NGHIÊN CỨU TRAO ĐỒI NGHIÊN CỨU THIÉT KÉ, CHÉ TẠO THIÉT BỊ BÓC VỎ CỨNG HẠT SEN TƯƠI ờ VIỆT NAM RESEARCH, DESIGN, AND MANUFACTURE A DEVICE FOR HARD SHELLING FRESH LOTUS SEEDS IN VIETNAM Trần Hữu Khoa1,[.]
NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỒI NGHIÊN CỨU THIÉT KÉ, CHÉ TẠO THIÉT BỊ BÓC VỎ CỨNG HẠT SEN TƯƠI VIỆT NAM RESEARCH, DESIGN, AND MANUFACTURE A DEVICE FOR HARD SHELLING FRESH LOTUS SEEDS IN VIETNAM Trần Hữu Khoa1, TS Phạm Văn Liệu2, GS,TS Đinh Văn Chiến3, GS,TS Nguyễn Đăng Bình3 'Học viên Cao học Trường Đại học Việt Bấc 2Khoa Cơ khí, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Cơng nghiệp 3Trường Đại học Việt Bắc TĨM TẮT Trên giới có nhiều nghiên cứu sen sản phãm từ sen đê làm thực phâm, làm thuốc hay cảnh Tuy nhiên, điều kiện địa hĩnh, môi trường khác nên việc chọn giông sen khác Thêm xuất phát từ mục đích tiêu dùng khác nên diện tích trơng khác Cho đến nay, chưa có số liệu thong kê diện tích trồng sen giới, o Việt Nam đê hình thành ngành nghề cần xác định trạng tiềm phát triển, dự báo xu hướng thị hiếu khách hàng, quy hoạch vùng nguyên liệu Các sản phâm từ hạt sen nhiều nước giới ưa chuộng Đe đáp ứng nhu cầu tiêu thụ ngày cao, việc tơ chức nâng cao suất bóc vỏ cứng, vỏ lụa hạt sen tươi yêu cầu cấp thiết Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu thiết kể, chế tạo thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen tươi trồng Việt Nam nhằm đáp img nhu cầu thị trường theo hướng nâng cao suất đảm bảo chất lượng hạt sen tươi Từ khóa: Hạt sen tươi; vỏ cứng; Bóc vỏ; Vó lụa; Hoa sen ABSTRACT In the world, there have been many studies on lotus and lotus products for food, medicine or ornamental plants However, due to different topographical and environmental conditions, the selection of lotus varieties is also different In addition, stemming from different purposes of consumption, the planting area is also different So far, there are no statistics on the lotus growing area in the world In Vietnam, in order to form a new industry, it is necessary to determine the current status of development potential, forecast trends in customer tastes, and plan raw material areas Products from lotus seeds have been favored by many countries around the world In order to meet the increasing demandfor consumption, the organization to improve the production ofpeeled and fresh lotus seeds is an urgent requirement In this study, the authors focus on researching, designing and manufacturing a devicefor hard shellingfresh lotus seeds grown in Vietnam in order to meet the needs of the market in the direction of improving productivity and ensuring the quality of the seeds fresh lotus Keywords: Fresh lotus seeds; Hard shell; Peeled; Silk shell; Lotus flower ISSN 2615 - 9910 (bàn in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 103 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI l.ĐẶT VẤN ĐÈ Cây sen loại thủy sinh đa niên trồng nhiều nơi giới, đặc biệt Án Độ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, nước Đông Nam Á, Nga số nước châu Phi Ngoài chức làm thực phẩm, điều thú phận sen sử dụng làm thuốc thảo dược thuộc nhóm an thần theo danh mục vị thuốc, sen trồng châu Âu châu Mỹ với mục đích trang trí thực phẩm Sen trồng khắp Trung Quốc, đặc biệt tỉnh có nhiều ao, hồ, kênh, rạch Diện tích trồng sen Trung Quốc 140.000 ha, suất sen bình quân 22,5 củ/năm, với sản lượng triệu củ/nãm, từ năm 1990 (Liu, 1994) Một số nước Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, úc sản xuất hạt sen củ sen Tuy nhiên, diện tích sản lượng thấp nên phải nhập từ Trung Quốc giá hạt sen Hồng Kông từ 1,5-2 USD/kg Hiện nay, giới hạt sen ưa chuông, nhu cầu tiêu thụ hạt sen ngày cao, sản lượng tiêu thụ hàng năm dao động khoảng 20 - 30 nghìn Điều cho thấy Việt Nam tổ chức sản xuất, chế biến xuât khâu tốt sản phấn từ sen, có the đem lại nguồn ngoại tệ cao cho đất nước Ở Việt Nam sen trồng từ Bắc vào Nam, đặc biệt Đồng Tháp với diện tích khoảng gần 4000 coi xứ sờ sen Hiện nay, việc bóc vỏ cứng hạt sen tươi gần thiết bị thủ công bàng tay nên suất thấp, sản lượng chưa cao Cũng có vài sở sản xuất nhập thiết bị bóc vỏ hạt sen từ Trung Quốc thiết bị hoạt động chưa ổn định hay hỏng hóc, suất chưa cao Từ vấn đề nêu trên, việc nghiên cửu thiết kế chế tạo thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen tươi cần thiết, hướng, có ý nghĩa khoa học thực tiền Cơ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KÉ a Cấu tạo kích thước hạt sen tưoi Sen sản phấm canh tác vùng trũng với nhóm chính: Sen trồng lấy hoa, sen trồng lấy hạt sen trồng lấy củ Trong sen trồng lấy hoa, có sản phẩm hoa sen thu hoạch dạng hoa cung cấp cho nhu cầu thị trường trang trí nước xuất Với loại sen này, hoa sen to đẹp có hạt không cho củ Sen trồng lấy củ loại sen trồng để thu hoạch lấy củ sen chính, loại sen có hoa hoa, hoa sen nhỏ Loại sen thứ ba sen trồng lấy hạt, loại sen truyền thống Việt Nam vừa có bơng sen đẹp, vừa cho thu hoạch hạt Với giống sen này, hoa sen có đài sen lớn lượng hạt nhiều Hạt sen tươi tách từ đài sen bơng sen (Hình 1) thu hoạch đủ 21 + 25 ngày tuổi Hĩnh Đài sen hạt sen tươi ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 104 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivỉetnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI chất lượng hạt sen phụ thuộc nhiều vào tay nghề người bóc, vết cắt sâu chiêu dày lớp vỏ cứng làm hư hại cho phần hạt sen phía bên Hĩnh Cẩu tạo lớp hạt sen tươi Hạt sen tươi sau tách từ đài sen có cấu tạo gồm lớp (Hình 2) Lớp hạt sen lớp vỏ cứng có chiều dày cỡ xấp xỉ Imm Bên lớp vỏ cứng lớp vỏ lụa bao bọc xung quanh hạt sen Lớp vỏ lụa có chiều dày cỡ 0,2 mm Bên lớp vỏ lụa phần hạt sen lõi hạt sen tâm sen Theo kết nghiên cứu [1], hạt sen thời điểm thu hoạch thường có dạng hạt dài với chiều dài trung bình từ 22 - 23,1 mm đường kính hạt trung bình là: 15,75 - 16,2mm Khối lượng hạt sen chưa bóc vỏ khoảng 3,05 g/hạt b Phương pháp bóc vỏ hạt sen thủ cơng tay Hĩnh Bóc vỏ cứng hạt sen tươi thù cơng dao Để nâng cao suất chất lượng hạt sen tươi sau thu hoạch, cần thiết kế, chế tạo thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen LựA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Để bóc vỏ cứng hạt sen tươi cách tự động, hạt sen phải lựa chọn đạt tiêu chuẩn hình dáng, kích thước Đồng thời, dùng lưỡi dao cắt vòng xung quanh hạt sen tương tự bóc thủ cơng Tuy nhiên, dao gắn thiết bị có thê điều chỉnh chiều sâu vet cắt cho vừa bàng với chiều sâu lớp vỏ cứng, tránh cắt vào thân hạt sen Sơ đồ nguyên lý cắt rãnh xung quanh vỏ hạt sen biểu diễn Hình Hạt sen sau tách khỏi đài sen, hạt sen xử lý bóc tách vỏ cứng, vỏ lụa tâm sen (hạt sen tươi) có thê phơi khơ bảo quản hạt sen khơ (vẫn cịn lớp vỏ cứng) ■ _ -—Dao cát LSI hat san -Vò cứng hat san tươĩ —Vù — , ~ Bang tà Với hạt sen tươi, lớp vỏ cứng hạt sen có độ bền cao, trơn cứng Theo phương pháp thủ công truyền thống, vỏ sen tươi bóc khỏi hạt sen cách dùng dao nhọn cắt rãnh vòng quanh hạt sen với chiều sâu vừa đủ để chạm tới lớp vỏ lụa hạt sen, sau dùng mũi dao để tách vỏ cứng hạt sen theo vết cắt tạo thành từ trước (Hình 3) Với phương pháp này, suất tách vỏ thấp, ZZZZZZZZZ. _ ? ĩ ,< Chiều chuyển đông cùa bang tâĩ Hĩnh Sơ đồ nguyên lý cắt rãnh xung quanh vỏ cứng hạt sen tươi Đổ cắt đủ vòng vỏ cứng hạt sen, chiều dài lưỡi dao cần phải lớn chu vi hạt sen Đồng thời, phải đảm bảo hạt sen tiếp xúc với lưỡi dao vùng cắt không xảy tượng trượt tương đối dao với hạt sen ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 105 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỒI Đe đáp ứng yêu cầu này, lưỡi dao băng tải bố trí Hình Trong đó, khu vực lưỡi cắt, hạt sen ép ngược từ lên lị xo đặt phía băng tải, giúp cho hạt sen tỳ vào bề mặt tạo nhám giá đỡ dao, làm tăng khả ma sát hạt sen với giá đỡ dao giúp hạt sen lãn băng tải mà không xảy tượng trượt khu vực cắt bố trí hai bên băng tải, phần cịn lại hạt sen tiếp tục lăn dần vào máng thu gom cuối băng tải Các hạt sen thường có kích thước khác nhau, q trình bóc tách vỏ khơng bóc hết vỏ khoảng cách hạt sen nhỏ hay hai hạt sen gần Vì vậy, để đảm bảo hiệu q trình bóc tách, hạt sen cần phải cấp vào băng tải theo hạt theo hệ thống cấp liệu riêng, phều cấp liệu vào băng tải thiết kế theo biên dạng đặc biệt để đảm bảo hạt sen cấp vào theo dịng chảy đơn mà khơng có trường hợp hạt sen vào băng tải lúc (Hình 6) Cụm cam điều khiến cấp hạt sen liên động với puly đai dần động đế tách rời hạt, xem hình Hình Khu vực cắt vỏ cứng hạt sen tươi Sau qua khu vực cắt, hạt sen tiếp tục ép tỳ lên cữ chặn phía lị xo đặt phía băng tải, đồng thời hạt sen truyền chuyển động lăn băng tải chuyến động phía tạo chà sát lớp vỏ cứng hạt sen làm cho lớp cứng bị tách rời khỏi hạt sen giống bóc tay Để hồ trợ cho trình cắt bóc tách lớp vỏ cứng, đồng thời làm vụn lớp vỏ cứng tạo thành q trình cắt đứt vỏ, số vịi nước phun với áp lực cao bố trí dọc theo băng tải cừ chặn hạt sen, nhằm làm nhựa trình cắt tách vỏ cứng hạt sen Các vỏ cứng sau tách khỏi hạt sen vào khay thu gom Hình Hình dạng phều cấp hạt sen vào máy Hình Sơ đồ kết cấu cụm điều khiển cấp hạt sen tươi vào băng tải ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 106 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐƠI Từ đường kính bánh đai, vận tốc băng PHƯƠNG PHÁP CHÉ TẠO tải xác định theo công thức [1]: ĩĩ.d.n, 3,14.160.26,8 _ , , vbt = = —72""' — = 0,22m/s = 220mm.s (1) w 60000 60000 ' ' Trong đó: Vbt: Vận tốc băng tải; d: Đường kính bánh đai; 1Ỵ Tốc độ quay bánh đai Để đạt suất N = 33.000 hạt/ (100 kg/h), cần phải tính chọn số dãy bóc tách hạt sen băng tải Trong thời gian băng tải di chuyển quãng đường là: Sèt = Vbf t = 220.3600 = 729.000 mm (2) Trên sở tính tốn thiết kế phận máy từ vẽ thiết kế chi tiết vẽ lắp, việc chế tạo phận máy cấp liệu, dao cắt, khung máy, máng thu gom vỏ sản phẩm thực theo tiêu chuẩn chế tạo máy khí từ khâu lựa chọn vật liệu, công cụ chế tạo Tất phận khí thiết bị chế tạo Viện Khoa học Cơng nghệ Cơ khí Tự động hóa Môi trường Các phận phận cấp liệu, phận cắt, máng thu gom vỏ sản phẩm chế tạo inox SUS304 dày mm theo tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam (TCVN) Khung máy chế tạo thép vng mạ kẽm SS400 kích thước 50 X 50 mm + Nếu chọn dãy băng tải quãng đường di chuyển thực tế băng tải cần đế bóc hết 33.000 hạt/giờ là: CÁC THƠNG SĨ CỦA THIẾT BỊ sử DỤNG ĐÊ BĨC TÁCH VỎ CỨNG HẠT sịt = N.L = 33000.120 = 396.000 mm (3) Đe đánh giá hiệu suất thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen tươi thiết kế chế tạo, đồng thời thơng qua q trình thực nghiệm để lựa chọn thông số phù hợp nhàm hoàn thiện thiết bị tiến tới sản xuất thương mại hóa Q trình thực nghiệm thực sở thông số điều chỉnh gồm tốc độ băng tải tốc độ quay puly Phương pháp xác định hiệu suất thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen tính theo cơng thức [2]: + Vậy số dãy cần bố trí là: s2bt _ 3960000 = dãy s’bt ~ 792000 (4) Từ kết tính tốn (4) sơ kêt câu máy bóc vỏ cứng hạt sen tươi thể hình SEN TƯƠI Hiệu suất bóc vỏ (%) = mi~”ĩ2,100 mi Hình Sơ đồ kết cấu thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen tươi Trong đó: - irq: khối lượng hạt sen trước bóc vỏ cứng (kg); - m,: khối lượng hạt sen cịn sót lại sau q trình bóc vỏ cứng (kg) ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 107 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đe tiến hành thử nghiệm bóc vỏ cứng hạt sen tươi, khảo sát tốc độ băng tải giá trị 200, 220, 240 (mm/s); tốc độ quay puly 24, 26, 28 (vòng/phút); thời gian cố định phút Khối lượng sản phẩm đạt yêu cầu tương ứng 9, 10, 11 (kg), theo hiệu suất bóc đạt 83, 92, 87,5 (%) Từ kết nêu cho thấy với tốc độ băng tải 200 (mm/s) tốc độ quay bánh đai 24 (vòng/phút), hiệu suất thiết bị đạt 83 % Với tốc độ băng tải 220 (mm/s) tốc độ quay bánh đai 26 (vòng/phút), hiệu suất thiết bị đạt 92,0 % với tốc độ băng tải 240 (mm/s) tốc độ quay bánh đai bàng 28 (vòng/phút), hiệu suất thiết bị đạt 87,5 % Tuy nhiên, tiếp tục tăng tốc độ băng tải tốc độ quay bánh đai hiệu suất bóc vỏ hạt sen có xu hướng giảm Điều giải thích sau: tăng tốc độ băng tải làm giảm ma sát hạt sen cữ chặn phía gây tượng hạt sen bị trượt, lưỡi dao phía khơng cắt hết chu vi hạt sen, đồng thời tốc độ quay puly tăng làm cho phận cấp liệu hoạt động với công suất lớn hơn, số lượng hạt sen cấp vào băng tải nhanh hơn, khoảng cách hạt gần hơn, dần tới khoảng cách băng tải dao không làm cho vết xẻ rãnh dao vỏ hạt sen khơng (có thề chưa cắt hết chiều sâu cắt lớn vỏ) dần đến chất lượng sản phấm giảm KÉT LUẬN Thiết bị bóc vỏ cứng hạt sen hoạt động với suất ổn định có hiệu suất làm việc cao Ket cấu máy gọn nhẹ, chế tạo đơn giản Ket nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm cho thấy thiết bị có hiệu suất bóc vỏ cao tốc độ băng tải 220 (mm/s) tốc độ quay cùa bánh đai bàng 26 (vòng/phút), hiệu suất thiết bị đạt 92,0 % Tuy nhiên, tiếp tục tăng tốc độ băng tải tốc độ quay bánh đai hiệu suất bóc vỏ cứng hạt sen có xu hướng giảm, đồng thời q trình cắt lên vỏ cứng khơng dần tới chất lượng sản phẩm giảm Lòi cảm ơn: Ket nghiên cứu sản phẩm đề tài độc lập cấp Quốc gia số 47/20-ĐTĐL-CNN Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học Cơng nghệ tạo điều kiện q trình nghiên cứu.