THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT CẮT THÁI Tác giả: HUỲNH THỊ THÚY HẰNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp kỹ sư ngành Cơ khí chế biến bảo quản nông sản thực phẩm Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Như Nam Tháng 6/2013 i LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp bước cuối đánh dấu trưởng thành sinh viên giảng đường Đại học Trong trình làm đề tài em nhận nhiều giúp đỡ từ thầy cô bạn bè Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể Q thầy khoa Cơ khí – Cơng nghệ trường ĐH Nơng Lâm TP.HCM, dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt bốn năm học tập rèn luyện trường Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy T.S Nguyễn Như Nam – người tận tình hướng dẫn em thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp DH09CC góp ý chia sẻ với em nhiều kiến thức quý giá Với vốn kiến thức hạn hẹp thân thời gian làm đề tài có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp phê bình thầy Đó hành trang q giá giúp em hồn thiện kiến thức sau ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu: “ Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm thiết bị đo áp suất cắt thái” tiến hành xưởng thực nghiệm máy sau thu hoạch khoa Cơ khí – Cơng nghệ trường đại học Nông Lâm, thời gian từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2013 Kết thu được: x Khung máy: Chiều cao: 770mm Chiều rộng: 478mm Chiều dài: 620mm x Họng thái: Bề rộng họng thái: 100mm Chiều cao họng thái: 50mm x Góc trượt: Phạm vi góc trượt W: y 600 x Dao thái: Chiều dài dao thái: 220mm x Lực cắt thái: Lực cắt thái lớn nhất: 1800N x Xy lanh thủy lực khí nén: iii Đường kính piston xy lanh: 90mm Hành trình piston xy lanh : 100mm Chiều dài phần vỏ xy lanh: 210mm x Cảm biến: Lực cảm biến: 2000N Sai số cảm biến: 0.1N x Độ xác thiết bị : Độ xác thiết bị đo áp suất cắt thái: 0.00001 N/cm iv MỤC LỤC TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG x Chương MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 2.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 2.2.1.1 Thiết bị kéo – nén vạn 2.2.1.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng 12 2.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 14 2.2.2.1 Thiết bị kéo – nén vạn 14 2.2.2.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng 14 2.3 Ý kiến thảo luận đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu 15 2.3.1 Ý kiến thảo luận 15 2.3.2 Đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu 16 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1 Nội dung nghiên cứu 17 3.2 Phương pháp nghiên cứu 17 3.2.1 Phương pháp nghiên cứu xác định mơ hình máy thí nghiệm MTN – 17 3.2.1.1 Cách tiếp cận 17 3.2.1.2 Phương pháp tiến hành 17 3.2.2 Phương pháp tính tốn thiết kế thiết bị đo lường MTN – 17 v 3.2.2.1 Cách tiếp cận 17 3.2.2.2 Phương pháp tiến hành 18 3.2.3 Phương pháp chế tạo thiết bị đo lường MTN – 18 3.2.3.1 Cách tiếp cận 18 3.2.3.2 Phương pháp tiến hành 18 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 4.1 Xác định mơ hình thiết bị lường MTN – 19 4.1.1 u cầu kỹ thuật mơ hình thiết bị đo lường MTN – 19 4.1.2 Phân tích để xây dựng mơ hình thiết bị lường MTN – 19 4.1.3 Xây dựng mơ hình thiết bị lường MTN – 21 4.2 Tính tốn thiết kế thiết bị lường MTN – 21 4.2.1 Tính tốn thiết kế, chế tạo bệ họng thái 21 4.2.2 Tính tốn khoảng điều chỉnh góc cắt trượt W 23 4.2.3 Tính tốn thiết kế, chế tạo dao thái 23 4.2.4 Tính tốn lực cắt thái lớn 25 4.2.5 Tính tốn thiết kế, chế tạo cấu gá lắp dao thái 26 4.2.6 Thiết kế, chế tạo hộp chứa xy lanh 28 4.2.7 Tính tốn lựa chọn xy lanh thủy lực khí nén 29 4.2.7.1 Yêu cầu xy lanh thủy lực khí nén 29 4.2.7.2 Tính tốn lựa chọn xy lanh thủy lực khí nén 29 4.2.8 Tính tốn lựa chọn cảm biến lực 30 4.2.8.1 Yêu cầu cảm biến lực 30 4.2.8.2 Tính tốn lựa chọn cảm biến lực 31 4.2.9 Tính tốn thiết kế, chế tạo khung 31 4.2.10 Thiết kế, chế tạo cấu dẫn hướng dao thái 34 4.2.11 Thiết kế, chế tạo bệ đỡ 35 4.2.12 Xây dựng vẽ lắp 37 4.3 Tính tốn độ xác đo lường thiết bị đo MTN – 38 4.4 Ý kiến thảo luận 39 vi Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40 5.1 Kết luận 40 5.2 Đề nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Sơ đồ ngun lý hoạt động máy thí nghiệm kéo nén Hình 2 Máy thử kéo - nén vạn (PATHFINDER) với cỡ lực 1.000kN công ty Nghiên cứu kỹ thuật Tư vấn xây dựng Hoàng Vinh Hình Thiết bị thí nghiệm vật liệu vạn WP300 Trung tâm TC-ĐL-CL3 Bộ Quốc Phòng Hình Hệ thống thủy lực cấu tạo ngàm kẹp PATHFINDER Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo PATHFINDER Hình 2.6 Giao diện chương trình 10 Hình Biểu đồ ứng suất biến dạng 11 Hình Bảng giá trị lực độ giản vật liệu 11 Hình Thiết bị đo lực cắt thái áp suất cắt thái riêng Bộ môn Máy Nông nghiệp, khoa Cơ Điện, trường đại học Nông nghiệp Hà Nội 13 Hình 10 Thiết bị đo lực cắt thái áp suất cắt thái riêng Н Е Резник (1964) 15 Hình Sơ đồ cấu tạo thiết bị đo lường MTN - 21 Hình Bệ họng thái 23 Hình Dao cắt thái 24 Hình 4 Dao thái 25 Hình Cụm dao thái 25 Hình Bát gá lắp dao 26 Hình Tấm điều chỉnh góc xoay dao 27 Hình Hộp chứa xy lanh 28 Hình Hình hộp chứa xy lanh 29 Hình 10 Khung thiết bị đo MTN - 32 Hình 11 Khung 34 Hình 12 Thanh dẫn hướng 34 viii Hình 13 Thanh dẫn hướng dao thái 35 Hình 14 Bệ đỡ 36 Hình 15 Bệ đỡ 37 Hình 16 Bản vẽ lắp thiết bị MTN - 38 Hình 17 Thiết bị đo MTN - 42 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Giá trị áp suất cắt riêng số nguyên liệu thực vật x sửa, làm đường biên, hai khoan lỗ theo kích thước ghi vẽ chế tạo hàn vng góc với 4.2.6 Thiết kế, chế tạo hộp chứa xy lanh x Thiết kế hộp đựng xy lanh Hộp chứa xy lanh thiết kế hình 4.8 256 125 Ø39 125 Ø11 Hình 4.8 Hộp chứa xy lanh x Chế tạo hộp đựng xy lanh Hộp chứa xy lanh chi tiết dạng hộp chữ nhật hở mặt bên để thao tác lắp xy lanh Hộp chứa xy lanh có mặt, dạng phẳng, dày mm Mặt đỉnh hộp có dạng hình vng 125 mm x 125 mm, có khoan lỗ để lắp với bích khung hàn với mặt bên, chừa phẩn hở đối mặt với trụ khung Ba mặt bên có dạng hình chữ nhật 526 mm x 125 mm Trên mặt bên có khoa lỗ để lắp địnmh hướng chuyển động piston Mặt đáy hộp chứa xy lanh có khoan lỗ I30 tâm để lắp có khe hở cần piston khoa lỗ 28 I13 để lắp cố định với xy lanh Tất mặt xy lanh sản xuất từ thép dày mm, gia công máy cát dập cắt hàn Sau nắn, sửa làm đường biên cắt tiến hành khoan lỗ theo kích thước ghi vẽ hàn tạo thành hộp chữ nhật Hình 4.9 Hình ảnh thực hộp chứa xy lanh 4.2.7 Tính tốn lựa chọn xy lanh thủy lực khí nén 4.2.7.1 Yêu cầu xy lanh thủy lực khí nén + Tạo lực ép cần thiết phục vụ trình đo Vì lực ép piston phải đủ lớn thắng lực cản cắt thái đo áp suất cắt thái riêng + Hành trình piston phải đủ lớn để thực trình cắt thái 4.2.7.2 Tính tốn lựa chọn xy lanh thủy lực khí nén 29 Dựa vào lực cắt thái nguyên liệu thực vật lớn Pctmax = 1800 N (công thức 4.4) chọn lực đẩy piston tính tốn là: PPTmax = Pctmax = 1.800 [N] (4.5) Đường kính piston xy lanh thủy lực khí nén tính theo cơng thức: PPtmax = p.g.FPT = p.S.DPT2/4 = 3.9,81.3,14 DPT2/4 DPT = 1800.4 = 8,8 [cm] 3.9,81.3,1 (4.6) Theo tiêu chuẩn, chọn xy lanh thủy lực khí nén có đường kính pis tơng là: DPT = 90 [mm] (4.7) Hành trình pis tơng S phải lớn chiều cao họng thái hht Chọn: S = hht = 50 mm = 100 [mm] (4.8) Dựa vào xy lanh thủy khí chọn cho thơng số kỹ thuật xy lanh thủy khí dùng làm nguồn lực cho thiết bị đo là: Đường kính piston 90 mm, hành trình piston 100 mm, chiều dài phần vỏ xy lanh 210 mm 4.2.8 Tính tốn lựa chọn cảm biến lực 4.2.8.1 Yêu cầu cảm biến lực Bộ cảm biền lực thỏa mãn hai yêu cầu sau:  Cỡ đo phải đủ lớn để không bị tải trình đo Nghĩa cỡ lực nén ép cho phép cảm biến lực không nhỏ lực tác động lên bệ họng thái(lực cản cắt thái) lực lớn mà piston tạo Theo yêu cầu 30 tổng hợp lại cỡ lực nén ép cảm biến lực không nhỏ lực lớn mà piston tạo  Cỡ đo phải đủ nhỏ để nâng cao độ xác phép đo Kết hợp hai yêu cầu trên, cỡ lực nén ép cảm biến lực lực lớn mà piston tạo 4.2.8.2 Tính tốn lựa chọn cảm biến lực Từ phân tích trên, ta có cỡ lực nén ép cảm biến là: Pcambien = p.g.S.RPT2= 9,81 3,14.4,52 = 1.871 [N] (4.9) Theo tiêu chuẩn chọn cỡ cảm biến lực loại: Pmax = 2.000 N, sai số 'P = 0,1 [N] (4.10) 4.2.9 Tính tốn thiết kế, chế tạo khung Khung thiết bị đo MTN – thiết kế hình 4.10 31 280 R105 A 770 R45 A 45 52 620 478 B A-A Ø60 Ø5 200 125 85 52 75 22 B 22 75 Hình 4.10 Khung thiết bị đo MTN – Khung gồm chi tiết bệ khung, trụ, bích bắt hộp chứa xy lanh, chân đế x Bệ khung: Bệ khung chi tiết họ tấm, gập thành hộp hở để tăng cứng Bệ khung khoan lỗ để lắp ghép cảm biến, hộp chứa vi mạch điều khiển mạch dây dẫn Giữa bệ khung có tăng cường gân chống uốn dày mm Bốn góc bệ khung hàn tam giác có khoan lỗ I13 để bắt chặt chân đế mối ghép ren để điều chỉnh độ cao chân đế cho phù hợp với mật lắp đặt Vật liệu chế tạo bệ khung thép CT 32 dày mm Phôi chế tạo bệ khung sản xuất từ thép tấm, gia công máy cát dập cắt hàn Sau nắn, sửa làm đường biên cắt gập định hình máy gập khoan lỗ theo kích thước ghi vẽ x Trụ: chi tiết họ thẳng cong phối hợp Trụ hàn đầu với bệ khung, đầu lại hàn với bích lắp với hộp chứa xy lanh Vật liệu chế tạo trụ thép ống đen tiêu chuẩn I60, dày mm Trụ chế tạo cách hàn lắp thẳng cong x Bích bắt hộp chứa xy lanh: chi tiết họ phẳng dạng hình vng, có khoan lỗ định hình để lắp hộp chứa xy lanh Bích hàn với trụ Vật liệu chế tạo trụ thép dày mm Phơi chế tạo bích sản xuất từ thép tấm, gia công máy cát dập cắt hàn Sau nắn, sửa làm đường biên cắt khoan lỗ theo kích thước ghi vẽ x Chân đế: chi tiết họ ren (ren tiêu chuẩn M 12) có hàn bích đầu để làm bệ đỡ Chân đế chế tạo từ ren tiêu chuẩn M 12, gia công cắt theo chiều cao chân đế ghi vẽ Sau hàn với bích dày mm có đường kính I60 để tạo thành bệ đỡ 33 Hình 4.11 Khung 4.2.10 Thiết kế, chế tạo cấu dẫn hướng dao thái 41 267 31 17 Thanh dẫn hướng dao thái thiết kế hình 4.12 15 30 Hình 4.12 Thanh dẫn hướng 34 Cơ cấu dẫn hướng gồm hai hướng dẫn bắt chặt với bệ đỡ làm nhiệm vụ chống xoay theo kiểu dẫn hướng cần piston chi tiết họ thẳng Cả hai dẫn hướng sản xuất từ thép CT dạng dày 10 mm, gia công máy cắt dập cắt khí theo kích thước chế tạo Sau nắn, sửa, làm đường biên, hai khoan lỗ theo kích thước ghi vẽ chế tạo Hình 4.13 Thanh dẫn hướng dao thái 4.2.11 Thiết kế, chế tạo bệ đỡ Bệ đỡ thiết kế hình 4.14 35 22 28 85 34 215 215 94 Ø13 27 54 Ø11 Hình 4.14 Bệ đỡ Bệ đỡ chi tiết dạng hộp chữ nhật hở mặt đáy liên kết với bệ khung qua cảm biến lực, dùng đỡ truyền tác động cần piston lên cảm biến lực Mặt đỉnh bệ đỡ có khoan lỗ để lắp chặt với cảm biến Hai mặt bên đối xứng có khoan lỗ để lắp bệ họng thái, hai mặt bên lại phẳng kín Tất mặt bệ đỡ sản xuất từ thép dày mm, gia công máy cắt dập cắt khí Sau nắn, sửa làm đường biên cắt tiến hành khoan lỗ theo kích thước ghi vẽ hàn tạo thành hộp chữ nhật 36 Hình 4.15 Bệ đỡ 4.2.12 Xây dựng vẽ lắp Từ kết tính tốn sơ đồ mơ hình thiết bị đo MTN – tiến hành xây dựng vẽ lắp Bản vẽ lắp thiết bị đo MTN – trình bày hình 4.16 37 A A AA 456 Hình 4.16 Bản vẽ lắp thiết bị MTN – 1 Bệ máy; Cảm biến; Bệ đỡ; 4.Bệ họng thái; Bộ phận gá dao; 6.Dao; Đai ốc giữ để bắt dao; Hộp đỡ xy lanh khí.9 Xylanh khí; Thanh dẫn hướng 4.3 Tính tốn độ xác đo lường thiết bị đo MTN – Độ xác đo áp suất cắt thái riêng đánh giá qua sai số đo tuyệt đối đo áp suất cắt thái trường hợp chặt bổ tính theo cơng thức: 'q = ΔP ΔP  10  Δl 10  Δl Trong đó: 0,1 0,1  = 0,00001 [N/cm] 10  0,005 10  0,005 'P – sai số đo lực, 'P = 0,1 N; 38 (4.11) 'l – sai số đo chiều dài đoạn lưỡi dao ngập vào vật thái đo thước kẹp nên có sai số 'l = 0,05 mm = 0,005 cm 4.4 Ý kiến thảo luận  Độ xác thiết bị đo phụ thuộc vào phạm vi đo đạc cảm biến lực  Thiết bị đo MTN – khắc phục nhược điểm hạn chế phương pháp đo cổ điển: kết đo không cần phải qua công đoạn xử lý tính tốn số liệu, kết đo lưu trữ nhanh chóng vào máy vi tính, độ xác cao thay lò xo đo lực cảm biến đo lực  Thiết bị MTN – hoạt động dựa nguyên lý thiết bị thử nén vạn kết hợp với đo áp suất cắt thái riêng thực vật 39 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Thiết bị đo lường MTN – thành việc ứng dụng khoa học kỹ thuật, công nghệ đại vào thiết kế chế tạo Do thiết bị MTN – cho kết đo xác, nhanh chóng, số liệu đo đạc xử lý lưu trữ máy tính mà khơng cần phải qua giai đoạn xử lý số liệu sau đo, tiết kiệm nhiều thời gian công sức Thiết bị đo lường MTN – đề tài nghiên cứu, thiết kế, chế tạo có khả đo xác áp suất cắt thái với sai số d 0,00001 N/cm Độ xác thỏa mãn yêu cầu nghiên cứu giảng dạy ngành khoa học liên quan Do hạn chế thời gian số lượng cơng việc q nhiều nên đề tài hồn chỉnh phần chế tạo khí thiết bị 5.2 Đề nghị Xúc tiến hoàn thiện sản phẩm để đưa vào sử dụng mục đích Dựa nguyên lý đo đạc MTN – để thiết kế chế tạo thiết bị đo lực tương ứng 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, 1996 Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý tập I NXB Giáo Dục, 204 trang Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn, 1996 Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý tập II NXB Giáo Dục, 224 trang Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, 2001 Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Tập 1,2, NXB Giáo Dục, 500 trang Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyện Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân, 2001 Cám cảm biến kỹ thuật đo lường Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 504 trang Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, 2007 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập (in lần thứ 7) Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 471 trang Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, 2007 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập (in lần thứ 6) Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 582 trang Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, 2000 Máy gia công học nông sản – thực phẩm, NXB Giáo Dục, Tp Hồ Chí Minh , 286 trang Phạm Quốc Phơ, Nguyễn Đức Quyên, 2000 Giáo trình cảm biến Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 328 trang Trần Minh Vượng, 1999 Máy phục vụ chăn nuôi Nhà xuất Nông Nghiệp, 283 trang 10 Đỗ Xuân Thụ (chủ biên), 2000 Kỹ thuật điện tử NXB Giáo Dục, 271 trang 11 Hồng Nghĩa Thanh, 1979 Tìm hiểu kiểm tra vật liệu kim loại Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 206 trang 41 PHỤ LỤC Phụ lục Hình ảnh thiết bị đo MTN – Hình PL1 Thiết bị đo MTN – 42 ... thiết bị khơng thể đo áp suất cắt thái thân thực vật 2.2.2.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng Vì thiết bị đo chuyên dùng, sử dụng số chuyên ngành hẹp nên thiết bị đo lực cắt thái áp suất cắt thái. .. đồng thiết kế, chế tạo thiết bị đo lực cắt thái áp suất cắt thái riêng thực vật hình 2.9 Do thiết bị chế tạo điều kiện nghèo nàn sở vật chất, vật tư chế tạo thiếu thốn với tay nghề chế tạo ( thiết. .. hoạch chế biến, với hướng dẫn thầy TS Nguyễn Như Nam em thực đề tài: “ Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm thiết bị đo áp suất cắt thái x Mục đích nghiên cứu Thiết kế thiết bị đo áp suất cắt thái thân