Thiết kế, chế tạo hệ thống tách vỏ nha đam

Model BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TÁCH VỎ NHA ĐAM Ngành KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành KỸ THUẬT CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn Th S Lê Hồng Hiệu Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Trương Quang Ân 1711040259 17DCKB1 Phạm Văn Dương 1711040286 17DCKB1 Nguyễn Đức Khiêm 1711040345 17DCKB1 TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 08 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG.

TỔNG QUAN

Tổng quan về cây nha đam

Cây nha đam, hay còn gọi là lô hội (Aloe Vera), có nguồn gốc từ Bắc Phi Đây là loại cây nhỏ với lá nhọn, mép lá có gai sắc và khả năng chịu hạn tốt nhờ vào khả năng giữ nước của lá Nha đam phát triển tốt trong điều kiện ánh sáng đầy đủ và thường xuyên ra hoa.

Từ thời Ai Cập cổ đại, lá nha đam đã được xem là một thần dược với nhiều công dụng Nữ hoàng Cleopatra nổi tiếng với việc sử dụng nha đam để duy trì làn da mịn màng và tươi tắn Đồng thời, đại đế Hy Lạp Alexandros cũng đã áp dụng nha đam để chữa trị vết thương cho binh lính trong các cuộc viễn chinh của mình.

Cây nha đam đã được biết đến và sử dụng từ hơn 3000 năm trước, như thể hiện qua những hình vẽ và chữ tượng hình trên các bức tường đền đài Ai Cập Ngày nay, vai trò của cây nha đam trong đời sống con người đã được khẳng định, đặc biệt trong các lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm.

Thành phần hóa học

Phân tích thành phần nhựa lấy từ lá Nha Đam (cây lô hội), cho thấy một số chất sau:

- Axít amin (tối thiểu 23 loại), vitamin (gồm có B1, B2, B5, B6, B12, axít folic,

C, A, E), có chứa một số khoáng tố vi lượng (Na, K, Fe, Ca, P, Cu, Zn, Mn, Mg, Cr)

- Các Monosaccharid, Polysaccharid như: Cellulose, rhamnose, glucose, aldopentose, xylose, galactose, mannose, arabinose và acemannan, có tác dụng kháng virút, giúp tăng cường hệ miễn dịch của cơ thể

Axít gama linolenic, thuộc nhóm prostaglandin và axít béo chưa bão hoà, có tác dụng tiêu sưng, giảm dị ứng, hỗ trợ làm lành vết thương và thúc đẩy quá trình tái tạo da non.

- Các Enzym: Có lợi cho hệ tiêu hoá giúp ăn ngon, làm thuốc bổ: Lipaza, oxydaza, Amilaza, Catalaza, Allnilaza…

- Nhóm chất anthraglycoside Anthraquinon: Có khả năng chống oxy hoá, nhuận trường, giúp giải độc, chống táo bón… [1].

Giá trị dinh dưỡng của nha đam

Chống lão hóa và ngăn ngừa bệnh ung thư là nhiệm vụ quan trọng nhờ vào hàm lượng vitamin A, C và E có trong thực phẩm Những vitamin này giúp cơ thể chống lại các gốc tự do, được coi là nguyên nhân chính gây ra tình trạng lão hóa và ung thư.

Cung cấp dưỡng chất thiết yếu cho cơ thể, thực phẩm này chứa hàm lượng cao vitamin B-12 và axit folic, cùng với các khoáng chất như magie, đồng, kali, canxi, kẽm, crom và selen Những khoáng chất này hỗ trợ sự khỏe mạnh của các tế bào enzyme, giúp cải thiện quá trình chuyển hóa dinh dưỡng trong cơ thể một cách hiệu quả.

Phòng chống nhiều bệnh tật khác: vì chứa hơn 20 loại amino axit, trong đó có khoảng 7−8 loại cần thiết cho cơ thể để phòng chống lại nhiều bệnh tật

Gel nha đam giúp trung hòa độ pH trong cơ thể nhờ vào thành phần kiềm của nó, từ đó duy trì môi trường pH ổn định và ngăn ngừa sự phát triển của bệnh tật.

Tác dụng của cây nha đam

Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng nhựa nha đam có khả năng sát khuẩn và gây tê, giúp sát trùng, thanh nhiệt và thông tiểu Ngoài ra, nhựa nha đam còn có tác dụng làm dịu vết thương do bỏng nhẹ, côn trùng châm chích, và làm mềm da bị chai cứng do rám nắng.

5 nắng Nhựa nha đam cũng có tác dụng làm tăng vi tuần hoàn (giúp máu ngoại vi lưu thông tốt)

Nhũ dịch từ nha đam được sử dụng để sản xuất các loại thuốc điều trị eczema và mụn tróc lở, đồng thời giúp thúc đẩy quá trình lành vết thương Nha đam tươi có khả năng kháng khuẩn, đặc biệt là với vi khuẩn lao (in vitro).

Thời xa xưa từ Hypocrate đến Hải Thượng Lãn Ông đã biết đến đặc tính nhuận trường, nhuận gan, điều kinh của nha đam

Liều thấp: 20–50 mg nhựa Aloe khô có tính bổ đắng, kiện tỳ vị, nhuận gan

Liều vừa: 100 mg (3-5 lá tươi): Sát trùng đường ruột, điều kinh, nhuận trường, xổ

Liều cao: 200–500 mg (10-20 lá): xổ mạnh

Tại Pháp hiện có khoảng vài chục biệt dược có tác dụng nhuận trường, xổ mà thành phần có chứa Aloes [1]

Nhiều nghiên cứu từ những năm 1930 ở Mỹ và Nga đã chỉ ra rằng thạch từ cây lô hội có khả năng làm lành vết thương, loét và bỏng một cách hiệu quả Khi đắp thạch lô hội lên vùng tổn thương, tốc độ hồi phục sẽ được cải thiện nhanh chóng Hiệu quả này phụ thuộc vào sự hiện diện của aloectin B, một chất có khả năng kích thích hệ miễn dịch.

1.4.4 Trị viêm loét dạ dày

Uống nhựa tươi từ lá nha đam, với liều lượng một muỗng canh mỗi vài giờ khi bụng đói, có thể giúp làm lành vết viêm loét dạ dày Tuy nhiên, cần lưu ý không vượt quá 400 mg gel tươi mỗi ngày để đảm bảo an toàn cho sức khỏe.

Nha đam tươi giúp làm săn chắc da và thu nhỏ lỗ chân lông Việc bôi nhựa tươi lên mặt hàng ngày không chỉ ngăn ngừa nám mà còn làm mịn da và giảm mụn hiệu quả.

Các anthraquinon sẽ kết hợp các ion canxi trong đường tiểu thành hợp chất tan được để tống ra ngoài theo nước tiểu [1]

1.4.7 Bệnh xơ gan cổ trướng

Để cải thiện sức khỏe, bạn có thể sử dụng một nắm cây Aloe vera đã gọt bỏ gai hai bên lá, kết hợp với nửa lít mật ong nguyên chất Xay đều hỗn hợp này trong máy sinh tố và uống 20 ml (1 muỗng canh) ba lần mỗi ngày, 15 phút trước bữa ăn Việc sử dụng liên tục trong nhiều tháng có thể giúp bệnh thuyên giảm hoặc khỏi hoàn toàn Lưu ý, không nên thêm rượu cho những người bị bệnh gan.

1.4.8 Bệnh tiểu đường và cao huyết áp

Để sử dụng nha đam (Aloe vera) hiệu quả, bạn hãy lấy một nắm lá, gọt bỏ phần gai hai bên, sau đó nấu sôi và để nguội Tiếp theo, cho tất cả vào máy sinh tố xay nhuyễn để lấy nước uống Nên uống 1 ngày 3 lần, mỗi lần khoảng 1 muỗng canh, và thực hiện 15 phút trước bữa ăn để đạt hiệu quả tốt nhất.

Để tận dụng lợi ích của lá nha đam, bạn hãy lấy một nắm lá, nấu sôi và để nguội Sau đó, uống nước và ăn lá đã nấu chín, mỗi ngày 3 lần, 15 phút trước bữa ăn, với liều lượng khoảng 1 muỗng canh mỗi lần.

- Mỗi ngày lấy 1 hay 2 lá nha đam gọt vỏ, ăn sống Ăn mỗi ngày 3 lần trong nhiều tháng sẽ có kết quả khả quan

Người bị huyết áp mà không mắc tiểu đường có thể sử dụng đường nguyên chất hoặc đường phèn, trong khi người bị tiểu đường nhưng không bị huyết áp cao nên ăn kèm với muối.

Mỗi ngày, bạn có thể thưởng thức 200g lá nha đam tươi đã rửa sạch và cắt bỏ gai hai bên Sử dụng dao inox, rạch nhiều hình vuông nhỏ trên lá nha đam, sau đó cắt thành từng miếng rời Thêm vào đó 50g đường cát, 2 muỗng canh mật ong và một ít nước đá đập nhỏ để tạo thành món ăn giải khát thơm ngon.

Hoặc dùng 500 ml nước cốt nha đam, 200 ml mật ong trộn đều, để vào tủ lạnh dùng dần Ngày uống 3 lần, mỗi lần 3 muỗng canh trước bữa ăn

Lấy nước vo gạo để lắng và loại bỏ nước trong bên trên, sau đó dùng muỗng nạo nhựa nhớt từ lá nha đam với lượng tương đương Trộn đều nước vo gạo và nhựa nha đam, sau đó vào buổi tối, trước khi đi ngủ, lau mặt sạch và thoa đều dung dịch lên mặt, để qua đêm và rửa lại bằng nước ấm vào sáng hôm sau.

Trong thực phẩm, lá nha đam dùng để ăn tươi với đường hoặc nấu chè, sữa chua

Có nơi còn dùng lá nha đam để nấu canh Ngoài ra nha đam còn được làm chất đông kết cho rất nhiều món ăn [1]

Nhờ vào những đặc tính tuyệt vời của nhựa Nha đam, các nhà y dược học đã phát triển các sản phẩm mỹ phẩm từ nguyên liệu này, đặc biệt là kem dưỡng da Gel Nha đam có pH gần giống với pH tự nhiên của da, giúp làm tươi sáng và cân bằng độ axit trên da hiệu quả.

Trên thị trường hiện nay, nhiều thương hiệu mỹ phẩm đã sử dụng tên Aloe vera làm tên thương mại cho các sản phẩm như kem chống nắng, kem dưỡng da, dầu gội, dầu khử mùi, chất chống mốc, xà phòng và dầu cạo râu.

Hình 1.2: Thị trường tiêu thụ nha đam năm 2018 [3]

Tình hình phân bố cây nha đam

Phân bố Trên thế giới, cây nha đam mọc ở những vùng nhiệt đới Châu Phi, Madagasca, Ả Rập, Nam Phi, Ethiopia, Nam Á và Đông Nam Á

Cây nha đam đang được mở rộng trồng tại tỉnh Ninh Thuận, với tổng diện tích hiện tại là 330 ha, chủ yếu tập trung ở phường Văn Hải, Mỹ Bình, và Mỹ Hải thuộc thành phố Phan Rang – Tháp Chàm Ngoài ra, diện tích trồng cũng đang được mở rộng tại các xã Mỹ Sơn và Quảng Sơn của huyện Ninh Sơn Dự kiến, đến năm 2030, diện tích trồng nha đam sẽ tăng lên 550 ha.

Một năm, tính trung bình có khoảng 10 đến 11 lần thu hoạch Về sản lượng là khoảng từ 4- 6 tấn/sào/đợt [4]

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

Tình hình chế biến thạch nha đam

Kết quả khảo sát cho thấy tiềm năng phát triển sản xuất và sản phẩm từ cây nha đam rất lớn Quy trình chế biến nha đam bao gồm nhiều công đoạn như sơ chế, vệ sinh, gọt vỏ và chần, đòi hỏi lượng nhân công và máy móc lớn Đặc biệt, công đoạn gọt vỏ thường phải thực hiện bằng tay do hình dáng không đồng đều và có gai của lá nha đam, gây khó khăn trong quản lý an toàn vệ sinh thực phẩm Quy trình gọt vỏ bằng tay gồm hai bước: cắt bỏ đầu và đuôi lá, sau đó gọt vỏ mặt trên và dưới.

Giải pháp

Theo khảo sát, trên thị trường hiện có một số máy gọt vỏ cây nha đam nhập khẩu từ Trung Quốc, nhưng chưa được áp dụng rộng rãi do tỉ lệ hao phí cao và phải cấp liệu bằng tay, cùng với việc di chuyển phần thịt nha đam sang máy khác để thái hạt lựu Một số máy đến từ Ấn Độ, Trung Quốc và châu Âu yêu cầu cắt hai đầu và vát mép lá nha đam trước khi đưa vào máy, làm giảm năng suất Tại Việt Nam, chưa có đơn vị nào nghiên cứu và phát triển máy tách vỏ nha đam cho sản xuất, khiến các doanh nghiệp phải sử dụng nhiều công nhân cho công đoạn này.

Nhóm nghiên cứu đã đề xuất thiết kế và chế tạo hệ thống tách vỏ nha đam nhằm đáp ứng nhu cầu và tình hình thiết bị phụ trợ cho công đoạn sơ chế cây nha đam Hệ thống này sẽ có chức năng tách vỏ hiệu quả, góp phần nâng cao quy trình chế biến nha đam.

Một số máy trên thị trường

Hiện nay nhu cầu sản xuất các sản phẩm từ nha đam rất lớn, do đó trên thị trường đã có một số loại máy tách vỏ nha đam

Hình 2.1: Máy tách vỏ nha đam CM-AP1500 [6]

Công ty chế tạo Zhengzhou Cambrian Machinery & Electronic Co., Ltd Thông số kỹ thuật:

- Kích thước (dài x rộng x cao): 1700 x 550 x 1300mm

- Công suất động cơ: 0.7KW

- Công suất hoạt động: 1500kg/giờ

- Khả năng tách vỏ tốt

Hình 2.2: Máy gọt vỏ nha đam PLH [7]

Công ty chế tạo Pasen machine

- Kích thước (dài x rộng cao): 1700 x 550 x 1300mm

- Công suất động cơ: 0.7KW

- Công suất hoạt động: 500kg/giờ

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Giới thiệu máy tách vỏ nha đam

Quy trình gọt vỏ lá nha đam bằng tay bao gồm hai bước chính Đầu tiên, công nhân sẽ cắt bỏ phần đầu và đuôi của lá, đồng thời vạt hai mép gai Sau đó, họ tiếp tục gọt vỏ mặt trên và mặt dưới của lá nha đam để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Nhóm nghiên cứu đã đề xuất thiết kế và chế tạo máy tách vỏ cây nha đam nhằm đáp ứng nhu cầu và tình hình thiết bị phụ trợ cho công đoạn sơ chế cây nha đam Máy này sẽ có chức năng tách vỏ hiệu quả, giúp tối ưu hóa quy trình chế biến.

Sau khi rửa sạch và cắt bỏ hai đầu, cây nha đam sẽ được đưa vào hệ thống cắt mép vỏ, giúp định hướng các lá nha đam Tiếp theo, các lá sẽ được đưa vào cơ cấu tách vỏ để tách phần thạch nha đam Sản phẩm cuối cùng của quy trình này là thạch nha đam đã được xử lý.

Tính cấp thiết của đề tài

Kết quả khảo sát cho thấy cây nha đam có tiềm năng phát triển sản xuất và các sản phẩm từ nó rất lớn Quy trình chế biến nha đam bao gồm nhiều bước như sơ chế, vệ sinh và gọt vỏ, đòi hỏi lượng nhân công và máy móc đáng kể.

Quy trình gọt vỏ nha đam thường được thực hiện bằng tay do hình dáng cây nha đam không đồng đều và có gai hai bên, dẫn đến việc cần nhiều nhân công Do đó, việc thiết kế và chế tạo máy tách vỏ nha đam là cần thiết để nâng cao năng suất và giảm chi phí lao động.

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của dự án là thiết kế và chế tạo máy tách vỏ nha đam với công suất 2 tấn/giờ, đạt hiệu quả bóc vỏ trên 90% Máy sẽ giúp nâng cao năng suất lao động và giảm thiểu chi phí nhân công, đồng thời đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Sản phẩm cũng cần đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế hợp lý trong sản xuất.

Việc này không chỉ giúp sinh viên ngành Kỹ thuật cơ khí nâng cao kiến thức mà còn củng cố trình độ chuyên môn vững chắc, từ đó tự tin làm chủ các lĩnh vực khoa học và công nghệ.

Người có kỹ thuật cần có phương pháp tư duy hệ thống, kiến thức khoa học cơ bản vững chắc và kỹ thuật chuyên môn cao Họ phải sở hữu kỹ năng thực hành tốt, khả năng nghiên cứu độc lập và sáng tạo, cùng với khả năng làm việc nhóm hiệu quả Ngoài ra, họ cũng cần thích ứng tốt với môi trường kinh tế-xã hội và có khả năng giải quyết những vấn đề khoa học và kỹ thuật một cách hiệu quả.

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Yêu cầu thiết kế

- Chế tạo máy tách vỏ nha đam phục vụ trong ngành giải khát và mỹ phẩm

- Năng suất của máy xấp xỉ 2 tấn/giờ

- Máy sử dụng vật liệu, công nghệ có sẵn trong nước

- Máy giúp giảm thời gian sơ chế vỏ nha đam trong quá trình sản xuất

- Máy có độ bền cao, dễ dàng nâng cấp, lắp đặt, thay thế và bổ sung.

Phân tích chức năng nhiệm vụ thiết kế

Máy tách vỏ nha đam bán tự động được thiết kế với nhiều chức năng tiện ích, bao gồm cấp nha đam, cắt mép hai bên và tách riêng phần vỏ và thạch nha đam Thiết bị này giúp tối ưu hóa quy trình chế biến nha đam, đồng thời giảm thiểu phế phẩm trong sản xuất.

Hình 4.1: Sơ đồ chức năng

4.2.1 Phân tích chức năng cấp nha đam

Nha đam sau khi được rửa sạch và cắt bỏ hai đầu sẽ được đưa vào máy để chuẩn bị nhiệm vụ tiếp theo

 Phương pháp 1: Cấp nha đam bằng tay

Người vận hành máy sử dụng sức lực để đưa nha đam vào hộp dao cắt mép qua thanh dẫn hướng Sau đó, rulo ép bên trong sẽ nén nha đam với lực vừa đủ để chuyển sang công đoạn tiếp theo.

Nha đam được cắt bỏ hai đầu

Cơ cấu dao cắt mép

- Tận dụng được sức lao động của người vận hành máy

- Tiết kiệm một phần chi phí

- Việc cấp nha đam bằng tay sẽ cho năng suất không cao

- Công việc lặp đi lặp lại dễ gây nhàm chán đối với người vận hành

 Phương pháp 2: Dùng hệ thống băng tải cấp nha đam

Với phương pháp này băng tải hoạt động liên tục người vận hành máy sẽ xếp nha đam lên băng tải để băng tải thực hiện nhiệm vụ

- Tăng tốc quá trình cấp phôi cho máy

- Năng suất cao hơn so với cấp nha đam bằng tay

- Cần bảo dưỡng định kì

Hình 4.2: Băng tải cấp nha đam

Để đạt được mục tiêu thiết kế hệ thống tách vỏ nha đam với năng suất khoảng 2 tấn/giờ, phương pháp sử dụng băng tải để cấp nguyên liệu là lựa chọn tối ưu.

 Tính toán hệ thống băng tải:

- Lưu lượng lá nha đam vào máy tách vỏ: 2000 kg/h [phụ lục 1A]

- Kích thước trung bình của lá nha đam: dài x rộng x cao = 300 x 90 x 28mm

- Chọn chiều rộng băng tải B = 160 mm

- Công suất yêu cầu Q = 2000 kg/h, vận tốc băng tải xác định bằng công thức

4.2.2 Phân tích cơ cấu cắt mép vỏ nha đam

Hình 4.3: Cơ cấu cắt mép

Nha đam sau khi được cắt mép sẽ được rulo đẩy với lực vừa phải vào bộ phận tách vỏ hai mặt của nha đam

Nha đam sẽ được đưa vào miệng cắt, với phần nhỏ được cắt trước và phần lớn cắt sau, nhờ vào lò xo gắn ở hai thanh dao cắt mép.

Hình 4.4: Nguyên lý hoạt động cơ cấu cắt mép nha đam

 Cơ cấu cắt mép nha đam gồm có 3 phần: miệng dẫn hướng, dao cắt mép, lò xo

Miệng dẫn hướng cần được thiết kế để mở rộng tối đa, cho phép lá nha đam có thể dễ dàng lọt qua Kích thước tối đa của miệng dẫn hướng nên đạt khoảng 125 mm để phù hợp với chiều rộng của lá nha đam.

Hình 4.5: Kích thước miệng dẫn hướng

Dao cắt mép được lắp đặt sau miệng dẫn hướng với khoảng cách 30mm và đặt ở góc 30 độ, giúp cắt bỏ hoàn toàn mép mà không làm mất quá nhiều phần thịt.

Lưỡi dao cắt vỏ mép được thiết kế có thể dễ dàng tháo lắp và thay thế

Hình 4.6: Miệng dẫn hướng đã được gắn dao cắt mép

Miệng của thiết bị sẽ mở rộng khi lá nha đam được đưa vào bộ phận cắt mép, với hướng của lá nha đam phải song song với lưỡi cắt Thiết bị này được gắn với hai cặp lò xo, và lực căng của các lò xo cần phải gần bằng lực cần thiết để cắt các cạnh có gai của lá nha đam.

Lò xo dùng cho chuyển động ngang của miệng dẫn hướng

The design of the spring is based on structural analysis aimed at determining the maximum force required to cut the edges of aloe vera leaves According to the document "Design, development, and evaluation of aloe vera leaf gel expulsion machine," the necessary force has been identified.

9,10 N khi cắt một bên của lá nha đam Xem như khi cắt mép một bên của miếng dẫn hướng phải mở rộng lên đến 0,05m

Vì cả hai lò xo đều song song

Lò xo trong hệ thống cần có độ cứng nhỏ hơn 91 N/m; nếu độ cứng vượt quá mức này, miệng dẫn hướng sẽ không mở đủ, dẫn đến việc cắt mép không chính xác và ảnh hưởng đến chất lượng sạch của vỏ.

4.2.3 Phân tích chức năng tách vỏ mặt trên và dưới

Phương pháp này được thực hiện nhờ hai trục rulo

Hình 4.8: Cơ cấu tách vỏ mặt

Nha đam sau khi cắt mép sẽ được ép bằng rulo với lực vừa phải thông qua dao tách vỏ Công đoạn này được thực hiện bởi dao cắt có kích thước lớn.

Hình 4.9: Nguyên lý hoạt động cơ cấu tách vỏ mặt trên, dưới

 Cơ cấu tách vỏ khỏi thạch nha đam gồm: rulo, dao tách vỏ

Khi thiết kế rulo cần chú ý đến kích thước và tốc độ quay của rulo

Kích thước rulo cần được thiết kế với chiều dài và đường kính phù hợp để kẹp lá nha đam hiệu quả Bề mặt rulo phải có độ nhám nhằm giữ chặt lá và hướng chúng về phía lưỡi cắt Cả hai rulo cần có khoảng hở nhất định và chuyển động ngược chiều nhau để đảm bảo lá nha đam được đưa qua một cách dễ dàng và liên tục.

Tốc độ quay của rulo là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất Nếu tốc độ quay thấp hơn yêu cầu, sản lượng sẽ giảm và thời gian sản xuất sẽ kéo dài Ngược lại, nếu tốc độ quay vượt quá mức cần thiết, số lượng lá chưa được tách sạch vỏ sẽ gia tăng Do đó, việc điều chỉnh tốc độ quay của rulo là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất trong quá trình sản xuất.

Dao tách vỏ được thiết kế dựa trên chiều rộng tối đa của lá nha đam là 12,5 cm Nghiên cứu cho thấy cắt tối đa 1,25 cm từ cả hai mặt của lá nha đam sau khi thực hiện quy trình cắt mép, do đó chiều rộng tối đa của lưỡi cắt sẽ là 10 cm.

Chiều rộng của lưỡi dao = Chiều rộng tối đa - chiều rộng của vết cắt

Lưỡi dao cần được thiết kế với hai lưỡi để tách vỏ theo hình dạng cong của lá Do thiếu số liệu thực tế và không có máy thử nghiệm, chúng tôi đã tham khảo lưỡi dao từ nghiên cứu “Thiết kế, phát triển và đánh giá máy ép gel từ lá nha đam [9]”.

Lưỡi dao được thiết kế theo phương pháp thực nghiệm nhằm xác định góc cắt tối ưu, với lưỡi trên nghiêng 25 độ và lưỡi dưới được điều chỉnh ở góc phù hợp.

335 độ so với vỏ của lá

Hình 4.10: Kích thước dao tách vỏ mặt dưới

4.2.4 Phân tích chức năng tách vỏ và thạch

Nha đam sau khi trải qua các công đoạn tách vỏ sẽ cho ra sản phẩm thạch và vỏ riêng biệt

 Yêu cầu khi tách vỏ:

- Vỏ nha đam được tách sạch khoảng 90%

- Thạch nha đam đảm bảo không bị dập nát trong quá trình tách vỏ

Hình 4.11: Nha đam sau khi đã được tách vỏ

Tính toán thiết kế

Hình 4.12: Sơ đồ động của máy

Sản lượng cần đạt là 2 tấn/h, vậy mỗi phút cần tách được 2/60 = 0.033 tấn = 33 kg nha đam

Trọng lượng 1 lá nha đam là khoảng 450g, vậy số lượng lá nha đam cần tách trong 1 phút là 33000/450 = 73.3 sấp sỉ 74 lá

Với chu vi rulo là 188 mm và chiều dài một lá nha đam khoảng 280 mm, rulo cần cuốn khoảng 2 vòng để tách được 1 lá nha đam.

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình xử lý nha đam, cần thiết phải đạt tốc độ quay là 148 vòng/phút Tuy nhiên, do các lá nha đam được cấp không liên tục và có khoảng hở nhỏ giữa chúng trên băng truyền, tốc độ quay cần được tăng lên 160 vòng/phút để cải thiện hiệu quả.

Hình 4.13: Động cơ 1HP 1 pha

Kích thước hình học của động cơ:

- Mã vỏ frame size 80, chiều cao tâm trục xuống mặt đất: 80mm

- Đường kính mặt bích YL: 200mm

Bảng 4.1: Thông số động cơ

Kiểu động cơ Công suất Tốc độ vòng quay

0.8KW YL 0.8KW 1450RPM 220V 5A Để có được vận tốc cần thiết ta cần giảm từ 1400 vòng/phút xuống 320 vòng/phút

Tỉ số truyền cần thiết:

Tỉ số truyền lớn có thể dẫn đến kích thước cồng kềnh và trọng lượng tăng cho máy khi sử dụng hộp giảm tốc, do đó, việc sử dụng hộp điều khiển tốc độ là giải pháp tối ưu hơn.

Hình 4.14: Hộp điều khiển động cơ DC 1 pha 1500W 220 VDC

Thông số công suất, momen và số vòng quay các trục:

Bảng 4.2: Công suất, momen và số vòng quay các trục

Thông số Động cơ I II

Số vòng quay vòng/phút 320 160 160

4.3.2 Tính toán lựa chọn bộ truyền

Bảng 4.3: So sánh bộ truyền xích và bộ truyền đai

Bộ truyền xích Bộ truyền đai Ưu điểm

Truyền tải không độ trượt Truyền lực có tính đàn hồi

Có thể truyền lực lớn Chạy êm

Tỷ lệ truyền không thay đổi Phí bảo dưỡng ít

Hoạt động được trong môi trường có độ ẩm và nhiệt độ cao

Không cần thiết bôi trơn nên không văng dầu nhớt

Vận tốc xích giới hạn Thêm tải trọng lên ổ trục do lực căng đai Tiếng ồn lớn lúc hoạt động Bị trượt do sự dãn nở của dây đai

Cần bôi trơn nên dầu nhớt có thể văng trong quá trình vận hành

Tỷ lệ truyền ít chính xác hơn bộ truyền xích

Nhóm quyết định chọn bộ truyền đai do chi phí thấp và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm trong quá trình vận hành máy.

Thông số đầu vào của bộ truyền đai: công suất 0.8 kW, số vòng quay 320 v/phút, tỷ số truyền u = 2 [phụ lục 3A]

Dây đai được sử dụng là dây đai B-57

Bảng 4.4: Thông số dây đai

Loại dây Tiết diện ngoài

Góc nghiêng θ (độ) Dây đai thang bản B 1490 16.7 10.7 40

Tính đường kính bánh đai nhỏ d1 = 1.2dmin với dmin = 63 mm chọn trong bảng 4.3

Thông số đầu vào: công suất 0.8 kW [phụ lục 4A]

Bảng 4.5: Thông số hình học của bánh răng M3A-25

Số răng Mô đun Đường kính vòng chia Đường kính đỉnh răng

Hình 4.16: Thông số hình học và bánh răng loại A

Chọn sơ bộ đường kính trục [phụ lục 5A]:

Chiều dài trục 1 = 294 mm, trục 2 = 242 mm

4.3.4.1 Tính toán trục 1 (rulo dưới)

Hình 4.17: Sơ đồ lực tác dụng lên trục 1

Thành phần lực tác dụng lên trục:

Hình 4.18: Biểu đồ lực cắt và momen trục 1 theo phương Oyz

Hình 4.19: Biểu đồ lực cắt và momen trục 1 theo phương Oxz

Momen tương đương (N.m) Đường kính (mm)

C và E là 2 ổ lăn nên chọn d C = d E = 35 mm

Mô phỏng kiểm nghiệm trục 1

Bảng 4.7: Chuyển vị của trục 1 khi có lực tác dụng

Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất

Displacement (kết quả sự chuyển vị)

Bảng 4.7 thể hiện sự chuyển vị của trục khi có lực tác dụng Điểm chuyển vị lớn nhất là 0.000mm và điểm chuyển vị nhỏ nhất là 0.000mm

Bảng 4.8: Ứng suất của trục 1 khi có lực tác dụng

Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất Ứng suất Ứng suất von

Bảng 4.8 thể hiện ứng suất uốn của trục Điểm ứng suất nhỏ nhất của trục là 40.777N/m 2 ở nút 7177 và ứng suất lớn nhất là 167,839.953N/m 2 ở nút 1172

4.3.4.2 Tính toán trục 2 (rulo trên)

Hình 4.20: Sơ đồ lực tác dụng lên trục 2

Thành phần lực tác dụng lên trục:

Hình 4.21: Biểu đồ lực cắt và momen trục 2 theo phương Oyz

Hình 4.22: Biểu đồ lực cắt và momen trục 2 theo phương Oxz

Momen tương đương (N.m) Đường kính (mm)

B và D là 2 ổ lăn nên chọn d B = d D = 25 mm

Mô phỏng kiểm nghiệm trục 2

Bảng 4.10: Chuyển vị của trục 2 khi có lực tác dụng

Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất

Displacement (kết quả sự chuyển vị)

Bảng 4.10 thể hiện sự chuyển vị của trục khi có lực tác dụng Điểm chuyển vị lớn nhất là 0.000mm và điểm chuyển vị nhỏ nhất là 0.000mm

Bảng 4.11: Ứng suất của trục 2 khi có lực tác dụng

Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất Ứng suất Ứng suất von

Bảng 4.11 thể hiện ứng suất uốn của trục Điểm ứng suất nhỏ nhất của trục là 754.919N/m 2 ở nút 2930 và ứng suất lớn nhất là 80,808.625N/m 2 ở nút 9417

4.3.5 Tính toán then Điều kiện bền dập và bền cắt

20 × 18 × 6 = 47.435 ≤ [𝜏 𝑐 ] Trong đó d, đường kính trục = 20 mm

T, momen xoắn trên trục, trục 1 = 48185 Nmm, trục 2 = 51229.9 Nmm lt = 18, b = 6, h = 6, t = 3.5

[σd] ứng suất dập cho phép = 150 Mpa

[τC] ứng suất cắt cho phép = 60…90 Mpa

4.3.6 Chọn gối đỡ trục dưới

Chọn gối đỡ: UCP 203 Đường kính trục: 17mm

Khoảng cách lỗ ốc: 95mm

Chiều cao tâm trục: 30.2mm

Tính toán kiểm nghiệm độ bền [phụ lục 6A]

Hình 4.23: Gối đỡ UCP 203 4.3.7 Vòng bi

Chọn vòng bi: Mã vòng bi 6002 Đường kính trong (d): 15mm Đường kính ngoài (D): 32mm Độ dày vòng bi (T): 9mm

4.3.8 Tính toán thiết kế khung

Chọn vật liệu làm khung

Khung được làm từ thép chữ L mác A36 với kích thước 50x50x5mm, là loại thép hình phổ biến trong xây dựng và kết cấu chịu lực cho các công trình công nghiệp và dân dụng.

 Đặc điểm của thép chữ L:

- Thép chữ L có thiết kế độ dài cánh ngắn hơn so với độ dài bụng nên có khả năng chịu lực và giữ cân bằng tốt

- Có khả năng chống ăn mòn và oxy hóa cao Giúp cho công trình luôn giữ được vẻ đẹp thẩm mỹ và bền đẹp với thời gian

Hình 4.25: Thông số hình học thép chữ L

Tính toán lực tác dụng lên khung

Với khung đã thiết kế, ta chia làm các khung đơn giản để phân tích lực

Giả sử tải trọng máy là 500 N phân bố đều trên các thanh, mỗi khung sẽ chịu lực phân bố đều 125 N Để đảm bảo độ vững và tránh tình trạng lật, cần tăng thêm 10% lực dọc và bổ sung lực ngang bằng 3% lực dọc Như vậy, lực được phân bố sẽ đảm bảo an toàn cho máy trong quá trình vận hành, tránh va chạm.

Hình 4.26: Lực tác dụng lên khung

Lực phân bố trên thanh BC: 𝑞 1 × 482 = 137.5 𝑁

Lực phân bố trên thanh AB: 𝑞 2 × 762 = 4.125 𝑁

Hình 4.27: Biểu đồ lực cắt và momen của khung

Từ biểu đồ momen, điểm nguy hiểm được xác định tại E, nơi có momen lớn nhất Để đánh giá độ bền của khung, cần tính toán độ biến dạng tại điểm này Khung được chế tạo từ thép với tiết diện hình chữ L, có kích thước cụ thể như sau:

Tiết diện L có momen quán tính 112502.741 mm^4 và thép có mô đun đàn hồi 200 GPa, cho thấy chuyển vị tại điểm E là 0.021 mm Chuyển vị này thấp hơn nhiều so với mức cho phép, chứng tỏ khung có độ bền và cứng vững đảm bảo.

Bảng 4.12: Chuyển vị của khung khi có lực tác dụng

Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất

Displacement (kết quả sự chuyển vị)

Bảng 4.12 thể hiện sự chuyển vị của khung khi có lực tác dụng Điểm chuyển vị lớn nhất là 0.033mm và điểm chuyển vị nhỏ nhất là 0.000mm

Bảng 4.13: Ứng suất của khung khi có lực tác dụng

Tên Loại Nhỏ nhất Lớn nhất Ứng suất Ứng suất von

Bảng 4.13 thể hiện ứng suất uốn của khung Điểm ứng suất nhỏ nhất của khung là 30.875N/m 2 ở nút 12285 và ứng suất lớn nhất là 5,730,742.500N/m 2 ở nút 16260

4.3.9 Lập quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ gia công trục rulo dưới

 Nghiên cứu chi tiết gia công

Hình 4.29: Bản vẽ chi tiết trục rulo dưới

Trục rulo sẽ được chà nhám bề mặt nên có độ nhám ± 0.005 mm theo bảng 2.1

[11] ứng với cấp chính xác IT9

Trục rulo là bộ phận thiết yếu trong máy lột vỏ nha đam, có chức năng ép chặt và đưa nha đam vào lưỡi cắt Hai đầu trục được kết nối với bánh răng truyền động và có gối đỡ, yêu cầu độ đồng trục cao Bộ phận rulo có chiều dài 150 mm và được chà nhám để đảm bảo hiệu suất Vật liệu chế tạo trục là nhụm, phụi cú ứ 67.

 Thiết kế trình tự gia công

1 Chọn chuẩn tinh thống nhất là lỗ tâm 2 đầu và chọn chuẩn thô là mặt ngoài rulo

2 Cắt phôi theo kích thước yêu cầu

4 Gá đặt phôi đầu A sử dụng mâm cặp 3 chấu, khỏa mặt đầu và khoan lỗ chống tâm

5 Tiện thô 1 đoạn dài để sau này kẹp cào mâm cặp

7 Khỏa mặt đầu và khoan lỗ chống tâm

8 Cố định phôi bằng phương pháp chống tâm 2 đầu

9 Dùng phương pháp tiện phối hợp để gia công mặt trụ ngoài rulo

10 Sau đó dùng phương pháp tiện phân tầng để tiện các đoạn còn lại

 Trình tự gia công các bề mặt:

Nguyên công chuẩn bị bao gồm vát mặt đầu và khoan chống tâm 2 đầu Máy sử dụng, Takizawa TSL-550D

Bảng 4.14: Chế độ cắt từng nguyên công trục 1 [12]

Tốc độ trục chính (vòng/phút)

Bước tiến dao (mm/vòng)

Tiện thô mặt ngoài rulo

Tiện bán tinh mặt ngoài rulo

Tiện tinh mặt ngoài rulo

Chà nhám mặt ngoài rulo

Tiện thô các đoạn còn lại

Tiện tinh các đoạn còn lại

Quy trình công nghệ gia công trục rulo trên

 Nghiên cứu chi tiết gia công

Hình 4.30: Bản vẽ chi tiết rulo trên

Quy trình gia công trục rulo trên tương tự như trục rulo dưới [phụ lục 7A]

Vỏ máy đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính thẩm mỹ và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, ngăn chặn dầu nhớt bắn vào thực phẩm trong quá trình hoạt động Chất liệu làm vỏ máy cần phải chống rỉ sét để duy trì hiệu quả sử dụng.

Máy hoàn thiện

Hình 4.32: Hệ thống tách vỏ nha đam

THI CÔNG

Do tình hình dịch bệnh phức tạp, nhóm không thể thực hiện sản phẩm máy như dự kiến Để bù đắp cho việc thiếu sản phẩm thực tế, chúng em đã tạo video mô phỏng, giúp quý thầy/cô có cái nhìn tổng quan về đề tài Dưới đây là kết quả mô phỏng của nhóm.

Trình tự tách vỏ nha đam:

- Nha đam được đặt lên băng tải Sau đó băng tải sẽ có nhiệm vụ đưa nha đam vào cụm dao cắt vỏ mép

Trước khi nha đam được đưa vào cụm dao cắt mép, nó sẽ đi qua cụm rulo ở đầu băng tải, nơi áp dụng một lực cần thiết giúp dao cắt mép thực hiện việc cắt vỏ nha đam một cách hiệu quả.

- Khi qua cụm dao cắt mép cặp rulo phía bên trong sẽ ép nha đam với một lực vừa phải qua 2 lưỡi dao cắt mặt

- Cuối cùng là phần thạch và phần vỏ nha đam đã được cắt

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN

Kết quả

Do tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp nên chúng em không thể làm máy như dự kiến Dưới đây là kết quả thông số máy tính toán

Bảng 6.1: Thông số máy thiết kế

Công suất hoạt động Điện áp

Từ những thông số và kết quả tính toán trên chúng em đã rút ra được một số ưu và nhược điểm của máy

- Máy hoạt động ít gây ồn

- Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

- Do máy có cấu tạo đơn giản nên dễ vận hành, bảo trì và sửa chữa

- Máy chạy bằng cơ cấu đai thang nên cần kiểm tra thường xuyên

- Lưỡi dao chưa cắt được tối ưu nha đam có kích thước nhỏ

- Chỉ phù hợp với nhu cầu sản xuất quy mô nhỏ.

Đánh giá kết quả

Yêu cầu ban đầu Phương pháp sử dụng để kiểm tra kết quả Đạt Chưa đạt

Thiết kế hệ thống tách vỏ nha đam công suất 2 tấn/giờ Tính toán x

Mô phỏng lực Phần mềm Solidworks x

Mô phỏng máy Phần mềm inventor x

Thi công máy Xưởng gia công

Chạy kiểm nghiệm máy Xưởng gia công

Hướng phát triển đề tài

Nhóm sẽ tiến hành kiểm tra và hoàn thiện quá trình thiết kế cũng như tính toán sản phẩm trước khi gia công Cuối cùng, nhóm sẽ thực hiện thử nghiệm bằng cách cấp nha đam vào máy liên tục trong 1 phút để thu thập dữ liệu Kết quả từ thử nghiệm này sẽ được sử dụng để tính toán hiệu suất hoạt động của máy trong vòng 1 giờ.

Dựa trên kết quả thử nghiệm, nhóm sẽ tiến hành tính toán và đề xuất các giải pháp điều chỉnh nhằm nâng cao năng suất của máy.

Khi ép lá nha đam, cơ cấu máy cần nâng hạ nhiều lần do độ dày của các lá khác nhau, điều này có thể gây ra tai nạn trật răng nguy hiểm Để tối ưu hóa quá trình, nhóm nghiên cứu sẽ thay đổi cơ cấu truyền động bánh răng thành bộ truyền động đai thang linh hoạt hơn.

Nhóm chúng tôi đã sử dụng số liệu từ nghiên cứu hiện có để xác định góc cắt của dao tách vỏ nha đam, tuy nhiên chưa tiến hành kiểm nghiệm thực tế Chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu trong thực nghiệm để tối ưu góc cắt, nhằm tách vỏ lá nha đam một cách hiệu quả nhất, giảm thiểu lượng vỏ còn sót lại và giữ lại tối đa thạch trong quá trình tách.

Khi sơ chế nha đam, sau khi tách vỏ khỏi thạch, công đoạn cắt hạt lựu là rất quan trọng Nhóm sẽ phát triển thêm cơ cấu cắt hạt lựu để nâng cao năng suất cho máy.