MANUSCRIPT PREPARATION GUIDELINES Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 65 THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HÌNH DẠNG RĂNG ĐỂ TÁCH VỎ VÀ XƠ DỪA DESIGN[.]
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 65 THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HÌNH DẠNG RĂNG ĐỂ TÁCH VỎ VÀ XƠ DỪA DESIGN AND EXPERIMENT THE TOOTH SHAPE TO SPLIT THE COCONUT’S SKIN AND FIBROUS HUSK Đặng Hoàng Vũ1, Nguyễn Nhựt Phi Long 2, Dương Minh Hùng1 Trường Đại học Trà Vinh, Việt Nam Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam Ngày soạn nhận 8/9/2020, ngày phản biện đánh giá 25/9/2020, ngày chấp nhận đăng 7/11/2020 TÓM TẮT Cây dừa kinh tế mũi nhọn tỉnh miền Tây Nam Bộ Các sản phẩm từ xơ dừa mang lại tiềm kinh tế cho địa phương tơ xơ dừa, thảm xơ dừa, chậu xơ dừa, mụn dừa, Quá trình tách vỏ xơ dừa theo phương pháp truyền thống nhiều thời gian tiềm ẩn nhiều nguy tai nạn lao động Vì vậy, cần khắc phục khâu tách vỏ dừa cách chế tạo máy tách vỏ xơ cho trình sản xuất xơ dừa Bài báo trình bày tính tốn lý thuyết mơ hình dạng chẻ so với thực tế Tính tốn thực nghiệm tải trọng moment xoắn cần thiết trục tách dạng tách đảm bảo khả tách vỏ đa dạng dừa chín tự nhiên dừa khơ Từ khóa: dừa chín tự nhiên dừa khô; vỏ xơ dừa; trục dạng chẻ/tách; tải trọng moment xoắn cần thiết; máy tách vỏ xơ dừa ABSTRACT The coconut tree is one of the key economic trees of Southwestern Vietnam The products made from fibrous husk bring local economic potentials such as coir silk, coir carpet, coir pots, and coco peat The process of separating the coconut’s skin and fibrous husk by method traditional much time and has potential risks of the occupational accident So, it is necessary to overcome the stage of peeling by fabricating the coconut’s skin and fibrous husk separator for coir production The paper presents theoretical calculation and the split tooth shape simulation compared with actual experiments Calculating and experimentation the required load and torque moment on the separating shaft and the split tooth shape ensures the ability to separate the diverse shells of natural ripe coconuts to dried coconuts Keywords: natural ripe and dried coconuts; skin and fibrous husk; shaft and the split tooth shape; the required load and torque moment; the coconut’s skin and fibrous husk separator GIỚI THIỆU Miền Tây Nam Bộ nơi có diện tích trồng dừa lớn nước Trong đó, tỉnh Trà Vinh, Bến Tre, Vĩnh Long chiếm diện tích trồng dừa lớn tập trung nhiều sở sản xuất sản phẩm từ dừa: nước cốt dừa, cùi dừa, dầu dừa, bánh dừa, kẹo dừa, tơ xơ dừa, thảm xơ dừa, mụn dừa, Hiện nay, q trình sản phẩm từ xơ dừa, cơng đoạn tách vỏ dừa cần cải tiến so với phương pháp truyền thống Điều đòi hỏi phải sử dụng máy móc phù hợp để hỗ trợ nhiệm vụ khác việc sản xuất nâng cao chuỗi giá trị cho dừa Thiết bị tách vỏ truyền thống sử dụng nầm mang tiềm ẩn nguy hiểm lao động suất hạn chế [1] Bên cạnh đó, nhằm thay lao động trực tiếp người, máy tách vỏ xơ dừa với trục lăn có nhọn tách dễ dàng với dừa có hình dạng kích thước Máy dễ vận hành, khơng cần lao động 66 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh lành nghề, nhanh chóng, an tồn bảo trì đơn giản Và việc tháo lắp, di chuyển linh hoạt, tăng suất, giảm rủi ro tai nạn TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Việc giới hóa cơng đoạn gián tiếp thúc đẩy kinh tế địa phương góp phần nâng cao chuỗi giá trị dừa Máy tách vỏ dừa dựa nguyên lý hai trục tách đặt song song với theo khoảng cách thích hợp Hai trục lăn có bố trí số lượng cách khoảng cách có quan hệ song song với Hình dáng tách vị trí thiết kế bố trí trục lăn [2, 3] Việc chọn tách hợp lý máy giúp cho giảm thời gian sản xuất, tăng suất, máy tiêu thụ điện thấp chi phí bảo trì cho máy thấp xanh, dừa Ta vàng, dừa Dâu xanh, dừa Dâu vàng, dừa Lửa, dừa Bung; giống dừa lai PB121, PB141, JVA1, JVA2, số giống dừa đặc biệt khác dừa Sọc, dừa Sáp, dừa Dứa [6] Mục tiêu thiết kế máy để tương thích với kích thước dừa thông dụng, đạt suất tách mong muốn Trong nghiên cứu này, tác giả chủ yếu tập trung vào loại dừa lấy dầu Kích thước đo thước cặp Tiến hành đo thước cặp ngồi, đường kính theo phương X Y chênh lệch Ngồi ra, kích thước theo phương Z (kích thước đo từ đầu đến chóp dừa) kích thước góp phần đáng kể thiết kế Hiện nay, số dạng sử dụng máy tách vỏ dừa cọc nhọn, bản, xoắn, Hình Kích thước dừa theo phương Bảng Kích thước dừa Hình Một số dạng máy tách vỏ dừa Trong nghiên cứu G Sujaykumar cộng [4], tách dạng cọc nhọn có kích thước 30 × 40 mm, với moment xoắn bóc tách 45 Nm, đạt suất 150 – 170 trái/giờ Amal PV cộng [5] đưa kích thước dạng cọc nhọn 25 x 27 mm, suất máy đạt khoảng 120 – 150 trái/giờ GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 3.1 Thu thập liệu Hình dáng kích thước dừa trưởng thành có ý nghĩa quan trọng với thiết kế máy tách vỏ Hiện nay, tính đa dạng kích thước lẫn hình dạng dừa thể qua số giống dừa uống nước: dừa Xiêm xanh, dừa Xiêm lửa, dừa Ẻo nâu, dừa Ẻo xanh, dừa Tam Quan; giống dừa lấy dầu: dừa Ta STT X (mm) Y (mm) Z (mm) 143 139 160 157 146 167 162 161 198 168 170 210 210 208 230 216 220 243 237 240 272 234 245 281 241 238 287 10 253 245 290 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Hình Phân bố độ dày vỏ dừa Hình cho thấy độ dày vỏ phần đầu cuống 60 mm, phần gần đầu cuống 34 mm, độ dày vỏ 24 mm từ nửa khoảng cách từ đầu xích lơ độ dày phần chóp vỏ 28 mm 3.2 Thực nghiệm thông số lực cần thiết Vỏ dừa tách thông qua lực tách moment tác động lăn có cố định máy Các lực đo kiểm nghiệm thông qua thiết bị kiểm tra kéo nén kiểm tra moment Các loại dừa khác dừa thơ, khơ vừa phải, khơ khơ hồn tồn cho kết lực xé lực bóc tách vỏ khác Bảng Khảo nghiệm lực xé tách mức độ chin dừa Lực Lực Trạng thái xé xuyên bóc tách (N) (N) Dừa rám (màu xanh) 250 – 265 350 – 400 Dừa khô vừa (màu nâu) 260 – 285 350 – 450 Dừa khô (màu xám) 290 – 300 350-450 Dừa khô hoàn toàn (màu xám trắng) 300 – 330 400 – 450 67 Hình Quan hệ đường kính theo phương X Y dừa với lực tách Bảng Hình cho thấy lực cần thiết để bóc tách vỏ dừa khơ cao lực cần thiết để xuyên qua vỏ dừa cho thấy lực tách thay đổi dựa kích thước đường kính dừa 3.3 Thiết kế trục tách Kích thước trục lăn hình trụ thiết kế theo cách để có hiệu với vỏ dừa Giả định sử dụng tiếp điểm dừa với hình trụ góc 30 – 40 độ, tiếp xúc khu vực 1/8 chiều rộng dừa nên đưa vào không gian trung gian trục Độ bám dính sợi vỏ dừa lớn so với vỏ sọ dừa; q trình tách xảy vị trí vỏ ngồi Độ dày sợi nằm khoảng từ 20 đến 60 mm Kích thước nên lựa chọn cho có thâm nhập hiệu với dừa Các lưỡi dao tách gắn vào lăn hình trụ cách hàn cách sử dụng ốc vít Hình Lực tác động tách vỏ 68 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Hình Dạng tách vỏ Khoảng cách lưỡi đến chân chiều cao răng, bố trí dọc theo trục chiều dài lăn Để chọn chiều cao răng, phụ thuộc vào chiều dày trung bình vỏ dừa, chiều dài trung bình dừa xem xét để chọn chiều dài bố trí Chiều dài đoạn bố trí 400mm Các tách gắn trục lăn theo cách cho số lượng tối ưu phải tiếp xúc với dừa Điều giúp giảm tải cho Do chọn số lượng – phù hợp để tiếp xúc tốt hiệu 3.4 Phân tích lực Tải trọng tay (Fo) trọng lượng dừa tác động điểm tiếp xúc hai lăn Lực cắt (F1) Lực tách (F2) tác động vào vỏ gáo dừa Kết hai lực tác động lên lăn quay quay tách Phương pháp đánh giá lực cắt xem xét để tính tốn chịu lực Các ký kiệu sau sử dụng tất tính tốn mang trình bày RAx RBx tải trọng tác dụng lên ổ trục mặt phẳng nằm ngang Moment Mx lăn có kích thước góc 640 mm × 600 mm × 500 mm với kích thước lăn có đường kính trục 114 mm, chiều dài 550 mm Khung bao gồm lăn trơn dẫn hướng dừa, trục lăn Trong có trục mang tách Mỗi trục lăn thép trụ có đường kính 45mm, với chiều dài 750 mm đỡ hai đầu vòng bi Vịng bi 6207 với thơng số kỹ thuật sau đây: đường kính lắp trục 35 mm, dung sai K6, khả chịu tải tĩnh 8800 N, khả chịu tải động 12500 N, cho phép tối đa 13000 vịng/phút Lựa chọn thơng số kỹ thuật thực đường kính trung bình dừa lực tác dụng mặt phẳng thẳng đứng nằm ngang Từ giá trị thí nghiệm Moment xoắn cần thiết xác định Moment xoắn cần thiết (Mx) để tách vỏ dừa tính tốn sau: Khoảng cách từ tâm ngõng trục tới vị trí tách = 88,5mm Moment xoắn cần thiết (Mx) = 300 x 88.5mm = 26550 Nmm =26,55 Nm Với hệ số an toàn k=1,25 Vậy Moment xoắn cần thiết Mx = 26,55 x 1,25 = 33,18Nm Hình Hệ thống thực nghiệm thực tế dạng Hình Các lực tác dụng lên trục tách Thực nghiệm tách máy tách dừa chuẩn bị vận hành hệ thống truyền động khí Hệ thống tạo lực tác động gấp nhiều lần so với lực tác dụng phương pháp thủ công Bàn máy đỡ trục Với động có cơng suất 1HP (0,745 KW), số vịng quay 1360 vịng/phút động tạo lực Moment (Mx) 5,23 Nm Cơng thức tính tốn cho thấy trục tách quay với số vòng quay từ 30 – 70 vịng/phút Moment trục tách tạo từ 85 – 140 Nm Khả máy Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tách loại có hình dạng kích thước khác Cơng suất máy tách 250 – 300 trái/giờ 69 cơng theo kích thước thiết kế sau hàn bề mặt trục lăn 3.5 Mô thực nghiệm Thực nghiệm mô biến dạng tách phần mềm Inventer phiên 2018 với thông số thiết kế Chọn vật liệu cho thép CT38 Mật độ chia lưới 0.05 Kết cho thấy ứng suất tác động với lực F1 = 300 N (lực cắt) F2 = 300 N (lực bóc tách) Ứng suất đạt = 0,694 MPa nằm điều kiện làm việc trục tách Hình 10 Hệ thống trục bố trí thực nghiệm Khoảng cách lăn máy cố định tính từ cách cm, kích thước vỏ dừa sau lột qua, khoảng cách thay đổi cách điều chỉnh vị trí trục lăn có tách trục lăn cố định Việc thông số lựa chọn lực cắt, trọng lượng dừa tải trọng tay tác động lên dừa kết kiểm nghiệm biên dạng tách số lượng bố trí trục góp phần thiết kế chế tạo máy tách vỏ cách hợp lý Hình Mơ biến dạng trục với ứng suất tác dụng lên tách Thực nghiệm thực tế thiết kế tách có dạng nguyên lý tách vỏ trục lăn hai lăn chứa loạt cạnh có sắc tác động vào vỏ dừa tách vỏ chuyển động lăn liên tục Trong trục lăn đóng vai trị tách vỏ trục lăn đóng vai trị lăn dẫn hướng Trục lăn quay theo chiều kim đồng hồ lăn quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Các tách gia KẾT LUẬN Nội dung nghiên cứu kiểm nghiệm lý thuyết trình thực nghiệm thực tế hệ tách vỏ trái dừa khô Kết cho thấy khả tách tách dạng chẻ từ áp dụng phát triển chế tạo máy tách vỏ với suất cao Trong cụm máy tách cơng suất cao quan trọng trục tách thể dẫn đến ảnh hưởng chất lượng phần vỏ dừa sau tách sọ dừa (gáo dừa) Máy tách vỏ dừa nghiên cứu chế tạo thay công lao động tăng suất Việc thông số lựa chọn lực cắt, trọng lượng dừa tải trọng tay tác động lên dừa kết thiết kế kiểm nghiệm dạng tách góp phần làm cho máy tách vỏ tiêu thụ điện thấp chi phí bảo trì cho máy thấp tăng hiệu kinh tế cho sở chế biến dừa 70 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] R.W Titmas, R.S Hicklish, Coconut Husking Machine, US patent No.1724732, 1929 Muhammad.C.P, Final report of the Project on ‘Development of equipment and technology for pre-processing of coconut, Kelappaji College of Agricultural Engineering and Technology, Tavanur, India, 2002 Rahul Sabale, Dr K P Kolhe, Design and Development of Coconut Dehusking Machine for Marginal Farmers and Small Scale Coir Industry, International Engineering Research Journal (IERJ), Special Issue Page 3068-3076, 2015 G Sujaykumar, Shashidhar B Asantapur, Vishwas C., Prashanth Kumar, Dhanush D, Design and Fabrication of Coconut Dehusker, Journal of Mechanical Engineering and Automation, 7(3): 77-81, 2017 Amal PV, Sibin Sebastian, Abhiram Babu E, Albin Jose Saibu, Prof Sony Kuriakose, Design and fabrication of coconut dehusking machine, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Volume: 05 Issue: 04, pp 4485-4489, 2018 Thông tin trang web: http://dost-bentre.gov.vn/tin-tuc/927/da-da%CC%A3ng-ca%CC%81c-gio%CC%81ng-d u%CC%80a Tác giả chịu trách nhiệm viết: Đặng Hoàng Vũ Trường Đại học Trà Vinh Email: danghoangvutv@gmail.com ... bóc tách vỏ dừa khô cao lực cần thiết để xuyên qua vỏ dừa cho thấy lực tách thay đổi dựa kích thước đường kính dừa 3.3 Thiết kế trục tách Kích thước trục lăn hình trụ thiết kế theo cách để có hiệu... thước góp phần đáng kể thiết kế Hiện nay, số dạng sử dụng máy tách vỏ dừa cọc nhọn, bản, xoắn, Hình Kích thước dừa theo phương Bảng Kích thước dừa Hình Một số dạng máy tách vỏ dừa Trong nghiên cứu... Thực nghiệm thực tế thiết kế tách có dạng nguyên lý tách vỏ trục lăn hai lăn chứa loạt cạnh có sắc tác động vào vỏ dừa tách vỏ chuyển động lăn liên tục Trong trục lăn đóng vai trị tách vỏ trục