Đề tài Nghiên cứu và thiết kế máy chẻ tre công nghiệp

Trường : Đại Học Hải Phòng Khoa Cơ Khí ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NGHIÊN CỨU & THIẾT KẾ MÁY CHẺ TRE CÔNG NGHIỆP Giảng Viên Hướng Dẫn : Hoàng Văn Quý Sinh Viên Thực Hiện : Vũ Lệnh Hiệu Ngô Văn Khánh Đỗ Văn Anh Cao Hữu Quyết MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Nước ta là một nước nhiệt đới ẩm gió mùa phù hợp với điều kiện sinh trưởng và phát triển của cây tre.Hiện nay, vật liệu từ tre đang dần thay thế các vật liệu từ gỗ, kim loại, gốm…. và trở thành một trong những vật liệu cần thiết cho cuộc sống chúng ta. Tre là loại vật liệu dễ khai thác, gia công, có độ bền cao. Tuy nhiên việc gia công tre vẫn chủ yếu được làm một cách thô sơ, hiệu quả không cao mà lại nguy hiểm cho người sử dụng. Nhận thấy trong quá trình này bổ ống tre là giai đoạn vừa nguy hiểm mà lại mất sức của người lao động. Vì thế chúng em quyết định đi vào nghiên cứu và thiết kế chiếc máy này với mong muốn thay thế dần sức người bằng các công cụ lao động hiện đại có tính cơ khí cao nhằm tăng năng suất lao động. Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng em đã học hỏi và tiếp thu được rất nhiều kiến thức. Để có được điều đó, chúng em đã nhận đươc sự giúp đỡ tận tình từ các thầy cô. Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy, các cô, đặc biệt là thầy giáo Th.s Hoàng Văn Quý đã tận tình giúp đỡ chúng em nghiên cứu thành công đề tài này. Nhóm nghiên cứu đề tài CHƯƠNG I : TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề nghiên cứu Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới với nhiệt độ, độ ẩm cao rất thuận lợi cho sự phát triển và sinh trưởng của cây tre. Tre là một nguồn tài nguyên rừng quan trọng của Việt Nam. Trong khi các loài gỗ quý như : đinh ,lim, sến ,táu… đang bị khai thác ngày càng cạn kiệt, thì tre là một nguồn nguyên liệu khá dồi dào. Bởi đây là loại thân thảo, tốc độ sinh trưởng rất nhanh chỉ khoảng 1 đến 3 năm là tre trưởng thành và cho chất lượng tốt. Theo số liệu thống kê năm 1993, rừng tre chiến 11,4% tổng diện tích rừng với hơn 5,551 tỷ cây.Tổng diện tích rừng tre hiện tại là 846.000 ha rừng đặc chủng và 618.900 ha rừng hỗn hợp. Do đó giá trị của tre trong công nghiệp là rất lớn. Hình 1 : Rừng tre Cát Tiên Qua quá trình tìm hiểu , so sánh nguyên lý hoạt động và cơ cấu của một số máy trên thị trường, chúng em thấy đề tài này rất khả thi, có thể áp dụng trong công nghiệp chế biến các sản phẩm từ tre. Việc nghiên cứu và đưa ra những thiết kế kết cấu hợp lý là một mục tiêu mà mỗi kỹ sư tương lai như chung em cần hướng tới. Hơn nữa nghiên cứu đề tài này rất phù hợp với ngành học , giúp chúng em bổ trợ rất nhiều kiến thức. Chúc em hi vọng làm hoàn thiện hơn các tính năng của máy chẻ tre hiện có trên thị trường.Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Chúng em rất mong có được sự giúp đỡ của các thầy cô. 2. Giới thiệu đề tài Từ ngàn xưa đến nay, cây tre luôn là biểu tưởng đặc sắc của dân tộc Việt Nam. Cây tre đi vào tiềm thức của dân tộc ta qua hình ảnh oai hùng Thánh Gióng nhổ tre đánh giặc. Hình 2. Cây tre Việt Nam Ngày nay trong công cuộc hiện đại hoá nhưng cây tre vẫn giữ một vị trí quan trọng trong đời sống mọi người. Với đặc điểm là một loại cây rất dễ trồng, lớn rất nhanh, nó có thể cao tới 40 m và sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Cây tre có thể phục vụ lợi ích của con người trên rất nhiều phương diện : Trong xây dựng : cây tre dùng để làm nhà, lợp mái... Trong công nghiệp : cây tre dùng để sản xuất ra giấy, chất đốt diesel có thể lấy từ cây tre… Trong thủ công mỹ nghệ: cây tre dùng để làm ra các sản phẩm trang trí nhà cửa rất đẹp và tiện dụng như: khung tranh ảnh, bát, đĩa, khay, bàn, ghế, giường, tủ.... Hình 3 : Sản phẩm thủ công mỹ nghệ sản xuất từ tre Đặc biệt , ngày nay tre có thể được sử dụng để thay thế các sản phẩm từ gỗ như sàn, ván ốp tường , ốp trần… Hình 4. Sản phẩm sàn tre Đề có được các sản phẩm như trên, tre cần qua nhiều giai đoạn gia công phức tạp trong đó phải kể đến quy trình gia công bổ ống tre. 3. Phân tích đề tài Trước kia khi chưa có sự hỗ trợ của cơ khí máy móc người ta thường sử dụng các thiết bị thô sơ đơn giản để bổ ống tre như dao, mác… Hình 5 : Dao chẻ tre thô sơ Tuy nhiên việc sử dụng dao, mác thì năng suất vẫn còn quá hạn chế mà tốn kém về sức lao động, gây nguy hiểm cho người sử dụng,hiểu quả kinh tế không cao. Để nâng cao năng suất lao động,người ta đã bắt đầu nghĩ đến việc cải tiến lưỡi dao bằng cách sử dụng dao nhiều lưỡi để bổ ống. Bằng cách này chỉ cần 1 lần chẻ ta có thể chẻ được cả ống. Dao được cầm bằng cả 2 tay, lưỡi dao được xếp thành hình nón. Giải pháp này tuy có cải thiện được năng suất so với cách bổ truyền thống nhưng lại tốn khá nhiều vào sức. Hiệu quả kinh tế chưa được tối ưu. Hình 6 : Bổ ống tre bằng dao nhiều lưỡi. Tiếp đến phải kể đến máy xẻ tre theo kiểu xẻ dọc. Với máy này, tre được cố định trên bàn đẩy và được đẩy dọc theo khung máy, phía dưới đặt lưỡi dao hình răng cửa. Ưu điểm : tính cơ khí cao, việc sử dụng tương đối an toàn, hiện đại,tiết kiểm sức lao động. Nhược điểm : năng suất không cao gây tiếng ồn và bụi trong khu vực làm việc, máy tương đói cồng kềnh. Hình 7 : Máy xẻ tre XN.25 Gần đây cơ sở sản xuất cơ khí Tuấn Tú ( Thái Bình ) có cho ra mắt máy chẻ tre KS – 62. Chiếc máy này có thể coi là hoàn thiện hơn cả. Hình 7 : Máy chẻ tre công nghiệp KS – 62 Chiếc máy này hoạt động theo nguyên lý : tre được đưa lên bàn trượt, đầu trượt trên bàn sẽ di trượt tịnh tiến đẩy ống tre qua dao. Dao của máy có dạng nêm cứng được xếp thành các nan hình nón. Nó có tính ưu việt hơn cả va điều quan trọng là thay thế được sức lao động của con người. Tuy nhiên, máy vẫn chưa đảm bảo được an toàn cho người sử dụng cũng như chưa tận dụng được tối đa lực mà bàn trượt tạo lên gây lãng phí không cần thiết trong quá trình sản xuất. Từ đây chúng em quyết định nghiên cứu cũng như thiết kế 1 chiếc máy chẻ tre có tính ưu việt hơn cả, khắc phục được các nhược điểm cũng như phát triển các ưu điểm sãn có của các máy trên. 4.Lựa chọn cơ cấu chuyển động Bộ truyền xích có hai nhánh xích chạy ngược chiều nhau. Có thể lợi dụng điều này để làm con trượt tịnh tiến đi lại.Cơ cấu 1:  Hai đĩa xích tròn bằng nhau 1 và 9 quay quanh trục cố định A và B. Chúng nối với nhau bằng xích 2. Đĩa 1 quay theo chiều mũi tên. Mắt a của xích 2 mang một vấu. Khi xích 2 chuyển động, mắt a gặp cóc 3 lắp trên con trượt 4 và kéo con trượt 4 đi theo cho đến khi đòn của cóc 3 đến tì vào cữ 5, cóc 3 được nhả ra. Con trượt 4 dừng lại. Mắt a đi tiếp. Khi mắt a của xích 2 đến gặp cóc dưới 6, nó kéo con trượt 4 di chuyển theo chiều ngược lại cho đến khi đòn của cóc 6 chạm vào cữ 7, cóc 6 được nhả ra. Con trượt 4 dừng lại. Mắt a đi tiếp. Vít me 8 dùng để di chuyển các cữ 5 và 7 nhằm điều chỉnh độ dài hành trình của của con trượt 4. Lời bàn: Hình vẽ chỉ mô tả nguyên tắc hoạt động của cơ cấu, không chỉ rõ kết cấu của các bộ phận, đặc biệt là cóc 3 và cữ 5 hoặc 7. Thời gian dừng ở mỗi đầu mất ít nhất là nửa vòng quay của đĩa xích. Khi bàn trượt đi từ phải sang trái thì nhánh căng của xích là nhánh trên, đoạn từ đĩa xích 1 đến mắt a ở nhánh trên. Khi bàn trượt đi từ trái sang phải thì nhánh căng của xích là nhánh trên cọng với đoạn từ đĩa xích 9 đến mắt a ở nhánh dưới. Nếu không cần điều chỉnh độ dài hành trình thì có thể bỏ đi vít me 8, cữ 5, 7. Cóc 3 không cần có khớp quay mà gắn chặt vào con trượt 4. Cơ cấu sẽ đơn giản hơn. Mắt a tự tách khỏi cóc 3 và thôi kéo con trượt khi bắt đầu đi quanh đĩa xích. Cũng có thể dùng bộ truyền đai thay cho bộ truyền xích nếu không cần lực kéo lớn. Lúc đó vấu a được gắn vào đai truyền. Cơ cấu 2: Bộ truyền xích với hai đĩa xích bằng nhau 3 và 8. Một trong các mắt của xích 7 có dạng tay đòn 6 lắp với thanh trượt bị dẫn 4 nhờ bản lề 5. Thanh trượt 4 trượt trong ổ trượt 2. Khoảng cách từ tâm bản lề 5 đến đường tâm xích 7 bằng bán kính vòng chia R của hai đĩa xích. Khi đĩa xích quay, thanh trượt sẽ tịnh tiến đi lại với độ dài hành trình bằng khoảng cách trục A giữa hai đĩa xích. Khi mắt 6 chạy vòng đĩa xích, thanh 4 đứng yên. Cơ cấu này đã được dùng để rải đều dây 1 khi cuộn dây vào tang chứa không vẽ trên hình.Cơ cấu 3:  Bộ truyền xích với hai đĩa xích bằng nhau. Một mắt xích có chốt 1 lắp với biên 2. Biên 2 nối với con trượt 3. Khi chốt 1 đi thẳng, vận tốc con trượt 3 không đổi. Khi chốt 1 đi vòng đĩa xích, con trượt 3 chuyển động như trường hợp cơ cấu tay quay thanh truyền. Hành trình con trượt bằng khoảng cách trục hai đĩa xích cộng với đường kính trung bình của đĩa xích. Cơ cấu 4:Trên sống trượt 1 của thân máy (hình a) có con trượt 4. Con trượt này nhận chuyển động từ xích 3 của bộ truyền xích với đĩa chủ động 2 và đĩa 6 qua chốt 5. Chốt 5 kẹp vào xích 3 và nằm trong rãnh của con trượt 4.Hành trình của con trượt 4: S = A + 2R Trong đó: A là khoảng cách trục giữa hai đĩa xíchR là bán kính vòng chia của đĩa xích (đĩa xích 2 và 6 bằng nhau)Trong giới hạn khoảng cách trục A vận tốc của con trượt 2 là đều. Trong khoảng bán kính R của đĩa xích (hình b) vận tốc v biến đổi theo quy luật sin. Trên đây là 4 cơ cấu tạo chuyển động tịnh tiến đi lại từ bộ truyền xích, nhận thấy cơ cấu 3 là phù hợp nhất do cơ cấu khá đơn giản cũng như tương đối ổn định. Chúng em quyết địnhchọn cơ cấu này cho cơ cấu chuyển động của máy chẻ tre mà chúng em sẽ thiết kế dưới đây. CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MÁY CHẺ TRE CÔNG NGHIỆ I/ Nguyên lý hoạt động Máy chẻ tre hoạt động theo nguyên lý như sau : Khi động cơ hoạt động truyền chuyển động vào bánh đà qua hệ thống dây đai, trục 1 có gắn đĩa xích dùng để truyền chuyển động từ bánh đà sang bộ truyền II nhờ 1 dây xích gắn giữa đĩa xích của trục 1 với đĩa xích của trục 2. Trên bộ truyền II ta thấy đĩa 2 và 3 cùng một trục vậy khi đĩa 2 quay thì đĩa 3 sẽ quay làm xích chuyển động. Xích chuyển động kéo bàn trượt tịnh tiến theo chiều dọc của máy nhờ con trượt được gắn với má xích và bàn trượt. Tre được đưa vào máng đỡ,bàn trượt di chuyển và đẩy tre vào dao,dưới tác dụng của lực đẩy & lưỡi dao làm tre được chẻ làm nhiều mảnh. Hình 9 : sơ đồ máy II/ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 1/ Thân máy Hình 10 : Thân máy - Thân máy có cấu tạo chủ yếu từ loại thép chữ I - Được đục 5 lỗ nhỏ đển cho trục đi qua. Các trục được gắn với bánh xích hoặc bánh đai. - Thân máy chiếm chiều dài của máy lên tới 3,3 m. Đây chính là khoảng không gian di chuyển của ống tre 2. Bàn trượt a. Cấu tao - 1 bàn di chuyển được gắn vào thân máy qua 8 con lăn được phân bố đều về 2 bên, 4 con trên , 4 con bên hông. - Mặt bên có dạng hình thang vuông , đáy lớn bên trên có chiều dài là 0,4 m , đáy nhỏ 0,2 m , chiều cao 0,4 m. Ở giữa được khoét 1 rãnh cho con chốt đi chuyển, 2 bên khoan 4 lỗ dung để giữ con lăn. Mặt trên là mặt phẳng trượt được khoan 8 lỗ phân bố về 4 góc đê vít 4 con lăn ngang. - Phía trên được gắn với 2 đầu bổ, đây là bộ phận chính truyền lục đẩy khiến tre di chuyển về phía dao. Đầu bổ có dạng hình tròn đồng tâm. Phía dưới được khoét 1 rãnh nhỏ để cho giá đỡ tre đi qua, 2 đầu bổ được bắt với nhau bởi một trục có tác dụng tạo ứng lực chống gãy khi bị lực va chạm quá lớn 3. Dao 4. Giá dao 5. Máng đỡ 6. Bộ truyền xích 7.Bộ truyền đai III. CHỌN ĐỘNG CƠ