BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MÁY ÉP TÁCH BƠ CACAO KIỂU PISTON THỦY LỰC Họ tên sinh viên: HỒ TÂN BIÊN Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2008-2012 Tháng năm 2012 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MÁY ÉP TÁCH BƠ CACAO KIỂU PISTON THỦY LỰC TÁC GIẢ HỒ TÂN BIÊN Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN VĂN HÙNG Tháng năm 2012 i LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cảm ơn tất quý thầy cô trường Đại học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh q Thầy Cơ khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu giúp đỡ em suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Cơ Điện Tử giúp đỡ em nhiệt tình thời gian thực Đề tài Em xin bày tỏ biết ơn chân thành thầy Nguyễn Văn Hùng tận tình hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô hội đồng dành thời gian nhận xét góp ý để luận văn em hồn thiện Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến người thân bạn bè động viên, ủng hộ tạo cho em điều kiện thuận lợi suốt q trình hồn thành luận văn Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực HỒ TÂN BIÊN ii TĨM TẮT Cacao loại cơng nghiệp mang lại giá trị kinh tế cao cho người dân.Nhưng hầu hết nước ta có sở sản xuất chế biến cacao với qui mô nhỏ Phần lớn xuất hạt thô với giá thành thấp nhập lại cacao thành phẩm với giá thành cao phục vụ cho chế biến, gây tổn thấp kinh tế cho đất nước nói chung người trồng cacao nói riêng Để tăng lợi ích cho việc trồng chế biến Cacao người dân Được hỗ trợ trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM, hướng dẫn thầy TS Nguyễn Văn Hùng thực luận văn “ Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm máy ép tách bơ cacao kiểu piston thủy lực ” Mục tiêu đề tài thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm thông số máy ép tách bơ cacao kiểu piston thủy lực với hiệu suất dự kiến 30% bơ Nghiên cứu ứng dụng tự động hóa tối ưu hóa thơng số làm việc hệ thống nhằm nâng cao suất, hiệu suất tách bơ, đồng thời giảm chi phí lượng riêng Kết thiết kế máy ép tách bơ cacao kiểu pistonthủy lực với hai chế độ hoạt động tay bán tự động phù hợp cho hộ gia đình sở sản xuất chế biến với qui mô nhỏ Tôi xin chân thành cảm ơn quan tâm dẫn Q Thầy – Cơ trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.Đặc biệt Q Thầy – Cơ khoa khí cơng nghệ trường đại học nơng lâm thành phố hồ chí minh Do kiến thức, thời gian hạn chế lần nghiên cứu nên khơng tránh khỏi sai sót Kính mong q thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện iii MỤC LỤC Trang TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH vi DANH SÁCH CÁC BẢNG viii Chương 1MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích Chương 2TỔNG QUAN 2.1.Những ưu nhược điểm hệ thống điều khiển thủy lực 2.1.1.Ưu điểm 2.1.2.Nhược điểm 2.2.Định luật chất lỏng 2.2.1.Áp suất thủy tĩnh 2.2.2.Phương trình dòng chảy liên tục 2.3.Bơm dầu động điện 2.3.1.Khái niệm phân loại 2.3.2 Cơng thức tính toán bơm dầu động điện 2.4.Xylanh truyền động 2.4.1.Cấu tạo xylanh 2.4.2.Một số xylanh thông dụng 2.4.3.Tính tốn xylanh truyền lực 10 2.5.Bể dầu 12 2.5.1.Nhiệm vụ 12 2.5.2.Chọn kích thướt bể dầu .12 2.6.Van áp suất 12 2.6.1.Nhiệm vụ 12 iv 2.6.2.Phân loại .12 2.6.2.1.Van tràn van an toàn .13 2.6.2.2.Van giảm áp .14 2.6.2.3.Van cản 15 2.7.Van tiết lưu 16 2.10.Bộ cảm biến nhiệt độ ELIWELI – 181 17 Chương 3NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 3.1 Nội dung nghiên cứu 19 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 19 3.2.1.Trang thiết bị dụng cụ đo phục vụ khảo nghiệm .19 3.2.2.Quá trình khảo nghiệm cần xác định thông số .21 3.2.3 Phương pháp thực 21 Chương 4KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 4.1.Tính tốn thiết kế máy ép tách bơ cacao 22 4.1.1 Yêu cầu thiết kế 22 4.1.2 Lựa chọn mơ hình 22 4.2 Tính tốn thiết kế hệ thống thủy lực máy 23 4.2.1.Tính chọn xylanh 23 4.2.2 Tính chọn bơm thủy lực động điện .24 4.3 Tính tốn sức bền khung .25 4.4 Thiết kế hệ thống điều khiển máy .30 4.4.1.Nguyên lý làm việc .30 4.4.2 Hệ thống mạch điều khiển 30 4.5.Kết khảo nghiệm .34 Chương 5KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 37 5.1 Kết luận 37 5.2 Hướng phát triển đề tài 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .38 PHỤ LỤC v DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Áp suất thủy tỉnh Hình 2.2: Dòng chảy liên tục Hình 2.3: Lưu lượng, số vòng quay, thể tích Hình 2.4: Áp suất, thể tích, mơmen xoắn Hình 2.5: Cấu tạo xylanh Hình 2.6: Xylanh tác dụng đơn ký hiệu Hình 2.7: Xylanh tác dụng kép Hình 2.8: Tiết diện A1, A2; Lực F xylanh 10 Hình 2.9: Quan hệ Q, A 11 Hình 2.10: Kết cấu kiểu van bi 13 Hình 2.11: Kết cấu kiểu van trượt 13 Hình 2.12: Kết cấu van điều chỉnh hai áp suất 14 Hình 2.13: Kết cấu van giảm áp 15 Hình 2.14: Mạch thủy lực có lắp van cản 15 Hình 2.15: Kết cấu ký hiệu van solenoid 16 Hình 2.17: Sơ đồ kết nối 18 Hình 3.1: Cân Nhơn Hòa 19 Hình 3.2: Đồng hồ áp suất 20 Hình 3.3: Đồng hồ bấm 20 Hình 3.4: Đồng hồ điện pha 20 Hình 3.5: Bộ ELIWELI 181 21 Hình 4.1: Mơ hình máy ép tách bơ cacao 22 Hình 4.2: Sơ đồ mạch thủy lực 23 Hình 4.3: Sơ đồ đơn giản hóa kết cấu khung máy ép 25 Hình 4.4: Phân tích lực khung 26 Hình 4.5: Mặt cắt 1-1 27 Hình 4.6: Mặt cắt 2-2 27 Hình 4.7: Mặt cắt 4-4 28 vi Hình 4.8: Mặt cắt 3-3 28 Hình 4.9: Biểu đồ nội lực mômen 29 Hình 4.10: Sơ đồ mạch điện gia nhiệt, đo khống chế nhiệt độ 30 Hình 4.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển tay bán tự động 31 Hình 4.12: Tủ điều khiển 32 Hình 4.13 : Bộ phận gia nhiệt cho khuôn ép 32 Hình 4.14 : Máng hứng bơ 33 Hình 4.15 : Khn ép 33 Hình 4.16: Máy ép sau chế tạo 34 Hình 4.17: Sự phụ thuộc nhiệt độ với hiệu suất bơ 35 Hình 4.18: Sự phụ thuộc áp suất ép với hiệu suất bơ 36 Hình 4.19: Bột cacao sau ép 36 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Hiệu suất áp lực ép 11 Bảng 2.2: Thông số cài đặt 18 Bảng 4.1: Khảo nghiệm hiệu suất bơ với nhiệt độ 34 Bảng 4.2: Khảo nghiệm hiệu suất bơ với áp suất bơm 35  viii Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nước ta nước nơng nghiệp, lương thực đóng vai trò chủ yếu.Nhưng bên cạnh ngày cơng nghiệp ngày trồng rộng rãi.Ngồi cơng nghiệp cao su, tiêu, cà phê…mà người thường nhắc đến, loại mang lại giá trị kinh tế cao khác cacao.Hiện nước ta có khoảng 12 200 cacao Tuy cacao ngày trồng nhiều sỡ chế biến cacao nước chưa có Ta xuất hạt thô nhập cacao thành phẩm chế biến.Điều làm giảm lợi nhuận người trồng cacao quan trọng đánh hội giải việc làm cho người dân vùng nguyên liệu.Mặt khác, hạt cacao chất lượng thấp không đủ tiêu chuẩn xuất cần phải tìm hướng giải Trước tình hình đó, sở chế biến cacao hộ gia đình hình thành, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu chỗ số vùng trọng điểm trồng cacao như: Tiền Giang, Bến Tre, Bình Phước… Từ năm 2007 – 2010, Trung Tâm Năng Lượng Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minhkết hợp với sở Khoa Học Cơng Nghệ Tiền Giang thực đề tài: “ Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống chế biến cacao qui mơ nhỏ phục vụ chương trình sản xuất cacao bền vững” Hệ thống chế biến cacao đề tài chuyển giao cho Doanh nghiệp tư nhân Lâm Anh, sở chuyên chế biến cacao thành phố Mỹ Tho, Tiền Giang Tất máy thuộc hệ thống hoạt động tốt, đáp ứng yêu cầu suất, chất lượng theo yêu cầu đề tài chủ sở đánh giá tốt Tuy nhiên, bị hạn chế suất khâu nghiền khâu ép tách bơ nên hệ thống máy chế biến khó tăng thêm suất Mặt khác, việc thiết kế chế tạo máy ép tách bơ cacao chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, chưa có sở lý thuyết hồn Tương tự xét đoạn AB ta có: 35256,55 0⇒ 200 ⇒ 7051310 Biểu đồ Nz, Qy, Mx biểu diễn sau: Hình 4.9: Biểu đồ nội lực mômen a) Biểu đồ lực dọc Nz b) Biểu đồ lực cắt Qy c) Biểu đồ mômen uốn Mx Mặt khác: | | 15 7051310 705,131 75   75 705,131 9,4 16 / Trong đó: : Ứng suất cho phép thép CT3=16(kN/cm2) : Ứng suất pháp Như kết cấu khung đủ bền 29 4.4 Thiết kế hệ thống điều khiển máy 4.4.1.Nguyên lý làm việc Sau cho bột cacao kiềm hóa cho vào túi ép đặt vào khuôn ép Ta tiến hành gia nhiệt cho khuôn ép đồng thời khởi động, cài đặt đo khống chế nhiệt độ Khi nhiệt độ bột cacao túi ép đạt giá trị giá trị cài đặt hệ thống gia nhiệt ngưng hoạt động, lúc ta tiến hành khâu ép Cho piston tiến thời gian để thực trình ép, cho piston ngưng nghỉ thời gian để bơ tách Cứ tiếp tục chu kì bơ ép hồn tồn cho hành trình piston lui về, nhiệt độ trình ép thấp giá trị nhiệt độ cài đặt hệ thống gia nhiệt hoạt động trở lại 4.4.2 Hệ thống mạch điều khiển Căn vào nguyên lý làm việc, ta thiết kế mạch điều khiển đo khống chế nhiệt độ sau: Hình 4.10: Sơ đồ mạch điện gia nhiệt, đo khống chế nhiệt độ Trong đó: K1- rơle; K2 – ELIWELI 181; K3 – Contactor Việc điều khiển piston nguyên lý làm việc, điều khiển qua trung gian van thủy lực solenoid 4/3 30 Dựa nguyên lý làm việc ta thiết kế mạch điều khiển làm việc hai chế độ: Một chế độ tay điều khiển liên tục người điều khiển làm việc Hai chế độ bán tự động để thay phần cho người điều khiển, nhằm tăng tính tự động hóa cho máy ép, độ xác thời gian ép nghỉ cao hơn… Hình 4.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển tay bán tự động Trong đó: K1,K5,K6,K7 – Rơle K2 – Timer ( điều khiển thời gian ép) K3 – Timer ( điều khiển thời gian nghỉ ) K4 – Timer ( tổng thời gian ép nghỉ ) Y1,Y2 – Hai cuộn dây van 4/3 31 Hình 4.12: Tủđiều khiển Trong :  Bên tay trái hộp điều khiển piston  Bên tay phải hộp điều khiển đo khống chế nhiệt độ  Một số hình ảnh phận máy sau thiết kế chế tạo Hình 4.13 : Bộ phận gia nhiệt cho khn ép 32 Hình 4.14 : Máng hứng bơ Hình 4.15 : Khn ép 33 Hình 4.16: Máy ép sau chế tạo 4.5.Kết khảo nghiệm Bảng 4.1:Khảo nghiệm hiệu suất bơ với nhiệt độ Nhiệt độ Hiệu suất bơ (%) 40 21,33 50 22,00 60 22,67 70 22,67 Kết khảo nghiệm thu bảng Phụ lục 1với khối lượng cacao đem ép túi 750 gram, có tất hai túi áp suất bơm giữ cố định 80 (kG/cm2) Kết tính tốn tỉ lệ bơ tách phụ thuộc vào nhiệt độ bảng 4.1 34 Hình 4.17: Sự phụ thuộc nhiệt độ với hiệu suất bơ Nhận xét: Khảo nghiệm với nhiệt độ mang hình thức thăm dò, từ mà ta rút nhận xét nhiệt độ thích hợp Từ bảng 4.1 ta thấy nhiệt độ tăng hiệu suất bơ tăng Đến 700C hiệu suất bơ khơng tăng Kết luận ta chọn 700C làm nhiệt độ cố định cho phần khảo nghiệm với áp suất phần sau Bảng 4.2: Khảo nghiệm hiệu suất bơ với áp suất bơm Áp suất Hiệu suất bơ (%) 80 22,67 110 23,33 140 24,00 170 25,33 200 27,33 230 30,67 35 Kết khảo nghiệm thu bảng Phục lục với khối lượng túi cacao 750 gram nhiệt độ cố định 70oC Kết tính tốn tỉ lệ bơ tách phụ thuộc vào nhiệt độ bảng 4.2 Hình 4.18: Sự phụ thuộc áp suất ép với hiệu suất bơ Nhận xét: Khi áp suất bơm tăng hiệu suất bơ tăng theo Áp suất lên cao hiệu suất bơ cao Với áp suất khảo nghiệm 230( kg/cm2) tỉ lệ bơ 30% đạt yêu cầu thiết kế máy Do địa điểm khảo nghiệm, thời gian khảo nghiệm hạn chế, điều kiện bảo quản không tốt số yếu tố khách quan khác dẫn tới tỉ lệ bơ khơng cao Hình 4.19: Bột cacao sau ép 36 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận  Máy sau chế tạo có thơng số kĩ thuật sau:  Lượng bơ tách tách : 30% tổng khối lượng dịch cacao  Áp lực ép : ÷ 230 kG/cm2  Hành trình xylanh ép : 300 mm  Công suất động : 3,5 kW/h  Nhiệt độ ép : 700C 5.2 Hướng phát triển đề tài Do thời gian thực đề tài hạn chế nên chưa thể tối ưu suất khắc phục nhược điểm máy như: Bộ gia nhiệt điện trở có độ bộc lố nhiệt độ dài theo kết khảo nghiệm 180C nên dẫn đến khơng xác Do phải khắc phục gia nhiệt đối lưu xác độ bộc lố nhỏ Đối với hệ thống điều khiển cần phải thiết kế chế độ tự động cách điều khiển lập trìnhbằng PLC, Logo… 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Trần Xuân Tùy, Trần Minh Chính, Trần Ngọc Hải, 2005 Hệ thống truyền động thủy khí Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, 121 trang 2.Phạm Hồng Đức Phước (chủ nhiệm),2010.Nghiên Cứu Công Nghệ, Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Chế Biến Cacao Qui Mơ Nhỏ Phục Vụ Chương Trình Sản Xuất Cacao Bền Vững Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, 77 trang 3.Đỗ Hữu Toàn, 2000 Sức bền vật liệu Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, 137 trang 4.Tạ Hải Phong ( biên tập), 2004 Sức Bền Vật Liệu Nhà xuất xây dựng Hà Nội,165 trang 38 PHỤ LỤC Phụ lục Nhật ký khảo nghiệm Ngày : 22/05/2012 Thời tiết: trời nắng Hình thức thí nghiệm: thăm dò Yếu tố thí nghiệm: Nhiệt độ ép Người thí nghiệm: Trịnh Văn Vân, Hồ Tân Biên Địa điểm : xưởng Cơ Điện Tử Số liệu thu được: Nhiệt Stt độ ( C) Áp suất (kg/cm2) Thời gian ép (giây) Thời Số gian lần nghỉ ép (giây) nghỉ Khối lương bột cacao (gram) Khối Hiệu lượng suất bơ tách bơ (gram) ( %) 40 80 30 180 1500 320 21,33 50 80 30 180 1500 330 22,00 60 80 30 180 1500 340 22,67 Ngày : 31/05/2012 Thời tiết: Trời nắng Hình thức thí nghiệm: Thăm dò Yếu tố thí nghiệm: Áp suất ép + Nhiệt độ 700C Người thí nghiệm: Trịnh Văn Vân, Hồ Tân Biên Địa điểm : xưởng Cơ Điện Tử Số liệu thu : Nhiệt Stt độ ( C) Áp suất (kg/cm2) Thời gian ép (giây) Thời Số gian lần nghỉ ép (giây) nghỉ Khối lượng bột cacao (gram) Khối Hiệu lượng suất bơ tách bơ (gram) ( %) 70 80 30 180 1500 340 22,67 70 110 30 180 1500 350 23,33 Ngày : 04/06/2012 Thời tiết: Trời nắng Hình thức thí nghiệm: Thăm dò Yếu tố thí nghiệm: Áp suất ép + Nhiệt độ 700C Người thí nghiệm: Trịnh Văn Vân, Hồ Tân Biên Địa điểm : xưởng Cơ Điện Tử Số liệu thu được: Nhiệt Stt độ ( C) Áp suất (kg/cm2) Thời gian ép (giây) Thời Số gian lần nghỉ ép (giây) nghỉ Khối lượng bột cacao (gram) Khối Hiệu lượng suất bơ tách bơ (gram) ( %) 70 140 30 180 1500 360 24,00 70 170 30 180 1500 380 25,33 Ngày : 05/06/2012 Thời tiết: Trời mưa Hình thức thí nghiệm: Thăm dò Yếu tố thí nghiệm: Áp suất ép + Nhiệt độ 700C Người thí nghiệm: Trịnh Văn Vân, Hồ Tân Biên Địa điểm : xưởng Cơ Điện Tử Số liệu thu Nhiệt Stt độ ( C) 70 Áp suất (kg/cm2) 200 Thời gian ép (giây) 30 Thời Số gian lần nghỉ ép (giây) nghỉ 180 Khối lượng bột cacao (gram) 1500 Khối Hiệu lượng suất bơ tách bơ (gram) ( %) 410 27,33 Ngày : 11/06/2012 Thời tiết: Trời mưa Hình thức thí nghiệm: Thăm dò Yếu tố thí nghiệm: Áp suất ép + Nhiệt độ 700C Người thí nghiệm: Trịnh Văn Vân, Hồ Tân Biên Địa điểm : xưởng Cơ Điện Tử Số liệu thu Nhiệt Stt độ ( C) 70 Áp suất (kg/cm2) 230 Thời gian ép (giây) 30 Thời Số gian lần nghỉ ép (giây) nghỉ 180 Khối lượng bột cacao (gram) 1500 Khối Hiệu lượng suất bơ tách bơ (gram) ( %) 460 30,67 ... + van giảm áp + van cản 12 2.6.2.1.Vantràn van an toàn Van tràn van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng hệ thống thủy lực vượt trị số quy định Van tràn làm việc thường xun, van. .. việc tải Ký hiệu van tràn van an tồn: Có nhiều loại:  Kiểu van bi ( trụ, cầu ) Hình 2.10:Kết cấu kiểu van bi  Kiểu van trượt ( piston ) Hình 2.11:Kết cấu kiểu van trượt 13  Van điều chỉnh hai... hiệu: 2.8.Vansolennoid(4/3) Cấu tạo van solenoid gồm phận là: thân van, trượt hai nam châm điện Con trượt van hoạt động hai ba vị trí tùy theo tác dộng nam châm Có thể gọi van solenoid loại van điều