Nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy tách vỏ hạt sen

Đặt vấn đề

Ngày nay, ứng dụng khoa học kỹ thuật trong nông nghiệp ngày càng trở nên quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực toàn cầu Nhiều quốc gia đang đầu tư nghiên cứu và phát triển các loại máy móc phục vụ chế biến nông sản, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an ninh lương thực.

Hiện nay, thiết bị máy móc nông nghiệp sản xuất trong nước chưa đáp ứng đủ nhu cầu về năng suất, chất lượng, tự động hóa và an toàn thực phẩm, đặc biệt là trong chế biến và bảo quản nông sản sau thu hoạch, dẫn đến tỉ lệ phế phẩm cao và giá thành sản phẩm khó cạnh tranh Một số nghiên cứu đã thành công trong chế tạo máy nông nghiệp như máy gặt đập liên hợp, máy tách vỏ hạt điều, và máy cắt khóm, giúp tăng năng suất và giảm sức lao động cho công nhân Những thiết bị này không chỉ cải thiện đời sống người lao động mà còn góp phần xóa đói giảm nghèo và giải quyết các vấn đề xã hội cấp thiết.

Việc áp dụng khoa học kỹ thuật trong chế tạo thiết bị chế biến và bảo quản nông sản đang trở nên cấp thiết Đặc biệt, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy chế biến nông sản sau thu hoạch là một ví dụ điển hình cho xu hướng này.

Máy tách vỏ hạt nông sản đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế biến sau thu hoạch, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, sản lượng và giá thành sản phẩm Trong ngành công nghiệp chế biến, giai đoạn tách vỏ hạt thường tiêu tốn nhiều thời gian và nhân lực, do đó việc sử dụng máy móc hiện đại là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Hiện nay, việc tách vỏ hạt sen tươi chủ yếu được thực hiện thủ công, dẫn đến năng suất thấp và không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng Mặc dù sản phẩm từ hạt sen tươi đang được ưa chuộng trên thị trường trong và ngoài nước, nhưng quy trình hiện tại yêu cầu nhiều lao động, làm tăng giá thành sản phẩm Do đó, cần thiết phải phát triển một thiết bị cơ khí hóa để tách vỏ hạt sen, nhằm tiết kiệm sức lao động, nâng cao giá trị thương phẩm, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm, từ đó cải thiện đời sống của người nông dân và thúc đẩy sự phát triển của ngành nông nghiệp, đóng góp vào sự phát triển của nền công nghiệp quốc gia.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu này đề xuất phương án thiết kế các cụm máy và máy hoàn chỉnh, đồng thời phân tích ưu nhược điểm của các phương án thiết kế để tối ưu hóa quy trình chế tạo Đề tài sẽ là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nghiên cứu và chế tạo máy móc, thiết bị phục vụ cho quá trình chế biến hạt sen trong dây chuyền chế biến hạt sen tươi tại Việt Nam.

Việt Nam, với nền nông nghiệp phát triển, có nhiều địa phương trồng sen với diện tích và sản lượng lớn, cần chuyển đổi sang sản xuất công nghiệp để phát triển ngành thực phẩm chế biến sẵn và tăng cường xuất khẩu Tuy nhiên, hiện tại, quá trình chế biến hạt sen chủ yếu vẫn dựa vào phương pháp thủ công và dụng cụ thô sơ, dẫn đến hiệu quả thấp và không đảm bảo an toàn cho người lao động Việc thuê nhiều nhân công để tách vỏ hạt sen trong sản xuất công nghiệp cũng làm tăng chi phí, ảnh hưởng đến lợi nhuận của doanh nghiệp.

Tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy tách vỏ hạt sen” nhằm nâng cao năng suất sản xuất sản phẩm từ hạt sen, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và giảm giá thành Máy tách vỏ hạt sen được chế tạo thành công giúp người sử dụng dễ dàng tách vỏ hạt sen tươi, từ đó tăng năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí chế biến.

Góp phần tạo điều kiện phát triển kinh tế cũng như phát triển ngành kỹ thuật chế tạo máy trong nước

Máy tách vỏ hạt sen tươi có những ưu điểm sau:

 Bảo trì bảo dưỡng dể

 Thiết bị thay thế sẵn có trên thị trường

 Đảm bảo an toàn thực phẩm

 An toàn cho người sử dụng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

 Tìm hiểu các thông số của hạt sen

 Đề xuất nguyên lý của cơ cấu cấp phôi, nguyên lý cắt và tách vỏ hạt sen tươi

 Cơ khí hóa khâu bóc tách vỏ hạt sen tươi

 Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh máy tách vỏ hạt sen tươi.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Hạt sen tươi cần được tách vỏ

 Nguyên lý tách vỏ hạt sen tươi

 Máy tách vỏ hạt sen tươi

Phần thu liệu và tự động phân loại vỏ và hạt sen sau khi tách chưa được nghiên cứu trong đề tài này, và các thiết bị liên quan không nằm trong phạm vi nghiên cứu.

 Hạt sen có nguốn gốc từ sen ở Tỉnh Đồng Tháp

 Cơ khí hóa cụm cấp phôi, cơ khí hóa cụm cắt tách vỏ hạt sen tươi

 Thiết kế, tính toán, nhằm tối ưu hoá, cải tiến và chế tạo máy tách vỏ hạt sen

 Thí nghiệm xác định các thông số làm việc chính của máy

 Năng suất của máy là 100kg/ngày

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp phân tích lý thuyết

Thu thập tài liệu từ các bài báo khoa học, tạp chí, video, sách giáo trình và các nguồn từ internet trong và ngoài nước là bước quan trọng để đảm bảo nội dung nghiên cứu đầy đủ và chính xác Việc này giúp cung cấp cái nhìn tổng quát và sâu sắc về chủ đề nghiên cứu, đồng thời nâng cao tính khả thi và độ tin cậy của kết quả.

 Tiến hành thu thập dữ liệu trực tiếp từ người nông dân, các tiểu thương ở các chợ, các cơ sở sản xuất chế biến hạt sen

 Nghiên cứu các tài liệu và xử lý các số liệu có liên quang

 Từ đó tìm hiểu và phân tích các nguyên lý hoạt động của các cơ cấu rồi đưa ra nguyên lý, qui trình cắt tách vỏ hạt sen tươi

Tiến hành thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hoạt động của cụm máy và máy là bước quan trọng để xác định các thông số chính và hoàn thiện thiết kế.

 Đánh giá kết quả và rút kinh nghiệm

Ngoài ra tác giả còn sử dụng một số phần mềm chuyên dụng để thiết kế, phân tích kêt quả thực nghiệm như: Autocad 2015, Autodesk Inventor Professional

Kết cấu của luận văn tốt nghiệp

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Thiết kế và tính toán

Chương 5: Chế tạo và thử nghiệm

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Giới thiệu về cây sen

Cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn hay Nelumbium speciosum Willd) là một trong những loại thực vật hạt trần có nguồn gốc rất sớm, xuất phát từ Ấn Độ và sau đó lan rộng ra các khu vực như Trung Quốc và đông bắc Úc Châu.

2.1.2 Tình hình trồng sen ở một số nước trên thế giới

Cây sen, một loại thủy sinh phổ biến ở Châu Á, có thể tiêu thụ được từ lá, bông, hạt đến củ Đặc biệt, bông sen thường được sử dụng trong các lễ hội truyền thống của nhiều quốc gia trong khu vực Sen được trồng rộng rãi trên toàn thế giới, nổi bật nhất là ở Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, các nước Đông Nam Á, Nga và một số quốc gia Châu Phi Mặc dù cũng được trồng ở Châu Âu và Châu Mỹ, nhưng chủ yếu với mục đích trang trí thay vì làm thực phẩm.

2.1.3 Thời gian sinh trưởng và phát triển của cây sen

Thời gian sinh trưởng và phát triển của sen từ 4÷5 tháng, thời gian này phụ thuộc vào từng loại giống [5]

Nếu sử dụng giống bằng cây con gieo từ hạt thì thời gian từ khi nẩy mầm đến khi thu hoạch là 5 tháng

Nếu sử dụng giống bằng gương sen thì thời gian từ khi nẩy mầm đến khi thu hoạch là 4 tháng

Giá trị kinh tế của cây sen

Sen, với vẻ đẹp tươi sáng và thuần khiết, không chỉ là biểu tượng của đồng ruộng Việt Nam mà còn là nguồn thu nhập quan trọng cho nhiều nông dân, góp phần xóa đói và giảm nghèo So với các loại cây trồng khác, sen mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội, đồng thời có khả năng tận dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên một cách hiệu quả.

Trồng sen trên các vùng đất trũng ruộng thấp thường bị ngập nước mang lại lợi ích kinh tế cao Đầu tư cho hai công đất chỉ từ 800 nghìn đến một triệu đồng, sau ba tháng có thể thu hoạch Lao động trồng sen không vất vả như trồng lúa, với chu kỳ thu hoạch ngó cứ hai đến ba ngày một lần Đặc biệt, mỗi công đất trồng sen cho sản lượng gương sen đạt từ 1-1,4 tấn/năm, và lợi nhuận từ việc trồng sen cao hơn nhiều so với trồng lúa vào cùng thời điểm.

Việc thu hoạch củ sen không chỉ mang lại thu nhập cao cho nông dân mà còn có thị trường tiêu thụ lớn hơn so với các bộ phận khác của cây sen, theo số liệu thống kê từ năm 1997.

Theo báo cáo năm 1998 của Bộ Nông lâm ngư Nhật, lượng sen tươi nhập khẩu chủ yếu từ Trung Quốc, trong khi củ sen chế biến chiếm hơn 99% Việc trồng sen mang lại nhiều lợi ích, chỉ cần đầu tư một lần và nếu được chăm sóc đúng cách, thời gian thu hoạch có thể kéo dài nhiều năm Do đó, nhiều nông dân đã chuyển từ trồng lúa sang trồng sen, kết hợp với việc đào ao nuôi tôm cá và trồng cây ăn hạt sen, giúp tạo ra thu nhập cao hơn so với trước đây.

Cây sen và công dụng của hạt sen

Trong hạt sen, ngó sen và củ sen có đầy đủ protein, lipid, gluxit, các chất khoáng (canxi, sắt, photpho, natri, kali ), chất xơ, vitamin ( B1, B2, C) và nhiều

Bảy axit amin không thay thế rất cần thiết cho con người, trong đó cây sen được xem là một thảo dược truyền thống quan trọng ở nhiều quốc gia châu Á Hoa sen không chỉ là biểu tượng của sự thịnh vượng, linh thiêng và bất tử trong văn hóa và nghệ thuật, mà còn là biểu tượng chính của nhiều tôn giáo, đặc biệt là Phật giáo và Hindu giáo Tại Việt Nam, cây sen được trồng và khai thác đa dạng với các sản phẩm như củ, ngó, hạt, tim sen và hoa Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là tỉnh Đồng Tháp, nổi bật với diện tích trồng sen để lấy hạt lớn nhất cả nước.

Dựa vào công dụng, cây sen được chia làm 3 loại:

 Loại sen cho củ: thường cho hoa màu trắng, có một ít hoa màu đỏ Nhóm sen này ít bông và gương

 Loại sen cho gương (lấy hạt ): giống này được trồng phổ biến ở Đồng Tháp

 Loại sen cho bông để trang trí: loại này bông có nhiều màu nhưng ít được trồng ở nước ta

Giá trị dinh dưỡng của hạt sen

Sen không chỉ là biểu tượng của sự thanh khiết mà còn thể hiện sự gần gũi trong tâm linh và văn hóa Việt Nam Các món ăn từ sen, đặc biệt là những món chế biến từ hạt sen, mang đến hương vị thanh tao và quý phái, đồng thời vẫn rất thân quen và gần gũi với người thưởng thức.

Hạt sen được coi là bộ phận quý giá nhất của cây sen, khi gương sen chuyển sang màu tím đậm, hạt sen sẽ căng tròn, sẵn sàng để thu hoạch Việc lấy hạt sen khá đơn giản, chỉ cần cạy ra khỏi gương sen, tách vỏ và lớp màng lụa để có những hạt sen nhỏ xinh, tròn đều và màu trắng ngà đẹp mắt Bên trong hạt sen có tim sen xanh, có vị đắng, nhưng sau khi loại bỏ, hạt sen có thể được chế biến thành nhiều món ăn tươi ngon và bổ dưỡng Đồng Tháp, nằm ở phía Nam Việt Nam, nổi tiếng với những cánh đồng sen bạt ngàn, là nơi cung cấp hạt sen chất lượng cao.

8 hạt sen Đồng Tháp cũng có vị ngọt bùi, và thơm ngon hơn các nơi khác hạt sen có giá trị dinh dưỡng cao [1], [6], [15]

Bảng 2.1: Giá trị dinh dưỡng của 100g hạt sen tươi

Thành phần Đơn vị Giá trị

Hạt sen, giàu dinh dưỡng, là thực phẩm tốt cho tâm trí và thận, thường được sử dụng để điều trị các vấn đề như tiêu chảy kéo dài, suy dinh dưỡng, mất ngủ và thần kinh suy nhược.

Hạt sen là nguyên liệu chế biến đa dạng các món ăn bổ dưỡng, bao gồm mứt hạt sen, chè hạt sen long nhãn và hạt sen xào thịt gà.

Công dụng chữa bệnh của hạt sen [8]:

Hằng ngày nấu chè hạt sen ăn vào buổi chiều hoặc tối, có hạt sen tươi càng tốt

 Trẻ em tiêu chảy kéo dài, gầy yếu kém ăn

Hạt sen sấy khô, gạo tẻ rang vàng, hai thứ liều lượng bằng nhau (khoảng 150-200g) tán bột, mỗi ngày cho ăn 6-8g vào lúc đói

 Phụ nữ hay bị sẩy thai

Để chế biến hạt sen, cần 1kg hạt sen đã bỏ vỏ và tim, cùng với 5kg củ mài tươi hoặc 2kg củ mài khô Hai nguyên liệu này được sao vàng, tán mịn và viên lại với hồ nếp từ hạt nhãn Mỗi ngày, nên ăn hai lần, mỗi lần 10 viên vào lúc đói để đạt hiệu quả tốt nhất.

Hạt sen 20g, bèo cái 2 cây, gừng tươi 2 lát, đổ một tô nước đun kỹ, cho uống thay nước chè

 Chữa di tinh, đái đục

Để sử dụng hạt sen và bạch linh, bạn cần chuẩn bị 100g hạt sen (đã bỏ vỏ, bỏ tim) và 20g bạch linh (có thể mua tại hiệu thuốc đông y) Sau đó, hai nguyên liệu này được tán thành bột mịn Mỗi lần trước khi đi ngủ, bạn chỉ cần uống 1 thìa cà-phê bột này với nước lọc để đạt hiệu quả tốt nhất.

Hạt sen 50g được tẩm rượu, sau đó phơi khô và sao vàng, kết hợp với núm đuôi lợn (lấy đoạn ruột sát đuôi dài khoảng 15-20cm) nấu thật kỹ, thêm một chút muối Món này nên ăn vào buổi sáng, thực hiện mỗi vài ba ngày một lần, sau 5 lần sẽ thấy hiệu quả.

 Chữa thiếu máu, ít ngủ, kém ăn

Hạt sen hầm với thịt ba chỉ, ăn hằng tuần liền

 Bồi dưỡng cho phụ nữ mới sinh hoặc mới điều hòa kinh nguyệt

Chọn gà nhỏ khoảng 400-500g, mổ bỏ ruột và cho vào bụng gà một nhúm hạt sen, ý dĩ (bo bo) và gạo nếp đã vo sạch Sau đó, khâu lại và nấu thật nhừ để ăn.

3 ngày lại ăn một bữa như thế

Hạt sen và củ hạt sen chứa enzyme đặc biệt giúp phục hồi protein tổn thương trong cơ thể, giữ cho làn da luôn trẻ trung Nhờ vào lợi ích này, nhiều hãng dược phẩm và mỹ phẩm hiện nay đang tìm kiếm và chiết xuất enzyme từ hạt sen để phát triển sản phẩm chống lão hóa hiệu quả.

Hạt sen chứa hàm lượng kaempferol, một flavonoid tự nhiên có tác dụng ngăn ngừa viêm nhiễm, đặc biệt là chống viêm mô lợi, rất có lợi cho người cao niên.

Hạt sen được chế biến thành nhiều món ăn bổ dưỡng trong dân gian, bao gồm chè sen, mứt sen và chè hạt sen long nhãn.

 Tăng cường cơ chế bài tiết melamin

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí y học thử nghiệm phân tử của

Tinh dầu chiết xuất từ cánh, nhị và ngó sen có tác dụng tích cực trong việc bài tiết melamin, đặc biệt là hợp chất plamitic acid methyl ester Qua cơ chế melanogenesis, hợp chất này giúp ngăn ngừa tình trạng tóc bạc, gãy và lão hóa sớm do thiếu melamin.

 Dùng làm các món ăn thông dụng

Hạt sen, với hương vị thơm ngon, màu sắc bắt mắt và hàm lượng dinh dưỡng cao, được sử dụng rộng rãi trong ẩm thực và y học Chúng có tác dụng bổ dưỡng, an thần, hỗ trợ điều trị tiêu chảy kéo dài, suy dinh dưỡng, mất ngủ, và giảm khát trong mùa hè Hạt sen cũng giúp cải thiện tình trạng thiếu máu và hỗ trợ phụ nữ sau sinh Ngoài ra, hạt sen là nguyên liệu quý giá cho nhiều món ăn ngon như hạt sen xào chay, chè hạt sen, cháo hạt sen, canh hạt sen và sữa hạt sen, không chỉ hấp dẫn mà còn có giá trị dinh dưỡng cao, an toàn cho sức khỏe.

Kỹ thuật trồng sen [1], [5]

 Chọn đất và làm đất:

Cây sen lấy hạt, với tên khoa học là Nemlumbo nucifera Guerin, thích nghi tốt với nhiều loại đất như đất ruộng lúa, đất xám và đất phèn nhẹ Để đạt năng suất hạt cao nhất, cây cần lớp đất canh tác dày và nguồn nước ngọt có độ pH trung tính Tuy nhiên, cây sen không phát triển được trong đất nhiễm mặn.

Trước khi trồng nên cày, xới và bừa đất bằng phẳng, sau đó bơm ngập nước 20-30 cm

Hom giống sen là những ngó sen phát triển từ rễ, lan xa khỏi gốc mẹ và hình thành thành bụi sen với 2-3 lá mới Từ các ruộng sen trưởng thành, có thể thu hoạch hàng chục ngàn hom sen để trồng sang các ruộng mới.

Khi trồng sen, nên chọn hom sen khỏe mạnh và có kích cỡ đồng đều Sau khi bứng, ngâm hom sen trong nước từ 1-3 ngày trước khi trồng Khi trồng, hãy ghim gốc hom sen sâu vào đất và để lá trải trên mặt nước, tránh để cuốn lá sen bị vặn dây.

Có thể trồng thành ô vuông, mỗi gốc sen cách nhau 2 đến 2,5 mét, hoặc hàng cách hàng 3 mét, cây cách cây 2 mét

Một ha trồng từ 2.000 đến 2.500 buội sen là vừa, không nên trồng dày sau này sen không đủ diện tích phát triển, năng suất hạt thấp

Sau khi trồng 1,5 đến 2 tháng thì lá sen trải rộng khắp mặt ruộng với nhiều bụi sen con mọc từ rễ cách xa gốc cây mẹ nơi đất trống

Khoảng 60 đến 65 ngày ruộng sen bắt đầu ra hoa, sau đó gương sen phát triển và hạt chín (hạt già)

Tổng lượng phân bón cần thiết cho mỗi ha trong một vụ khoảng 5 đến 6 tháng bao gồm: 400 kg Super lân hoặc Lân Ninh Bình, 400-500 kg DAP, và 300 kg NPK 16-16-8 Phân bón được chia thành nhiều lần bón khác nhau để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

 Bón lót trước khi trồng (lúc làm đất): 400 kg lân

 Thúc lần 1: 15 NST_1/4N–1/2P2O5–1/4K2O (bón ngay sau khi trồng), 50 kg DAP

 Thúc lần 2: 30 NST, 50 kg DAP

 Thúc lần 3: 45 NST, 50 kg DAP

 Thúc lần 4: 60 NST, 50 kg DAP

 Thúc lần 5: 75 NST, 50 kg DAP + 50 kg NPK

Các lần sau cứ 15 ngày bón 50 kg NPK +50 kg DAP cho đến hết 300 kg DAP + 300 kg NPK

Cần thay nước trước khi bón phân và khống chế nước ở mức tốt nhất (15-30cm).

Thu hoạch hạt sen

Khi gương sen phát triển từ 20 đến 25 ngày, hạt sen sẽ già, với núm nhỏ màu đen xuất hiện ở đỉnh hạt và cuống gương sen có màu hồng Để đảm bảo chất lượng, nên thu hoạch hạt sen mỗi 2 ngày một lần nhằm tránh việc hái sót và hạn chế tình trạng sen quá lứa, vì hạt sen già rất nhanh.

 Tiêu chuẩn phân loại sen [5]

Loại I: nhân trong vỏ sen cứng, đúng độ già, có tinh bột nhiều hạt nằm trong gương hơi lỏng, đầu núm hạt đen, đầu vỏ hạt có màu vàng nhạt (Màu vàng da cam), xung quanh vỏ hạt sen trong gương còn màu xanh tươi Số lượng hạt chắc đạt từ 12 hạt trở lên

Loại II: Tiêu chuẩn như loại I, chỉ khác số lượng hạt chắc đạt từ 5-11 hạt Loại III: Tiêu chuẩn như loại I, chỉ khác số lượng hạt chắc đạt dưới 5 hạt Không nên thu hoạch khi sen còn non hoặc để sen quá già mới thu hoạch làm giảm giá trị, không xuất khẩu được

Khi thu hoạch gương, cần kết hợp việc loại bỏ lá kèm theo gương, vì mỗi gương (thân ngầm) sinh ra một lá kèm và một bông Những lá kèm theo gương sẽ trở nên vô hiệu, và nếu để chúng sống, chúng sẽ cạnh tranh về dinh dưỡng và ánh sáng với các lá kèm bông sau này.

Sau khi thu hoạch xong vụ sen trong khoảng 5-6 tháng, cần tháo cạn nước và cày trục để giữ đất ẩm trong 7-10 ngày Sau đó, bơm nước vào ruộng với độ sâu 5-10 cm và sử dụng sen con để tái sinh gốc sen và rễ ngầm, giúp tiếp tục sản xuất vụ hai mà không cần hom sen mới Tuy nhiên, chỉ nên trồng liên tiếp 2 vụ sen trước khi chuyển sang trồng lúa, vì vụ sen gốc thứ 3 thường có năng suất rất thấp do sự tích lũy sâu bệnh.

Thời điểm thu hoạch hạt sen tốt nhất từ tháng 5 đến tháng 7 Để qua tháng 7 hạt sen dễ bị sượng, người ăn cảm giác sen không còn ngon

Gương sen sau khi hái cần được tách riêng hạt và phần quả Phần gương sen nên được sử dụng và chế biến ngay lập tức, vì nó dễ bị thối rữa và hư hỏng do quá trình lên men trong vòng 24-36 giờ.

Hạt sen sau khi được tách khỏi gương sen sẽ được nhặt, tách vỏ, phân cỡ và làm sạch đất cát để chuẩn bị cho quá trình chế biến Đối với hạt sen khô, việc phơi không đủ nắng có thể khiến độ ẩm cao, dẫn đến nguy cơ nấm mốc và giảm chất lượng nhân Nhân sen chứa nhiều chất béo và rất nhạy cảm với nước, do đó, màu trắng của nhân sẽ chuyển sang màu vàng theo thời gian bảo quản Chất lượng nhân sen được đánh giá dựa trên tỷ lệ màu sắc, trong đó nhân vàng có giá xuất khẩu thấp hơn từ 20-30% so với nhân trắng cùng cấp.

Chế biến hạt sen chủ yếu là để lấy nhân sen do đó phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

 Không để nhân sen bị chuyển vàng hay móc làm giảm phẩm chất và chất lượng của nhân

 Nhân sen không bị vỡ (nứt) làm giảm giá thành sản phẩm

Hạt sen có thể được chế biến thủ công, chế biến cơ giới hoặc chế biến bằng máy.

Quy trình công nghệ chế biến hạt sen tươi

Quy trình công nghệ chế biến hạt sen tươi gồm 5 bước sau:

Hình 2.2: Quy trình công nghệ chế biến hạt sen tươi 2.6.1 Phân cỡ hạt

Phân cỡ sơ bộ ra làm 3 loại: lớn, trung bình, nhỏ phục vụ cho công tác tách vỏ và phân loại sản phẩm sao khi tách vỏ

Công việc này rất cần thiết, mục đích loại bỏ chất bẩn lắng động trên bề mặt vỏ hạt sen

Tách vỏ là một công đoạn quang trọng trong chế biến hạt sen, yêu cầu kỹ thuật của quá trình tách vỏ cần phải:

 Tách vỏ không được phạm vào nhân sen

 Tách vỏ không bị nứt (vỡ) nhân sen

 Năng suất lao động cao

Có 3 phương pháp tách vỏ:

Tách vỏ thủ công là phương pháp sử dụng dao có lưỡi nhỏ để cắt một đường dài quanh chu vi của hạt sen, giúp lấy nhân bên trong mà không làm vỡ Nếu thực hiện khéo léo, có thể thu được nhân nguyên vẹn trên 90%, với năng suất đạt từ 7 đến 8 kg/người trong 8 giờ làm việc.

Hình 2.3: Tách vỏ thủ công

 Nhân nguyên vẹn tới lúc đóng gói đạt tỉ lệ cao 85%

 Tiêu hao năng lượng trên một đơn vị hạt sen cho một đơn vị sản phẩm thấp

 Vốn đầu tư xây dựng và mua sắm trang thiết bị ban đầu ít, thu hồi vốn nhanh

 Năng suất lao động thấp

 Sử dụng quá nhiều lao động, chi phí xây dựng nhà xưởng lớn

 Vì vậy chế biến thủ công chỉ thích hợp với khu vực có nhiều lao động phổ thông và tiền công lao động thấp

Tách vỏ cơ giới là phương pháp sử dụng công cụ với hai lưỡi dao được mài theo kích cỡ hạt sen để cắt tách vỏ, thường áp dụng cho hạt sen khô Trong quá trình thao tác, công nhân cần sử dụng cả tay và chân để điều khiển thiết bị, với năng suất đạt từ 15-18 kg/người trong 8 giờ làm việc và tỷ lệ nhân nguyên vẹn trên 90%.

Hình 2.4: Tách vỏ cơ giới

 Ít tốn nhân công hơn phương pháp tách vỏ thủ công

 Năng suất cao hơn tách vỏ thủ công

 Môi trường không bị ô nhiễm

 Nhân vỡ chiếm tỉ lệ 10% ở hệ thống va đập 20-30% ở hệ thống dao cắt từng hạt

 Tiêu hao nguyên liệu cho một đơn vị sản phẩm cao

 Vốn đầu tư xây dựng lớn

 Vì vậy phương pháp này chỉ phù hợp với khu vực thiếu lao động và chi phí tiền lương cao

Tách vỏ bằng máy là phương pháp hiệu quả để tách vỏ số lượng lớn hoặc từng hạt một, sử dụng cặp lưỡi dao định hình với chuyển động cắt cơ giới hóa Quá trình này kết hợp dao cắt và băng tải để tách vỏ khỏi hạt, đồng thời tự động hóa khâu cắt tách và cấp phôi vào máy Tỉ lệ nhân nguyên vẹn đạt tối thiểu 85%.

 Năng suất lao động cao

 Chất lượng nhân thành phẩm đồng đều

 Giảm số lượng nhân công

 Nâng cao được chất lượng sản phẩm Hình 2.5: Tách vỏ bằng máy

 Có thể kết hợp tự động hóa các khâu khác trong dây chuyền sản xuất

 Tiêu hao nguyên liệu cho một đơn vị sản phẩm cao

 Vốn đầu tư ban đầu lớn

Hình 2.6: Tách vỏ lụa hạt sen

Nhân sen, sau khi tách vỏ hạt sen, vẫn còn một lớp vỏ mỏng bao quanh Lớp vỏ này cần được loại bỏ trước khi chế biến món ăn.

Do nhân sen có cấu tạo rất mềm và lớp vỏ lụa bán chắt vào nhân nên khâu lột vỏ lụa cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Tách vỏ lụa phải đảm bảo không còn sót vỏ lụa trên nhân sen

 Tách vỏ lụa phải đảm bảo không làm dập nhân sen

 Tách vỏ lụa phải đảm bảo không làm nứt nhân sen

 Tách vỏ lụa phải đảm bảo không làm mất phẩm chất nhân

Tách vỏ lụa có thể được thực hiện bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới hóa Phương pháp thủ công thường có năng suất thấp, chỉ đạt từ 7-10 kg/người trong 8 giờ, tùy thuộc vào tay nghề của công nhân.

Tách vỏ lụa cơ giới, sử dụng phương pháp chà sát cơ học hoặc khí ép với áp lực cao, mang lại năng suất tách cao nhưng tỷ lệ nhân nứt cũng tăng do va đập nhiều Phương pháp này đạt tỷ lệ vỏ lụa sạch từ 70% đến 80%, trong khi phần còn lại cần được tách sạch bằng tay.

Tim sen là phần màu xanh nằm trong lõi của nhân sen, và để chế biến món ăn từ hạt sen, cần phải loại bỏ tim sen Công đoạn này được gọi là thông tim sen.

Thông tim sen có thể thực hiện bằng hai phương pháp: thủ công và máy Phương pháp thủ công bao gồm việc sử dụng dao để cắt phần đầu của hạt sen, giúp lộ ra tim sen bên trong Sau đó, dùng que nhọn để xiên từ phía dưới lên, đẩy tim sen ra ngoài một cách dễ dàng.

Qui trình chế biến hạt sen nhằm thu được nhân sen thành phẩm bao gồm nhiều bước quan trọng Trong khuôn khổ nghiên cứu, tác giả tập trung vào thiết kế và chế tạo máy tách vỏ hạt sen tươi Nguyên liệu ban đầu là hạt sen tươi được thu hoạch từ gương sen, sau đó được phân cỡ và làm sạch Sản phẩm cuối cùng là hạt sen tươi đã được tách vỏ, loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài.

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.7.1 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước

 Máy tách vỏ hạt sen TZ [11]

Hình 2.8: Máy tách vỏ hạt sen TZ

Xuất xứ: Hà Nam, Trung Quốc Điện áp: 380v

Năng suất: chưa có thông số chính thức

Vật liệu chế tạo: Inox 304

Nguyên lý hoạt động của máy là dựa trên cơ chế hạt sen được đưa vào thùng quay Thùng quay được thiết kế với nhiều lỗ nhỏ trên thành, có đường kính nhỏ hơn hạt sen Khi động cơ quay, thùng trộn cũng quay theo, khiến vỏ hạt sen mắc vào các lỗ này Dưới tác dụng của lực ly tâm, vỏ hạt sen sẽ bị tách ra một cách hiệu quả.

Nhận xét: Máy có kết cấu nhỏ gọn, tách được vỏ nhưng tỉ lệ tách vỏ chưa cao, nhân sen bị dập nhiều do va đập

 Máy tách vỏ hạt sen DYL-200 [10]

Xuất xứ: Hà Nam, Trung Quốc Điện áp: 220/380v

Hình 2.9: Máy tách vỏ hạt sen DYL-200

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ hạt sen DYL-200

(12)_ Cơ cấu chặn (13)_ Trục puly phải (14)_ Puly phải (15)_ Phễu chính (16)_ Phễu phụ (17)_ Đường dẫn (18)_ Puly truyền (19)_ Trục truyền (20)_ Chặn kim dẫn (21)_ Căng băng tải (22)_ Khung

(23)_ Hộp Cam (24)_ Trục trục cam (25)_ Hãm băng tải (26)_ Đòn bẩy (27)_ Bộ điều khiển áp lực nước

(28)_ Bánh xe cân bằng (29)_ Trục điều chuyển (30)_ Máng dẫn

Máy hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng dao đĩa kết hợp với băng tải để tách vỏ hạt sen Quy trình bắt đầu khi công nhân đổ hạt sen vào phễu chính, từ đó hạt sen chảy xuống phễu phụ qua cơ cấu dẫn và sửa hướng Hạt sen sau đó được đưa lên băng tải, gặp cơ cấu chặn để cắt, rồi tiếp tục di chuyển đến tấm chắn, nơi vỏ hạt sen bị ép và tách ra Cuối cùng, hạt sen được đưa đến cụm tách vỏ lụa, nơi nước được phun với áp lực cao để làm bong vỏ lụa.

Máy DYL-200 là thiết bị có năng suất cao nhưng có kết cấu phức tạp, yêu cầu sử dụng bơm trợ lực để tạo áp lực tách vỏ Dao cắt với tiết diện tròn khó chế tạo và cơ cấu điều tiết chế độ cắt cũng rất phức tạp.

2.7.2 Các kết quả nghiên cứu trong nước

Trước xu hướng phát triển và tìm kiếm giải pháp tối ưu cho quá trình tách vỏ hạt sen, Việt Nam đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các máy tách vỏ hạt sen Tuy nhiên, các dự án này chủ yếu được thực hiện tại các trường đại học trong nước, nổi bật là Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.

Hình 2.11: Máy tách vỏ hạt sen nhóm sinh viên ĐH SPKT 2016

Máy hoạt động dựa trên nguyên lý băng tải chuyển động, cung cấp phôi vào máng dẫn qua cơ cấu điều tiết Phôi được đưa tới lưỡi dao cắt qua băng tải, tại đây dao cắt tạo vệt theo chu vi hạt và dùng lực ép của thanh gá để tách vỏ, thu được nhân sen Tuy nhiên, máy vẫn chưa hoàn thiện do cơ cấu cấp phôi không ổn định, hoạt động ồn và chưa tối ưu kết cấu cũng như thông số hoạt động chính.

Theo nghiên cứu của tác giả, chưa có công trình nào công bố về công nghệ tách vỏ hạt sen tươi Hiện tại, chỉ có một số cơ sở sản xuất và cung cấp thiết bị tách vỏ hạt sen tươi, chủ yếu là hàng nhập khẩu từ Trung Quốc và các quốc gia khác.

Kỹ thuật tách vỏ

Quá trình tách vỏ là việc áp dụng lực cơ học để phá vỡ lớp vỏ của vật liệu Các phương pháp tác động cơ học để tách lớp vỏ vật liệu có thể được phân loại như hình 3.4 dưới đây.

Kỹ thuật tách vỏ bằng phương pháp ép (Hình 3.1a) sử dụng cơ cấu tạo lực để tạo ra áp lực mạnh lên lớp vỏ của vật liệu, khiến nó vỡ ra Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là lực tác dụng được tăng lên một cách đều đặn, phù hợp để tách các loại vật liệu cứng.

Cắt, chẻ, bẻ là phương pháp sử dụng cơ cấu tạo lực với răng nhọn, tạo ra lực tác dụng tập trung Phương pháp này gây ra rạn nứt cục bộ, nên thường được áp dụng để tách các vật liệu dòn.

Xiết là quá trình mà bề mặt cơ cấu tạo lực của máy tác động lên bề mặt vật liệu, dẫn đến biến dạng trượt ở lớp bên trong Khi ứng suất tiếp tuyến vượt quá giới hạn bền, vật liệu sẽ bị vỡ Trong khi đó, phương pháp đập sử dụng lực va đập, mang tính chất tải trọng động và tác dụng định kỳ Lực làm vỡ vật liệu trong phương pháp này cũng tương tự như lực ép, xiết, và cắt, nhưng được gọi là lực ép động, cắt động và xiết động do tính chất tải trọng động của nó.

Do hạt sen tươi có cấu trúc mềm và dai, tác giả đã chọn phương pháp cắt và ép để tách vỏ hiệu quả.

Lý thuyết của quá trình tách vỏ

Để tách vỏ hạt sen tươi, cần sử dụng lực cắt của dao để cắt một vệt dài quanh lớp vỏ ngoài cứng và dai Sau đó, lực ép từ thanh gá dao và băng tải sẽ tạo ra lực ma sát giúp vỏ tự động bong tách mà không làm ảnh hưởng đến nhân sen Nhân sen đạt yêu cầu phải không bị dập, bể và không bị cắt phạm vào phần nhân.

3.2.1 Các thông số hình học của dao cắt vỏ hạt sen

Trong quá trình cắt gọt, dao cắt giữ vai trò quan trọng vì nó trực tiếp tạo ra vết cắt trên bề mặt vỏ hạt sen Chất lượng dao cắt ảnh hưởng đến chất lượng vết cắt, năng suất lao động và tiêu hao năng lượng Do đó, dao cắt cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản như: phải sắc, có khả năng chống mài mòn, lưỡi cắt có tuổi thọ cao, dễ chế tạo, lắp ráp đơn giản và gọn nhẹ.

Trong quá trình cắt vỏ, dao cắt cần thông qua bộ gá dao trung gian Việc thiết kế bộ phận cắt không chỉ bao gồm lưỡi dao mà còn cả bộ gá dao Do đó, bộ gá dao cần được tối giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và đặc biệt phải đảm bảo tính kinh tế cao.

Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt:

Hình 3.2: Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt

Khi chọn kiểu dao cắt cho hạt sen, cần xem xét tính chất và hình dạng của hạt Việc lựa chọn lưỡi dao cũng cần phù hợp với kiểu dáng của dao, do đó, nên chọn theo biên dạng dao kiểu 1 hoặc kiểu 2 (Hình 3.2).

- Thông số hình học của dao cắt:

 Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao:

Chiều dày s của lưỡi dao là yếu tố quan trọng, với độ sắc tối thiểu đạt từ 20 đến 40 μm Đối với các máy móc trong chế biến thực phẩm, chiều dày không nên vượt quá 100 μm Khi s lớn hơn 100 μm, lưỡi dao bắt đầu cùn và hiệu suất cắt sẽ giảm đáng kể.

Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng

Nếu gọi ứng suất cắt của vật cắt là σc thì: q = s.σc (3.1)

 Góc cắt gọt α là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài dao σ α = β + σ (3.2)

Hình 3.3: Góc cắt của dao

Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao, dạng cạnh sắc của lưỡi dao, …

Góc mài dao σ đã được Renznik N.E nghiên cứu và đề xuất (1975) công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt:

Trong đó: c - hệ số thứ nguyên, N/cm

Qth - lực cắt tới hạn cần thiết

Lực cản cắt (Pt) được xác định bằng N Góc mài dao (σ) thường nhỏ, nhưng do độ bền vật liệu dao có hạn, góc mài của máy cắt rau củ thường lớn hơn hoặc bằng 12˚ Đối với máy thái củ quả, góc mài dao thường nằm trong khoảng từ 18˚ đến 25˚.

 Độ bền của vật liệu làm dao

Dao có chất lượng bền sẽ ít bị cùn và cắt tốt hơn Điều này giúp giảm công nén lớp vật cắt do lưỡi dao tác động, từ đó làm giảm công cản gọt.

 Vận tốc của dao cắt V (m/s)

Vận tốc dao cắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình cắt gọt, được thể hiện qua các đồ thị thực nghiệm minh họa sự biến đổi của áp suất riêng q, lực cắt gọt Pt và công cắt gọt Act tương ứng với vận tốc dao cắt.

Hình 3.4: Vận tốc dao cắt

Theo Renzik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:

Pt = 75.10  0 , 0019 q v 2 , 6  40 (3.4) Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40 m/s

3.2.2 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật cắt

Khi lưỡi dao có đường trượt dài hơn trên vật cắt, lực cản cắt sẽ giảm Để minh họa hiện tượng trượt của lưỡi dao trên lớp vật cắt, chúng ta cần vẽ và phân tích hình vận tốc V của một điểm M trên lưỡi dao khi nó tác động vào lớp vật cắt.

Hình 3.5: Phân tích vận tốc điểm M ở cạnh sắc lưỡi dao khi cắt

Vận tốc V có thể phân thành hai thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến

Vận tốc pháp tuyến Vn là vận tốc của dao cắt khi ngập sâu vào vật thái, trong khi vận tốc tiếp tuyến Vt là thành phần vận tốc theo cạnh sắc của lưỡi dao, gây ra chuyển động trượt giữa điểm M của dao và điểm M của vật cắt.

Theo Gơriaskin, góc trượt τ được định nghĩa là góc giữa vận tốc tuyệt đối V và thành phần pháp tuyến Vn, trong đó τ là tỷ số giữa trị số vận tốc tiếp tuyến.

Vt và vận tốc pháp tuyến Vn gọi là hệ số trượt ε:

Theo nghiên cứu của Gơriaskin, lực cắt bắt đầu giảm đáng kể không phải ở bất kỳ góc trượt nhỏ nào, mà tại một góc trượt nhất định Thí nghiệm của viện sĩ Ziablôv V.A cũng cho thấy lực cắt gọt giảm nhiều khi góc trượt đạt từ 30˚ trở lên Điều này cho thấy rằng để tối ưu hóa hiệu quả cắt, cần có một điều kiện chung cho góc trượt của dao, nhằm giảm lực cắt một cách hiệu quả hơn.

Khi xem xét lực tác động giữa lưỡi dao và vật, nếu góc trượt τ = 0, lực tác động chỉ bao gồm một pháp tuyến cắt, vuông góc với lưỡi dao và theo phương vận tốc của lưỡi dao Trong trường hợp cần phân tích, chúng ta sẽ xem xét góc trượt τ.

Lưỡi dao thẳng AB quay quanh tâm 0 với khoảng cách p, tạo ra các lực tác động từ vật cắt lên dao và ngược lại Để phân tích rõ ràng hơn, chúng ta sẽ tách biệt và xem xét từng lực này một cách chi tiết.

Hình 3.6: Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật cắt

Hình 3.6a mô tả các lực mà vật cắt tác động lên dao, trong khi Hình 3.6b thể hiện các lực do dao tác động lên vật cắt với góc τ ≤ φ’ Cuối cùng, Hình 3.6c minh họa các lực mà dao tác động vào rau khi góc τ > φ’.

Lý thuyết guồng tải [4]

Căn cứ vào vật liệu vận chuyển và năng suất yêu cầu để chọn guồng tải: tk q v 6 , 3

Q - năng suất yêu cầu của máy

V - vận tốc bộ phận kéo Đối với guồng tải vận tốc cao chọn vận tốc kéo V =1  3m/s; đối với guồng tải vận tốc thấp chọn vận tốc kéo V = 0,32  0,63m/s

Guồng tải thẳng đứng chọn vận tốc theo dãy số: 0,32 ; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2 m/s q - dung tích của gầu tk - bước gầu

 - hệ số điền đầy gầu:

Để xác định chiều rộng A của miệng gầu, cần dựa vào dung tích của gầu và kích thước hạt Cụ thể, với vật liệu đã phân cấp, chiều rộng miệng gầu được tính bằng công thức a = 0,25A, trong khi đối với vật liệu chưa phân cấp, công thức là a = 0,5A.

Tính toán bộ phận kéo

Chọn bộ phận kéo dựa trên lực căng lớn nhất, với băng vải, lực căng lớn nhất tại điểm vào tang dẫn được xác định theo công thức, không tính đến tải trọng động.

Smax= Sv = Sd+ (qvl + qb) H (3.7) Đối với bộ phận kéo là xích, tải trọng lớn nhất có tính đến cả tải trọng động:

Smax= Sv+ Sđ =Sd+ (qvl + qb) H+ Sđ (3.8) Đối với bộ phần kéo có hai xích, lực kéo tính toán lớn nhất trong một xích:

S'max= 1,15.0,5.(Sv+ Sđ)=0,575.(Sv+ Sđ) (3.9) Trong đó:

1,15 -hệ số kể đến sự phân bố lực căng không đều qb - trọng lượng băng trên 1m dài qvl - trọng lượng vật liệu trên 1m dài qvl v 36 , 0

Lực căng Sd tại điểm ra của tang dưới:

Smin= 500 2000 (N) Lực căng nhỏ nhất trong bộ phận kéo Đối với guồng tải thẳng đứng băng kéo và xích kéo với tang trơn:

Nhưng không được nhỏ hơn 1000N

33 Đối với guồng tải đặt nghiêng băng kéo hoặc xích kéo với tang trơn:

Nhưng không được nhỏ hơn 1000N

Trong đó: f - hệ số ma sát giữa bộ phận kéo và tang

 - góc ôm của bộ phận kéo trên tang dẫn, rad

 - hệ số cản chuyển động của xích kéo:

 (3.14) k - hệ số ma sát lăn d - đường kính ống xích hoặc ổ lăn

D - đường kính bánh lăn của xích

Hệ số ma sát của gờ bánh xe của xích được xác định là C = 1,1 ÷ 1,2 khi không có gờ, trong khi c = 1 Hệ số ma sát giữa chốt và ống lót hoặc giữa bi và vòng lăn được ký hiệu là f', có giá trị từ 0,01 đến 0,03 cho ổ lăn và từ 0,15 đến 0,25 cho xích ống con lăn.

Tải trọng động của xích:

Trọng lượng chuyển động của bộ phận xích, N:

G = (2qb+qvl) (3.16) z - số răng đĩa xích t - bước xích

Lực cản chuyển động của bộ phận xích kéo:

Lực cản của trục dưới:

 - hệ số lực cản Lực cản xúc vật liệu:

Wxvl = k1 qvl (3.19), trong đó k1 có giá trị từ 2 đến 5, phụ thuộc vào loại guồng tải, vận tốc và vật liệu vận chuyển Sau khi xác định lực kéo cực đại, sử dụng thông số này để chọn băng hoặc xích theo catalô Cần xác định số lớp vải cao su cần thiết cho ứng dụng.

Hệ số dự trữ bền của băng được ký hiệu là Bk k k iS (3.20) và được tính bằng k2 Giới hạn bền của một đơn vị dài của lớp vải được biểu thị bằng kp Hệ số k3, từ 0,7 đến 0,9, phản ánh sự giảm sức bền do các chỗ nối gây ra.

Xích chọn theo tải trọng cho phép: max 4 p S k

Sp - lực kéo đứt xích k4 - hệ số dự trữ bền: k4 = 812 cho xích bản, k4 = 814 cho xích bản hàn mắt tròn

Lực kéo ở đầu ra của tang dẫn:

Lực vòng trên tang dẫn:

Công suất trên trục tang dẫn: hoặc 0 W 0

Công suất của động cơ:

Bảng 3.1: Hệ số lực cản

Bộ phận kéo Trị số  Ổ trượt Ổ lăn

Bảng 3.2: Hệ số dự trữ bền của băng tải

Bảng 3.3: Kích thước gầu tiêu chuẩn của guồng tải (OCT 2036-66)

Kích thước cơ bản của gầu

Gầu có thành định hướng đáy tròn

Bảng 3.4: Hướng dẫn chọn guồng tải

Loại máy Đặc tính vật liêu vận chuyển Loại vật liệu

Guồng băng, vận tốc cao, gầu sâu, gắn cố định

Bụi khô, bột khô, hạt nhỏ a < 20mm, không mài mòn

Cát, mica, bột thạch anh, than cám, mạt cưa, tro thải

Hơi ẩm, dạng bột, hạt nhỏ, a < 20mm

Cát, mạt cưa bột đất làm khuôn

Guồng xích, vận tốc cao, gầu sâu, cố định

Hạt khô nhỏ, có tính mài a < 50mm Đá vôi, đô lô mít, xi, than đá, đất sét

Guồng xích, vận tốc cao, gầu nông

Cục nhỏ ẩm, mài mòn, a < 50

Than đá, đá vôi, phân lân, xi

Guồng xích, vận tốc thấp, gầu cố định

Dạng bột hơi dính, hạt nhỏ Xi măng, than bùn, oxýt kẽm

Guồng băng, vận tốc nhỏ, gầu nhọn

Xi măng, phấn bột, cát, bột kl

Guồng xích, vận tốc thấp, gầu nhọn

Than đá, than cốc, đất quặng

Yêu cầu thiết kế

 Năng suất của máy là 100 kg /ngày

 Thiết kế chế tạo hoàn thiện cụm cấp phôi

 Thiết kế chế tạo hoàn thiện cụm cắt tách vỏ hạt sen

 Thiết kế chế tạo hoàn thiện máy tách vỏ hạt sen

 Thiết bị có khả năng đạt năng suất trên 80%

 Vật liệu chế tạo bảo đảm an toàn vệ sinh thực phẩm

Phác thảo các thành phần chính của máy tách vỏ hạt sen như sau:

Hình 4.1: Các thành phần chính của máy tách vỏ hạt sen tươi

Giải pháp thực hiện

Tiến hành khảo sát các thông số hạt sen là bước quan trọng để thiết kế và tính toán máy Dựa trên kết quả khảo sát, cần đưa ra ý tưởng và chọn phương án hợp lý cho việc thiết kế và tính toán từng cụm của máy.

4.2.1 Khảo sát đặc tính của hạt sen tươi

Hạt sen được chọn để khảo sát là hạt sen có nguồn gốc từ khu vực trồng sen của tỉnh Đồng Tháp

4.2.1.1 Xác định thông số kích thước Đo kích thước hạt sen tươi:

 Chiều dày vỏ hạt sen (T)

Hình 4.2: Kích thước hạt sen

Cụm cắt, tách vỏ hạt sen Cụm cấp phôi

Hình 4.3: Đo chiều dài hạt sen

Hình 4.4: Đo đường kính, đo chiều dày vỏ hạt sen

Việc đo kích thước được tiến hành trên 100 hạt sen Kết quả đo cụ thể của

100 hạt sen tươi được trình bày ở bảng kê (phụ lục 1)

Tầng suất xuất hiện các khích thước hạt sen

Bảng 4.1: Bảng tần suất xuất hiện các kích thước chiều dày vỏ hạt sen

Chiều dày hạt (mm) Tần suất xuất hiện Tổng phần trăm xuất hiện (%)

Bảng 4.2: Bảng tần suất xuất hiện các kích thước chiều dài hạt sen

Chiều dài hạt (mm) Tần suất xuất hiện Tổng phần trăm xuất hiện (%)

Bảng 4.3: Bảng tần suất xuất hiện các kích thước đường kính hạt sen

Tác giả đã sử dụng phần mềm SPSS để thực hiện thống kê mô tả, với kết quả được trình bày trong bảng 4.4, bao gồm đường kính (mm), tần suất xuất hiện và tổng phần trăm xuất hiện (%).

Bảng 4.4: Bảng thống kê mô tả kích thước hạt

Kích thước nhỏ nhất (mm)

Kích thước lớn nhất (mm)

Kích thước trung bình (mm) Độ lệch chuẩn (mm)

Chiều dài hạt (mm) 19,0 21 20,1 0,4905 Đường kính hạt (mm) 12,6 15 14,0 0,5850

Chiều dày vỏ hạt (mm) 0,9 1,1 1,0 0,0624

Trong quá trình tách vỏ hạt sen, cụm dao cắt bị ảnh hưởng đáng kể bởi đường kính của hạt sen Dựa trên kết quả khảo sát, tác giả đã phân loại hạt sen thành ba loại dựa trên kích thước đường kính của chúng.

 Loại lớn: có đường kính lớn hơn 14mm

 Loại trung bình: có đường kính từ 13mm đến 14mm

 Loại nhỏ: có đường kính nhỏ hơn 13mm

Tác giả nghiên cứu hạt sen với kích thước đường kính từ 13mm đến 14mm, chiều dài từ 19mm đến 21mm, và bề dày lớp vỏ hạt từ 0,9mm đến 1,1mm để thực hiện các thí nghiệm.

Mục đích của thí nghiệm là xác định trọng lượng trung bình của hạt sen, từ đó làm cơ sở để tính toán năng suất của máy và các thông số liên quan.

Hạt sen được chọn để khảo sát là hạt sen có nguồn gốc từ khu vực trồng sen của tỉnh Đồng Tháp

Số lượng hạt được chọn thí nghiệm là 100 hạt

Thiết bị thí nghiệm là cân điện tử

Các bước tiến hành như sau:

Bước 1: Cân trọng lượng100 hạt

Bước 2: Chia ngẫu nhiên 100 hạt thành 4 nhóm, mỗi nhóm gồm 25 hạt, và tiến hành cân từng nhóm một Kết quả cân của 4 nhóm được ghi lại trong bảng 4.5.

Bảng 4.5: Bảng kết quả trọng lượng hạt sen

Các thí nghiệm Số hạt Trọng lượng (g)

Kết quả khi cân 1 lần 100 hạt là 236g, theo bảng 3.9 ta được tổng trọng lượng của 4 lần cân là 235g gần bằng với khi ta cân 1 lần 100 hạt

Kết quả nghiên cứu của tác giả Hoàng Thị Nga về việc tuyển chọn một số giống sen lấy hạt triển vọng phục vụ sản xuất đã cho thấy sự phù hợp với những phát hiện trong bài viết này.

Như vậy 1kg hạt sen tươi có khoảng 425 đến 440 hạt

4.2.2.1 Phương án 1: Cấp phôi bằng phễu rung

 Cấp phôi sử dụng phễu rung

 Điều chỉnh tần số bằng biến tần

 Hệ thống đảm bảo hạt sen được cấp từng hạt

 Cấu tạo phễu rung gồm có:

(6)_ Núm chân cao su (7)_ Khối giữ dưới (8)_ Thép lá lò xo (9)_ Khối giữ trên

Hình 4.5: Cấu tạo cấp phôi bằng phễu rung Nguyên lý làm việc:

Khi được cấp nguồn, nam châm điện tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhờ vào ba cụm lò xo lá nghiêng 75 độ so với mặt phẳng ngang Hệ thống vừa dao động lên xuống vừa xoay quanh tâm O, khiến phôi trong phễu tản ra và tiếp cận đầu cánh xoắn Phôi sẽ di chuyển theo cánh xoắn từ đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho đến khi ra khỏi phễu, dựa trên cơ sở động học đã trình bày.

 Phân loại hạt đạt hiệu quả cao

 Hạt sen được cấp từng hạt

 Chế tạo phức tạp, giá thành cao

 Chế tạo nam châm điện rất phức tạp

 Lò xo lá hiếm, giá thành cao

 Cần thời gian nghiên cứu và chế tạo lâu

4.2.2.2 Phương án 2: Cấp phôi bằng guồng tải

 Cấp phôi bằng guồng tải

 Hạt sen được cấp theo từng hạt

Hình 4.6: Phễu cấp phôi và guồng tải

(1)_ Phễu cấp phôi, (2)_ Puly chủ động, (3)_ Gầu tải,

(4)_ Băng tải, (5)_ Puly bị động

Khi puly chủ động (2) quay, nó sẽ truyền chuyển động cho băng tải (4) có gắn gầu tải (3) di chuyển theo Trong chu kỳ làm việc, guồng tải sẽ di chuyển đến phễu cấp phôi (1), nơi hạt sen sẽ được điền đầy vào gầu và tiếp tục di chuyển.

46 cùng băng tải lên trên Sau khi quay vòng qua puly chủ động (2) hạt sen được đổ ra ngoài hướng theo cơ cấu đỡ hạt Ưu điểm:

 Kết cấu của guồng tải nhỏ gọn, chắc chắn, chiếm diện tích công nghiệp ít, vận hành đơn giản

 Chi tiết có bán sẵn, chế tạo đơn giản

 Tốc độ cấp phôi phù hợp

 Cấp phôi với số lượng nhỏ

 Phù hợp với phôi dạng bột hoặc hạt

 Không phân loại được hạt.

4.2.2.3 Lựa chọn phương án hợp lý nhất

Từ hai phương án cấp phôi nêu trên, dựa vào những ưu và nhược điểm của

Chúng tôi đã chọn phương án 2 cho cụm cấp phôi máy tách vỏ hạt sen, vì phương án này đáp ứng tốt các yêu cầu về công nghệ, khả năng sử dụng, và quy trình chế tạo, lắp ráp đơn giản Hơn nữa, với chi phí chế tạo thấp, phương án này còn phù hợp cho sản xuất thương mại với số lượng lớn.

4.2.2.4 Tính toán chọn guồng tải

 Yêu cầu cơ cấu cấp phôi từng hạt

Dựa trên kích thước hạt sen đã khảo sát, chúng tôi đã thiết kế cơ cấu cấp phôi riêng biệt cho máy, yêu cầu cấp phôi từng hạt Hạt sen là vật liệu rời, vì vậy hệ thống guồng băng và gầu nông được chọn Để đảm bảo hạt sen được cấp đúng cách, chiều dài hạt vuông góc với chiều chuyển động của băng tải là yếu tố quan trọng Với chiều dài lớn nhất của hạt sen là 21,0mm, bề rộng băng tải được thiết kế là 25mm, trong khi đường kính lớn nhất của hạt sen là 15,0mm.

47 ta thiết kế bước gầu là 60mm, chiều cao gầu là 25mm và các kích thước được thể hiện trên hình 4.7

Hình 4.7: Thông số guồng tải

(1)_Gầu tải,(2)_Băng tải, (3)_Vít

Dựa trên các thông số kích thước và năng suất, vận tốc cấp phôi cho băng tải được ước tính là 60mm/s (0,06m/s), với đường kính băng tải được chọn là 60mm.

Động cơ 5IK90GU-S3F có công suất 90W và tốc độ quay sau hộp giảm tốc là 25 vòng/phút Để đạt được tốc độ này, hệ thống truyền động sử dụng bộ truyền xích để giảm tốc độ quay theo thiết kế.

4.2.2.5 Tích toán bộ truyền xích băng tải cấp phôi

Do điều kiện làm việc yêu cầu khả năng chịu va đập nhẹ, tốc độ truyền thấp và hiệu suất cao, việc lựa chọn xích ống con lăn là cần thiết.

Chọn số răng đĩa xích

Bước xích p được tra bảng 5.5   3

B 81 với điều kiện Pt ≤[P], trong đó:

Pt – Công suất tính toán:

Chọn bộ truyền xích thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ nhất là:

Do vậy ta tính được: kz – Hệ số hở răng: z 01 1025 2,5

Z k  Z   kn – Hệ số vòng quay: n 01 5025 2

Trong đó: k0 – Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền: Tra bảng 5.6   3

B 82 với  = 30 0 ta được k0 = 1 ka – Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích:

49 kđc – Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích: Tra bảng 5.6   3

= 1,1 kbt – Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn: Tra bảng 5.6   3

Bộ truyền ngoài làm việc trong môi trường có bụi, chất lỏng bôi trơn đạt yêu cầu kđ – Hệ số tải trọng động: Tra bảng 5.6   3

B 82 , ta được kđ = 1,2 đặc tính va đập nhẹ kc – Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền: Tra bảng 5.6   3

B 82 với giả định số ca làm việc là 2 ca, ta được kc = 1,25 k = k0kakđckbtkđkc = 1,01,11,31,21,25 = 2,145

Công suất cần truyền P = 0,09 (KW)

 Đường kính chốt: dc = 4,45 (mm)

 Công suất cho phép: [P] = 0,35 (kw)

Xác định khoảng cách trục và số mắt xích

  Chọn số mắt xích là chẵn: x = 98

       Để xích không quá căng cần giảm a một lượng:

Số lần va đập của xích i: Tra bảng 5.9   3

B 85 với loại xích ống con lăn, bước xích p = 12,7 (mm) => Số lần va đập cho phép của xích: [i] = 60

Kiểm nghiệm xích về độ bền

Q – Tải trọng phá hỏng: Tra bảng 5.2   3

Khối lượng 1m xích: q = 0,75 (kg) kđ – Hệ số tải trọng động: Do làm việc ở chế độ trung bình => kđ = 1,2

Fv – Lực căng do lực ly tâm sinh ra:

F0 – Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra: F 0 9,81 .k q a f với kf – Hệ số phụ thuộc độ võng của xích Do  0 => kf = 2

[s] – Hệ số an toàn cho phép: Tra bảng 5.10   3

B 86 với p = 12,7 (mm) n1 = 25 (v/ph) ta được [s] = 7

Xác định thông số của đĩa xích Đường kính vòng chia:

Bán kính đáy: r0,5025 d  1 ' 0, 05với d ' 1 tra theo bảng 5.2   3

' d18,51(mm); 0,5025d' 0, 05 0,5025 8,51 0, 05 4, 77( ) r 1     mm Đường kính chân răng:

Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc:

Kđ – Hệ số tải trọng động: Theo như mục trên ta đã tra được Kđ = 1,2

A – Diện tích chiếu của bản lề:

B 87 với p = 12,7 mm cho A = 39,6 mm² Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích kr được xác định từ bảng ở trang 87 tài liệu [3] với số răng Z1 = 25, cho kr = 0,48 Hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các dãy kđ được áp dụng nếu sử dụng 1 dãy xích.

Fvđ – Lực va đập trên m dãy xích:

B 86 ta chọn vật liệu làm đĩa xích là thép 45, với các đặc tính tôi cải thiện, có (800 900) 483,3(MPa)

Xác định lực tác dụng lên trục x.

Fr k Ft trong đó: kx – Hệ số kể đến trọng lượng của xích: kx =1,15 vì  0 < 40 0

Bảng 4.6: Bảng thông số của bộ truyền xích cụm cấp phôi

Thông số Ký hiệu Giá trị

Loại xích Xích ống con lăn

Số răng đĩa xích nhỏ Z1 10

Số răng đĩa xích lớn Z2 25

Tính toán chọn động cơ cụm cắt tách vỏ hạt sen

4.3.1 Thí nghiệm xác định lực ép (nén) cắt tách vỏ hạt sen

Mục đích thí nghiệm là tìm ra giá trị lực ép phục vụ cho thiết kế và tính toán máy Chọn hạt sen làm thí nghiệm

Hạt sen tươi cần phải là hạt đúng tuổi, được tách ra từ gương sen và không để quá 24 giờ kể từ thời điểm tách.

 Kích thước: chiều dài hạt sen từ khoảng 19,0mm – 21,0mm Đường kính hạt sen từ khoảng 13 mm – 14 mm, chiều dày lớp vỏ hạt sen từ 0,9mm – 1,1mm

 Số lượng mẫu thí nghiệm là 9 mẫu

Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

 Cơ cấu cắt vỏ hạt sen rút gọn

 Biến tần để điều chỉnh tốc độ

Hình 4.14: Sơ đồ thí nghiệm đo lực ép

(1)_ Hạt sen, (2)_ Dao cắt, (3)_ Gá dao, (4)_ Đòn, (5)_ Thiết bị đo

Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Chuẩn bị hạt sen, cơ cấu cắt tách vỏ hạt sen

Bước 2: Cho cơ cấu hoạt động

Bước 3: Bỏ hạt sen vào vị trí cấp phôi, thời gian 2 giây 1 hạt

Bước 4: Dùng thiết bị đo lực để đo lực

Bước 5: Ghi nhận và đánh giá kết quả

Gá thiết bị đo được lắp đặt như hình 4.14, cho phép động cơ băng tải hoạt động và đưa hạt sen vào cơ cấu Khi hạt sen chạm vào lưỡi cắt, nó sẽ đẩy thanh gá dao di chuyển, qua đó cơ cấu đòn bẩy tay đòn tác động lực lên thiết bị đo Giá trị lực cắt sẽ được hiển thị trên thiết bị đo, như thể hiện trong bảng 4.7.

Bảng 4.7: Bảng kết quả thí nghiệm đo lực ép (nén) cắt vỏ hạt sen

Các thí nghiệm Giá trị (N)

Từ bản kết quả thí nghiệm lực cắt ta có giá trị trung bình của lực cắt vỏ hạt sen là 0,36N

4.3.2 Thí nghiệm đo tốc độ băng tải cắt tách vỏ hạt sen

Mục đích thí nghiệm: Xác định tốc độ tối ưu cho băng tải để hạt sen được cắt và tách

Hạt sen tươi được chọn cho thí nghiệm cần phải là hạt đúng tuổi, được tách ra từ gương sen và không để quá 24 giờ kể từ thời điểm tách.

 Kích thước: chiều dài hạt sen từ khoảng 19mm – 21,0mm Đường kính hạt sen từ khoảng 13mm – 14mm, chiều dày lớp vỏ hạt sen từ 0,9mm – 1,1mm

 Số lần thí nghiệm: 25 lần

 Số hạt sen cho một thí nghiệm: 50 hạt

Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

 Cơ cấu cắt tách vỏ hạt sen tươi

 Biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ

 Bước 1: Chuẩn bị hạt sen, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

 Bước 2: Cho cơ cấu hoạt động

 Bước 3: Điều chỉnh biến tần với tần số tương ứng

 Bước 4: Cho hạt sen vào cơ cấu, cho từng hạt, thời gian cấp hạt là 2 giây

 Bước 5: Ghi nhận số hạt sen tách vỏ được đạt yêu cầu và đánh giá kết quả

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là đưa hạt sen vào vị trí cấp phôi của cơ cấu cắt tách Tốc độ băng tải được điều chỉnh bằng biến tần theo các cấp tốc độ khác nhau, nhằm ghi nhận số lượng hạt sen được tách vỏ đạt yêu cầu ở mỗi cấp tốc độ.

Hình 4.15: Kết cấu cơ cấu cắt tách vỏ hạt sen

Bảng 4.8: Bảng kết quả thí nghiệm đo tốc độ băng tải

Số hạt sen tách vỏ đạt yêu cầu (hạt)

Để kiểm chứng kết quả thí nghiệm, tác giả sử dụng phần mềm IBM SPSS Statistics 20 để đánh giá hiệu quả làm việc của các dãy tốc độ khác nhau Việc đánh giá dựa trên phương sai và độ lệch chuẩn; dãy tốc độ nào có phương sai hoặc độ lệch chuẩn nhỏ hơn sẽ cho thấy mức độ phân tán so với trung bình cộng thấp hơn, từ đó cho thấy dãy tốc độ đó hoạt động tốt hơn Tác giả áp dụng phương pháp phân tích phương sai đơn yếu tố (One Way Anova) để thực hiện kiểm định này.

Trước khi phân tích phương sai, phải kiểm tra điều kiện ràng buộc của mẫu thí nghiệm có được phân phối chuẩn hay không

Bảng 4.9: Bảng kiểm tra sự tương thích

Phần trăm Tương thích Không tương thích Tích lũy

Bảng 4.10: Bảng phân phối chuẩn Tốc độ băng tải

Thống kê Bật Mức ý nghĩa Thống kê Bật Mức ý nghĩa

Do số thí nghiệm chỉ có 25 mẫu, ít hơn 50, nên chúng ta sẽ xem xét kết quả từ phần Shapiro-Wilk trong bảng phân phối chuẩn (bảng 4.5) Mức ý nghĩa của các nhóm điều lớn hơn 0,05 cho thấy các mẫu có phân phối chuẩn, do đó, chúng ta sẽ tiến hành phân tích phương sai.

ANOVA đơn yếu tố: Giả thiết Ho: à1 = à2 = à3 = à4 = à5

Bảng 4.11: Bảng thống kê Levene

Thống kê Levene Bật 1 Bật 2 Mức ý nghĩa

Do mức ý nghĩa là 0,13 > 0,05 nên ta kết luận các nhóm có phương sai bằng nhau

Bảng 4.12: Bảng phân tích phương sai ANOVA đơn yếu tố

Nguồn sai số Tổng bình phương Bật Bình phương trung bình F Mức ý nghĩa

Trong bảng phân tích phương sai đơn yếu tố thì giá trị mức ý nghĩa 0,049 < 0,05 nên phải tiến hành phân tích sau ANOVA

Do phương sai bằng nhau và giá trị trung bình khác nhau, việc lựa chọn phân tích Gabried (tiêu chuẩn kiểm định thứ hạng) là cần thiết để xác định giá trị tối ưu cho băng tải trong cơ cấu cắt tách vỏ hạt sen.

Bảng 4.13: Bảng phân tích kiểm định thứ hạng

(J) Tốc độ băng tải (vòng/phút)

Khoảng tin cậy 95% Trên Dưới

Bảng 4.14: Bảng kết quả kiểm định thứ hạng

Tốc độ băng tải (vòng/phút) N Trung bình

Kết quả kiểm nghiệm cho thấy băng tải hoạt động hiệu quả nhất với tốc độ 360 vòng/phút, đạt tỉ lệ cắt và tách hạt sen cao nhất Dựa trên thông số này, tác giả đã tiến hành tính toán để lựa chọn động cơ phù hợp cho băng tải.

Với kết quả thí nghiệm trên ta chọn được vận tốc n = 360 vòng/phút là tốc độ chạy băng tải cắt tách hạt sen

 Đường kính puli băng tải: D = 60mm

 Số vòng quay của trục chủ động băng tải: n = 360 (vòng/phút)

4.3.3 Tính động cơ chạy băng tải cắt tách vỏ hạt sen

Công suất cho 1 cụm cắt

 Công suất cho 2 cụm cắt

Công suất cần thiết cho động cơ cụm cắt tách

x _hiệu suất của bộ truyền xích

bt _hiệu suất của bộ truyền băng tải

B có công suất 1,0 kW có số vòng quay trục chính là 930 vòng/phút

4.3.4 Tính toán bộ truyền xích cụm cắt tách vỏ hạt sen

Từ các thông số N dc =1kW, n dc = 930 vòng/ phút, yêu cầu đầu ra n t =

360 vòng/phút, góc nghiêng 10 và kết cấu phải nhỏ gọn nên tác giả chọn bộ truyền xích để thiết kế

Do yêu cầu cao về hiệu suất và điều kiện làm việc chịu va đập nhẹ cũng như vận tốc truyền thấp, việc lựa chọn xích ống con lăn là sự lựa chọn tối ưu.

Chọn số răng đĩa xích

Bước xích p được tra bảng 5.5   3

B 81 với điều kiện Pt ≤[P], trong đó:

Pt – Công suất tính toán: Pt = Pkkzkn

Chọn bộ truyền xích thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ nhất là:

Do vậy ta tính được: kz – Hệ số hở răng: z 01 2525 1,0

Z k  Z   kn – Hệ số vòng quay: n 01 1000930 1, 07

1 n k  n   k = k0kakđckbtkđ.kc trong đó: k0 – Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền: Tra bảng 5.6   3

B 82 với  = 10 0 ta được k0 = 1 ka – Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích:

B 82 ta được ka = 1,0 kđc – Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích: Tra bảng 5.6 

B => kđc = 1,1 kbt – Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn: Tra bảng 5.6   3

Bộ truyền ngoài làm việc trong môi trường có bụi, chất lỏng bôi trơn đạt yêu cầu kđ – Hệ số tải trọng động: Tra bảng 5.6   3

B 82 , ta được kđ = 1,2 đặc tính va đập nhẹ kc – Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền: Tra bảng 5.6   3

B 82 với giả định số ca làm việc là 2 ca, ta được kc = 1,25

67 k = k0kakđckbtkđkc = 1,01,11,31,21,25 = 2,145

Công suất cần truyền P = 1 (KW)

 Đường kính chốt: dc = 3,66 (mm)

 Công suất cho phép: [P] = 2,42 (kw)

Xác định khoảng cách trục và số mắt xích

  Chọn số mắt xích là chẵn: x = 102

68 Để xích không quá căng cần giảm a một lượng:

Số lần va đập của xích i: Tra bảng 5.9   3

B 85 với loại xích ống con lăn, bước xích p = 12,7 (mm) => Số lần va đập cho phép của xích: [i] = 60

Kiểm nghiệm xích về độ bền

Q – Tải trọng phá hỏng: Tra bảng 5.2   3

Khối lượng 1m xích: q = 0,75 (kg) kđ – Hệ số tải trọng động: Do làm việc ở chế độ trung bình => kđ = 1,2

Fv – Lực căng do lực ly tâm sinh ra:

F0 – Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra: F 0 9,81 .k q a f , với kf – Hệ số phụ thuộc độ võng của xích Do  0 => kf = 2

[s] – Hệ số an toàn cho phép: Tra bảng 5.10   3

Xác định thông số của đĩa xích Đường kính vòng chia:

Bán kính đáy: r0,5025 d  1 ' 0,05với d ' 1 tra theo bảng 5.2   3

0,5025d' 0, 05 0,5025 8,51 0, 05 4, 77( ) r 1     mm Đường kính chân răng:

Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc:

Kđ – Hệ số tải trọng động: Theo như mục trên ta đã tra được Kđ = 1,2

A – Diện tích chiếu của bản lề:

B 87 với đường kính p = 12,7 mm cho A = 39,6 mm² Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích kr được xác định từ bảng ở trang 87 tài liệu [3], với số răng Z1 = 25 cho kr = 0,48 Hệ số phân bố tải trọng không đều kđ áp dụng khi sử dụng 1 dãy xích.

Fvđ – Lực va đập trên m dãy xích:

 do E1 = E2 = 2,1.10 5 MPa : Cả hai đĩa xích cùng làm bằng thép

B ta chọn vật liệu làm đĩa xích là thép 45, với các đặc tính tôi cải thiện, có  H  (800 900) H 491, 44(MPa)

Xác định lực tác dụng lên trục x r t

F  k F trong đó: kx – Hệ số kể đến trọng lượng của xích: kx =1,15 vì

Bảng 4.15: Bảng thông số của bộ truyền xích cụm cắt tách vỏ hạt sen

Thông số Ký hiệu Giá trị

Loại xích Xích ống con lăn

Số răng đĩa xích nhỏ Z1 25

Số răng đĩa xích lớn Z2 65

Vật liệu sử dụng cho đĩa xích là thép 45 với độ bền H đạt từ 800 đến 900 MPa Đường kính vòng chia của đĩa xích nhỏ là 101,3 mm, trong khi đường kính vòng chia của đĩa xích lớn là 262,8 mm Đường kính vòng đỉnh của đĩa xích nhỏ là 106,9 mm, và đường kính vòng đỉnh của đĩa xích lớn là 268,9 mm.

Bán kính đáy R 4,77 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df1 91,8 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích lớn df2 253,3 (mm)

Lực tác dụng lên trục Fr 234.7 (N)

Kết cấu của máy tách vỏ hạt sen

Sau khi xác định phương án thiết kế tối ưu cho hai cụm chính của máy tách vỏ hạt sen, bao gồm cụm cấp phôi và cụm cắt tách vỏ, chúng tôi tiến hành thiết kế mô hình tổng thể của máy tách vỏ hạt sen như được thể hiện trong hình 4.16.

Hình 4.16: Mô hình tổng thể máy tách vỏ hạt sen