Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa nông nghiệp tại Việt Nam, nhu cầu chuyển đổi từ phương thức sản xuất thủ công sang sử dụng máy móc cơ giới chuyên dụng ngày càng trở nên cấp thiết. Cây lạc (đậu phộng) là một trong những cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế cao. Nhờ tiến bộ của kỹ thuật nông học, các giống lạc mới được lai tạo cho năng suất cao, thân cây thấp và cứng với chiều cao tự nhiên dao động từ 30 cm đến 50 cm, cây ít bị đổ ngã trong vụ thu hoạch, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng cơ giới hóa đồng bộ. Tuy nhiên, khâu tách củ lạc ra khỏi thân cây tại nhiều vùng nông thôn vẫn phụ thuộc chủ yếu vào lao động thủ công hoặc các loại máy có năng suất hạn chế, tỷ lệ thất thoát và dập vỡ nông sản còn cao.

Cơ giới hóa khâu thu hoạch lạc đòi hỏi phải đáp ứng nghiêm ngặt các chỉ tiêu kỹ thuật nông học:

  1. Tổng tỷ lệ hao hụt nông sản trong toàn bộ quá trình tuốt không vượt quá 3%.
  2. Tỷ lệ củ lạc bị vỡ, dập hoặc hư hỏng không vượt quá 2%.
  3. Tỷ lệ củ lạc còn sót lại trên thân cây sau khi tuốt không vượt quá 1%.
  4. Tỷ lệ củ bị cuốn theo thân cây ra ngoài không vượt quá 0,5%.
  5. Đạt tỷ lệ tuốt sạch tổng thể lên tới 98%, đồng thời làm sạch đất cát và rơm rác bám dính.

Xuất phát từ thực tiễn sản xuất và yêu cầu nâng cao năng suất thu hoạch, đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế, chế tạo cải tiến máy tuốt lạc" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Văn Thảo và Trương Bùi Văn Tiến (ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, chuyên ngành Cơ khí Chế tạo, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng), dưới sự hướng dẫn của ThS. Đào Thanh Hùng. Nhiệm vụ trọng tâm của đề tài được xác định gồm các nội dung cụ thể:

  1. Khảo sát, phân tích tổng quan các dòng máy tuốt lạc hiện có trên thị trường nhằm đánh giá ưu, nhược điểm của từng phương án dẫn động.
  2. Đề xuất phương án thiết kế cải tiến hệ thống tuốt lạc dẫn động bằng động cơ điện nhằm tăng năng suất làm việc thông qua việc mở rộng cửa nạp và tích hợp đồng thời các cụm chức năng.
  3. Tính toán động lực học, xác định lực tuốt thực tế và thiết kế toàn diện các bộ phận truyền động cơ khí cốt lõi (bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, trục, then và ổ lăn).
  4. Xây dựng mô hình hình học 3D hoàn chỉnh trên phần mềm SolidWorks.
  5. Thiết lập quy trình công nghệ gia công chế tạo các chi tiết cơ khí điển hình (chi tiết trục).
  6. Gia công, chế tạo mô hình thực tế, đấu nối hệ thống điện và tiến hành chạy thử nghiệm đánh giá khả năng vận hành.
  7. Đưa ra các quy chuẩn về an toàn lao động trong quá trình lắp ráp và vận hành máy.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào việc tính toán, chế tạo mô hình máy tuốt lạc phục vụ quy mô nông hộ và hợp tác xã nông nghiệp. Thời gian thực hiện đồ án diễn ra từ ngày 24/01/2024 đến ngày 19/06/2024 tại thành phố Đà Nẵng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và máy nông nghiệp, trọng tâm dựa trên tài liệu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (Tập 1, Trịnh Chất - Lê Văn Uyển) cùng giáo trình Lý thuyết tính toán máy nông nghiệp. Quá trình tính toán kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của bộ truyền bánh răng và độ bền mỏi của trục tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu chế tạo máy:

Tiêu chuẩn / Ký hiệu Mác thép Ứng dụng trong kết cấu máy Cơ tính và đặc tính kỹ thuật chính
TCVN Thép 45 (C45) Chế tạo trục I, trục II, bánh răng 2 $\sigma_b = 600\text{--}750\text{ MPa}$, $\sigma_{ch} = 340\text{--}450\text{ MPa}$, HB 170–240
TCVN Thép C50 Chế tạo bánh răng dẫn (Bánh răng 1) $\sigma_b = 800\text{ MPa}$, $\sigma_{ch} = 530\text{ MPa}$, độ rắn HB 250 (tôi cải thiện)
TCVN 1651 - 85 CT38 Chế tạo khung bệ máy, bàn nạp liệu $\sigma_b = 380\text{--}490\text{ N/mm}^2$, $\sigma_{ch} \ge 250\text{ N/mm}^2$, $\delta_5 \ge 26%$, tính hàn tốt

Về phương pháp nghiên cứu, đề tài kết hợp giữa thực nghiệm đo đạc vật lý, giải tích tính toán kỹ thuật và mô phỏng số:

  • Phương pháp thực nghiệm xác định lực tuốt: Do không có sẵn bảng tra cứu thông số lực cắt và lực bứt tách củ lạc đối với từng giống lạc cụ thể, nhóm nghiên cứu đã thiết lập thí nghiệm thả rơi tự do vật thử có khối lượng $m = 0,08\text{ kg}$ (trên bó lạc mẫu 1,5 kg) từ độ cao $h = 0,85\text{ m}$ xuống tiếp xúc với răng của guồng tuốt (đường kính $D = 260\text{ mm} = 0,26\text{ m}$). Dựa trên định luật bảo toàn công và động năng:

$$A_{tuốt} = m \cdot g \cdot h = 0,08 \cdot 9,8 \cdot 0,85 = 0,6664\text{ J}$$

$$P_{tuốt} = \frac{A_{tuốt}}{s} = \frac{0,08 \cdot 9,8 \cdot 0,85}{0,26} \approx 2,56\text{ N}$$

Sau đó, công thức tính toán từ giáo trình máy nông nghiệp được áp dụng nhằm tính đến độ mòn răng ($K_1 = 1,4$) và độ xơ cứng bất thường của bó lạc ($K_2 = 1,4$), cho ra lực tính toán danh nghĩa:

$$P_{tt} = K_1 \cdot K_2 \cdot P_{tuốt} = 1,4 \cdot 1,4 \cdot 2,56 = 5,0176\text{ N}$$

  • Phương pháp giải tích cơ học máy: Ứng dụng các phương trình cân bằng tĩnh học để xác định phản lực liên kết tại các gối đỡ ổ lăn; thiết lập biểu đồ mô-men uốn và mô-men xoắn; kiểm nghiệm ứng suất tương đương, độ bền tiếp xúc mặt răng $[\sigma_H]$, độ bền uốn chân răng $[\sigma_F]$ và kiểm tra hệ số an toàn mỏi $s \ge [s] = 3$.
  • Phương pháp mô hình hóa 3D: Sử dụng phần mềm CAD SolidWorks để thiết kế hình học chi tiết, lắp ráp cụm máy hoàn chỉnh và kiểm tra xung đột không gian.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Lựa chọn động cơ điện và thông số động học

Từ lực cắt tính toán $P_{tt} = 5,0176\text{ N}$ và vận tốc dài của răng guồng tuốt $v = 6,123\text{ m/s}$ (với bán kính guồng $R = 0,13\text{ m}$, số vòng quay sơ bộ $n_{sb} = 450\text{ v/ph}$), công suất làm việc của guồng tuốt được xác định:

$$P_{lv} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{5,0176 \cdot 6,123}{1000} \approx 0,03\text{ kW}$$

Hiệu suất chung của toàn hệ thống truyền động:

$$\eta_t = \eta_đ \cdot \eta_{br} \cdot \eta_{ol} = 0,96 \cdot 0,94 \cdot 0,99 \approx 0,89$$

Công suất yêu cầu trên trục động cơ là $P_{ycđc} = 0,036\text{ kW}$. Để đảm bảo máy vận hành ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt và tải trọng biến đổi, nhóm tác giả chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha (hoặc một pha tương đương theo nhiệm vụ thiết kế) có mã hiệu 4A80B6Y3 với các thông số:

  • Công suất danh định: $1,1\text{ kW}$
  • Số vòng quay: $920\text{ vòng/phút}$
  • Khối lượng động cơ: $17\text{ kg}$
  • Hệ số công suất $\cos\varphi = 0,74$; hiệu suất $\eta = 74%$
  • Tỷ số mô-men: $T_{max} / T_{dn} = 2,2$; $T_k / T_{dn} = 2,0$

Tính toán bộ truyền đai thang

Bộ truyền đai làm nhiệm vụ truyền chuyển động từ trục động cơ điện đến trục sơ cấp của máy, kết hợp đóng vai trò là cơ cấu an toàn chống quá tải. Dựa trên công suất và số vòng quay, nhóm thiết kế lựa chọn đai thang chữ A với các kích thước hình học tiêu chuẩn: chiều rộng đỉnh $b = 13\text{ mm}$, chiều rộng tính toán $b_t = 11\text{ mm}$, chiều cao $h = 8\text{ mm}$, diện tích tiết diện $A = 81\text{ mm}^2$.

Thông số bộ truyền đai Ký hiệu Giá trị tính toán / lựa chọn Đơn vị
Đường kính bánh đai nhỏ $d_1$ 80 mm
Đường kính bánh đai lớn $d_2$ 200 mm
Chiều rộng bánh đai $B$ 20 mm
Chiều dài đai danh nghĩa $l$ 1000 mm
Khoảng cách trục thực tế $a$ 274 mm
Góc ôm bánh đai nhỏ $\alpha_1$ 155 độ
Số lượng dây đai $Z$ 1 sợi
Vận tốc vòng của dây đai $v$ 3,85 m/s
Lực căng ban đầu trên một đai $F_0$ 241,19 N
Lực tác dụng lên trục $F_r$ 470,01 N

Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được bố trí để đảo chiều quay và dẫn động hai guồng tuốt quay ngược chiều nhau nhằm tạo lực bứt củ lạc hiệu quả. Cặp bánh răng ăn khớp ngoài có tỷ số truyền $u = 1$, không giảm tốc.

  • Vật liệu chế tạo: Bánh răng 1 làm bằng thép C50 tôi cải thiện, đạt độ rắn HB 250; Bánh răng 2 làm bằng thép C45 tôi cải thiện, đạt độ rắn HB 240.
  • Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán của cặp bánh răng: $[\sigma_H] = 370\text{ MPa}$.
  • Ứng suất uốn cho phép: $[\sigma_{F1}] = 257,14\text{ MPa}$, $[\sigma_{F2}] = 246,86\text{ MPa}$.
  • Mô-đun pháp: $m = 2,5\text{ mm}$.
  • Số răng: $Z_1 = Z_2 = 45\text{ răng}$; tổng số răng $Z_t = 90$.
  • Góc ăn khớp tiêu chuẩn: $\alpha = 20^\circ$.
  • Đường kính vòng chia: $d_1 = d_2 = m \cdot Z = 112,5\text{ mm}$ (văn bản quy tròn 113 mm).
  • Khoảng cách trục tính toán: $a_w = 125,5\text{ mm}$ (và kết cấu điều chỉnh $a_w = 130\text{ mm}$).
  • Chiều rộng vành răng: $b_w = 13\text{ mm}$.
  • Đường kính đỉnh răng: $d_{a1} = d_{a2} = 118\text{ mm}$.
  • Kết quả kiểm nghiệm: Ứng suất tiếp xúc thực tế $\sigma_H = 366,30\text{ MPa} < [\sigma_H] = 370\text{ MPa}$; ứng suất uốn thực tế thỏa mãn điều kiện bền uốn và bền quá tải.
  • Lực ăn khớp: Lực vòng $F_{t1} = F_{t2} = 487,46\text{ N}$; Lực hướng tâm $F_{r1} = F_{r2} = 177,42\text{ N}$.

Thiết kế trục, then và kết cấu khung máy

Trục I được tính toán chịu tác dụng đồng thời của lực căng đai $F_r = 470,01\text{ N}$, lực vòng bánh răng $F_{t1} = 487,46\text{ N}$, lực hướng tâm bánh răng $F_{r1} = 177,42\text{ N}$ và mô-men xoắn $M_{x1} = 50.345,1\text{ Nmm}$.

  • Vật liệu trục: Thép C45 thường hóa, có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 340\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15\text{ MPa}$, ứng suất uốn cho phép $[\sigma] = 63\text{ MPa}$.
  • Đường kính sơ bộ của trục: $d_{sb} = 20\text{ mm}$.
  • Đường kính tại tiết diện nguy hiểm $D$ (vị trí lắp bánh răng): đường kính tính toán sau khi tăng 4% do rãnh then là $d_D = 16,88\text{ mm}$, quy chuẩn chọn $d_D = 17\text{ mm}$. Tại tiết diện $E$ (lắp bánh đai): chọn $d_E = 16\text{ mm}$.
  • Mối ghép then: Sử dụng then bằng có kích thước tiết diện $b \times h = 5 \times 5\text{ mm}$, chiều sâu rãnh then trên trục $t_1 = 3\text{ mm}$.
  • Gối đỡ trục: Sử dụng cụm ổ bi đỡ chặn có bề rộng vòng trong $b_0 = 15\text{ mm}$.
  • Hệ thống phụ trợ: Cụm quạt gió đặt bên dưới guồng tuốt để thổi sạch rác lá, rơm và đất vụn; cụm sàng rung lắp đặt dưới đáy có chức năng sàng lọc, loại bỏ các cục đất lớn trước khi củ lạc rơi ra ngoài; toàn bộ khung bệ được chế tạo từ thép hộp $50 \times 50 \times 2\text{ mm}$ hàn định hình.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về các loại máy tương tự

Chương này khảo sát thực trạng cơ giới hóa nông nghiệp tại Việt Nam, nêu bật tính cấp thiết của việc áp dụng máy móc thay thế sức người trong khâu thu hoạch củ lạc. Tác giả tổng hợp đặc tính sinh học của các giống lạc ngắn ngày mới (chiều cao thân 30–50 cm) và đối chiếu với các yêu cầu nông học khắt khe về tỷ lệ dập vỡ ($\le 2%$) và tỷ lệ hao hụt ($\le 3%$). Nội dung chương tiến hành phân loại và so sánh hai dòng máy phổ biến:

  • Máy tuốt lạc sử dụng động cơ điện (điển hình như dòng máy Bình Quân Model 2013, trọng lượng 38 kg, công suất 400–500 kg/h, tốc độ trục 350–400 vòng/phút, động cơ 1,5 kW).
  • Máy tuốt lạc sử dụng động cơ xăng/dầu (trọng lượng dưới 35 kg, sử dụng động cơ nổ hoặc xe máy 0,75 kW trở lên, năng suất tuốt đạt 1 sào/giờ, cơ động trực tiếp ngoài ruộng).

Chương II: Cơ sở lý thuyết tính toán và thiết kế máy tuốt lạc

Chương II phân tích chi tiết sơ đồ nguyên lý vận hành của máy tuốt chạy điện và máy tuốt chạy xăng. Dựa trên ưu điểm về cấu tạo gọn nhẹ, vận hành êm, chi phí đầu tư thấp, không gây ô nhiễm tiếng ồn và khí thải, nhóm nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế máy sử dụng động cơ điện. Tác giả trình bày lý thuyết cơ bản về bộ truyền đai (nguyên lý ma sát, các thông số động học, ưu nhược điểm), cơ sở lựa chọn đai vải cao su hình thang thường cỡ A, cùng bảng phân tích cơ tính, thành phần hóa học của các mác thép kết cấu (thép 45 tôi cải thiện/thường hóa, thép tấm và thép hình CT38) nhằm bảo đảm tính kinh tế và công nghệ gia công hàn.

Chương III: Tính toán - Thiết kế

Đây là chương nội dung kỹ thuật trọng tâm nhất của đồ án. Tác giả trình bày cấu tạo tổng thể gồm 4 cụm chính: động cơ điện đặt phía dưới, guồng tuốt bằng các thanh thép tròn đan xen, quạt gió thổi sạch tạp chất và sàng rung loại bỏ đất sót. Chương này diễn giải chi tiết thí nghiệm thả rơi tự do để tìm lực bứt củ lạc ($P_{tt} = 5,0176\text{ N}$), tính chọn động cơ điện 4A80B6Y3 ($1,1\text{ kW}$, $920\text{ v/ph}$), tính toán thiết kế bộ truyền đai thang ($d_1 = 80\text{ mm}$, $d_2 = 200\text{ mm}$, $Z = 1$), tính toán độ bền tiếp xúc và uốn của cặp bánh răng trụ răng thẳng ($m = 2,5\text{ mm}$, $Z_1 = Z_2 = 45$), xác định biểu đồ nội lực và kiểm tra hệ số an toàn mỏi cho hệ trục I, tính chọn kích thước then bằng và ổ lăn đỡ trục.

Chương IV: Xây dựng mô hình 3D của máy trên SolidWorks

Chương IV trình bày tổng quan về các module thiết kế cơ khí của phần mềm CAD SolidWorks. Nhóm thực hiện mô hình hóa 3D chi tiết từng bộ phận: cụm khung thép hộp, các con lăn và thanh gông của guồng tuốt, bộ truyền đai, cặp bánh răng ăn khớp, quạt thổi và sàng rung. Sau đó, tác giả tiến hành lắp ghép cụm máy hoàn chỉnh (Assembly), kiểm tra độ hở không gian, kiểm soát sự va chạm động học giữa các chi tiết chuyển động và xuất các bản vẽ kỹ thuật phục vụ chế tạo.

Chương V: Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết

Nội dung chương V tập trung vào việc lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết trục máy – chi tiết chịu tải phức tạp nhất trong hệ thống. Tác giả thiết lập các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt về độ đồng tâm, độ đảo mặt đầu, độ nhám bề mặt lắp ổ lăn và rãnh then; xác định phôi chế tạo từ thép cán nóng C45; xây dựng trình tự các nguyên công cơ bản bao gồm: cắt phôi, khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm hai đầu, tiện thô và tiện tinh các cổ trục, phay rãnh then, gia công nhiệt luyện (thường hóa/tôi cải thiện) và mài hoàn thiện các bề mặt lắp ghép.

Chương VI: Chế tạo mô hình thực tế và mạch điện điều khiển

Chương VI mô tả quy trình chế tạo phôi, gia công cơ khí và lắp ráp mô hình thực tế tại xưởng. Nhóm tác giả xây dựng sơ đồ đấu nối dây điện cho động cơ 220V/380V, thiết kế mạch điện điều khiển đóng - ngắt qua aptomat/công tắc an toàn, đồng thời đưa ra các chỉ dẫn kỹ thuật liên quan đến yêu cầu bảo dưỡng động cơ, kiểm tra độ căng dây đai và biện pháp chống rò rỉ điện trong điều kiện làm việc ngoài trời có độ ẩm cao.

Chương VII: Đưa ra những yêu cầu về an toàn lao động khi lắp máy và sử dụng máy

Chương cuối cùng tổng hợp các quy định an toàn lao động đối với người vận hành máy tuốt nông nghiệp: yêu cầu lắp đặt nắp che chắn bảo vệ toàn bộ cụm truyền động đai và bánh răng hở; quy định thao tác tì tay lên tấm chắn bảo hộ khi đưa khóm lạc vào guồng, nghiêm cấm thò tay sâu vào vùng làm việc của răng tuốt; kiểm tra tiếp địa vỏ động cơ trước khi cắm điện nguồn; quy trình vệ sinh rơm rác, đất bám sau mỗi ca làm việc và biện pháp bảo quản máy khi hết thời vụ thu hoạch.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết trọn vẹn các yêu cầu thiết kế và chế tạo một sản phẩm máy cơ khí phục vụ nông nghiệp:

  • Thông số kỹ thuật của mô hình hoàn thiện:
    • Năng suất làm việc danh nghĩa: $800\text{--}900\text{ kg/h}$ (vượt trội so với mức $400\text{--}500\text{ kg/h}$ của các dòng máy cỡ nhỏ cùng công suất động cơ).
    • Khối lượng tổng thể toàn bộ máy: khoảng $70\text{ kg}$.
    • Động cơ dẫn động: công suất $1,1\text{ kW}$ (đáp ứng công suất làm việc tính toán $0,03\text{ kW}$ và hệ số an toàn lớn), tốc độ quay $920\text{ vòng/phút}$.
    • Bộ truyền trung gian: 01 dây đai thang chữ A kết hợp cặp bánh răng trụ răng thẳng $m = 2,5\text{ mm}$ ($Z_1 = Z_2 = 45$).
  • Đóng góp kỹ thuật của đề tài:
    • Thiết kế cải tiến cơ cấu dẫn động đồng bộ: Chỉ sử dụng một động cơ điện duy nhất để truyền động đồng thời cho ba cụm làm việc: guồng tuốt đôi quay ngược chiều, cánh quạt gió thổi sạch lá khô và sàng rung phân loại đất đá. Giải pháp này giúp đơn giản hóa kết cấu, tiết kiệm chi phí vật tư và giảm điện năng tiêu thụ.
    • Tối ưu hóa cửa cấp liệu và tấm chắn an toàn: Cho phép đưa nhiều khóm lạc vào cùng lúc mà không lo kẹt thân cây, giảm thiểu triệt để nguy cơ tai nạn lao động cho người trực tiếp đứng máy.
    • Cung cấp đầy đủ bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật, từ bản vẽ sơ đồ nguyên lý (A2), bản vẽ lắp tổng thể (A0), bản vẽ sơ đồ nguyên công chế tạo (A0) đến các bản vẽ chế tạo chi tiết máy (A4). Đồ án được hội đồng và giảng viên hướng dẫn đánh giá đạt 9,0/10 điểm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Bên cạnh các kết quả đạt được, đồ án tồn tại một số hạn chế gắn liền với phạm vi chế tạo và điều kiện thực nghiệm:

  • Tính cơ động bị giới hạn: Do lựa chọn dẫn động bằng động cơ điện 220V, máy chỉ vận hành cố định tại sân nhà hoặc những vị trí trên đồng ruộng có sẵn mạng lưới điện sinh hoạt, chưa thể di chuyển linh hoạt ra giữa các cánh đồng xa nguồn điện như dòng máy chạy động cơ xăng.
  • Thiếu sót về biên tập văn bản: Theo nhận xét của giảng viên hướng dẫn (ThS. Đào Thanh Hùng), thuyết minh đồ án còn một số lỗi chính tả, câu từ còn lủng củng và định dạng văn bản chưa thực sự đồng nhất ở một số bảng biểu tính toán.
  • Hướng phát triển tiếp theo: Nghiên cứu phương án thiết kế mô-đun khung bệ kép cho phép hoán đổi nhanh giữa động cơ điện và động cơ đốt trong (động cơ xăng mini); tích hợp thêm hệ thống bánh xe đẩy và tay kéo gập gọn để tăng tính cơ động; tiếp tục tối ưu hóa biên dạng răng gông tuốt nhằm giảm thiểu hơn nữa tỷ lệ gãy vỡ củ lạc khi độ ẩm nông sản thay đổi.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Cơ sở hạ tầng: Cung cấp phương pháp mẫu mực về việc tính toán động học và động lực học hệ dẫn động cơ khí; cách xử lý bài toán xác định tải trọng thực nghiệm khi thiếu dữ liệu tra cứu; quy trình lập bảng tính kiểm nghiệm bền bánh răng theo ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn và kiểm tra độ bền mỏi trục theo tài liệu của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển.
  • Kỹ sư và kỹ thuật viên cơ khí nông nghiệp: Có thể tham khảo trực tiếp thông số kết cấu của guồng tuốt đôi, tỷ số truyền bánh đai, bánh răng và kết cấu tích hợp sàng rung - quạt gió để ứng dụng chế tạo các dòng máy tuốt đậu phộng, máy tuốt đậu tương quy mô nông hộ.
  • Phần nội dung đáng chú ý nhất: Phương pháp thiết lập thí nghiệm thả rơi tự do để xác định công bứt củ lạc tại Chương III và quy trình công nghệ gia công chi tiết trục tại Chương V.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án xác định lực tuốt bứt củ lạc bằng phương pháp nào khi không có sẵn tài liệu tra cứu?
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện thí nghiệm thả rơi tự do vật thử có khối lượng $m = 0,08\text{ kg}$ từ độ cao $h = 0,85\text{ m}$ xuống tiếp xúc với răng của guồng tuốt đường kính $D = 0,26\text{ m}$. Công bứt phá được tính qua thế năng ($A = mgh = 0,6664\text{ J}$), từ đó suy ra lực tuốt cơ bản $P_{tuốt} = 2,56\text{ N}$. Áp dụng hệ số mòn răng $K_1 = 1,4$ và hệ số xơ cứng $K_2 = 1,4$, lực cắt tính toán cuối cùng là $P_{tt} = 5,0176\text{ N}$.

2. Động cơ điện được chọn cho máy tuốt lạc có những thông số kỹ thuật nào?
Động cơ được lựa chọn là động cơ điện không đồng bộ mã hiệu 4A80B6Y3, công suất danh định $1,1\text{ kW}$, tốc độ quay $920\text{ vòng/phút}$, điện áp làm việc $220\text{V} - 50\text{Hz}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,74$, hiệu suất $74%$, tỷ số mô-men khởi động $T_k / T_{dn} = 2,0$, và khối lượng động cơ là $17\text{ kg}$.

3. Thông số kỹ thuật chính của bộ truyền bánh răng trong máy tuốt lạc là gì?
Máy sử dụng bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng gồm 2 bánh răng ăn khớp ngoài có tỷ số truyền $u = 1$, mô-đun $m = 2,5\text{ mm}$, số răng $Z_1 = Z_2 = 45\text{ răng}$, góc ăn khớp $\alpha = 20^\circ$, chiều rộng vành răng $b_w = 13\text{ mm}$, khoảng cách trục $a_w = 125,5\text{ mm}$ (kết cấu 130 mm). Bánh răng 1 làm bằng thép C50 tôi cải thiện (HB 250), bánh răng 2 làm bằng thép C45 tôi cải thiện (HB 240); ứng suất tiếp xúc tính toán đạt $\sigma_H = 366,30\text{ MPa}$, nhỏ hơn ứng suất cho phép $[\sigma_H] = 370\text{ MPa}$.

4. Vì sao nhóm tác giả lại lựa chọn phương án dẫn động bằng động cơ điện thay vì động cơ xăng?
Dựa trên phân tích ở Chương II, động cơ điện giúp máy có kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành êm ái, an toàn, không phát sinh khí thải độc hại và tiếng ồn lớn, rất phù hợp cho quy mô sản xuất của các hộ gia đình nông thôn tại khu vực sân nhà hoặc kho chứa.

5. Năng suất và khối lượng thực tế của mô hình máy tuốt lạc đạt được là bao nhiêu?
Mô hình máy tuốt lạc sau khi chế tạo hoàn thiện đạt năng suất làm việc từ $800\text{ đến }900\text{ kg/h}$, tổng khối lượng toàn bộ máy khoảng $70\text{ kg}$, đáp ứng tốt các tiêu chuẩn nông học về tỷ lệ tuốt sạch (đạt khoảng 98%) và hạn chế dập vỡ hạt dưới 2%.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế, chế tạo cải tiến máy tuốt lạc" của sinh viên Nguyễn Văn Thảo và Trương Bùi Văn Tiến đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu chuyển đổi cơ giới hóa khâu thu hoạch nông sản quy mô nông hộ. Nghiên cứu kết hợp nhuần nhuyễn giữa thực nghiệm xác định lực cắt, tính toán giải tích hệ dẫn động cơ khí (đai, bánh răng, trục) và ứng dụng phần mềm SolidWorks trong mô hình hóa 3D. Sản phẩm mô hình thực tế đạt năng suất 800–900 kg/h với kết cấu dẫn động 3 chức năng đồng bộ, đóng góp một giải pháp kỹ thuật thiết thực giúp giảm nhẹ sức lao động và nâng cao hiệu quả kinh tế cho người nông dân.