Đồ án: thiết kế máy tách trứng

Đồ án nghiên cứu thiết kế máy tách trứng, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hcm
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Máy Tách Trứng Công Suất 3600 Trứng/Giờ
• Loại tài liệu: Đồ Án Chuyên Ngành
• Địa điểm: Tp. Hcm

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết kế Máy Tách Trứng

Máy tách trứng công suất 3600 trứng/giờ là một thiết bị cơ khí hiện đại được thiết kế nhằm tối ưu hóa quy trình tách trứng trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Đồ án này là kết quả của quá trình thiết kế chi tiết máy dựa trên các nguyên lý cơ học và công nghệ hiện đại. Thiết kế máy tách trứng không chỉ đòi hỏi kiến thức sâu sắc về hệ thống truyền động mà còn cần sự hiểu biết toàn diện về cấu trúc cơ khí, vật liệu và quy trình gia công. Máy tách trứng được phát triển từ các công nghệ tiên tiến, kết hợp cơ cấu cơ khí và cơ cấu khí nén để đạt hiệu suất làm việc tối đa. Thiết bị này là bước tiến quan trọng trong hiện đại hóa công nghiệp chế biến thực phẩm, giúp nâng cao năng suất lao động và giảm chi phí sản xuất.

1.1. Mục đích và Ý nghĩa của Đồ án

Đồ án chuyên ngành về máy tách trứng giúp sinh viên cơ khí nắm vững các kiến thức về thiết kế hệ thống truyền động, chi tiết máy và kết cấu cơ khí. Thông qua đồ án này, sinh viên được áp dụng các lý thuyết từ các môn học như Nguyên Lý Máy, Cơ lý thuyết và Vẽ kỹ thuật vào thực tiễn. Thiết kế chi tiết máy yêu cầu sinh viên phải tính toán chính xác ứng suất, độ bền và chọn lựa vật liệu phù hợp. Đồ án không chỉ giúp sinh viên hoàn thiện kỹ năng tính toán mà còn chuẩn bị kiến thức nền tảng cho luận văn tốt nghiệp.

1.2. Tầm quan trọng trong Công Nghiệp Thực Phẩm

Máy tách trứng công suất cao đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp chế biến thực phẩm hiện đại. Thiết bị này giúp tách nhanh chóng lòng trắng và lòng đỏ trứng để phục vụ các quy trình chế biến khác nhau. Sự phát triển của máy tách trứng thể hiện nhu cầu cải tiến công nghệ sản xuất, giảm nhân công và tăng chất lượng sản phẩm. Với công suất 3600 trứng/giờ, máy có thể đáp ứng nhu cầu của các nhà máy chế biến quy mô lớn, góp phần vào hiện đại hóa công nghiệp ở nước ta.

II. Lựa chọn Phương án Thiết kế Máy Tách Trứng

Việc lựa chọn phương án thiết kế máy tách trứng là bước quan trọng nhất trong quá trình thiết kế chi tiết máy. Có hai phương án chính được xem xét: sử dụng cơ cấu cơ khí hoặc cơ cấu khí nén. Cơ cấu cơ khí được lựa chọn vì khả năng kiểm soát chính xác chuyển động tách trứng, độ tin cậy cao và chi phí bảo trì thấp hơn. Phương án này dựa trên hệ thống truyền động bao gồm bánh răng khuyết, xích tải và cam để tạo ra chuyển động tách trứng hiệu quả. Tính toán thiết kế của hệ thống này yêu cầu phân tích kỹ lưỡng các lực tác dụng, moment xoắn và công suất cần thiết trên từng trục để đảm bảo độ bền.

2.1. Cơ cấu Cơ khí và Khí nén

Cơ cấu cơ khí được lựa chọn cho thiết kế máy tách trứng vì nhiều ưu điểm. Sử dụng các chi tiết máy như bánh răng, xích và cam cho phép kiểm soát chính xác quá trình tách. Cơ cấu khí nén mặc dù có những lợi thế nhất định nhưng đòi hỏi hệ thống nén khí phức tạp và chi phí vận hành cao hơn. Phương án thiết kế cuối cùng kết hợp cơ khí chính với các actuator khí nén để tối ưu hóa hiệu suất máy.

2.2. Thiết kế Cam và Rãnh Dẫn

Thiết kế cam là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động của máy tách trứng. Cam được thiết kế để tạo ra chuyển động tuần hoàn, kiểm soát biên dạng cam sao cho tách trứng đạt hiệu suất tối đa. Rãnh dẫn trên cam được gia công với độ chính xác cao để đảm bảo chuyển động mượt mà. Vật liệu cam được lựa chọn sao cho có độ bền cao, chống mài mòn và khả năng chịu tải tốt trong quá trình hoạt động dài hạn.

III. Hệ thống Truyền động và Tính toán Thiết kế

Hệ thống truyền động của máy tách trứng bao gồm nhiều chi tiết máy phức tạp cần phải tính toán thiết kế chi tiết. Xích tải trứng là bộ phận chịu tải và phải được thiết kế để chịu ứng suất lớn trong quá trình vận hành. Bánh răng khuyết được sử dụng để truyền động từ động cơ đến các bộ phận tách. Tính toán công suất cần thiết trên trục động cơ là bước cơ bản để chọn đúng loại động cơ. Moment xoắn trên các trục phải được tính toán để đảm bảo mọi chi tiết máy có độ bền đủ. Tỷ số truyền được phân phối hợp lý giữa các bộ tuyền để đạt tốc độ và công suất tối ưu.

3.1. Thiết kế Xích Tải và Bánh Răng

Xích tải trứng phải được lựa chọn kỹ lưỡng để đáp ứng công suất và tốc độ hoạt động. Tính toán thiết kế xích bao gồm xác định thông số bộ truyền, bước xích và loại xích phù hợp. Bánh răng khuyết được thiết kế với hệ số dạng răng và chiều rộng vành răng tối ưu. Kiểm nghiệm độ bền bao gồm kiểm tra ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.

3.2. Chọn Động cơ và Phân phối Tỷ số Truyền

Chọn động cơ phù hợp là bước quan trọng trong thiết kế hệ thống truyền động. Công suất cần thiết trên trục động cơ được tính dựa trên công suất làm việc lớn nhất của máy. Phân phối tỷ số truyền giữa các bộ tuyền (bánh răng và xích) phải cân bằng để đạt hiệu suất cao. Số vòng quay của động cơ được lựa chọn sao cho phù hợp với tốc độ hoạt động yêu cầu của máy tách trứng công suất 3600 trứng/giờ.

IV. Bộ phận Cấp Tách Lọc và Quy trình Gia công

Bộ phận cấp, tách và lọc trứng là những thành phần chức năng quan trọng trong thiết kế máy tách trứng công suất cao. Bộ phận cấp trứng được thiết kế để cho trứng vào máy một cách đều đặn và an toàn. Bộ phận tách trứng sử dụng dao tách và cơ cấu cơ khí để tách nhanh lòng trắng và lòng đỏ. Bộ phận lọc trứng giúp loại bỏ những trứng không đạt tiêu chuẩn. Vật liệu được lựa chọn là kim loại tấm có độ bền cao, khả năng gia công tốt. Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục xích tải bao gồm các nguyên công thiết kế chi tiết, từ chuẩn bị trước khi gia công đến hoàn thiện sản phẩm cuối cùng.

4.1. Thiết kế Bộ phận Cấp và Tách Trứng

Bộ phận cấp trứng được thiết kế dưới dạng hoppper và hệ thống định hướng để đảm bảo trứng được cấp đều đặn. Dao tách trứng được gia công chính xác với lưỡi cắt sắc để tách nhanh mà không làm vỡ trứng. Vật liệu cho bộ phận này là thép không gỉ hoặc nhôm để chống ăn mòn. Thiết kế chi tiết bộ phận cấp cần phải tính toán lực và moment xoắn tác dụng để lựa chọn động cơ và các chi tiết máy phù hợp.

4.2. Quy trình Gia công và Công nghệ Sản xuất

Quy trình công nghệ gia công trục xích tải là một phần quan trọng trong thiết kế chi tiết máy. Các nguyên công được sắp xếp theo thứ tự logic để tối ưu hóa năng suất gia công và chất lượng chi tiết. Chuẩn bị trước khi gia công bao gồm lựa chọn vật liệu, thiết kế fixture và chuẩn bị công cụ. Thiết kế các nguyên công chi tiết bao gồm tiện, cắt, khoan, ren để tạo ra chi tiết máy đạt kích thước và tiêu chuẩn yêu cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 1. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1. Cơ sở lựa chọn phương án thiết kế Trứng là loại thức ăn có giá trị dinh dưỡng đặc biệt cao trong trứng có cả chất đạm, chất béo, vitamin, chất khoáng, các en và hoocmon. Tỉ lệ các chất dinh dưỡng trong trứng tương quan với nhau rất thích hợp, cân đối.

Thành phần của trứng có lòng đỏ và lòng trắng Máy được thiết kế ra khi làm việc phải có độ tin cậy cao, năng suất cao, hiệu suất làm việc lớn, tuổi thọ cao, chi phí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và thay thế thấp nhất. Ngoài ra còn phải chú ý đến yêu cầu về đặc điểm nơi máy phục vụ, kết cấu máy không quá phức tạp, dễ sử dụng, tiếng ồn nhỏ và hình dáng của máy có tính thẩm mỹ. Chọn phương án tách trứng 1. Sử dụng cơ cấu cơ khí Hình 1.1: Cơ cấu cơ khí Cơ cấu này hoạt động dựa trên truyền động quay từ trục và lực tác dụng khi cam quay và lực kéo từ lò xo.

Một bộ phận cơ khí sẽ đè để giữ quả trứng trên khay. Dao tách trứng vừa cắt vào vỏ trứng vừa tách vỏ tạo khoảng trống ở giữa để thu được lòng đỏ và lòng trắng trứng một cách nguyên vẹn. Ưu điểm: Trang 1 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc + Đơn giản, dễ chế tạo và thay thế các bộ phận. + Năng suất cao + Tác dụng lực một cách vừa phải, tránh làm vỡ lòng đỏ trứng.

+ Dễ dàng vệ sinh, đảm bảo an toàn thực phẩm. + Hoạt động tốt khi có chênh lệch về kích thước và hình dạng quả trứng Nhược điểm: + Do ma sát với cam nên khả năng bị mài mòn cao. + Tiếng ồn lớn do hai thanh trượt tác động vào cam để tạo lực tách trứng. + Cần bôi trơn các rãnh để cơ cấu hoạt động tốt 1.

Sử dụng cơ cấu khí nén Hình 1.2: Cơ cấu khí nén Cơ cấu hoạt động dựa trên khí nén để tách vỏ và cơ cấu cơ khí làm dao cắt. Cơ cấu khí nén sẽ giữ hai đầu của quả trứng, tiếp theo dao cắt cắt mạnh vào vỏ quả trứng. Sau đó vỏ quả trứng được tách rời về hai phía. Ưu điểm: + Gây ít tiếng ồn khi hoạt động.

+ Vỏ được tách ra hoàn toàn nên phần lòng trứng được lấy hết. Nhược điểm: Trang 2 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc + Vết cắt sâu để tách hoàn toàn 2 phần của vỏ trứng có khả năng làm vỡ lòng đỏ trứng và tạo các vụn của vỏ. + Đòi hỏi đường dẫn trứng phải chính xác để trứng vào đúng vị trí khi tách. + Năng suất thấp.

+ Kích thước trứng phải chuẩn. Qua quá trình tìm hiểu và cân nhất, nhóm thống nhất chọn phương án sử dụng cơ cấu cơ khí. Mục tiêu thiết kế: + Năng xuất 3600 trứng/h + Số vòng quay ở trục ra đĩa xích lớn: n = 60 vòng/ phút Kết quả sản phẩm: Lòng đỏ trứng được tách hoàn toàn với lòng trắng Hình 1. Đĩa xích (3) Trang 3 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc nhận chuyển động từ bồ truyền xích truyền sang cặp bánh răng khuyết (4), làm cam (12) quay cùng ngược chiều kim đồng hồ, kết hợp với dao tách trứng (11) giúp đập và tách trứng.

Trứng đã được tách sẽ rơi xuống khay dẫn (9), nếu trứng hỏng sẽ được loại bỏ ở cửa (7), trứng nguyên sẽ tiếp tục đi đến kênh lọc tách lòng đỏ/ lòng trắng (8). Trang 4 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Hình 1.4: Hình chiếu đứng mặt trước của máy Hình 1.5: Hình chiếu đứng mặt sau của máy Trang 5 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc 1. Khái niệm Cơ cấu man hay mante, geneva là cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn nhờ trên khâu dẫn có chốt và trên khâu bị dẫn có những rãnh tiếp xúc không liên tục với nhau.6: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu mante Khâu dẫn 1 mang chốt 2 quay quanh tâm O1; khâu bị dẫn 4 là một đĩa gồm 6 rãnh có thể quay quanh tâm O2. Khi khâu 1 quay liên tục, sẽ có lúc chốt trục 2 lọt vào rãnh 3 của đĩa 4 ở vị trí A và gạt đĩa này quay quanh O2 một góc đến khi chốt ra khỏi rãnh ở vị trí B thì đĩa 4 sẽ ngừng quay nhờ cung tròn CDE trên đĩa 1 tiếp xúc với cung tròn FGH trên đĩa 4.

Lúc này rãnh kế tiếp trên đĩa 4 ở vị trí chờ chốt 2 trên đĩa 1 vào để truyền động xảy ra liên tục. Nhờ sự ăn khớp ngắt quãng, nên cơ cấu mante có chức năng biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn. Trong quá trình chốt ở trong rãnh và truyền chuyển động cho nhau, quan hệ động học trong cơ cấu man hoàn toàn giống như quan hệ động học trong cơ cấu cu-lít (coulis). Cơ cấu Mante là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay liên tục của đĩa O1 thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa O2.

Thường số rãnh trên đĩa Man là Z = 4,6,8,.,16,18,10… Có thể tăng số chốt trên đĩa 1 để tăng số chuyển động của đĩa 4. Gọi: t1 là thời gian quay 1 vòng của chốt 1 t2 thời gian mỗi lần chuyển động của đĩa 4 Trang 6 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Z – số rãnh trên đĩa 4 Hệ số chuyển động: Hệ số chuyển động không thể âm k > 0 nên Z ≥ 3. Vậy số rãnh trên đĩa 4 phải lớn hơn hoặc bằng 3. Với mong muốn xích tải trứng chuyển động êm, tránh hiện tượng gấp khúc cục bộ giữa khay đỡ trứng và đĩa xích, nên chúng ta sẽ lựa chọn cơ cấu man với 6 rãnh và 1 chốt.

Thông số hình học của cơ cấu Man Điều kiện bắt buộc để chống va đập là:  +  = 90 Trong đó góc  được xác định theo số rãnh của đĩa Man là Z = 6 rãnh:  1800 = = = 300 Z 6 Do đó:   1800 = − = − 300 = 600 2 Z 2 Khi cần Man quay với tốc độ đều  = const thì thời gian quay đúng một vòng là: 60 giây T= n Trong đó n : số vòng quay của đĩa dẫn (vòng/phút). T: là thời gian hoàn thành một vòng quay (s) Thời điểm bắt đầu và kết thúc ăn khớp giữa đĩa dẫn và đĩa man. Trị số ăn khớp: t  Z −2 1 = m = =  T  2Z 2 Trong đó: + tm: thời gian ăn khớp (thời gian đĩa man quay) (s) Trang 7 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Z −2 Z − 2 60 tm =. Z tm tr Z + 2 = T 2Z Với: tr: thời gian nghỉ (thời gian đĩa man đứng yên) (s) Bảng: Kích thước gia công bình thường của cơ cấu Geneva ăn khớp ngoài Lưu ý: vị trí 0, 0 đã được thay đổi vị trí để phù hợp với phạm vi bài báo cáo này Trang 8 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Các thông số hình học của cơ cấu Man được xác định: Khoảng cách giữa trục cần và trục đĩa Man C: Lấy C = 70 (mm) Chiều dài của rãnh đĩa Man: h = Rgw − Smin = 70.(0,8660 − 0,5000) = 25,62 (mm) Lấy h = 26 (mm) Bán kính quỹ đạo cần: Rdrv = 0,5 = Rdrv = 0,5.70 = 35 (mm) C Bán kính quỹ đạo bánh Man: Rgw = 0,8660 = Rdrv = 0,8660.

Tính toán động học cơ cấu Man Xác định góc  của đĩa Man khi cần quay được một góc : .sin  tg = 1 −  cos Trong đó :  = Rdrv = C.sin  = sin  C C Vậy tốc độ góc của đĩa Man có thể viết: d d   sin    (cos  −  ) d = =  arctg  = .c dt dt  1 −  cos   1 − 2 cos  +  2 Trang 9 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc sin  (cos − sin  ) => d = .c 1 − 2sin  cos  + sin 2  Với  = 30o thì: 0,5.cos  + 0, 25 Gia tốc của đĩa Man: d 2  (1 −  2 )sin  d = = .c 2 (1 − 2sin  cos  + sin  ) 2 2 Khi bắt đầu và kết thúc thì  = /2 - :  đ = 0  sin  .tg (1 − 2sin  sin  + sin  ) 2 2 Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi 2  2 +1 2 +1 cos  =   + 2 − = 0,9212  4  4 →  = 22,9o Vận tốc góc lớn nhất khi  = 0o sin  .c d = (rad/s) 1 − sin  Vậy khi cần Man quay đều với vận tốc góc  thì đĩa Man sẽ quay không đều với vận tốc góc đ và có gia tốc là đ, và có vận tốc lớn nhất khi  = 0o và gia tốc lớn nhất khi  = 22,9o khi đó  = 19,83o. Trang 10 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Với thông số đầu vào theo năng suất mong muốn đạt được là 1 (s) 1 trứng, tức là thời gian cấp trứng và tách trứng nhỏ hơn T= 1s. Ta đi tính gia tốc góc và vận tốc góc cho đĩa Man. tm Z − 2 6 − 2 4 1 = = = = tr Z + 2 6 + 2 8 2  tr + tm = 3s 2 1  tr = s; tm = s 3 3 Số vòng/phút của cần được xác định : Z −2 Z − 2 60 tm =.

3 Vận tốc góc của cần c :  .60 c = = = 2 (rad / s) 30 30 Vận tốc và gia tốc góc ở vị trí bắt đầu và kết thúc của đĩa Man : đ= 0   d =  2 .tg = 11,396 (rad/s2) 6 Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi 2  2 +1 2 +1 cos  =   + 2 − = 0,9212  4  4 →  = 22,9o  sin30o.2 2 = 53,23 (rad/s2) (1 − 2sin30 cos 22,9 + sin 30 ) o o 2 o 2 Vận tốc góc lớn nhất khi  = 0o Trang 11 Đồ án chuyên ngành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc sin 30o.2 d = = 2 (rad/s) 1 − sin 30o • Khối lượng của cụm Man G= 2,2 (kg) • Khối lượng của các chi tíêt phụ lấy = 1 (kg) GM= 2,2 + 1 = 3,2 (kg) • Trọng lượng của cụm man là : PM = G.