Luận văn Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành

ình thực tế ở Việt Nam và thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành. 1.2.3. Kết quả cần đạt Chế tạo mô hình chúng minh nguyên lý hoạt động của máy thu hoạch đậu phộng. Tính toán các thông số hoạt động của của máy thu hoạch đậu phộng. Thiết kế chi tiết máy thu hoạch đậu phộng. 1.2.4. Cấu trúc luận văn Chƣơng 1: Tổng quan Giới thiệu khái quát về cây đậu phộng, tình hình trồng đậu phộng và nhu cầu thực tế của thị trƣờng. Chƣơng 2: Xây dựng và chọn lọc ý tƣởng Thu thập thông tin về cây đậu phộng, đƣa ra và lựa chọn các phƣơng án thiết kế. Chƣơng 3: Thiết kế mô hình và thí nghiệm thực tế Chế tạo mô hình thí nghiệm và thí nghiệm thực tế để chứng minh nguyên lý hoạt động. Chƣơng 4: Thiết kế nguyên lý xe thu hoạch đậu phộng tự hành Đƣa ra nguyên lý xe thu hoạch đậu phộng tự hành. Chƣơng 5: Thiết kế hệ thống cuộn đậu và kẹp phôi Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 9 Tính toán, thiết kế, lựa chọn cơ cấu cuộn, xích kẹp đậu, khung và hệ thống thuỷ lực nâng hạ khung. Chƣơng 6: Thiết kế cơ cấu tuốt đậu và sàng lắc phẳng Tính toán, thiết kế cơ cấu tuốt đậu theo nguyên lý ở phần thí nghiệm. Tính toán một số thông số cần thiết và thiết kế sàng lắc phẳng. Chƣơng 7: Thiết kế quạt hƣớng trục, vít tải và lựa chọn bánh xe Tính toán một số thông số cần thiết cho quạt hƣớng trục, vít tải. Lựa chọn bánh xe cho máy thu hoạch đậu phộng tự hành. Chƣơng 8: Kết luận và đề nghị Đƣa ra kết luận chung về những vấn đề đạt đƣợc của đề tài và đề nghị bổ sung để hoàn thiện đề tài. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 10 CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ CHỌN LỌC Ý TƢỞNG 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu Hình 2.1: Đậu phộng đƣợc nhổ và xếp thành hàng trên mặt ruộng Đối tƣợng mà chúng ta nghiên cứu ở đây là cuộn cây đậu phộng lên từ mặt ruộng lên khi đã đƣợc nhổ và xếp sẵn thành hàng, kẹp và đánh trái đậu phộng ra khỏi thân cây. 2.2. Thu thập thông tin về cây đậu (các số liệu lấy từ thực nghiệm) 2.2.1. Thông số về cây đậu Hình 2.2: Chiều dài cây đậu (cm) Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 11 Hình 2.3: Khoảng phân bố trái đậu (mm) Hình 2.4: Chiều dài trái đậu (mm) Hình 2.5: Đƣờng kính thân đậu (mm) Bảng 2.1: Bảng thông số về cây và trái đậu phộng Thông số Kích thƣớc (mm) Chiều dài cây đậu 500 Chiều dài thân đậu 300 Chiều dài phần trái và râu đậu 100 Khoảng phân bố trái đậu 120 Đƣờng kính thân đậu 5 – 7 Chiều dài trái đậu Min 15; Max 35 Đƣờng kính trái đậu Min 10; Max 12 2.2.2. Hình ảnh khi thu hoạch đậu Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 12 Hình 2.6: Nông dân nhổ đậu và xếp thành hàng trên ruộng Hình 2.7: Đậu sau khi đƣợc tách khỏi thân Hình 2.8: Thân đậu sau khi đƣợc tách trái đậu Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 13 2.3. Các phƣơng án thiết kế 2.3.1. Phƣơng án 1 Cuộn cây đậu phộng lên bằng trục có gắn que, cây đậu nằm ngang và đƣợc kẹp bằng hai xích má tam giác đối diện nhau. Dùng hai rulô quay ngƣợc chiều nhau, trên rulô có gắn các mảnh dao cắt dùng để cắt đứt trái đậu phộng ra khỏi thân. Bố trí hai cặp rulô ở hai bên trái và phải của xích để chủ động giải quyết đƣợc việc đậu phộng không đƣợc xếp thành dãy đúng hƣớng đặt hai rulô. 2.3.2. Phƣơng án 2 Cuộn cây đậu phộng lên bằng trục có gắn que, cây đậu nằm ngang và đƣợc kẹp bằng bốn xích má tam giác đối diện nhau từng đôi một. Dùng hai rulô quay ngƣợc chiều nhau, trên rulô có gắn các mảnh dao cắt dùng để cắt đứt củ đậu phộng ra khỏi thân. Bố trí hai cặp rulô ở hai bên trái và phải của xích để chủ động giải quyết đƣợc việc đậu phộng không đƣợc xếp thành dãy đúng hƣớng đặt hai rulô. 2.3.3. Phƣơng án 3 Cuộn cây đậu phộng lên bằng trục có gắn que, cây đậu phộng đƣợc dựng đứng lên nhờ máng nghiêng. Dùng hai rulô quay ngƣợc chiều nhau, trên rulô có gắn các mảnh dao cắt dùng để cắt đứt củ đậu phộng ra khỏi thân. 2.3.4. Phƣơng án 4 Cuộn cây đậu phộng lên bằng trục có gắn que, cây đậu đƣợc cho vào một thùng hình trụ rỗng có bố trí nhiều rulô song song có gắn các mảnh dao cắt bên trong để đánh trái đậu ra khỏi thân. 2.4. Đánh giá và lựa chọn phƣơng án Ở phƣơng án 4 ta thấy rất dễ cho việc cấp phôi, tuy nhiên việc thoát phoi rất khó và dễ bị kẹt phôi. Vì thân cây đậu còn tƣơi sẽ rất dai nên không thể cắt đứt Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 14 thành nhiều đoạn nhỏ đƣợc. Phƣơng án 1 thì chúng ta không chủ động đƣợc chiều sắp xếp của cây đậu trên ruộng. Phƣơng án 3 tuy chúng ta chủ động đƣợc chiều sắp xếp của cây đậu nhƣng nếu dùng máng nghiêng tĩnh thì không đảm bảo làm cho cây đậu đứng đƣợc mà sẽ bị đùn về phía trƣớc, còn máng nghiêng động thì phức tạp cho quá trình chế tạo và cũng không đảm bảo cây đậu sẽ đứng đƣợc hoàn toàn. Xem xét phƣơng án 2 ta thấy đơn giản cho phần chế tạo và có phần khả thi hơn các phƣơng án còn lại nên nhóm quyết định chọn phƣơng án này để tiến hành làm mô hình thí nghiệm 2.5. Những tiêu chí đánh giá phƣơng án khi tiến hành thí nghiệm bằng mô hình Khả năng cuộn đậu lên khỏi mặt ruộng của cơ cấu cuộn. Cơ cấu kẹp của xích má tam giác. Cây đậu bị cuộn vào rulô. Cơ cấu tách trái đậu ra khỏi thân. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 15 CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM THỰC TẾ 3.1. Thiết kế trục cuộn 3.1.1. Cơ sở lý thuyết Cây đậu phộng đƣợc nhổ và xếp thành dãy nằm ngang trên ruộng theo chiều dài luống. Để cuộn đƣợc cây đậu lên từ mặt ruộng ta phải dùng một trục có gắn các que xung quanh trục và phân bố trên khắp chiều dài trục. Trục đƣợc lắp ngang phía trƣớc xe gần sát mặt đất. Với chuyển động xoay của trục kết hợp với chuyển động tịnh tiến đi tới của xe thu hoạch sẽ nâng cây đậu phộng dƣới ruộng lên xe. Hình 3.3: Mô phỏng chuyển động của trục đƣợc gắn que 3.1.2. Thiết kế Cây đậu phộng có chiều dài từ 500 – 800mm tùy theo từng thời vụ (tính từ ngọn tới rễ dƣới cùng của cây đậu phộng). Ta chọn ống thép CT3 có chiều dài là 800mm và đƣờng kính ngoài 50mm, đƣờng kính trong 40mm để làm thân trục cuộn. Cây đậu phộng đƣợc xếp thành dãy trên luống có chiều cao khoảng 100 – 150mm, ta chọn sắt xây dựng có đƣờng kính 8mm và chiều dài của mỗi que 200mm tính từ mặt ngoài của trục. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 16 Chọn trục thép CT3 để làm trục bậc lắp vào hai đầu ống thép làm trục xoay. Cách chế tạo Tiện ống thép đạt kích thƣớc sau: Hình 3.4: Gia công ống thép làm trục cuộn Lắp que lên ống thép: Các que có đƣờng kính 8mm và chiều dài mỗi que 200mm đƣợc hàn lên mặt ngoài của ống thép thành 7 vòng phân bố đều trên chiều dài của ống thép (mỗi vòng cách nhau 100mm, vòng đầu tiên cách đầu của ống thép 100mm). Trên mỗi vòng có 8 que đƣợc phân bố đều trên vòng tròn (hai que liền kề nhau hợp thành một góc 45o). Vậy trục cuộn có (8 que/vòng) x (7 vòng) = 56 que. Hai vòng que liền kề lệch nhau một góc 22,5o. Hình 3.5: Trục cuộn Tiện hai trục bậc đạt kích thƣớc nhƣ sau: Hình 3.6: Trục bậc 1 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 17 Trục đƣợc lắp vào ống thép và gối đỡ trục Hình 3.7: Sơ đồ lắp cốt vào trục cuộn (không thể hiện các que) Trục đƣợc lắp vào ống thép, gối đỡ trục và có lắp đĩa xích. Lắp đầu của hai trục bậc vào hai đầu của ống thép sau đó ta hàn lại. 3.2. Thiết kế cơ cấu tách trái đậu phộng ra khỏi thân 3.2.1. Cơ sở lý thuyết Để đánh đƣợc trái đậu phộng ra khỏi thân ta phải dùng một lực F tác dụng vào phần cuốn đậu. Dƣới tác dụng của lực cục bộ này trái đậu sẽ bị đánh ra khỏi cuống. Từ ý tƣởng trên ta sẽ chế tạo hai rulô đặt song song nhau, trên mặt ngoài hai rulô có các dao cắt và hai rulô sẽ quay ngƣợc chiều nhau đồng thời đậu đƣợc cấp theo dọc chiều dài hai rulô. Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của rulô 3.2.2. Thiết kế Thiết kế lƣỡi dao cắt: Ta chọn thép tấm CT3 dày 4mm để gia công lƣỡi dao cắt. Lƣỡi dao đƣợc hàn vào thân rulô. Thiết kế thân rulô: Ta chọn hai ống thép CT3 có đƣờng kính ngoài 50mm, đƣờng kính trong 40mm và có chiều dài là 500mm. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 18 Trục xoay: Chọn trục thép CT3 để làm trục bậc lắp vào hai đầu ống thép làm trục xoay. Cách chế tạo Lƣỡi dao đƣợc gia công đạt các thông số kỹ thuật sau: Hình 3.9: Thông số lƣỡi dao Tiện hai ống thép làm thân rulô đạt kích thƣớc sau: Hình 3.10: Thông số thân rulô Tiện hai bộ trục bậc đạt kích thƣớc nhƣ sau: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 19 Hình 3.11: Trục bậc 2 Các lƣỡi dao cắt sẽ đƣợc bố trí thành 4 dãy và mỗi dãy cách nhau 90o. Giữa hai trục rulô thì các lƣỡi dao cắt đƣợc bố trí xen kẽ nhau. Lƣỡi dao đƣợc hàn nghiêng một góc 75o so với mặt phẳng nằm ngang. Nếu gọi số lƣỡi dao cắt trên một dãy của rulô thứ nhất là n thì số lƣỡi dao cắt trên một dãy của rulô thứ hai là n – 1. Để tránh việc lƣỡi dao cắt làm bể trái đậu thì khi hai rulô ăn khớp nhau thì khoảng cách giữa hai lƣỡi dao liền kề trên hai rulô khi ăn khớp và đỉnh của lƣỡi dao trên trục này đến thân của rulô kia phải bằng đƣờng kính trái đậu (10mm). Hình 3.12: Sơ đồ phân bố lƣỡi cắt trên hai rulô Theo sơ đồ thì số lƣỡi dao cắt phân bố trên rulô thứ nhất là 24 lƣỡi dao, rulô thứ hai là 20 lƣỡi dao. Các lƣỡi dao đƣợc hàn lên thân hai ống thép theo sơ đồ. Ta lắp đầu của một bộ trục bậc vào hai đầu của ống thép thứ nhất và thứ hai theo từng đôi một sau đó hàn lại. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 20 Hình 3.11: Sơ đồ lắp cốt vào trục rulô ( không thể hiện lƣỡi cắt) 3.3. Thiết kế xích (cơ cấu kẹp phôi) 3.3.1. Cơ sở lý thuyết Cây đậu phộng dƣới đồng đƣợc trục cuộn cuộn lên. Sau đó đƣợc đƣa lên một cơ cấu kẹp giữ phôi rồi chuyển phôi đi dọc theo hai rulô để đánh phần gốc đậu tách trái đậu ra khỏi thân. Để làm đƣợc điều đó ta chế tạo loại xích má tam giác từ loại xích con lăn có sẵn trên thị trƣờng. Hai sợi xích má tam giác lắp đối diện nhau, má xích ăn khớp nhau và phôi đƣợc kẹp ở giữa. Hình 3.132: Xích má tam giác 3.3.2. Thiết kế Qua xem xét các chuẩn xích ống con lăn có sẵn trên thị trƣờng nhóm nhận thấy xích ống con lăn 60 và xích ống con lăn 80 là thích hợp nhất vì bƣớc xích vừa phải, khoảng cách má xích tƣơng đối rộng, khối lƣợng không quá lớn, . . . nhóm đã quyết định chọn loại xích ống con lăn 60 để tiến hành chế tạo để tiết kiệm chi phí. Sau khi mua xích về ta tiến hành tháo từng mắc xích ra riêng lẻ. Xích sau khi đƣợc tháo ra ta bỏ phần chốt xích đi vì chốt này ngắn nên không đạt yêu cầu khi chế tạo mà ta sẽ tự gia công. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 21 Thiết kế má hình tam giác: Ta sử dụng thép tấm CT3 có chiều dày 1,4mm để tiến hành gia công má tam giác. Thiết kế chốt: Sử dụng trục inox có đƣờng kính 6mm để gia công chốt xích. Cách chế tạo Hình 3.1314: Má xích Cắt, khoan lỗ và mài má xích tam giác đạt đƣợc các thông số kỹ thuật dƣới đây: Lắp ráp xích: Sau khi gia công ta tiến hành lắp ráp lại xích. Xích sau khi lắp sẽ có hình dạng nhƣ dƣới đây. Hình 3.14: Xích má tam giác 3.4. Trục dẫn động xích 3.4.1. Cơ sở lý thuyết Để xích có thể chuyển động ta phải truyền chuyển động cho xích. Theo đó ta dùng hai trục có lắp bánh xích để dẫn động xích. 3.4.2. Thiết kế Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 22 Dùng hai ống thép CT3 có đƣờng kính ngoài , đƣờng kính trong là và có chiều dài 600 mm làm thân trục. Trục xoay: Chọn trục thép CT3 để làm trục bậc lắp vào hai đầu ống thép làm trục xoay. Chọn bánh xích 60 loại 12 răng lắp lên thân trục để dẫn động cho xích. Cách chế tạo Tiện hai ống thép làm thân rulô đạt kích thƣớc sau: Hình 3.15: Thân rulô Tiện hai bộ trục bậc đạt kích thƣớc nhƣ sau: Hình 3.16: Trục bậc 3 Ta lắp đầu của một bộ trục bậc vào hai đầu của ống thép thứ nhất và tƣơng tự cho ống thép thứ hai sau đó hàn lại. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 23 Bánh xích có sẵn trên thị trƣờng có lỗ nên ta phải khoan lỗ sau đó tiện lỗ đạt kích thƣớc mm. Hình 3.17: Trục dẫn động xích hoàn chỉnh 3.5. Tấm ốp trục cuộn 3.5.1. Cơ sở lý thuyết Cây đậu phộng xếp dƣới ruộng đƣợc cuộn lên bằng trục cuộn có gắn que. Sau đó cây đậu đƣợc chuyển qua xích má tam giác để kẹp và chuyển cây đậu đi qua rulô để thực hiện quá trình tách trái. Tuy nhiên trục cuộn sẽ cuộn cây đậu xoay tròn theo chiều xoay của trục nếu không có gì giữ lại. Để giải quyết đƣợc điều đó chúng ta sẽ gia công một tấm thép hình chữ C và đƣợc lắp lệch tâm với tâm của trục cuộn. 3.5.2. Thiết kế Ta dùng thép tấm CT3 có độ dày 1,4mm, chiều dài 850mm và chiều ngang là 800mm. Cách chế tạo Sau khi ta cắt tấm thép đạt kích thƣớc 850 x 800mm ta gò tấm thép để có hình dạng theo yêu cầu, trên tấm thép sau khi gò, ta cắt 7 rãnh có chiều rộng 10mm, dài 600mm, các rãnh đƣợc bố trí theo sơ đồ sau: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 24 Hình 3.18: Tấm ốp trục cuộn 3.6. Thiết kế bộ truyền xích 3.6.1. Thiết kế khung Tính toán góc nghiêng khi cấp phôi. Hình 3.19: Sơ đồ tính góc nghiêng cấp phôi Gọi: là góc nghiêng khi cấp phôi l là chiều dài rulô h là chiều dài lớn nhất từ gốc tới trái đậu Dựa vào hình vẽ ta có: Do: hmax = 100mm (thực nghiệm) và giới hạn chiều dài của rulô: l = 500mm Nên ta có: => => Vậy để việc cấp phôi đƣợc hiệu quả cao thì góc cấp phôi phải thỏa điều kiện: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 25 Để cơ cấu cuộn, xích má tam giác, rulô hoạt động đồng thời với nhau thì tất cả các cơ cấu này phải đƣợc bố trí chung trên một khung. Khung đƣợc gia công bằng sắt hộp 60 x 40mm, dày 1,4mm. Phía dƣới khung đƣợc lắp 4 bánh xe đƣờng kính 80mm để mô hình có thể dễ dàng tịnh tiến về phía trƣớc. 3.6.2. Thiết kế bộ truyền xích Hình 3.20: Bộ truyền xích cho rulô Trong đó: Đĩa xích (1) và (2) là 2 đĩa xích gắn trên trên 2 rulô. Đĩa xích (3) là đĩa phụ có tác dụng tạo ra góc ôm đồng thời dùng để căng xích. Đĩa xích (4) là đĩa xích chủ động truyền chuyển động từ trục động cơ lên 2 rulô. Ta chọn đĩa xích có đƣờng kính bằng 2 1 đƣờng kính đĩa xích (1) và (2) để làm làm giảm tốc độ đi 2 lần, đồng thời tăng momen cho 2 rulô. Vậy với thiết kế và bố trí nhƣ trên thì các đĩa xích đều thỏa mãn điều kiện góc ôm, đồng thời 2 đĩa xích (1), (2) quay ngƣợc chiều nhau. Bộ truyền xích cho trục cuộn xích đƣợc thiết kế giống nhƣ bộ truyền xích rulô. 3.7. Thiết kế bộ ép xích Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 26 3.7.1. Cơ sở lý thuyết Sau khi cây đậu phộng đƣợc xích má tam giác cuốn lên phần rulô đánh, do lực đánh lớn cây đậu dễ bị cuốn vào rulô và xích bị kéo về phía rulô nên ta cần cơ cấu ép xích để giữ chặt. 3.7.2. Thiết kế Ta dùng thép tấm CT3 với chiều dày 8 mm, trục với bánh xích 60, thép hộp 30 x 25 x 1.4 mm và lò xo . Cách chế tạo. Cắt thép tấm và hàn chữ U đạt hình dáng và kính thƣớc nhƣ sau: Hình 3.21: Chữ U lắp bánh xích Tiện bộ trục với kích thƣớc nhƣ sau Hình 3.22: Trục của bộ phận ép xích Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 27 Ta gia công chi tiết chữ U khác để lắp bộ phận ép xích với phần khung, chi tiết đƣợc gia công có các thông số kỹ thuật nhƣ sơ đồ sau: Hình 3.23: Chữ U lắp bộ phận ép xích Tiện bánh xích lỗ để lắp ổ bi 7002. Lắp ráp các chi tiết lại ta đƣợc bộ phận ép xích Hình 3.2415: Bộ ép xích 3.8. Thí nghiệm và kết quả thí nghiệm Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 28 Thông số ban đầu: Sử dụng 2 động cơ: Một động cơ 30 vòng/phút, động cơ này dùng để truyền động cho xích má tam giác và trục cuộn. Một động cơ 1400 vòng/phút, động cơ này dùng truyền động cho hai trục rulô. Góc cấp phôi: α = 25o. 3.8.1. Thí nghiệm lần 1 Chuẩn bị thí nghiệm: Xếp 10 cây đậu thành một dãy trên mặt đất. Cấp điện cho hai động cơ hoạt động. Ngƣời phía sau đẩy mô hình tiến về phía trƣớc. Kết quả thí nghiệm: Số lƣợng cây đậu đƣợc cuộn lên: 10 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu đƣợc kẹp trên cơ cấu kẹp: 10 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu kẹp đƣợc trên cơ cấu kẹp khi đi qua cơ cấu tuốt: 10 cây, đạt 100% Số lƣợng cây đậu bị cuộn vào rulô: 0 cây, tỉ lệ 0%. Số lƣợng đậu đƣợc tách ra khỏi thân: 124 trong tổng số 139 trái, đạt 89.2%. 3.8.2. Thí nghiệm lần 2 Chuẩn bị thí nghiệm: Xếp 15 cây đậu thành một dãy trên mặt đất. Cấp điện cho hai động cơ hoạt động. Ngƣời phía sau đẩy mô hình tiến về phía trƣớc. Kết quả thí nghiệm: Số lƣợng cây đậu đƣợc cuộn lên: 15 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu đƣợc kẹp trên cơ cấu kẹp: 15 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu kẹp đƣợc trên cơ cấu kẹp khi đi qua cơ cấu tuốt: 14 cây, đạt 93.33% Số lƣợng cây đậu bị cuộn vào rulô: 1 cây, tỉ lệ 6,67%. Số lƣợng đậu đƣợc tách ra khỏi thân: 185 trong tổng số 197 trái, đạt 93,9%. 3.8.3. Thí nghiệm lần 3 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 29 Chuẩn bị thí nghiệm: Xếp 20 cây đậu thành một dãy trên mặt đất. Cấp điện cho hai động cơ hoạt động. Ngƣời phía sau đẩy mô hình tiến về phía trƣớc. Kết quả thí nghiệm: Số lƣợng cây đậu đƣợc cuộn lên: 20 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu đƣợc kẹp trên cơ cấu kẹp: 20 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu kẹp đƣợc trên cơ cấu kẹp khi đi qua cơ cấu tuốt: 20 cây, đạt 100% Số lƣợng cây đậu bị cuộn vào rulô: 0 cây, tỉ lệ 0%. Số lƣợng đậu đƣợc tách ra khỏi thân: 231 trong tổng số 257 trái, đạt 89.88%. 3.8.4. Thí nghiệm lần 4 Chuẩn bị thí nghiệm: Xếp 25 cây đậu thành một dãy trên mặt đất. Cấp điện cho hai động cơ hoạt động. Ngƣời phía sau đẩy mô hình tiến về phía trƣớc. Kết quả thí nghiệm: Số lƣợng cây đậu đƣợc cuộn lên: 25 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu đƣợc kẹp trên cơ cấu kẹp: 25 cây, đạt 100%. Số lƣợng cây đậu kẹp đƣợc trên cơ cấu kẹp khi đi qua cơ cấu tuốt: 23 cây, đạt 92% Số lƣợng cây đậu bị cuộn vào rulô: 2 cây, tỉ lệ 8%. Số lƣợng đậu đƣợc tách ra khỏi thân: 298 trong tổng số 316 trái, đạt 94,3%. Bảng 3.1: Thống kê kết quả thí nghiệm Lần thí nghiệm Tỉ lệ (%) Cây đậu đƣợc cuộn Cây đậu đƣợc kẹp Cây đậu kẹp đƣợc khi đi qua cơ cấu tuốt Cây đậu bị cuộn vào rulô Trái đậu đƣợc cắt 1 100 100 100 0 89,2 2 100 100 93,33 6,67 93,9 3 100 100 100 0 89,88 4 100 100 92 8 94,3 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 30 Kết luận Dựa vào kết quả thí nghiệm ta đã thực hiện ở trên, ta nhận thấy phƣơng án đƣợc đƣa ra cho kết quả thí nghiệm rất khả quan, có thể ứng dụng vào thực tế. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện thí nghiệm nhóm nhận thấy cây đậu lúc đƣợc kẹp vào xích má tam giác còn bị nghiêng, một vài cây đậu vị cuốn vào rulô do lực kẹp chƣa đủ. Mô hình chƣa chủ động đƣợc chiều xếp của cây đậu. Để giải quyết đƣợc hạn chế này, nhóm đề xuất thiết kế thêm một cơ cấu kẹp bằng xích má tam giác để cố định phần ngọn của cây đậu và thêm hai rulô phía đối diện để chủ động đƣợc chiều xếp của cây đậu. Nếu tiến hành tính toán thiết kế hoàn chỉnh cũng nhƣ chế tạo một cách chính xác thì kết quả đạt đƣợc có thể sẽ cao hơn nữa. Nhận thấy kết quả quả là khả quan, nhóm nghiên cứu quyết định chọn nguyên lý hoạt động nhƣ mô hình thí nghiệm để tiến hành “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành”. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 31 CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ XE THU HOẠCH ĐẬU PHỘNG TỰ HÀNH 4.1. Sơ đồ nguyên lý của xe thu hoạch đậu phộng tự hành Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của xe thu hoạch đậu phông tự hành Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 32 1 - Cây đậu đƣợc xếp nằm ngang trên luống. 2 - Trục cuộn có gắn que. 3 - Tấm ốp trục cuộn. 4 - Xích má tam giác. 5 - Rulô. 6 - Sàng. 7 - Quạt thổi. 8 - Vít tải đậu. 9 - Thùng chứa thân đậu. 4.2. Nguyên lý hoạt động Khi xe di chuyển về phía trƣớc thì cây đậu (1) đƣợc cuộn lên nhờ trục cuộn (2), tấm ốp trục cuộn (3) đóng vai trò nâng cây đậu và giúp cây đậu không bị cuộn tròn theo chiều quay của trục cuộn. Cây đậu đƣợc kẹp bằng xích má tam giác (4) và đƣợc vận cuyển về phía trên. Phần trái đậu đƣợc đánh bằng rulô (5) khi đi ngang qua. Thân cây đậu tiếp tục đƣợc vận chuyển về phía sau và bỏ vào thùng chứa thân đậu (9). Trái đậu rơi xuống sàng (6), kết hợp với quạt thổi (7) để làm sạch đất, lá và một số tạp chất khác. Trái đậu sau đó đƣợc vít tải đậu (8) vận chuyển lên phía trên cửa của vít tải và chảy vào bao chứa. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 33 CHƢƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUỘN ĐẬU VÀ KẸP PHÔI 5.1. Phƣơng án thiết kế Sau khi cây đậu đƣợc nhổ và xếp thành hàng trên luống, cây đậu sẽ đƣợc cuộn lên nhờ trục cuộn có gắng que, đƣợc nâng bởi tấm ốp trục cuộn và đƣợc kẹp bằng xích má tam giác (giống nhƣ ở phần mô hình thí nghiệm). Hình 5.1. Xích má tam giác Hình 5.2. Trục cuộn Hình 5.3. Tấm ốp trục cuộn Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 34 Để hệ thống cuộn và kẹp đậu hoạt động đồng thời với nhau thì hai hệ thống này và hệ thống tuốt đậu phải đƣợc bố trí trên cùng một khung. Hình 5.4. Khung Phần khung này có thể xoay quanh một trục nhờ hệ thống nâng hạ của piston thủy lực. Hình 5.5 Hệ thống nâng hạ của piston thủy lực Sự xoay của khung sẽ làm thay đổi khoảng cách giữa trục cuộn với mặt đất. Việc này sẽ giúp cho xe nhổ đậu di chuyển dễ dàng khi chuyển luống, qua bờ,. 5.2. Tính toán vận tốc xích cơ cấu kẹp đậu Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 35 5.2.1. Các thông số ban đầu Dự kiến một ngày máy thu hoạch đậu hoạt động 10h. Năng suất dự kiến một ngày là 2ha. Đặc điểm của việc thu hoạch là khi thu hoạch hết luống máy phải quay đầu để thu hoạch luống tiếp theo. Thời gian quay đầu dự kiến 1 phút/lần. Đặc điểm của ruộng đậu là: mỗi luống rộng 1,2m, chiều rộng trung bình của mƣơng cấp nƣớc là 250mm. 5.2.2. Tính toán sơ bộ Hình 5.6: Ruộng đậu 100m x 100m Tính toán hecta ruộng đậu 100m x 100 m Nếu gọi n là số luống và m là số mƣơng có trong một hecta đậu thì: Ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) ta lấy Vậy trong 1ha đất trồng đậu (100m x 100m) sẽ có 79 luống đậu và 80 mƣơng đậu. 5.2.3. Tính toán thời gian chạy trên luống Ta có: mỗi ngày chạy 10h năng suất 2ha/ngày vậy mỗi ha chạy 5h. Sau mỗi lần chạy trên luống ở cuối luống xe phải quay đầu một lần để tiếp tục luống khác. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 36 Mỗi lần quay đầu dự kiến là 1 phút/lần. Theo tính toán ở trên ta có 79 luống đậu trên một mẩu đất vậy xe phải quay đầu 78 lần. Nếu gọi t là tổng thời gian xe quay đầu trong 1ha thì: (phút) Vậy nếu gọi t1 là thời gian xe chạy trên luống thì: (phút) = 3,7 (giờ). Gọi T là thời gian xe chạy trên một luống ta có: → T = 2,8 ( phút ). Một luống đậu dài 100m xe chạy trong 2,8 phút. Vậy nếu gọi là thời gian xe chạy hết 1m trên luống thì: → = 1,7 (s). Lấy gần đúng = 2 (s). 5.2.4. Tính toán vận tốc xích Theo quá trình thực nghiệm trên ruộng đậu ta có: trên 1m2 có 30 bụi đậu. Trong quá trình thu hoạch cây đậu đƣợc đặt nằm trên luống. Với thời gian xe chạy hết 1 m trên luống thì vận tốc xích là: (m/s). Vậy nếu gọi V là vận tốc, vậy để đáp ứng yêu cầu về thời gian (10h/ngày) và công suất (2 tấn/ngày) thì vận tốc xích nhổ đậu tối thiểu > 0,5 (m/s). Từ đó ta chọn V = 0,5 (m/s). 5.3. Tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực nâng hạ khung 5.3.1. Tính toán lực đẩy cần thiết Sơ đồ lắp đặt hệ thống thủy lực nâng hạ khung nhổ đậu: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 37 Hình 5.7: Sơ đồ bố trí hệ thống thuỷ lực Giả sử khối lƣợng của khung nâng hạ (bao gồm tất cả các bộ phận trên khung) là 800kg. Ta cần tính toán lực đẩy cần thiết F để nâng hạ khung lên.Trên khung ngoài trọng lực chủ yếu là của khung. Để có thể tính toán dễ dàng ta xem khối lƣợng khung nhổ đậu là phân bố đều. Từ đó ta có sơ đồ tính toán lực nhƣ sau: Hình 5.8: Sơ đồ lực tác dụng lên khung Các hệ số a, b, c, d đƣợc tính nhƣ sau: a = b = 1 x sin45 0 = √ (m) c = 0,5 x sin45 0 = √ (m) d = 2 x sin45 0 = √ (m) P1: Là trọng lực phần khung ở phía sau: P1= = = 2666,7 N P2: Là trọng lực phần khung ở phía trƣớc: P2= = = 5333,3 N F: Là lực đẩy cần thiết để nâng khung nhổ đậu. Ta tính lực F nhƣ sau: Tổng momen tại tâm quay: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 38 )(95,4039 4 7,2666 20 2 3,5333 2 4 2 2 2 2 2 2 0 12 21 NF F PFpF dFdPcPbF M o      Nhƣ vậy để nâng hạ đƣợc khung nhổ đậu (quay quanh tâm) ta phải tác dụng một lực F tối thiểu theo phƣơng ngang là 4039,95 (N). 5.3.2. Tính toán kích thƣớc cơ bản của piston và xilanh Theo tài liệu “Truyền động thủy lực và khí nén” – Nguyễn Quốc Nghi, ta có công thức tính lực đẩy nhƣ sau: Lực đẩy lý thuyết: Trong đó: F: là lực đẩy của cần piston (N). P: là áp suất đƣa vào xilanh (bar). A: là diện tích tiết diện piston (cm2). Tuy nhiên trong quá trình nén luôn xảy ra sự thất thoát năng lƣợng nên ta có công thức tính lực đẩy thực tế nhƣ sau: Với η = 0,85 – 0,95 Ta có piston hình tròn nên diện tích A đƣợc tính nhƣ sau: ( ) Nhƣ vậy nếu ta gọi d là đƣờng kính piston thì d sẽ đƣợc tính nhƣ sau: √ Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 39 Để có đƣợc kích thƣớc đƣờng kính piston ta cần áp suất nén đƣa vào. Ta có các giá trị của áp suất theo tiêu chuẩn dùng trong tính toán piston nhƣ sau (bar): 25 – 40 – 63 – 100 – 160 – 200 – 250 – 315 – 400 – 500 – 630. Chọn P = 40 (bar). √ → d = 38 (mm) piston thƣờng đƣợc chế tạo theo tiêu chuẩn với các kích thƣớc nhƣ sau (mm): 8 – 10 – 12 – 14 – 16 – 18 – 20 – 22 – 25 – 28 – 32 – 36 – 45 – 50 – 63 – 70 – 80 – 90 – 100 – 110 – 112 – 140 – 160 – 180 – 200 – 220 – 250 – 280 – 320 – 360 . Căn cứ vào các kích thƣớc trên chọn d = 50 (mm). Từ đƣờng kính piston vừa tra đƣợc ta chọn kích thƣớc xilanh phù hợp. Cũng giống với piston xilanh cũng đƣợc tiêu chuẩn hóa với các dãy kích thƣớc. Căn cứ vào các kích thƣớc trên chọn d= 50(mm). Từ đƣờng kính piston vừa tra đƣợc ta chọn kích thƣớc xilanh phù hợp. Cũng giống với piston xilanh cũng đƣợc tiêu chuẩn hóa với các dãy kích thƣớc sau(mm): 12 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125- 160 – 200 – 220 – 250 – 280 – 320 – 360 –400. Căn cứ dãy kích thƣớc trên nếu gọi D là đƣờng kính xilanh thì D = 63 (mm). 5.3.3. Chọn loại bơm Trong hệ thống thủy lực có rất nhiều loại bơm nhƣ: bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm cánh quạt, bơm piston Tùy theo đặc điểm yêu cầu sử dụng mà ta chọn loại bơm cho phù hợp. Do hệ thống xilanh thủy lực sử dụng có kích thƣớc thuộc loại trung bình, áp suất nén 40 bar nên ta chọn bơm bánh răng vì nó đƣợc sử dụng rộng rãi nhất, có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng 10 – 200 bar. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 40 Hình 5.9: Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích. Khi thể tích buồng hút A tăng bơm hút dầu thực hiện chu kỳ hút. Và khi thể tích giảm bơm đẩy dầu ra ở buồng B thực hiện chu kỳ nén. Nếu nhƣ trên đƣờng dầu đẩy ra ta đặt một vật cản, dầu bị chặn lại sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 41 CHƢƠNG 6 THIẾT KẾ CƠ CẤU TUỐT ĐẬU VÀ SÀNG LẮC PHẲNG 6.1. Thiết kế cơ cấu tuốt đậu 6.1.1. Cơ sở lý thuyết Để tách trái đậu ra đƣợc khỏi thân cây đậu thì ta phải dùng một lực cục bộ tác dụng trực tiếp vào cuống đậu, đồng thời lực này phải đủ lớn để thắng lực liên kết giữa râu đậu và trái đậu tại cuống đậu thì trái đậu sẽ bị tách ra khỏi thân. Theo kết quả thí nghiệm, cơ cấu tuốt đậu bằng hai rulô có gắn lƣỡi cắt quay ngƣợc chiều nhau cho kết quả khả quan nên nhóm quyết định chọn cơ cấu này để thiết kế cho máy thu hoạch đậu phộng tự hành. Hình 6.1: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu tuốt đậu 6.1.2. Thiết kế Thân rulô: Dùng vật liệu thép ống CT3, dài 865mm, dày 5mm, đƣờng kính 60mm. Trục truyền động, lƣỡi dao đƣợc thiết kế và gia công giống nhƣ phần chế tạo mô hình thí nghiệm. Do thân rulô đƣợc thiết kế dài hơn ở phần chế tại mô hình thí nghiệm nên số lƣợng lƣỡi dao sẽ nhiều hơn. Gọi w là số lƣỡi dao có thể bố trí nhiều nhất trên một dãy của rulô thứ nhất thì (w – 1) sẽ là số lƣỡi dao trên một dãy của rulô thứ 2. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 42 Ta có: 865 = 35w + 35(w – 1) + (2w x 10) => w = 10 Vậy số lƣỡi dao của một dãy trên rulô thứ nhất là 10, thứ hai là 9. Cách lắp rulô giống nhƣ phần chế tạo mô hình thí nghiệm. 6.2. Thiết kế sàng lắc phẳng 6.2.1. Cơ sở lý thuyết Sau khi cho cây đậu (chƣa tuốt trái) đi qua cơ cấu tuốt trái đậu thì ta đƣợc hai phần: Phần thứ nhất: thân cây đậu, sẽ đƣợc vận chuyển ra ngoài. Phần thứ hai: hỗn hợp trái đậu, lá, đất, ... Để thu lại những trái đậu không còn lẫn những tạp chất làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng trái đậu nhƣ: lá, đất, râu đậu ... thì ta dùng sàng lắc phẳng để loại bỏ tạp chất. 6.2.2. Thiết kế sàng 6.2.2.1. Cấu tạo mặt sàng Bộ phận làm việc chủ yếu của sàng là lƣới sàng. Ta chọn loại sàng tấm lỗ hình chữ nhật để thiết kế cho cơ cấu sàng của máy thu hoạch đậu phộng tự hành. Để đảm bảo cho việc sàng đƣợc sạch hơn ta thiết kế sàng lắc hai tầng. 6.2.2.2. Tính toán sàng lắc phẳng Dựa vào kích thƣớc, hình dạng trái đậu ta chọn hình dạng các lỗ trên mặt sàng là hình chữ nhật, bố trí thành các hàng song song nhau theo chiều dọc của sàng. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 43 Hình 6.2: Hình dạng các lỗ trên mặt sàng Gọi đƣờng kính trái đậu là d (với d = 10mm), chuyển động với vận tốc v, sàng có kích thƣớc bề rộng các lỗ là D. Qua thực nghiệm ngƣời ta thấy rằng nếu d = D thì hạt không thể lọt qua sàng, hạt chỉ có thể lọt qua sàng khi d = 0,8D, ta chọn kích thƣớc D = 8mm. Các lỗ hình chữ nhật có chiều dài L, ta chọn kích thƣớc L =30mm. Để vật liệu lọt dễ dàng qua lỗ sàng (không bị kẹt), bề dày mặt sàng nên nhỏ hơn kích thƣớc lỗ, ta chọn bề dày của sàng = 3mm. Ta chọn cách đặt sàng nghiêng một góc so với phƣơng nằm ngang bởi vì: hạt đi qua lỗ cần có kích thƣớc nhỏ hơn (phân loại kỹ hơn) và vận tốc hạt cũng sẽ giảm. Nguyên lý làm việc của sàng lắc phẳng cơ bản dựa vào tác dụng của trọng lực, sức ì (lực quán tính) và lực ma sát. Hình 6.3: Sơ đồ nguyên lý của sàng lắc Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Sàng gồm có thành sàng (1) gắn với sàng dƣới (2), thanh kéo (3) và (4) đƣợc gắn vào thành sàng. Sàng chuyển động nhờ động cơ truyền chuyển động đến ổ trục lệch tâm đối xứng (5). Xác định số vòng quay thích hợp của trục lệch tâm: Khi sàng chuyển động lui tới với gia tốc nhỏ, những hạt vật liệu trên lƣới sàng sẽ ở trạng thái yên tĩnh tƣơng đối (do lực ma sát). Nếu tăng gia tốc đến một giới hạn nào đó những hạt vật liệu sẽ chuyển ngƣợc theo sàng. Khi đó lực ì của hạt vật liệu sẽ thắng lực ma sát Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 44 giữa hạt vật liệu và lƣới sàng. Vì vậy gia tốc tới hạn cần thiết để hạt vật liệu có thể chuyển dịch ngƣợc xuôi theo sàng đƣợc xác định nhƣ sau: Gọi a: gia tốc tới hạn để vật liệu có sự chuyển động tƣơng đối đi xuống. Điều kiện để hạt vật liệu đi lên theo sàng dốc sinGFPu  Pu: lực quán tính của vật liệu gây ra bởi gia tốc a. Mà 900 22 2 rnra    Với: r – độ lệch tâm (m). n – số vòng quay của trục lệch tâm (v/ph) 900900 222 rGn g rnG a g G amPu     Lấy 102  và g = 10 m/s 2 Với: F– lực ma sát, cosGfF  Thay vào công thức trên ta đƣợc:  sincos 900 2 GGf rGn  Nhƣ vậy, điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tƣơng đối đi lên theo sàng r f n  sincos 30   (v/ph) Điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tƣơng đối đi xuống theo sàng:  cossin fGGPu  Hay  cossin 900 2 fGG rGn  → r f n  sincos 30   Mặt khác, khi r f n  sincos 30   vật liệu cũng chuyển động đi xuống, vậy điều kiện để hạt vật liệu chuyển động đi xuống theo sàng: r f n r f  sincos 30 sincos 30    (v/ph) Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 45 Với độ dốc của mặt sàng (góc nghiêng so với phƣơng nằm ngang) là , giá trị góc  = 0 ÷ 100 → Chọn  = 100, độ lệch tâm r = 0,04 (m), và 4,0f Vậy 11570  n (v/ph) Xác định tốc độ hạt vật liệu trên sàng: Tốc độ hạt vật liệu trên sàng tuỳ thuộc vào tốc độ sàng. Nếu tăng tốc độ chuyển động của sàng, kéo theo tăng tốc độ chuyển động của hạt vật liệu trên sàng, dẫn đến tăng hiệu suất sàng. Nhƣng nếu tăng tốc độ lớn quá sẽ làm giảm hiệu suất của sàng. Vì với tốc độ quá lớn, hạt vật liệu sẽ trƣợt qua lỗ sàng mà không lọt qua lỗ. Vì vậy cần xác định tốc độ sàng một cách hợp lý. Hình 6.4: Sơ đồ xác định vận tốc hạt trên sàng nghiêng Trong đó: e – chiều dày của tấm sàng (mm)  - góc nghiêng của sàng so với mặt phẳng nằm ngang (độ) D – bề rộng của lỗ trên mặt sàng (mm) Kích thƣớc hạt lớn nhất đi qua lỗ sàng đặt nghiêng xác định theo công thức 3.5 tài liệu “ Các loại máy và thiết bị phân loại ”  sincosmax eDd  Vận tốc của hạt chuyển động trên sàng nghiêng đƣợc xác định theo công thức 3.6 sách “ Các loại máy và thiết bị phân loại ”  sincos36,236,2 max eDdv  (m/s) Với e = 3mm, D = 8mm,  = 100 Suy ra: dmax = 8cos10 0 – 3sin100 = 7,5mm Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 46 5,65,736,2 v (m/s) Xác định công suất của sàng lắc phẳng Công suất tiêu hao khi sàng làm việc gồm: Công suất tiêu hao để lắc toàn khối. Công suất tiêu hao để khắc phục các lực cản khác. Theo lý thuyết, đối với sàng lắc phẳng công suất tiêu hao ở 2 1 chu kỳ đầu làm việc sẽ đƣợc hoàn lại trong 2 1 chu kỳ làm việc sau. Nhƣng thực nghiệm cho thấy vì có sự phân tán lực và có sự tiêu hao năng lƣợng để khắc phục các lực cản khác, cho nên khi tính toán có thể không tính đến việc hoàn lại năng lƣợng động học trong 2 1 chu kỳ làm việc sau. g rGn g rnGmv A 9009002 2 222222   (kG.m) Khi trục lệch tâm quay n vòng trong 1 phút, công suất tiêu hao: 40500007560 32nGrnA N     Đối với sàng lắc phẳng hệ số tác dụng hữu ích  = 0,7 , công suất động cơ: 2835000 32nGr Nđc  Trong đó: G – trọng lƣợng của vật liệu (kG) r – độ lệch tâm (m) Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 47 CHƢƠNG 7 THIẾT KẾ QUẠT HƢỚNG TRỤC, VÍT TẢI VÀ LỰA CHỌN BÁNH XE 7.1. Thiết kế quạt hƣớng trục 7.1.1. Cơ sở lý thuyết Do hỗn hợp đậu sau khi qua cơ cấu sàng thì vẫn còn lá, râu đậu, nên cần dùng quạt thổi để làm sạch lá, râu đậu,trƣớc khi đƣa đến cơ cấu vô bao. Các thông số cần thiết: Lƣu lƣợng λ (m3/s). Đƣờng kính D1 vòng (m). Số cánh công tác Z. 7.1.2. Tính toán quạt hƣớng trục 7.1.2.1 . Tính lƣợng không khí cần thiết V = λ  qs (m 2 /s). Trong đó: qs = 0,379 (kg/s) λ: Lƣợng không khí cần thiết để có thể làm sạch 1kg hỗn hợp. Lấy λ = 1 (m3/s). → V = 1.0,379 = 0,379 (m3/s). 7.1.2.2 . Tốc độ dòng khí Vận tốc dòng khí đẩy ra ở cửa quạt đƣợc xác định theo công thức.  7060 100 0   CC (m/s). 0C : Là vận tốc cần thiết Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 48 Đối với hỗn hợp lá và tạp chất thì 0C = 6  8 (m/s). Do thất thoát cho nên tốc độ này chỉ bằng 60% ÷ 70% tốc độ dòng khí. Ta chọn 0C =7 (m/s). Vậy   8,10 65 100 7 7060 100 0    CC (m/s) → Đảm bảo đủ tốc độ thổi bay lá (tốc độ thổi bay lá > 8 m/s). 7.1.3. Xác định đƣờng kính trục   3 2,0 x x t M d   Trong đó: [ ] : Ứng suất xoắn cho phép. [ ] = 10÷13 (N/mm 2) ứng với vật liệu thép CT3 Chọn [ ] =10, n = 1430 (vg/ph) 610.55,9 n N M q x  = 61,7559,55 .10 1430 X =11,720455(N.m) Vậy:   3 0,0183 0,2 x t x M d m    Suy ra =19 mm 7.1.4. Xác định đƣờng kính bầu 7.1.4.1 . Xác định đƣờng kính chu vi cánh công tác Ta có công thức sau: Trong đó n: số vòng quay của quạt, n = 1430 (vòng/phút) √ (m/s) Trong đó: H: cột áp của quạt, H = 35 (mmH2O). : hệ số phụ thuộc dạng cánh. Với dạng cánh thì = 2,2 2.9 ta chọn = 2.2 Thay các giá trị trên vào công thức trên ta có: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 49 U2 = 2,8.2,5.√ = 41,413 (m/s) Vậy D2= 0,533 7.1.4.2 . Tỉ số bầu Là tỉ số giữa đƣờng kính bầu gắn cánh Db và đƣờng kính buồn làm việc Dt. ta có d = 0,4÷0,6; ta chọn: 7.1.4.3 . Đƣờng kính bầu Đƣờng kính bầu của bánh xe công tác về cấu tạo có thể xác định theo đƣờng kính trục và phụ thuộc vào hệ số lắp ghép. Ta có công thức sau: Db = d.D2 Trong đó: d: tỷ số bầu Dt: đƣờng kính bánh công tác Db = 0,5 x 0,533 = 0,256 (m) 7.1.5. Tính toán cánh công tác Kích thƣớc đƣờng vòng: Di = D2 = 0,256 (m) 7.1.6. Xác định vận tốc Vận tốc vòng đƣợc xác định: . . 3,14.1430.0,533 44,258( / ) 60 60 i i n D u m s     7.1.7. Xác định số cánh công tác Ta có công thức: Trong đó: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 50 D2: đƣờng kính chu vi cánh công tác, D2 = 0,553 (m). D1: đƣờng kính bầu gắn cánh công tác, D1= 0,256 (m). Thay các giá trị vào ta có: Ta chọn số Z bằng 9. 7.1.8. Xác định bƣớc Ta có công thức 1. 3,14.0,533 0,1929 9 D t z     m 7.1.9. Xác định chiều dài cánh Ta có công thức: ( ) Ta có thể chọn: )5,15,0(  L t Từ đó ta có: 0,1929 0,2572 257,2 0.75 0,75 t L m mm    7.2. Thiết kế vít tải đậu 7.2.1. Cơ sở lý thuyết Đậu sau khi qua cơ cấu sàng và quạt thổi thì đƣợc xem nhƣ đã làm sạch đạt yêu cầu. Khi ấy trái đậu đƣợc nằm trên hệ thống vận chuyển ngang. Ta phải vận chuyển trái đậu lên cao để thực hiện quá trình vô bao. Để thực hiện quá trình đó ta cho đậu rơi vào một máng nghiêng và chảy vào trục vít ở cửa vào, trục vít sẽ vận chuyển đậu lên cao và chảy vào bao ở cửa thoát. Kết thúc quá trình thu hoạch đậu phộng. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 51 7.2.2. Tính toán một số thông số quan trọng của vít tải 7.2.2.1. Xác định đƣờng kính vít tải Ta có năng suất Q (tấn/giờ) của vít tải đƣợc xác định theo công thức sau: nc kknp D Q      4 60 2 (1) Trong đó: D – đƣờng kính vít tải (m). p – bƣớc vít tải (m). Ta có p = (0,8 ÷ 1)D → Chọn p = 0,8D (2) ρ – khối lƣợng riêng của vật liệu vận chuyển (tấn/m3). đối với hạt ρ = 0,8 ÷ 0,95 (tấn/m3) → Chọn ρ = 0,8 (tấn/m3). n – số vòng quay của vít tải (vòng/phút) và xác định theo công thức: D k n v với kv là hệ số phụ thuộc vật liệu. (3) Với vật liệu nhẹ, không sắc cạnh (bụi than, hạt ngũ cốc, bột mì, mùn cƣa, v.v.. ta có kv = 60. kc – hệ số chứa đầy tiết diện máng, phụ thuộc vật liệu. Với vật liệu nhẹ, không sắc cạnh kc = 0,4. Lấy kc tăng lên 1,5 ÷ 2 lần đối với vít tải ngắn, không có gối đỡ trung gian → kc = 0,6 ÷ 0,8. Chọn kc = 0,6. kn – hệ số phụ thuộc góc nghiêng β (độ) của vít tải. Với vít tải đứng kn = 0,4. Từ (1) suy ra: 5 2 8,060 4         ncv kkk Q D  (m) 15339,0 4,06,08,0608,014,360 44 3 2         D (m)= 153,39(mm) → Chọn theo tiêu chuẩn D = 150 (mm). Theo (2) chọn p = 0,8D = 120 (mm). 7.2.2.2. Xác định số vòng quay của vít tải Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 52 Theo (3) ta xác định số vòng quay của vít tải. 155 15,0 60  D k nv (vòng/phút) → Chọn theo tiêu chuẩn nv = 150 (vòng/phút). 7.2.2.3. Xác định momen xoắn trên vít tải Mômen xoắn tác dụng lên vít tải Tv (Nmm) đƣợc xác định theo công thức: 94864 150 49,1 1055,91055,9 66  v v n P T (Nmm) = 94,864 (Nm). 7.2.2.4. Xác định lực dọc trục trên vít tải Lực dọc trục trên vít tải đƣợc xác định theo công thức:     tgR T F vav (N) Trong đó: R – khoảng cách điểm đặt lực ma sát của vật liệu với cánh vít đến trục của vít tải (mm). Với R = (0,3 ÷ 0,4)D → Chọn R = 0,3D = 45 (mm) = 0,045 (m) – góc nâng của đƣờng xoắn vít (độ) đƣợc xác định theo công thức: R p tg   2  → 023 045,014,32 12,0 2    arctg R p arctg    – góc ma sát của vật liệu vận chuyển với cánh vít (độ), Ta có: tg = f , với f – hệ số ma sát của vật liệu vận chuyển với cánh vít. Với f = 0,4. →  = arctgf = 21,80. Suy ra:   2123 8,2123045,0 864,94    tg Fav (N) 7.2.2.5. Xác định tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa hai gối đỡ Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít tải đặt giữa hai gối đỡ đƣợc xác định nhƣ sau: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 53 LDK lT P vn    2 Trong đó: Tv: Mômen xoắn trên trục vít, Tv = 94864 (Nmm) = 94,864 (Nm) l: Khoảng cách giữa các gối đỡ, l = 1,2 (m) L: Chiều dài vít tải, L = 1,2 (m) k: Hệ số tính đến bán kính chịu lực, k = (0,7 ÷ 0,8) → chọn k = 0,7 D: Đƣờng kính vít tải, D = 0,15 (m) Suy ra: 1807 2,115,07,0 2,1864,942    nP (N) Tải trọng dọc phân bố đều trên trục vít: 1770 2,1 2123  L F q avd (N/m) Tải trọng ngang phân bố đều trên trục vít: 1506 2,1 1807  L P q nn (N/m) Mômen xoắn phân bố đều trên trục vít: 80 2,1 864,94  L T T vo (N) 7.3. Tính toán và lựa chọn bánh xe 7.3.1. Chức năng của bánh xe Bốn chức năng chính của bánh xe: Chịu tải trọng của xe. Truyền chuyển động và lực phanh xuống mặt đƣờng. Hấp thụ chấn động của xe xuống mặt đƣờng. Thay đổi và duy trì hƣớng lái. 7.3.2. Lựa chọn loại bánh xe Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 54 Các loại bánh xe dùng trong nông nghiệp Hình 7.1: Bánh hơi Hình 7.216: Bánh lồng Hình 7.3: Bánh xích Ƣu điểm của bánh hơi so với bánh lồng và bánh xích: So với bánh lồng thì bánh hơi sẽ làm việc tốt hơn trong điều kiện đất khô hay không quá lún nhƣ đất ở vùng khảo sát làm đề tài. Bánh hơi sẽ giảm đƣợc những rung sốc trong quá trình vận hành của xe giúp bảo vệ các chi tiết máy. Việc sử dụng bánh hơi cũng sẽ thuận tiện hơn cho việc di chuyển trên đƣờng đất bình thƣờng. So với bánh xích thì chi phí cho bánh hơi thấp hơn nhiều. Bánh hơi dễ sửa chữa, thay thế và bảo quản hơn bánh xích. Khả năng di chuyển và tính linh động của bánh xích kém hơn bánh hơi Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 55 → Với những đặc điểm trên thì ta chọn loại bánh di chuyển cho máy thu hoạch đậu phộng tự hành là loại bánh hơi có sẵng trên thị trƣờng. 7.3.3. Tính toán, lựa chọn bánh xe Để thuận tiện cho việc thay thế và sửa chữa, ta sử dụng các loại bánh xe dùng trong nông nghiệp có sẵn trên thị trƣờng. Vì lí do đó ta chọn dòng vỏ xe dành cho máy nông nghiệp của nhãn hàng MITAS hiện đƣợc bán khá phổ biến ở nƣớc ta. Để hạn chế chiều cao của xe thì ta chọn bánh xe có đƣờng kính là 711mm (28 inch) có bề rộng là 430 mm (16,9 inch). Loại bánh xe này đƣợc bán phổ biến trên thị trƣờng với ƣu điểm hoạt động tốt với các vùng đất ẩm và dính. Hình 7.4: Loại bánh xe đƣợc chọn Do đất ở vùng tiến hành nghiên cứu máy là đất cát pha thịt nên thuộc loại đất trung bình, có hệ số lực cản riêng bằng 4 ÷ 6 (N/cm2). Ta chọn đƣợc loại bánh phù hợp cho máy đó là bánh cao su có mấu cao. Theo kết quả thí nghiệm với khối lƣợng 60kg tác dụng lên diện tích là 100cm2 thì có độ lún là 4cm (hay 40mm). Tính toán khả năng chịu tải của bánh và cách phân bố bánh xe Hình 7.5: Tiết diện khi bánh xe lún 40mm Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 56 Tiết diện tác dụng lên mặt đất của một bánh xe trƣớc ở độ lún 4cm là 327×430 =140610 mm 2 (hay 1406,1cm 2 ). Vậy tổng tiết diện do bốn bánh xe tác dụng lên mặt đất là: S = 1406,1 = 5624 cm2 Tải trọng mà các bánh xe chịu ở độ lún 4cm là: ( ) Vậy các bánh xe sẽ chịu đƣợc một tải trọng là 3374.4kg và mỗi bánh xe sẽ chịu một tải trọng là 843,6 kg ở độ lún 4cm. Nhƣ vậy ta sẽ sử dụng bánh: “Anvelopa agricola MITAS TD-02 10PR TT 16.9-28”. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 57 CHƢƠNG 8 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 8.1. Kết luận Với đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch tự hành”, nhóm đã tiến hành chế tạo đƣợc mô hình kiểm nghiệm nguyên lý hoạt động của cơ cấu cuộn và cơ cấu kẹp: Tỉ lệ cây đậu đƣợc cuộn lên là 100%. Tỉ lệ cây đậu đƣợc xích kẹp là: 100%. Tỉ lệ cây đậu xích kẹp đƣợc khi đi qua cơ cấu tuốt là 92%. Tỉ lệ cây đậu bị cuộn vào rulô là 8%. Tỉ lệ trái đậu đƣợc tách ra khỏi thân là 94,3%. Bên cạnh đó nhóm cũng đƣa ra đƣợc sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy thu hoạch đậu phộng, cùng với việc thiết kế cơ cấu cuộn đậu, xích kẹp, cơ cấu tuốt trái đậu, hệ thống thu trái đậu bao gồm sàng, quạt và vít tải đậu. Việc bố trí các cơ cấu và lựa chọn bánh xe cũng đã đƣợc thực hiện và trình bày trong bản vẽ bố trí tổng thể cho các cơ cấu. Ngoài ra nhóm cũng cơ bản đƣa ra đƣợc mẫu máy thu hoạch đậu liên hợp có kết cấu gọn nhẹ phù hợp với điều kiện gieo trồng thực tế ở nƣớc ta, đây là loại xe tự hành có ngƣời lái với năng suất dự kiến là 0,2 hecta/giờ. 8.2. Đề nghị Nhóm thực hiện đề tài có một số đề nghị sau: Thiết kế bổ sung phần lựa chọn động cơ, hộp số, hệ thống lái, hệ thống điện, di chuyển của xe nhổ đậu. Kiểm nghiệm khả năng chịu tải của các cơ cấu, chi tiết ở điều kiện thực tế. Chế tạo và khảo sát mẫu máy thí nghiệm để đi đến hoàn thiện thiết kế và chế tạo. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào (2000), Công nghệ chế tạo máy, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. 2. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2010), Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1, tập 2, NXB Giáo Dục Việt Nam. 3. Lê Văn Tiến Dũng (2004), Điều khiển khí nén và thuỷ lực, Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh. 4. GS,TS Nguyễn Trọng Hiệp (1997), Chi tiết máy - tập 1, tập 2, Nhà xuất bản Giáo Dục 5. Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm (1998), Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất bản Giáo Dục 1998. 6. Trần Quốc Hùng (2005), Dung sai kỹ thuật đo, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. 7. Nguyễn Quang Lộc (2004), Hệ thống máy làm đất trồng, NXB Đại Học Quốc Gia, Thành Phố Hồ Chí Minh. 8. Nguyễn Văn May (1997), Bơm, quạt,máy nén, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. 9. Nguyễn Ngọc Phƣơng, Huỳnh Nguyễn Hoàng (1999), Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực, NXB Giáo Dục. 10. Vũ Ngọc Pi (2001), Tính toán vít tải, Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên. 11. Nguyễn Minh Tuyển (1985). Bơm, máy nén, quạt trong công nghiệp, Nhà xuất Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. 12. Hà Văn Vui, Nguyễn Chỉ Sáng, Phan Đăng Phong (2006), Sổ tay thiết kế cơ khí – tập 1, tập 2, tập 3, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 13. Hà Văn Vui (2003), Dung sai và lắp ghép, Nhà xuất bản giáo dục. Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy thu hoạch đậu phộng tự hành SVTH: Nguyễn Long Hồ Trần Quốc Tài 59 Tiếng Anh 14. Continental, Screw Conveyor Catalog and Egineering Manual, link www.continentalconveyor.ca/images/product_pdf/Screw_Conveyor_Catalogue.pdf 15. Continental Agricultural Tires, Technical databook Agricultural Tyres 2010/2011, 16. Frank P. Bleier, Fan handbook: Selection, Application And Design, link 17. Screw conveyor corporation, Screw Conveyor Catalog & Egineering Manual, link www.screwconveyor.com/SCC%20EngCat10_LR.pdf, 9/2011 1.8. Tổng quan về vỏ xe, link www.continentalconveyor.ca/images/product_pdf/Screw_Conveyor_Catalogue.pdf