OA18277A - Cocoa husking machine, device used for this purpose. - Google Patents

Cocoa husking machine, device used for this purpose. Download PDF

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OA18277A
OA18277A OA1201700179 OA18277A OA 18277 A OA18277 A OA 18277A OA 1201700179 OA1201700179 OA 1201700179 OA 18277 A OA18277 A OA 18277A
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Richard Ntenga
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Richard Ntenga
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Description

II PRESENTATION ET DESCRIPTION DE L’ECABOSSEUSE DE CACAOII PRESENTATION AND DESCRIPTION OF THE COCOA DEBASTER

11.1- PRESENTATION GENERALE DE LA MACHINE11.1- GENERAL PRESENTATION OF THE MACHINE

Cette invention porte sur une machine spécialement conçue pour détruire simultanément et en toute sécurité les coques de plusieurs cabosses de cacao. Cette machine comporte plusieurs outils-fraises régulièrement disposés sur deux rouleaux cylindriques tournant en sens contraires l’un par rapport à l’autre. Les outils-fraises sont affûtés de façon à pénétrer aisément la coque. Leur disposition en rangées quinconces le long du rouleau assure un broyage simultané sur plusieurs coques. L’interaction synchrone des rouleaux combinée à la pénétration des outils-fraises permet de déchiqueter la coque en préservant l’intégrité des fèves contenues. En cas de cabosse résistante, une étape de froissage par un rouleau à ergots hélicoïdaux a ensuite été prévue. Cette machine utilise une motorisation électrique ou thermique dont ta puissance a été estimée à 1,5 kW. Les résultats obtenus sur un prototype indiquent que notre écabosseuse est très productive, avec un rendement est de plus de 98% et peut broyer 90 000 coques de cabosses par jour. Ce mémoire, revient succinctement sur les différents procédés mécaniques d’écabossage. Nous présentons ensuite les éléments techniques essentiels de l’écabosseuse conçue, solution aux attentes des utilisateurs.This invention relates to a machine specially designed for simultaneously and safely destroying the hulls of several cocoa pods. This machine has several milling tools regularly arranged on two cylindrical rollers rotating in opposite directions with respect to each other. The cutter tools are sharpened so that they easily penetrate the shell. Their arrangement in staggered rows along the roll ensures simultaneous crushing on several shells. The synchronous interaction of the rollers combined with the penetration of the cutter tools allows the shell to be shredded while preserving the integrity of the beans contained. In the event of a resistant pod, a crumpling step using a helical lug roller was then planned. This machine uses an electric or thermal motor whose power has been estimated at 1.5 kW. The results obtained on a prototype indicate that our sheller is very productive, with an efficiency of over 98% and can crush 90,000 pod shells per day. This thesis briefly reviews the different mechanical podding processes. We then present the essential technical elements of the designed shellfish, solution to user expectations.

11.2- ETAT DE LA TECHNIQUE11.2- STATE OF THE ART

La transformation des fèves de cacao en produits consommables est précédée de la cueillette des cabosses, i’écabossage et le séchage. Ces étapes comportent chacune ses propres difficultés. Nous nous intéressons particulièrement à l’opération d’écabossage.The processing of cocoa beans into consumable products is preceded by the picking of the pods, podding and drying. These steps each have their own difficulties. We are particularly interested in the podding operation.

L’écabossage ou encore le décabossage, consiste à ouvrir la cabosse afin d’en extraire les fèves de cacao. Au Cameroun et en Afrique de l’Ouest où la culture de cacao est très rependue, ce procédé reste encore très artisanal, avec tous les risques d’accident que tes cacaoculteurs et les récolteurs encourent. Plusieurs essais artisanaux et scientifiques ont été menés pour mécaniser le décabossage du cacao. La revue de la littérature indique que quatre méthodes sont principalement utilisées pour l’écabossage : l’écabossage manuelle, l’écabossage mécanique à levier, l’écabossage mécanique par choc et l’écabossage mécanique motorisée.Shelling, or de-poding, involves opening the pod in order to extract the cocoa beans. In Cameroon and West Africa, where cocoa cultivation is widespread, this process is still very artisanal, with all the risks of accidents that your cocoa farmers and harvesters run. Several artisanal and scientific trials have been carried out to mechanize cocoa stripping. The review of the literature indicates that four methods are mainly used for podding: manual poding, mechanical lever padding, mechanical shock padding and motorized mechanical padding.

I- L’écabossage manuelI- Manual poding

Cette méthode est la plus ancienne et la plus utilisée. Les cabosses cueillies sont brisées à l’aide d’un gourdin ou une machette. Les fèves sont ensuite extraites aisément. L’écabossage manuelle présente des avantages certains tels qu’une faible perte de fèves, l’absence d’outillage technique à entretenir et l’emploi garanti pour les récolteurs. Cependant, bien qu’elle soit que très répandu, cette méthode comporte de nombreux inconvénients dont l’exécution lente (1500 cabosses/jour en moyenne pour un individu), risques de blessure des fèves de cacao, l’exposition des operateurs aux blessures et autres risques sanitaires, etc...This method is the oldest and the most used. The picked pods are broken up with a club or machete. The beans are then easily extracted. Manual poding has certain advantages such as low bean loss, the absence of technical tools to maintain and guaranteed employment for the harvesters. However, although it is very widespread, this method has many drawbacks including slow execution (1500 pods / day on average for an individual), risk of injury to the cocoa beans, exposure of operators to injury and other health risks, etc ...

2- L’écabossage mécanique2- Mechanical poding

Parmi les solutions proposées figure la machine à levier manuel. Cette machine offre les avantages de sécurité des doigts de l’opérateur, de facilité de réalisation, et d’entretient facile. Les insuffisances sont liées à la mise et maintien en position difficile de la cabosse, la lenteur d’exécution (faible rendement), la dépense d’énergie de l’opérateur. Cette machine n’est que très rarement utilisée. Une écabosseuse à marteau d’impactl1 d’opération manuelle, capable de briser une à cinq cabosses à ta fois aussi été proposée. Cette machine est de très faible rendement.Among the solutions proposed is the manual lever machine. This machine offers the advantages of operator finger safety, ease of operation, and easy maintenance. The shortcomings are linked to the difficult setting and maintenance of the pod, the slowness of execution (low efficiency), the operator's energy expenditure. This machine is only very rarely used. A hand operated impact hammer sheller 1 capable of breaking one to five pods at a time has also been proposed. This machine is of very low efficiency.

Les machines d’écabossage motorisées ont aussi été proposées. Le Broyeur à vis, par exemple, tire profit de la pression de la vis de broyage solidaire du motoréducteur pour broyer la cabosse coincée dans les crochets fixes sur le bâti. Cette réalisation bien que facile a implémenter présente un inconvénient majeur dont la séparation des fèves des miettes de coques. Par ailleurs, Messers Christy et Norris2 ont proposé une machine qui requiert deux opérateurs pour son fonctionnement : l’un qui remplit la trémie de cabosse sont brisées par la rotation d’un cône en bois muni de cannelures montées verticalement dans le cylindre de broyage ; le cylindre ayant aussi des cannelures intérieures. Le système de séparation s’est avéré peu fiable en plus du taux élevé d’altération des fèves. Mentions aussi la machine à tambour rotatif3 dans lequel les cabosses sont broyées. Le mélange issu du broyage est composé de fèves, de débris de coques et du mucilage. Ce mélange est introduit dans un cylindre formé d’un grillage-tamis à l’intérieur duquel s’effectue la séparation. L’écabosseuse proposée par Nkongho et Endale4 a quant à elle posé certains problèmes à savoir : la complexité de réalisation de certaines formes notamment la cuve de broyage, les risques de bourrage, le montage difficile des composants.Motorized podding machines have also been proposed. The Screw Crusher, for example, takes advantage of the pressure of the grinding screw integral with the gear motor to crush the pod stuck in the hooks fixed on the frame. This embodiment, although easy to implement, has a major drawback including the separation of the beans from the shell crumbs. Furthermore, Messers Christy and Norris 2 proposed a machine that requires two operators for its operation: one that fills the hopper with pods are broken by the rotation of a wooden cone fitted with grooves mounted vertically in the crushing cylinder. ; the cylinder also having internal splines. The separation system proved unreliable in addition to the high rate of spoilage of the beans. Mentions also the rotary drum machine 3 in which the pods are crushed. The mixture resulting from the grinding is composed of beans, hull debris and mucilage. This mixture is introduced into a cylinder formed by a mesh screen inside which the separation takes place. The scaler proposed by Nkongho and Endale 4 has posed certain problems, namely: the complexity of producing certain shapes, in particular the grinding tank, the risks of jamming, the difficult assembly of the components.

Les machines évoquées ci-dessus ont connu des succès variés sur une échelle locale, et il est évident qu’elles n’ont pas été largement adoptées car dans bien des bassins de production, l’écabossage reste encore manuel. Ainsi la présente invention se veut être une amélioration substantielle des machines connues et qui seraient en cours d’usage.The machines discussed above have had varying success on a local scale, and it is evident that they have not been widely adopted because in many production areas the poding is still manual. Thus, the present invention is intended to be a substantial improvement on known machines which are in use.

1 Adzimah, S.K. and Asiam, E.K., Design of a Cocoa Pod Splitting Machine, Research Journal of Applied 1 Adzimah, SK and Asiam, EK, Design of a Cocoa Pod Splitting Machine, Research Journal of Applied

Sciences, Engineering and Technology vol 2 n°7 pp: 622-634,2010 1 www.woldcocoafoundation.org du 05 mars 2013 1 Beyala, Tchouya et Zanfacf «Conception d'une Ecabosseuse de Cacao à Tambour Rotatif» Mémoire de fin d'études de la Faculté de Génie Industriel de l'Université de Douala, 2011/2012 4 Nkongho Anyi, J. et Endale, Y.: Etude et Réalisation d’une Ecabosseuse de Cacao [ecabo-n] mémoire de fin d’études de l’ENSET en 2007/2008Sciences, Engineering and Technology vol 2 n ° 7 pp: 622-634,2010 1 www.woldcocoafoundation.org of March 05, 2013 1 Beyala, Tchouya and Zanfacf "Design of a Cocoa Pod with Rotary Drum" End of thesis studies of the Faculty of Industrial Engineering of the University of Douala, 2011/2012 4 Nkongho Anyi, J. and Endale, Y .: Study and Realization of a Cocoa Ecabosser [ecabo-n] final thesis of ENSET in 2007/2008

Notre principal objectif est de proposer une machine permettant de détruire en toute sécurité les cabosses de cacao, et de séparer simultanément les fèves des coques (débris) par tamisage. De plus, cette machine devrait offrir l’avantage d’un encombrement réduit ainsi qu’un coût accessible au « petit producteur ».Our main goal is to provide a machine to safely destroy cocoa pods, and simultaneously separate the beans from the hulls (debris) by sieving. In addition, this machine should offer the advantage of a small footprint as well as a cost accessible to the "small producer".

11.3- DESCRIPTION SOMMAIRE DE L’INVENTION11.3- BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Cette invention porte sur Ecabosseuse avec fraises de broyage, machine spécialement conçue pour détruire en toute sécurité la coque d’une cabosse de cacao. Cette machine est composée d’une ossature (bâti ou châssis) devant être fixée sur une surface « support » telle que le sol d’un atelier agricole. Des roulettes peuvent être boulonnées à la base de l’ossature pour faciliter les déplacements de la machine. Une motorisation électrique ou thermique de la machine est prévue, te moteur étant fixé sur l’ossature.This invention relates to a debosser with crushing cutters, a machine specially designed for safely destroying the shell of a cocoa pod. This machine consists of a framework (frame or frame) to be fixed on a "support" surface such as the floor of an agricultural workshop. Casters can be bolted to the base of the frame for easy movement of the machine. An electric or thermal motor for the machine is provided, the motor being fixed to the frame.

II.3.1- Présentation des figuresII.3.1- Presentation of figures

Une compréhension plus poussée de ta présente invention peut être obtenue par le décodage des dessins techniques y relatifs et contenus dans les figures 1-20.A further understanding of the present invention can be obtained by decoding the technical drawings relating thereto and contained in Figures 1-20.

La figure 1 est le schéma technologique du fonctionnement de la machine.Figure 1 is the technological diagram of the operation of the machine.

La figure 2 montre le dessin d’ensemble complet de l’invention.Figure 2 shows the complete assembly drawing of the invention.

La figure 3-6 montrent les dessins de définition des pièces principales de la machine.Figure 3-6 shows the definition drawings of the main parts of the machine.

La figure 7 montre une section transversale de l'ensemble des 2 rouleaux-porte fraises de broyage.FIG. 7 shows a cross section of the assembly of the 2 rollers-holder milling cutters.

Les figures 8 indique le guidage et la construction d’un rouleau porte-fraise.Figure 8 shows the guidance and construction of a milling roller.

La figure 9 montre une vue longitudinale d’une vis de convoyage avec hélice rapportée.Figure 9 shows a longitudinal view of a conveying screw with attached propeller.

La figure 10a est une vue d’une section transversale du rouleau de froissage des débris résistants de la coque de cabosse.Figure 10a is a cross-sectional view of the heavy-duty debris crumpling roller of the pod shell.

La figure 10b est une vue longitudinale supplémentaire indiquant la construction d’un rouleau porte-fraise.Fig. 10b is a further longitudinal view showing the construction of a milling roller.

La figure 11-12 montrent les dessins des arbres de transmission de la machine.Figure 11-12 show the drawings of the machine's drive shafts.

La figure 13 est une vue longitudinale du rouleau de froissage (voir aussi la figure 10b).Figure 13 is a longitudinal view of the crumpling roller (see also Figure 10b).

Les figures 14a-b indique la construction et le montage de la trémie de la machine.Figures 14a-b show the construction and assembly of the machine hopper.

La figure 15-16 représentent la modélisation et le chargement des arbres de transmissionFigure 15-16 represent the modeling and loading of drive shafts

Les figures 17-18 est le schéma de modélisation du principe de l’amorce de broyage de la coque de cabosse.Figures 17-18 are the modeling diagram of the principle of the primer for crushing the pod shell.

11.4- Description détaillée de la Machine11.4- Detailed description of the Machine

Cette invention porte sur une machine spécialement conçue pour détruire simultanément et en toute sécurité les coques de plusieurs cabosses de cacao. Un trait caractéristique de cette machine est l’utilisation des fraises de broyage régulièrement disposées en plusieurs rangées sur des rouleaux cylindriques. Chaque rangée de fraises s’étale sur toute la longueur du rouleau.This invention relates to a machine specially designed for simultaneously and safely destroying the hulls of several cocoa pods. A characteristic feature of this machine is the use of milling cutters regularly arranged in several rows on cylindrical rollers. Each row of strawberries runs the length of the roll.

La figure 1 en constitue un schéma technologique descriptif de son fonctionnement. L’arbre moteur (5) transmet la puissance aux fraises (4) via un engrenage (8*+8+l). Dans leur mouvement de rotation en sens contraires et à vitesses relatives différentes (ou non), les rouleaux portes-fraises (4) entraînent et broient les cabosses introduites dans une trémie. Collectivement, les rouleaux portes-fraises offrent deux portions de surfaces cylindriques d’attente des cabosses. Dans cette configuration, les rouleaux tournent en direction de l’espace qui les sépare, espace vers lequel les cabosses en cours de broyage sont entraînées. Les débris de coques et les fèves se déversent dans la cuve primaire et sont entraînés par la vis de séparation primaire (6). Un tamis primaire retient certains débris de coques et laisse passer les fèves et des débris de coques de tailles équivalentes vers un tamis secondaire (12). Ce dernier tamis retient le reste des derniers débris de coques et les fèves seront évacuées par le bas. L’ensemble ainsi configuré permet un broyage effectif des cabosses de toutes tailles.FIG. 1 is a technological diagram describing its operation. The motor shaft (5) transmits power to the cutters (4) via a gear (8 * + 8 + l). In their rotational movement in opposite directions and at different relative speeds (or not), the cutter-holder rollers (4) drive and crush the pods introduced into a hopper. Collectively, the cutter rollers provide two portions of cylindrical pod holding surfaces. In this configuration, the rollers rotate in the direction of the space between them, the space towards which the pods being crushed are drawn. Hull debris and beans flow into the primary tank and are entrained by the primary separation screw (6). A primary screen retains some shell debris and allows beans and shell debris of equivalent size to pass to a secondary screen (12). This last sieve retains the rest of the last debris of the hulls and the beans will be evacuated at the bottom. The assembly thus configured allows effective crushing of pods of all sizes.

11.4.1- Caractéristiques de la Motorisation11.4.1- Motorization characteristics

Dans cette partie à partir des expériences, nous avons déterminé l’énergie de brisure d’une cabosse de cacao, et par suite l’effort tangentiel des fraises de broyage sur la cabosse, effort nécessaire pour ouvrir la coque et libérer les fèves de cacao. Ce dernier effort nous a permis d’évaluer le couple de décabossage.In this part from the experiments, we determined the breaking energy of a cocoa pod, and consequently the tangential force of the crushing strawberries on the pod, force necessary to open the shell and release the cocoa beans. . This last effort allowed us to assess the stripping torque.

L’effort de coupe sur une cabosse de cacao a été expérimentalement déterminé par Nkongho et Endales comme étant égal à 100N pour une vitesse de rotation N = 25 tr/min. Leur travaux indiquent aussi l’effort presseur Fp (voir aussi les figures 20 et 3) nécessaire pour briser une cabosse est de l’ordre de 700 N - 800 N. Ce résultat pourrait être affiné par l’utilisation d’un dispositif expérimental de précision.The cutting force on a cocoa pod has been experimentally determined by NKONGHO and Endale s as equal to 100N for a rotational speed N = 25 rev / min. Their work also indicates the pressing force F p (see also figures 20 and 3) necessary to break a pod is of the order of 700 N - 800 N. This result could be refined by the use of an experimental device. precision.

D’autre part Adewumi et Fatusin6, ont évalué l’énergie d’impact nécessaire pour briser une seule cabosse à 30,9 J. Et pour 5 cabosses brisées simultanément, il faudrait une énergie de 78,6 J.On the other hand Adewumi and Fatusin 6 , evaluated the impact energy necessary to break a single pod at 30.9 J. And for 5 pods broken simultaneously, it would take an energy of 78.6 J.

Cette section présente le choix d’un motoréducteur approprié pour le bon fonctionnement de notre Ecabosseuse de cacao.This section presents the choice of an appropriate gear motor for the correct operation of our Cocoa Dehydrator.

11.4.1.1- Couple résistant total (Cr)11.4.1.1- Total resistive torque (Cr)

Cr = Cre + Cr’ + Cr”Cr = Cr e + Cr '+ Cr ”

Cre : couple résistant dû à la cabosse de cacao.Cr e : resistant couple due to the cocoa pod.

Cr’ : couple moteur dans le premier bloc séparateur.Cr ’: engine torque in the first separator block.

Cr” : couple moteur dans le deuxième bloc séparateur.Cr ”: engine torque in the second separator block.

s Nkongho Anyi, J. et Endale, Y.: opcit * Adewumi, B. A. and Fatusin, A.B., Design, Fabrication and Testing of an Impact-Type Hand Operated Cocoa s Nkongho Anyi, J. and Endale, Y .: opcit * Adewumi, BA and Fatusin, AB, Design, Fabrication and Testing of an Impact-Type Hand Operated Cocoa

Pod Breaker, Agricultural Engineering International: the C1GR ejoumal. PM 06 022 Vol. VIII, 2006Pod Breaker, Agricultural Engineering International: the C1GR ejoumal. PM 06 022 Vol. VIII, 2006

Couple CreCouple Cre

Données :Data:

J dc : diamètre de la cabosse ; άς= 120 mmJ d c : diameter of the pod; άς = 120 mm

J d2 : diamètre de la fraise.J d 2 : cutter diameter.

Pour un tour complet des fraises, elles broient n cabosses ;For a complete turn of the strawberries, they grind n pods;

04=où C4: circonférence primitive d’une fraise.04 = where C 4 : pitch circumference of a milling cutter.

d4 = — =* C4 152,78. Nous prenons : d4=150mm.d 4 = - = C * 4 152.78. We take: d 4 = 150mm.

7Γ 7Γ7Γ 7Γ

S 3ο= O|O2 = entraxe des fraises (2a) et (2b) (cf Figures 20 et 3) üo - 200 mmS 3ο = O | O 2 = center distance of cutters (2a) and (2b) (see Figures 20 and 3) üo - 200 mm

J répartition des lames de fraises à 45° en quiconque sur la surface cylindrique du rouleau.J distribution of the cutter blades at 45 ° to anyone on the cylindrical surface of the roller.

La figure 20 illustre la position de la cabosse de cacao au début de l’attaque des fraises.Figure 20 illustrates the position of the cocoa pod at the start of the strawberry attack.

Si on néglige tout glissement ainsi que la niasse au-dessus de la cabosse, les actions mécaniques des fraises sur la cabosse sont :If we neglect any sliding as well as the mass above the pod, the mechanical actions of the strawberries on the pod are:

Aïfc et H2/c en un point M quelconqueAïf c and H2 / c at any point M

Â2/c = ί /cÂ2 / c = ί / c

(.-4% slnr cosy et(.- 4 % slnr cozy and

«% h2/c sine cosB"% H 2 / c sine cosB

Où γ et Θ sont respectivement les complémentaires de O|O2A et O|O2H (cf Figures 20 et 3).Where γ and Θ are respectively the complements of O | O 2 A and O | O 2 H (see Figures 20 and 3).

Les plages de variation des angles γ et Θ par rapport à la verticale (O2,y) est :The ranges of variation of the angles γ and Θ with respect to the vertical (O 2 , y) is:

J 7 <γ< 7 avec y0 = 7, d’après les dispositions constructives adoptées ici. 6 2 6 cos y0 + H2/c cos 0q = 0 suivant (O2,ÿ) ona: Α2/=^£®2.χ772/ AN: Â2/ = x 1200 = 927,17NJ 7 <γ <7 with y 0 = 7, according to the constructive provisions adopted here. 6 2 6 cos y 0 + H2 / c cos 0q = 0 following (O 2 , ÿ) ona: Α 2 / = ^ £ ®2.χ77 2 / AN: Â2 / = x 1200 = 927.17N

IC COS/o ,c ,c cos 3 (JIC COS / o , c, c cos 3 (J

Prendre : j42yf = 927 NTake: j4 2 y f = 927 N

Cre = 2 x Â2/c x y = ^2/c x d2( Cre ~ 14 N.mCr e = 2 x Â2 / c xy = ^ 2 / c xd 2 ( Cr e ~ 14 Nm

Couple Cr’Couple Cr ’

Pour mater une coque « résistante » entre les parois ondulées du bâti jusqu’à la y rupture si possible, le rouleau de séparation (3), doit pouvoir tourner à - We et résister à une charge radiale R = 100 N. (3) est ondulé et hélicoïdal et possédant 9 filets de profil rond :To put down a "resistant" shell between the corrugated walls of the frame until it breaks if possible, the separation roller (3) must be able to rotate at - W e and withstand a radial load R = 100 N. (3 ) is wavy and helical and having 9 threads of round profile:

P, : pas axial = 98 mmP,: axial pitch = 98 mm

Pv : pas d’hélice ; Pv = 9PX = 882 mm a„ : angle de pression ; a„ = 20°P v : no propeller; P v = 9P X = 882 mm a „: pressure angle; a „= 20 °

P : angle d’hélice β = arctan^2), β = 35,46°P: helix angle β = arctan ^ 2 ), β = 35.46 °

D’où dv : Diamètre primitif de la vis de séparation, dv = 200 mm ❖ Les actions mécaniques en IHence d v : Pitch diameter of the separation screw, d v = 200 mm ❖ Mechanical actions at I

I est te point d’impact.I am the point of impact.

’Fa = FMCOSCCn.COSP Ki9+/c Ft = FMcosan-sinP C Fr = FMsinan 'F a = F M COSCC n .COSP Ki9 + / c Ft = F M cosa n- sin P C Fr = F M sina n

Ces composantes sont exprimées dans le repère lié aux débris de la coque.These components are expressed in the reference linked to the debris of the hull.

p ep e

R.s = FMsinan d’où FM =Rs = F M sina n hence F M =

ChoixChoice

Fm«429NF m "429N

F, = 328,4NF, = 328.4N

D’oùFrom where

Ft = 233,9NF t = 233.9N

Ce circuit possède 8 points d’impacts.This circuit has 8 impact points.

dr d r

Le couple est donné par : Cr2 = 8 F, x — = 4 F, x dv The torque is given by: Cr 2 = 8 F, x - = 4 F, xd v

D’où: Cr2 = 187,1 N.mHence: Cr 2 = 187.1 Nm

En faisant l’hypothèse d’une transmission intégrale de couple, l’on a que :Assuming full torque transmission, we have that:

Cr2.W2 = Cr’.We =* Cr’ = Cr2 Cr 2 .W 2 = Cr'.W e = * Cr '= Cr 2

Or W2 = |we Or W 2 = | w e

Ainsi : Cr’ = - x Cr4 Thus: Cr '= - x Cr 4

D’où: Cr’=262N.mHence: Cr ’= 262N.m

Calcul du couple Cr”Calculation of torque Cr ”

Hypothèses :Hypotheses :

J Le diamètre de l’arbre séparateur et malaxeur d2g=50mm V La force nécessaire pour le malaxage est Fm= 100N.J The diameter of the separator and mixer shaft d 2g = 50mm V The force required for mixing is F m = 100N.

Par définition on a :By definition we have:

Cr” = Fm x ce qui donne Cr” = 2,5 N.mCr ”= F m x which gives Cr” = 2.5 Nm

Calcul du couple résistant totalCalculation of the total resistive torque

Cr = Cre + Cr’ + Cr” ce qui donne Cr = 278,5 N.mCr = Cr e + Cr '+ Cr ”which gives Cr = 278.5 Nm

11,4.1.2- Calcul du couple moteur11.4.1.2- Calculation of engine torque

Cm : couple disponible à la sortie du moteur.C m : torque available at the motor output.

η : Nous négligeons le frottement dans les paliers et nous adoptions un rendement de transmission de η = 0,70 _ Crû)r Cmwm η: We neglect the friction in the bearings and we adopt a transmission efficiency of η = 0.70 _ Crû) r Cmw m

CrNr VNm d’où Cm~ 6,63 N.mCrN r VNm hence C m ~ 6.63 Nm

Calcul de la puissance du moteurCalculation of engine power

Pm = Cm x Wm, ce qui donne Pm = 1041 WPm = Cm x W m , which gives P m = 1041 W

II.4.1.3- Choix du moteurII.4.1.3- Choice of engine

Nous choisissons un moteur conformément aux règles de sélection indiquées dans la référence par Chevalier7, son catalogue de choix du moteur de TYPE LS90L : P = 1,5 kW et N =1500 tr/min.We choose an engine in accordance with the selection rules indicated in the reference by Chevalier 7 , its catalog of choice of the LS90L TYPE engine: P = 1.5 kW and N = 1500 rpm.

Nous utiliserons un réducteur de rapport de réduction r = À pour obtenir une 60 vitesse d’opération de 25 tr/min au niveau de l’arbre porte-fraise de broyage.We will use a reducer of reduction ratio r = À to obtain an operating speed of 25 rpm at the level of the milling cutter-holder shaft.

Π.4.2- Choix des Organes de Transmission de puissance 7 Chevalier, A. : Guide du dessinateur Industriel, Hachette Technique, Paris 1981Π.4.2- Choice of power transmission components 7 Chevalier, A .: Industrial designer guide, Hachette Technique, Paris 1981

11.4.2.1- Transmission entre le moteur et la fraise de broyage11.4.2.1- Transmission between the motor and the milling cutter

C’est une transmission par poulie-courroieIt is a pulley-belt transmission

Synthèse des résultats •f Type de courroie : XPZSummary of the results • f Type of belt: XPZ

J Diamètres des poulies : Dj = 100 mm et D23 = 200 mmJ Pulley diameters: Dj = 100 mm and D 23 = 200 mm

J Longueur de la courroie : L = 2000 mmJ Belt length: L = 2000 mm

J Entraxe réel : er = 762,9 mm ✓ Nombre de courroies : Nb = 1J Real center distance: e r = 762.9 mm ✓ Number of belts: Nb = 1

J Tension dans les brins tendu et mou : T = 219,7 N et t = 28,8 NJ Tension in the taut and slack strands: T = 219.7 N and t = 28.8 N

J Tension de pose : To = 124,25 N.J Laying tension: T o = 124.25 N.

11.4.2.2- Transmission entre les deux rouleaux porte-fraises de broyage11.4.2.2- Transmission between the two milling cutter-holder rollers

C’est une transmission par engrenage cylindrique à denture droiteIt is a straight toothed cylindrical gear transmission

a) Puissance à transmettrea) Power to be transmitted

Pm= 18,2w = 0,02 KWP m = 18.2w = 0.02 KW

Cm = 6,95 N.mC m = 6.95 Nm

b) Entraxe souhaité: ao = 2OOmmb) Desired center distance: ao = 2OOmm

Diamètre primitif des roues : d|Q = 200 mm d|9- - 230 mm.Pitch diameter of the wheels: d | Q = 200 mm d | 9 - - 230 mm.

c) Calcul du module mn = 1 mmc) Calculation of the modulus m n = 1 mm

d) Calcul du nombre de dentsd) Calculation of the number of teeth

D|9 = mnZi9 ce qui donne Z19=D | 9 = m n Zi9 which gives Z19 =

e) Calcul des diamètres de pied et de tête ida = 204 mm ldf = 195 mme) Calculation of the root and head diameters id a = 204 mm ld f = 195 mm

Largeur de la denture b = k.mn ce qui donne b = 20 mmWidth of teeth b = km n which gives b = 20 mm

11.4.2.3- Transmission entre le bloc broyeur et le bloc séparateur11.4.2.3- Transmission between the crusher unit and the separator unit

C’est une transmission par poulie-courroieIt is a pulley-belt transmission

Synthèse des résultatsSummary of results

J Type de courroie : XPZJ Belt type: XPZ

J Diamètres des poulies : D23 = 200 mm et D14 = 280 mmJ Pulley diameters: D 23 = 200 mm and D 14 = 280 mm

J Longueur de la courroie : L - 1600 mmJ Belt length: L - 1600 mm

J Entraxe réel : er = 421,2 mmJ Real center distance: e r = 421.2 mm

J Nombre de courroies : Nb = 1J Number of belts: N b = 1

J Tension dans les brins tendu et mou : T = 151,7 N et t = 56,2 N ✓ Tension de pose : To = 103,95 N.J Tension in the taut and slack strands: T = 151.7 N and t = 56.2 N ✓ Laying tension: T o = 103.95 N.

Π.4.2.4- Transmission entre les deux blocs de séparationΠ.4.2.4- Transmission between the two separation units

C’est une transmission par poulie-courroieIt is a pulley-belt transmission

Synthèse des résultatsSummary of results

J Type de courroie : XPB •J Diamètres des poulies : Du = 280 mm et D|4= 280 mm ✓ Longueur de la courroie : L = 1600 mm ✓ Entraxe réel : er = 360,4 mmJ Belt type: XPB • J Pulley diameters: Du = 280 mm and D | 4 = 280 mm ✓ Belt length: L = 1600 mm ✓ Actual center distance: e r = 360.4 mm

J Nombre de courroies : Nb = 1J Number of belts: N b = 1

J Tension dans les brins tendu et mou : T = 104,1 N et t = 35,9 NJ Tension in the taut and slack strands: T = 104.1 N and t = 35.9 N

J Tension de pose : To = 70 N.J Laying tension: T o = 70 N.

Π.4.3- Dimensionnement des Eléments Principaux de la DécabosseuseΠ.4.3- Sizing of the Main Elements of the Scraper

Π.4.3.1- Arbres des Fraises de Broyage d2 = 30 mm.Π.4.3.1- Shafts of Milling Cutters d 2 = 30 mm.

II.4.3.2- Arbres 29II.4.3.2- Trees 29

Diamètre de la fraise de broyage 29Diameter of the grinding cutter 29

Le matériau utilisé pour cet arbre est un acier doux d’usage général, C20 avec ae=270MPa et un facteur de sécurité s =1,5.The material used for this shaft is general purpose mild steel, C20 with a e = 270MPa and a safety factor s = 1.5.

d24 = 30 mmd 2 4 = 30 mm

11.4.33- Calcul des Paliers11.4.33- Calculation of Steps

Dm,n = 26 mm est suffisant pour un blocage axe.D m , n = 26 mm is sufficient for an axis locking.

Calcul de la portée des roulements dans les paliers lc?+ r2N}Calculation of the bearing seat in the housings lc? + R 2 N}

Elle a pour expression : P = 2nr2lfIts expression is: P = 2nr2l f

La condition de résistance au matage :The condition of resistance to matting:

> 12,46 mm ; I étant la longueur du pallier.> 12.46 mm; I being the length of the landing.

Choix : les paliers à roulements dans notre application doivent avoir une portée 1=15 mmChoice: Roller bearings in our application must have a range 1 = 15 mm

Choix des RoulementsChoice of bearings

Dans cette étude nous choisirons les roulements en C et E (figure 18), B et D (figure 19), pour lesquels la charge dynamique vaut C = 152 daN.In this study we will choose bearings in C and E (figure 18), B and D (figure 19), for which the dynamic load is equal to C = 152 daN.

Choix définitif du diamètre de l'arbre 2Definitive choice of shaft diameter 2

Pour l'arbre 2 (figure 2), compte tenu des variations de sections et des zones de concentration de contraintes, nous choisissons les roulements SKF 6006 avec pour diamètre de bague intérieure 030.For shaft 2 (figure 2), taking into account variations in cross-section and areas of stress concentration, we choose SKF 6006 bearings with inner ring diameter 030.

Choix des roulements en B et DChoice of bearings in B and D

C = 259 daNC = 259 daN

Pour l’arbre 24 (figure 2), compte tenu des variations de sections et des zones de concentration de contraintes, nous choisissons les roulements SKF 6006 avec pour diamètre de bague intérieure 030.For shaft 24 (figure 2), taking into account the variations in sections and areas of stress concentration, we choose SKF 6006 bearings with inner ring diameter 030.

11.4.3.4- Longueur de la Clavette11.4.3.4- Key length

Les calculs de résistance au matage donnent 1 > 35,3mm.The resistance to peeling calculations give 1> 35.3mm.

Nous choisissons une longueur normalisée qui satisfait aux conditions et tiens compte du diamètre de l’arbre. Compte tenu de la longueur du moyeu porte lames, nous choisissons la clavette parallèle, forme B, 10x8><40.We choose a standard length that satisfies the conditions and take into account the diameter of the shaft. Taking into account the length of the blade holder hub, we choose the parallel key, form B, 10x8> <40.

11.4.3.5- Epaisseur des Lames de Fraise11.4.3.5- Cutter Blade Thickness

Les lames sont encastrées par soudure dans le corps de fraise (figure 9). Ces lames travaillent au cisaillement et en flexion.The blades are embedded by welding in the cutter body (figure 9). These blades work in shear and bending.

• la : Longueur d’une lame la = 350 mm ;• l a : Length of a blade l a = 350 mm;

a : Hauteur d’une lame a = 10 mm ;a: Height of a blade a = 10 mm;

: Epaisseur d’une lame ;: Thickness of a blade;

e > 1, 74 mm.e> 1.74 mm.

Pour des raisons de fabrication, nous prendrons e = 10 mm.For manufacturing reasons, we will take e = 10 mm.

II.5- AvantagesII.5- Advantages

De la description donnée ci-dessus, nous dégageons un certain nombre d’avantages de notre invention :From the description given above, we can see a number of advantages of our invention:

La nécessité d’utiliser des outils dangereux tels que les machettes et couteaux est éliminéeThe need to use dangerous tools such as machetes and knives is eliminated

Le broyage en toute sécurité des cabosses de toutes tailles est assuré.Safe crushing of pods of all sizes is ensured.

La mise en marche de cette machine est aisée, son entretien facile. Elle peut fonctionner en mode manuel (en l’absence d’énergie électrique ou thermique).The start-up of this machine is easy, its maintenance easy. It can operate in manual mode (in the absence of electrical or thermal energy).

L’utilisation d’une motorisation permet de réaliser un rendement très élevés.The use of an engine allows for very high efficiency.

En termes de coût d’acquisition cette machine est accessible pour des groupes de 3-5 petits producteurs.In terms of acquisition cost, this machine is accessible for groups of 3-5 small producers.

Même si la description faite ici comporte certaines spécificités, celles-ci ne devraient pas être considérées comme des limitations de cette invention, mais bien plus comme en étant des exemplarités. En effet, d’autres ramifications et variantes peuvent être envisagées. Par exemple, une amélioration de la conception de cette machine, partant de l’expérience du fonctionnement du prototype réalisé, pourrait concerner la synchronisation des différents modules de broyage et de séparation. En outre, la réalisation d’un tamis entièrement cylindrique au niveau de la vis de froissage serait tout aussi possible.Even if the description given here includes certain specificities, these should not be regarded as limitations of this invention, but rather as being exemplary. Indeed, other ramifications and variants can be envisaged. For example, an improvement in the design of this machine, based on the experience of the operation of the prototype produced, could concern the synchronization of the different grinding and separation modules. In addition, the realization of a fully cylindrical screen at the level of the crumpling screw would be just as possible.

Claims (11)

III REVENDICATIONSIII CLAIMS 1. Une machine spécialement conçue pour détruire simultanément et en toute sécurité les coques de plusieurs cabosses de cacao et composée de :1. A machine specially designed to destroy simultaneously and in complete safety the hulls of several cocoa pods and composed of: (a) une ossature (bâti) destinée à être fixée sur une surface-support et utilisée pour la mise et le maintien en position des autres pièces de la machine (b) deux rouleaux porte-fraises guidés en rotation sur le bâti et disposés parallèlement avec un entraxe convenable pour diverses dimensions de cabosses.(a) a framework (frame) intended to be fixed to a support surface and used for placing and maintaining in position the other parts of the machine (b) two milling rollers guided in rotation on the frame and arranged in parallel with a suitable center distance for various pod sizes. (c) des fraises de broyage particulièrement façonnées et affûtées. Elles sont régulièrement disposées sur chacun des rouleaux et servent à détruire la coque de la cabosse.(c) particularly shaped and sharpened milling cutters. They are regularly placed on each of the rollers and serve to destroy the shell of the pod. (d) une vis de séparation primaire multi-hélicoïdale.(d) a multi-helical primary separation screw. (e) une vis de séparation secondaire simple.(e) a single secondary separation screw. (f) deux tamis primaire et secondaire (g) deux orifices d’évacuation des fèves et des débris de coques.(f) two primary and secondary sieves (g) two discharge openings for beans and shell debris. (h) un seul moteur pour trois transmissions poulies-courroie et une transmission par engrenage.(h) a single motor for three pulley-belt transmissions and one gear transmission. (i) une trémie de protection et d’introduction des cabosses.(i) a hopper for protecting and introducing the pods. 2. Une machine telle que précisée dans la revendication 1, utilisant un modèle de rouleau porte-fraises, fraises disposées en rangées quinconces le long du rouleau et à angles préférentiels de 45° sur la circonférence, soit 8 rangées (figure 13).2. A machine as specified in claim 1, using a mill holder roller model, milling cutters arranged in staggered rows along the roll and at preferential angles of 45 ° on the circumference, ie 8 rows (Figure 13). 3. Une machine telle que précisée dans la revendication 1, dont l’ossature offre un encombrement réduit pour 4 niveaux de transmission de puissance.3. A machine as specified in claim 1, the framework of which offers a small footprint for 4 levels of power transmission. 4. Une machine telle que précisée dans la revendication 1, dont le rouleau moteur porte-fraises de broyage doit tourner à une vitesse de rotation de 25 tr/min.4. A machine as specified in claim 1, in which the motorized roller mill holder is to rotate at a rotational speed of 25 rpm. 5. Une machine telle que précisée dans la revendication 2, avec des fraises de broyage façonnées, affûtées et dimensionnées pour déchiqueter aisément la coque de la cabosse.5. A machine as specified in claim 2, with crushing cutters shaped, sharpened and sized to easily shred the shell of the pod. 6. Une machine telle que précisée dans la revendication 1, pour laquelle un seul moteur est utilisé pour commander trois transmission poulies-corroie et une transmission par engrenage sans (ou avec) modification des vitesses des arbres des rouleaux porte-fraises.6. A machine as specified in claim 1, for which a single motor is used to control three pulley-belt transmission and a gear transmission without (or with) modification of the speeds of the shafts of the cutter-holder rollers. 7. Une machine telle que précisée dans la revendication 1, utilisant un rouleau ou vis primaire de séparation à 9 filets de profil rond et de vitesse de rotation réglée à - de la vitesse d’entrée We (sur le rouleau porte-fraises moteur).7. A machine as specified in claim 1, using a primary separation roller or screw with 9 round profile threads and with a rotation speed set at - the input speed W e (on the motor cutter-holder roller ). 8. Une machine telle que précisée dans la revendication 5 utilisant un rouleau ou vis primaire de séparation pour mater une coque « résistante » entre les parois ondulées du bâti jusqu’à la rupture si possible, le rouleau de séparation est dimensionné pour encaisser en toute sécurité une charge radiale FR = 100 N.8. A machine as specified in claim 5 using a primary separation roller or screw to mat a "strong" shell between the corrugated walls of the frame until failure if possible, the separation roller is sized to collect completely. safety a radial load F R = 100 N. 9. Une machine telle que précisée dans la revendication 1, utilisant deux tamis primaire et secondaire assurant une séparation effective des fèves distincte de celle des débris de coques.9. A machine as specified in claim 1, using two primary and secondary sieves ensuring effective separation of beans distinct from that of hull debris. 10. Une machine telle que précisée dans la revendication 1 dont l’entraxe des deux rouleaux porte-fraises, les jeux trémie-rouleaux et l’inclinaison des parois de la trémie assure un broyage de la cabosse uniquement dans la zone centrale entre les rouleaux.10. A machine as specified in claim 1, the center distance of the two cutter-holder rolls, the hopper-roller clearances and the inclination of the walls of the hopper ensures grinding of the pod only in the central zone between the rollers. . 11. Une machine telle que précisée dans la revendication 5, dont la motorisation et les dimensions des rouleaux de broyage permettent d’atteindre d’écabosser plus de 90 000 cabosses par jour.11. A machine as specified in claim 5, whose motorization and the dimensions of the crushing rollers make it possible to shell over 90,000 pods per day.
OA1201700179 2017-05-16 Cocoa husking machine, device used for this purpose. OA18277A (en)

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