tròn nhờ động cơ dẫn qua bộ truyền xích
Cụm gọt mía được tịnh tiến khứ hồi nhờ cơ cấu đĩa lệch tâm và ray trượt dẫn hướng, giúp cạo sạch vỏ mía mà không làm hư hại đến xơ Khi đĩa lệch tâm quay một vòng, cụm sẽ tiến và lùi một lần, đảm bảo hướng cạo trùng với thước xơ trong vỏ mía Ray trượt hình mang cá giúp dẫn hướng theo đường thẳng chính xác và chịu tải trọng vừa.
Hình 2.7: Thanh ray trượt dẫn hướng
Thiết kế khung máy
- Khung máy phải đảm bảo về:
+ Đảm bảo về sức chịu tải trọng: trọng lƣợng các chi tiết, lực tác dụng lên khung
+ Chịu đƣợc độ rung và tác động từ bên ngoài vào
+ Ngoài ra cần đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn của sản phẩm
- Khung máy là khung hàn:
+ Mối hàn phải đảm bảo: không có hiện tƣợng nứt, rỗ, ngậm xỉ, cháy bề mặt
- Khung máy đƣợc làm bằng thép định hình chữ L
- Đảm bảo kích thước yêu cầu của khung máy
- Phun sơn chống rỉ cho khung máy.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
Quy trình công nghệ gia công trục kéo phôi:
Vì chi tiết làm bằng vật liệu thép C45 nên sử dụng phương an chế tạo phôi hợp lý nhất là phôi cán
Cán là một kỹ thuật gia công áp lực, trong đó kim loại được biến dạng thông qua khe hở giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, tạo ra hình dạng và kích thước tiết diện ngang của sản phẩm.
Phôi cán có tiết diện ngang và chiều dài theo tiêu chuẩn,độ chính xát chất lƣợng bề mặt và thành phân hóa học ổn định hơn
Xác định lƣợng dƣ gia công
Từ phương pháp chế tạo phôi đã chọn ta có thể xát định được lượng dư ,sai lệch về kích thước cho chi tiết như sau:
Tra bảng 48-1 trang 70 sổ tay thiết kế công nghệ chế tạo máy 1 ta chọn đường kính phôi 50 mm , chiều dài là 167mm
Biện luận quy trình công nghệ
- Kiểm tra kích thước phôi
-Lần gá A: Định vị mặt trụ ngoài -> 4 bậc tự do
Bước 1 : Khỏa mặt đầu đạt L5.5mm Bước 2 : Khoan tâm
Bước 3 : Khoan lỗ ỉ5.2mm Bước 4 : Taro ren sơ bộ L=7mm Bước 5 : Tiện thụ trục đạt ỉ31 LH.5mm Rz40 Bước 6 : Tiện thụ trục đạt ỉ21 LD.5mm Rz40
- Dao : Dao tiện đầu cong , mũi khoan tõm , mũi khoan ỉ5.2mm , mũi taro ren M6 , dao tiên vai
Bước 1 : Khỏa mặt đầu đạt L5.5mm
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 1.5 mm S = 0.7 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.7mm/vòng VT mm/phút
+ Tra bảng 8-3/Tr 88 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
DUT-LRCC t = 2.5 mm S = 0.14 mm/vòng + Tra bảng 11-3/Tr91 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.14mm/vòng VC mm/phút
Bước 3 : Khoan lỗ ỉ5.2mm L mm
+ Tra bảng 8-3/Tr 88 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 2.6 mm S = 0.18 mm/vòng + Tra bảng 11-3/Tr91 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 4 : Taro ren sơ bộ M6 , L = 7mm
+ Tra bảng 10-7/Tr 174 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 0.4 mm S = 0.5 mm/vòng + Tra bảng 10-7/Tr 174 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 5 : Tiện thụ trục đạt ỉ31 LH.5mm Rz40
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 3 mm S = 0.9 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 6 : Tiện thụ trục đạt ỉ21 LD.5mm Rz40
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 2.5 mm S = 0.7 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
-Lần gá B: Định vị mặt trụ ngoài -> 4 bậc tự do
Bước 1 : Khỏa mặt đầu đúng chiều dài đạt L4.5mm Bước 2 : Khoan tâm
- Dao : Dao tiện đầu cong , mũi khoan tâm
Bước 1 : Khỏa mặt đầu đạt L4.5mm
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 1 mm S = 0.5 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.5mm/vòng Vd mm/phút
+ Tra bảng 8-3/Tr 88 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 2.5 mm S = 0.14 mm/vòng + Tra bảng 11-3/Tr91 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.14mm/vòng VC mm/phút
-Lần gá C: Định vị 2 lỗ tâm với tốc kẹp -> 6 bậc tự do
Bước 1 : Tiện thụ trục đạt ỉ48 Rz40 Bước 2 : Tiện thụ trục đạt ỉ31 Lmm Rz40 Bước 3 : Tiện thụ trục đạt ỉ21 Lmm Rz40
- Đồ gá : Mâm cặp , mũi chống tâm , tốc kẹp
Bước 1 : Tiện thụ trục đạt ỉ48 Rz40
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t ! mm S = 0.6 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.6mm/vòng VD mm/phút
Bước 2 : Tiện thụ trục đạt ỉ31 Lmm Rz40
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 3 mm S = 0.9 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 3 : Tiện thụ trục đạt ỉ21 L mm Rz40
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 2.5 mm S = 0.7 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
-Lần gá A: Định vị 2 lỗ tâm với tốc kẹp -> 6 bậc tự do
Bước 1 : Tiện bỏn tinh trục đạt ỉ30.2 L=4mm Bước 2 : Tiện bỏn tinh trục đạt ỉ20.2 Lmm Bước 3 : Tiện tinh trục đạt ỉ30 L= 4mm Ra=3.2 Bước 4 : Tiện tinh trục đạt ỉ20 L= 12mm Ra=3.2
- Đồ gá : Mâm cặp , mũi chống tâm , tốc kẹp
Bước 1: Tiến hành bỏn tinh trục đạt ỉ30.2 với chiều dài L=4mm Theo bảng 17-1/Tr 24 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí, chọn t = 0.4 mm, dẫn đến S = 0.18 mm/vòng Tiếp theo, tham khảo bảng 30-1/Tr 31 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí để thực hiện các bước tiếp theo.
Bước 2 : Tiện bỏn tinh trục đạt ỉ20.2 Lmm + Tra bảng 17-1/Tr 24 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 0.4 mm S = 0.18 mm/vòng
+ Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 3: Tiện tinh trục đạt kích thước ỉ30 với chiều dài L = 4mm và độ nhám Ra = 3.2 Theo bảng 17-1 trang 24 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí, chọn t = 0.1 mm, dẫn đến S = 0.11 mm/vòng Tham khảo thêm bảng 30-1 trang 31 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí để có thông tin chi tiết.
Bước 4: Tiện tinh trục đạt ỉ20 với kích thước L= 12mm và Ra=3.2 Theo bảng 17-1/Tr 24 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí, ta có t = 0.1 mm, dẫn đến S = 0.11 mm/vòng Tham khảo thêm bảng 30-1/Tr 31 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí để có thông tin chi tiết hơn.
-Lần gá B: Định vị 2 lỗ tâm với tốc kẹp -> 6 bậc tự do
Bước 1 : Tiện bỏn tinh trục đạt ỉ30.2 L=4mm Bước 2 : Tiện bỏn tinh trục đạt ỉ20.2 LD.5mm Bước 3 : Tiện tinh trục đạt ỉ30 L= 4mm Ra=3.2
Bước 4 : Tiện tinh trục đạt ỉ20 L= 44.5mm Ra=3.2
- Đồ gá : Mâm cặp , mũi chống tâm , tốc kẹp
Bước 1 : Tiện bỏn tinh trục đạt ỉ30.2 L=4mm
+ Tra bảng 17-1/Tr 24 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 0.4 mm S = 0.18 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 2: Tiến hành điều chỉnh tinh trục đạt ỉ20.2 LD.5mm Theo bảng 17-1 trang 24 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí, với t = 0.4 mm, ta có S = 0.18 mm/vòng Ngoài ra, tham khảo bảng 30-1 trang 31 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí để có thêm thông tin chi tiết.
Để thực hiện bước 3, cần tiện tinh trục với kích thước ỉ30, chiều dài L=4mm và độ nhám Ra=3.2 Tham khảo bảng 17-1 trang 24 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí, chọn t=0.1 mm dẫn đến S=0.11 mm/vòng Tiếp theo, tra cứu bảng 30-1 trang 31 trong cùng sách để có thông tin chi tiết hơn về chế độ cắt.
Bước 4: Tiện tinh trục đạt ỉ20 với kích thước L = 44.5mm và Ra = 3.2 Theo bảng 17-1 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí, với t = 0.1 mm, ta có S = 0.11 mm/vòng Tham khảo thêm bảng 30-1 trong sách chế độ cắt gia công cơ khí để có thông tin chi tiết.
-Lần gá A: Định vị 2 lỗ tâm với tốc kẹp -> 6 bậc tự do
Bước 1 : Cắt rónh đạt ỉ24 B=8mm Bước 2 : Tiện côn 45 độ Lmm
- Đồ gá : Mâm cặp , mũi chống tâm , tốc kẹp
Bước 1 : Cắt rónh đạt ỉ24 B=8mm
+ Tra bảng 57-1/Tr 44 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 12 mm S = 0.1mm/vòng + Tra bảng 57-1/Tr 44 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
Bước 2 : Tiện côn 45 độ Lmm
+ Tra bảng 57-1/Tr 44 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 4.2 mm S = 0.16mm/vòng + Tra bảng 57-1/Tr 44 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
-Lần gá B: Định vị 2 lỗ tâm với tốc kẹp -> 6 bậc tự do
Bước 1 : Tiện côn 45 độ Lmm Bước 2 : Vạt cạnh 2x45 độ
- Dao : Dao cắt rãnh , dao tiện đầu cong
- Đồ gá : Mâm cặp , mũi chống tâm , tốc kẹp
Bước 1 : Tiện côn 45 độ Lmm
+ Tra bảng 57-1/Tr 44 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 4.2 mm S = 0.16mm/vòng + Tra bảng 57-1/Tr 44 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 2 mm S = 0.5 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.5mm/vòng VR mm/phút
+ Tra bảng 25-1/Tr 29 / sách chế độ cắt gia công cơ khí t = 1 mm S = 0.4 mm/vòng + Tra bảng 30-1/Tr31 / sách chế độ cắt gia công cơ khí
S = 0.4mm/vòng Vb mm/phút