ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 7, 2019 33 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN CẮT VỎ HẠT SEN TƯƠI DESIGN AND FABRICATION OF CUTTING PART FOR FRESH LOTUS SEED PEELING MACHINE Huỳnh Thanh Thưởng, Nguyễn Hoài Tân, Trần Nguyễn Phương Lan, Huỳnh Quốc Khanh, Lê Phan Hưng Trường Đại học Cần Thơ; thanhthuong@ctu.edu.vn, nhtan@ctu.edu.vn, tnplan@ctu.edu.vn, hqkhanh@ctu.edu.vn, lephanhung@ctu.edu.vn Tóm tắt - Bài báo trình bày kết nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm phận cắt vỏ (BPCV) máy tách vỏ hạt sen tươi (MTVHST) Nguyên liệu vào BPCV hạt sen tươi (21- 24 ngày tuổi) Sản phẩm đầu hạt sen tươi cắt xung quanh vỏ theo chiều ngang (khơng cắt phạm vào phần thịt hạt) Sau đó, hạt sen đưa đến phận tách vỏ (bộ phận trình bày nghiên cứu tới) để tách vỏ khỏi hạt Trước chế tạo chạy thử nghiệm, nhóm tác giả tiến hành xây dựng mơ hình ba chiều (3D) BPCV phần mềm Solidworks để đánh giá nguyên lý hạn chế sai sót q trình chế tạo Kết cho thấy, phận cắt vỏ hoạt động hiệu với tỷ lệ thành phẩm 75% Bên cạnh đó, BPCV đánh giá giải pháp ứng dụng MTVHST công nhận quyền sở hữu trí tuệ Cục Sở Hữu Trí Tuệ (Quyết định số 2594, ngày 10 tháng 01 năm 2019) Abstract - This paper presents the results of the research, fabrication and testing of the seed-pod cutting unit (hereafter called as cutting part) of the fresh lotus seed peeling machine Input material of the cutting part is fresh-green lotus seeds (from 21 to 24 days old) The output of this cutting part is lotus seeds which are cut horizontally on the green coat (the lotus kernels are not cut and affected) After that, these seeds are brought to lotus seed sheller – the shelling part (which will be presented in the next study) to separate the shell from the seed Before fabrication and testing, the authors set up a three-dimensional model (3D) of the cutting part on the Solidworks software to evaluate the principle as well as to minimize errors in the manufacturing process The results indicate that the cutting part works effectively with a finished product rate of over 75% Furthermore, the cutting part is considered as a new step applied to fresh lotus seed peeling machine and is recognized as a useful solution by the National Office of Intellectual Property of Vietnam (the decision No 2594 dated 10th, January 2019) Từ khóa - Hạt sen; hạt sen tươi; máy tách hạt sen; máy tách vỏ hạt sen Key words - Lotus seed; fresh lotus seed; lotus seed peeling machine; lotus seed sheller Đặt vấn đề Sen loại có giá trị từ gốc tới ngọn, đặc biệt hạt sen, mang giá trị kinh tế mà cịn có nhiều cơng dụng bổ ích việc trị bệnh Tại Việt Nam, vùng sen nguyên liệu rộng lớn tỉnh Đồng Tháp số tỉnh khác vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long Các sản phẩm làm từ hạt sen như: hạt sen sấy, hạt sen tươi, chè hạt sen, sữa hạt sen… mặt hàng phổ biến đời sống hàng ngày Bên cạnh đó, nhu cầu sử dụng sản phẩm làm từ hạt sen tăng mạnh nước như: Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc… Tuy nhiên, việc giới hóa khâu sản xuất hạt sen nguyên liệu, khâu bóc tách vỏ hạt sen cịn thấp, hồn tồn thủ cơng nên cần số lượng lớn nhân công cho việc tách hạt Điều đồng nghĩa với việc suất tách vỏ hạt sen thấp nguyên nhân làm tăng giá thành hạt sen ngun liệu Do đó, việc áp dụng khí hóa tự động hóa vào khâu tách vỏ hạt sen đem lại nhiều lợi ích như: tăng suất tách vỏ hạt sen, chất lượng sản phẩm đồng Từ góp phần giảm giá thành sản phẩm tăng tính cạnh tranh hạt sen nguyên liệu Hiện Việt Nam, thị trường xuất nhiều máy tách hạt khác như: máy tách hạt điều, hạt ca cao… [1] Qua khảo sát nhóm nghiên cứu sở sản suất hạt sen ngun liệu tỉnh Đồng Tháp q trình bóc tách vỏ hồn tồn thủ cơng Ngồi ra, có sở sử dụng máy Trung Quốc, nhiên giá thành cao (khoảng 7000 USD) tồn nhiều khuyết điểm như: suất chưa cao, tỉ lệ thành phẩm thấp, cân chỉnh máy phức tạp đặc biệt khơng có chế độ hậu bảo hành, hướng dẫn sử dụng [2] Ngoài ra, máy vừa nêu số máy tách vỏ hạt sen khác Công ty Cổ phần Cơ khí Tân Minh nhập từ Trung Quốc bán thị trường [2] – [3] Từ vấn đề nêu trên, đề tài nghiên cứu MTVHST thật cần thiết để sớm ứng dụng nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế tăng tính cạnh tranh hạt sen nguyên liệu vùng chuyên canh sen Máy tách vỏ hạt sen nhóm tác giả gồm hai máy nhỏ: máy cắt vỏ (trong nghiên cứu gọi phận cắt vỏ) máy tách vỏ (bộ phận tách vỏ) MTVHST máy quan trọng dây chuyền sản xuất hạt sen tươi nguyên liệu Mỗi máy tương ứng với với cơng đoạn từ khâu tách bóc hạt sen tươi từ gương sen đến cho hạt sen thành phẩm chuỗi dây chuyền sản xuất Nghiên cứu này, tập trung vào việc thiết kế phận định vị hạt sen bố trí lưỡi dao cắt BPCV Yêu cầu sản phẩm đầu BPCV cắt bao quanh phần trụ hạt vết cắt không phạm vào phần thịt hạt sen Hình Bên cạnh đó, BPCV chế tạo chạy thử nghiệm để kiểm tra hiệu nguyên lý cắt vỏ hạt sen vừa đề xuất Hình Yêu cầu vết cắt vỏ hạt sen tươi BPCV Huỳnh Thanh Thưởng, Nguyễn Hoài Tân, Trần Nguyễn Phương Lan, Huỳnh Quốc Khanh, Lê Phan Hưng 34 Kết nghiên cứu khảo sát 2.1 Tính chất vật lý Hạt sen tươi có chiều dài 20 – 23mm đường kính 15 – 17mm Khối lượng hạt trung bình hạt từ 2,5g đến 3,5g Hình dạng chủ yếu hạt sen tươi hình oval đoạn ngắn hạt sen có hình trụ, màu sắc xanh hạt sen tươi ngã sang màu sẫm/ nâu đen già Hạt sen tươi ăn sau vài ngày kể từ tách khỏi gương khơng bảo quản lâu, cịn hạt sen khơ bảo quản lâu nhiều thời gian chế biến trước ăn [5] Cấu tạo hạt sen tươi Hình 2, bao gồm: lớp vỏ màu xanh cùng, bên phần cơm (thịt) bảo vệ lớp màng mỏng gọi lớp vỏ lụa, tim sen nằm phía phần thịt hạt sen Hạt sen tươi sau tách từ gương có nhiều kích thước khác nhau, thơng số vật lý hạt sen theo độ tuổi thể Bảng [4] Hạt sen tươi dùng để chế biến sản xuất tách từ gương sen vào khoảng 21 – 24 ngày tuổi (tính từ ngày sau hoa rụng cánh) Hình [5] Hơn nữa, qua khảo sát đo đạc thực tế, nhóm nghiên cứu đo bề dày vỏ hạt sen tươi – 1,2mm Vỏ hạt sen Lớp vỏ lụa Phần cơm (thịt) Tim sen Hình Cấu tạo hạt sen tươi a) b) c) Hình Sen ngày tuổi khác nhau; a) Sen 18 ngày tuổi; b) Sen 21 ngày tuổi; c) Sen 24 ngày tuổi [5] Bảng Sự thay đổi thông số vật lý hạt sen theo độ tuổi [4] Ngày tuổi Đường kính gương (mm) Đường kính hạt (mm) Chiều dài hạt (mm) Khối lượng gương (g) Khối lượng trung bình hạt có vỏ (g) Khối lượng trung bình hạt bóc vỏ (g) 10 67,57 11,60 19,64 38,74 1,17 0,38 13 72,06 13,25 20,75 52,59 1,79 0,89 2.2 Thành phần hóa học Hạt sen giàu dinh dưỡng, protein, magie, kali, photpho, hàm lượng cholesterol, natri mỡ bão hòa lại thấp Bảng thể số liệu thành phần chất dinh dưỡng hạt sen lấy từ đồng sen tạihuyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp [5] 15 85,59 16,05 22,2 77,70 2,76 1,47 17 86,92 16,30 22,64 81,51 2,77 1,53 19 87,96 16,40 23,10 88,36 2,95 1,69 Thành phần 18 21 24 Ẩm (%) 72,75 62,33 53,87 Vitamin C (mg%) 12,17 10,45 7,60 Đường tổng số (%) 16,77 23,40 36,40 Tinh bột (%) 5,43 18,72 22,15 2.3 Phương pháp cắt vỏ hạt sen 2.3.1 Tách hạt sen tươi thủ công Tách hạt sen tươi thủ cơng bước phải lấy hạt sen tươi từ gương sen tay dao Sau dùng dao để cắt vịng quanh vỏ bóc lớp vỏ tươi khỏi hạt Tiếp theo bóc lớp vỏ lụa bước cuối lấy tim sen cách dùng que nhỏ có đường kính vừa phải chọc vào gù hạt sen để đẩy tim sen 2.3.2 Cắt vỏ hạt sen tươi máy Dựa vào phương pháp cắt tách vỏ hạt sen thủ cơng, nhóm tác giả đề xuất phương pháp cắt vỏ hạt để dễ tách vỏ khỏi hạt cách cắt bao quanh phần hình trụ 23 93,12 16,06 22,24 86,79 2,74 1,49 25 101,77 15,75 21,99 85,29 2,57 1,409 hạt sen, Hình Hạt sen tươi Phễu cấp liệu Bộ phận dẫn hướng Hạt sen cắt Cơ cấu cắt Bảng Thành phần hóa học hạt sen [5] Độ tuổi sen (Số ngày sau hoa rụng cánh) 21 91,20 16,19 22,81 87,02 3,05 1,76 Hình Quy trình cắt hạt sen máy Quá trình cắt vỏ hạt sen phận cắt thực miêu tả Hình Hạt sen tươi đưa vào phễu cấp liệu đến chi tiết định vị hạt sen (các chi tiết định vị có chức dẫn hướng hạt sen vào cấu cắt vị trí, qui trình miêu tả cụ thể Mục 3.1.2) Sau hạt lăn đến cấu cắt Thành phẩm khâu hạt sen có vết cắt vỏ tương ứng với chu vi hạt sen Hình Hạt sen sau cắt vỏ nguyên liệu đầu vào khâu khâu tách vỏ 2.3.3 Đề xuất nguyên lý hoạt động phận cắt vỏ hạt sen Nguyên lý hoạt động BPCV trình bày Hình Tất phận/chi tiết cố định khung máy Đầu tiên, hạt sen tươi đưa vào phễu cấp liệu (1) rơi vào rãnh phân luồng phễu; Ru lô dẫn hướng (2) Ru lô chủ động (9) hạt sen lăn qua phận dẫn hướng (3) Sau qua phận dẫn hướng, hạt sen tác dụng Ru lơ chủ động qua bệ đỡ (8) có cắt rãnh để dao cắt ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 7, 2019 tiếp xúc cắt vỏ hạt sen Tại đây, phận trượt lắp dao (7) chuyển động tịnh tiến, nhờ cấu cam-con lăn (5) lò xo (6), cắt vỏ hạt sen lăn qua bệ đỡ Mơ hình hóa chi tiết trình bày Mục 3.1 chức phận/chi tiết miêu tả chi tiết sau: - Phễu cấp liệu (1): Chứa nguyên liệu có rãnh dẫn hướng để đưa hạt sen vào vị trí dẫn hướng phận dẫn hướng vào lưỡi dao cắt - Ru lô dẫn hướng (2): Dẫn hướng hạt sen (w3< w2 quay chiều với ru lô chủ động (9)) - Bộ phận dẫn hướng (3): Định hướng hạt lăn vào vị trí dao cắt phận cắt - Động điện (4): Dẫn động phận cắt, truyền động từ động đến ru lô dẫn hướng, ru lô chủ động trục cam truyền xích - Cơ cấu cam (5): Chuyển đổi từ chuyển động quay tròn trục cam sang chuyển động tịnh tuyến lăn, lăn lắp phận trượt - Lò xo (6): Giúp bề mặt trượt tiếp xúc với bề mặt cam - Bộ phận trượt lắp dao (7): Lắp dao chuyển động tịnh tiến để tạo vận tốc cắt - Bệ đỡ (8): Bệ đỡ kết hợp với bề mặt ru lô chủ động tạo thành cấu giữ hạt sen qua dao cắt Hơn nữa, bệ đỡ có chức tạo khoảng cách định hạt sen dao cắt để dao không cắt vào phần thịt hạt - Ru lô chủ động (9): Tiếp xúc với hạt sen tạo lực ép để hạt sen lăn bệ đỡ, đồng thời tạo lực ma sát để hạt sen lăn rãnh dẫn hướng - Bộ dây xích (10): Truyền động từ động đến cam (10.1), từ động đên ru lô chủ động (10.2) từ ru lô chủ động đến ru lô dẫn hướng (10.3) 35 Phễu cấp liệu ghép từ bốn thép dày 3mm, độ nghiêng bốn vách phễu cấp liệu (α) so với phương ngang tính tốn để đảm bảo hạt sen tự trượt vách phễu nhằm mục đích hạt sen tự rơi vào rãnh phân luồng Góc nghiêng α tính tốn dựa vào góc ma sát trượt Hình cơng thức (1), (2) 𝑃 ∙ sin 𝛼 ≥ 𝐹𝑚𝑠 = 𝑘 ∙ 𝑃 ∙ cos 𝛼 (1) Từ (1), ta có: tan ∝ ≥ 𝑘 𝑃 (2) Trong đó, k hệ số ma sát trượt vỏ hạt sen thép (được phủ lớp sơn bảo vệ), P trọng lượng hạt sen, Fms lực ma sát Đối với rãnh phân luồng, bề rộng rãnh phải lớn chiều dài hạt sen Kích thước hạt sen cung cấp Bảng Trong nghiên cứu này, bề rộng rãnh thiết kế 24mm Hình Phễu cấp liệu dẫn phân luồng Hình Sơ đồ tính góc nghiêng vách phễu 3.1.2 Thiết kế cụm chi tiết dẫn hướng định vị hạt sen Cụm chi tiết dẫn hướng định vị hạt sen bao gồm ba chi tiết Hình 8a: (2) ru lơ dẫn hướng, (3) chi tiết dẫn hướng, (9) ru lô chủ động Cả ba chi tiết dán lớp cao su đàn hồi có chiều dày 8mm để hạt sen khơng bị dập Hai chức cụm chi tiết nhằm đảm bảo: Hình Nguyên lý cắt hạt sen máy; Phễu; Ru lô dẫn hướng; Bộ phận dẫn hướng; Động điện; Cơ cấu cam lăn; Lò xo; Bộ phận trượt lắp dao; Bệ đỡ; Ru lô chủ động; 10.1 – 10.3 Bộ dây xích; w1 Vận tốc góc động cam; w2 Vận tốc góc Ru lơ chủ động; w3 Vận tốc góc Ru lơ dẫn hướng Mơ hình hóa, kết thảo luận 3.1 Mơ hình hóa 3.1.1 Thiết kế phễu cấp liệu rãnh phân luồng Phễu cấp liệu rãnh phân luồng gồm rãnh Hình • Chức thứ nhất: hạt sen tiếp xúc với bề mặt ru lô dẫn hướng – ru lô chủ động tiếp xúc với ru lô chủ động – chi tiết dẫn hướng hạt sen qua khe hở cặp chi tiết tương ứng • Chức thứ hai: định vị hạt sen lăn rãnh dẫn hướng Hình 8b thể hình chiếu đứng cụm chi tiết dẫn hướng định vị hạt sen với phễu cấp liệu hoạt động Phần chuyển tiếp rãnh phân luồng chi tiết dẫn hướng không cách xa đường kính hạt sen (Bảng 1) Nếu khoảng cách lớn đường kính hạt sen hạt sen rơi qua khoảng hở ngồi rơi vào rãnh khác Khoảng hở hướng kính hai ru lô (ru lô dẫn hướng ru lô chủ động) nhỏ đường kính hạt sen khoảng 2mm Khi hạt sen rơi vào khoảng hở cọ sát với hai ru lơ lăn vị trí khoảng thời gian định (hai ru lô 36 Huỳnh Thanh Thưởng, Nguyễn Hoài Tân, Trần Nguyễn Phương Lan, Huỳnh Quốc Khanh, Lê Phan Hưng có kích thước đường kính nên khoảng thời gian phụ thuộc vào độ chênh lệch vận tốc góc w2 ru lơ chủ động w3 ru lô dẫn hướng, w2 ≥ w3 quay chiều) Khoảng cách bề mặt phần dẫn hướng bề mặt ru lô chủ động khoảng hở hướng kính hai ru lô nêu Hơn nữa, phận dẫn dướng lắp với khung máy bulong, nên điều chỉnh khoảng cách bề mặt phận dẫn hướng ru lô dẫn hướng Bên cạnh đó, khoảng cách t (Hình 10) khoảng cách từ mặt bệ đỡ (8) đến đường kính ngồi ru lơ chủ động (9) xác định phải nhỏ đường kính nhỏ hạt nguyên liệu (Bảng 1) để tạo lực ma sát hạt bệ đỡ hạt ru lô chủ động đảm bảo hạt sen không trượt qua dao cắt Bệ đỡ cố định với khung máy bulong M6 điều chỉnh khoảng cách t cách điều chỉnh bulong Hình Cụm chi tiết dẫn hướng định vị hạt sen; a) Cụm chi tiết; b) Hình chiếu đứng lắp khung máy vận tốc dài Vt (vector vận tốc Vt miêu tả Hình 10b) tiếp xúc với hạt sen, nhờ hạt sen lăn bề mặt chi tiết dẫn hướng Đối với hạt sen, bề mặt tiếp xúc với bề mặt ru lơ chủ động có vận tốc dài V hs Giả sử, lúc đầu đường tâm hạt sen khơng vng góc với phương vector Vt, tức hạt sen không lăn dọc theo rãnh dẫn hướng, lúc Vt Vhs không phương (như trạng thái Hình 10b) Tuy nhiên, điểm tiếp xúc (giống truyền động bánh ma sát không xãy tượng trượt), theo lý thuyết vận tốc dài hạt sen Vhs với Vt Do đó, để Vt = Vhs hai vector vận tốc phải phương, chiều độ lớn Bên cạnh đó, hạt sen có hình oval khoảng hạt sen có hình trụ nên hạt sen có xu hướng lăn theo hướng vng góc với đường tâm hạt Hơn nữa, khoảng cách bề mặt ru lô chủ động bề mặt chi tiết dẫn hướng cố định (như rãnh vòng cung) Như vậy, điều kiện lý tưởng để hạt sen lăn trong cụm chi tiết miêu tả trình từ trạng thái đến trạng thái Hình 10b Nói cách khác, hạt sen lăn cụm chi tiết dẫn hướng tự động điều chỉnh hướng lăn theo ý đồ thiết kế đề 3.1.3 Thiết kế phận lắp dao cụm dao cắt Độ cao lưỡi cắt dao so với bệ đỡ, điều chỉnh cách điều chỉnh khoảng cách d (Hình 11) bốn bulong M8 (bulong ghép phận trượt gá dao) Phần nhô lên lưỡi dao so với bề mặt bệ đỡ không lớn chiều dày vỏ hạt sen, lớn lưỡi dao cắt cắt phạm vào phần thịt hạt sen Hình Định vị hạt sen; a) Đường tâm hạt sen; b) Định vị hạt sen lăn qua dao Hình 10 Sơ đồ hạt sen lăn qua dao; a) Khoảng hở tiếp xúc; b) Vận tốc dài thành phần Chức thứ cụm chi tiết dẫn hướng định vị hạt sen mơ tả Hình Hình 9a, thể đường tâm hạt sen Để dao cắt cắt vịng quanh hạt sen đường tâm hạt sen phải vng góc rãnh dẫn hướng Nói cách khác, đường tâm hạt sen phải vng góc với đoạn thẳng dọc theo lưỡi dao cắt Hình 9b Phần thiết kế dao cắt bệ đỡ để trình bày mục Quá trình hạt sen định vị trình lăn cụm dẫn hướng định vị nêu giải thích Hình 10 Hạt sen lăn khoảng hở ru lơ chủ động chi tiết dẫn hướng mơ tả Hình 10a Bề mặt chi tiết dẫn hướng cố định, hạt sen lăn bề mặt Mặt ru lơ chủ động chuyển động với Hình 11 Cấu tạo phận cắt hạt sen; t: khoảng cách lớp cao su đàn hồi ru lô chủ động bệ đỡ; d: khoảng cách giá lắp dao cắt phận trượt Dao sử dụng phận cắt dao rọc giấy có chiều rộng 18mm có sẵn thị trường, nhằm thay dễ dàng, chi phí thấp Tuy nhiên, chiều dài lưỡi dao cần cắt ngắn tương đương với chu vi hạt sen để đảm bảo dao khơng cắt vào vết cắt trước Do đường kính hạt sen chọn là15 – 17mm, nên chiều dài dao xác định chu vi hạt sen có giá trị 47 – 53mm Trong nghiên cứu chiều dài lưỡi dao cắt (Ld) 55mm Quá trình thiết kế bàn trượt phận gá dao cắt cần lưu ý: • Đảm bảo điều chỉnh chiều cao dao dễ dàng • Bộ phận gá dao cần chắn, lực kẹp dao phải đảm bảo thay dao dễ dàng ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 7, 2019 • Đảm bảo độ song song bề mặt dao cắt bề mặt bệ đỡ Hình 12 thể trình cắt hạt sen lăn qua dao cắt Khi hạt sen (2) lăn từ vách ngăn (1) phận dẫn hướng, hạt sen tiếp xúc với bề mặt bệ đỡ (4) lăn qua rãnh bệ đỡ (3) có lưỡi dao nhơ cao mặt bệ đỡ Các dao (6) cố định phận trượt lắp dao (7) nhờ gá dao (7) Để tạo chuyển động cắt dao, phận trượt lắp dao (7) lắp vào bàn trượt có cấu cam-con lăn (5) Do vỏ hạt sen cắt xung quanh hạt, Hình 3, sau lăn qua cấu cắt 37 Trong đó, t1, t2 t3 thời gian hạt sen lăn qua quãng đường tương ứng s1, s2, s3 Trước xác định giá trị khoảng thời gian ta cần xác định độ lún lớp cao su đàn hồi (Q) dán ru lô phận dẫn hướng Độ lún xác định phương pháp thực nghiệm Phương pháp xác định cách đo giá trị (t) cho hạt sen lăn qua bệ đỡ (4) ru lô chủ động (2), Hình 14 Độ lún Q lớp cao su xác định: Q=D−t (4) Trong đó, D đường kính hạt sen Trong nghiên cứu này, Q chọn 2,5–3,5mm, tương ứng với đường kính hạt sen 15–17mm Khoảng hở t0 hai ru lô khoảng hỡ ru lô chủ động bề mặt dẫn hướng chọn t0 = 10mm (tương ứng với độ lún lớp cao su 3,5mm) Chọn giá trị độ lún lớn giúp khoảng hở t0 nhỏ, từ hạt sen có đường kính nhỏ 15mm tiếp xúc với ru lơ lăn qua vị trí Chú ý: đường kính hạt sen lấy trung bình tính tốn 16mm, độ lún lớp cao su (tương ứng với đường kính hạt sen D = 16mm khoảng hở ru lô t0 = 10mm) Q = 3mm Hình 12 Nguyên lý bệ đỡ, phận trượt lắp dao; Bộ phận dẫn hướng; Hạt sen tươi; Rãnh bệ đỡ; Bệ đỡ; Bộ phận trượt lắp dao; Dao; Thanh gá dao Dựa vào nguyên lý Hình 12, mơ hình hóa cụm dao cắt thiết kế Hình 13 Các dao cắt cố định phận trượt lắp dao (8) nhờ gá dao (7) Các trượt (9) giúp chuyển động tịnh tiến cụm dao cắt lặp lại cách nhịp nhàng Hình 14 Sơ đồ tính tốn tốc độ quay hai ru lô; Ru lô dẫn hướng; Bộ phận dẫn hướng; Dao cắt; Bệ đỡ; Ru lô chủ động; Hạt sen Như vậy, thời gian hạt sen lăn qua dao cắt tính sau: (giả sử tốc độ quay ru lô chủ động ru lô dẫn hướng tương ứng n1 n2, đơn vị vịng/phút) Hình 13 Cấu tạo cụm dao cắt; Dao; Thanh gá dao; Bộ phận trượt lắp dao; Thanh trượt 3.1.4 Tính tốn tốc độ quay ru lơ Trước tính tốn tốc độ quay hai ru lô, yêu cầu sau cần thỏa mãn: Từng hạt sen lăn quãng đường từ vị trí ban đầu phận dẫn hướng (P1) đến khỏi cấu cắt (P3), Hình 14 Mục đích u cầu để tránh tình trạng hạt sen có đường kính khác lăn cạnh dẫn đến cấu dẫn hướng phận cắt dẫn hướng cắt hạt có đường kính lớn Như vậy, có qng đường s1 (tương ứng từ P0 đếnP1), s2 (tương ứng từ P1 đến P2), s3 (tương ứng từ P2 đến P3); để thỏa mãn điều kiện thời gian hạt sen lăn qua quãng đường s1 tổng thời gian hạt sen lăn qua quãng đường s2 s3 Tức là: 𝑡1 ≥ 𝑡2 + 𝑡3 (3) 𝑠3 = 𝑆𝑟𝑢𝑙𝑜 ∙ 𝑛1 𝑠2 = 𝑆𝑟𝑢𝑙𝑜 ∙ 𝑛1 𝑡3 = 𝑉ℎ𝑠 𝑡2 = 𝑉ℎ𝑠 𝑠3 = 0,077 (𝑝ℎú𝑡) (5) 𝑠2 = 0,254 (𝑝ℎú𝑡) (6) 𝑛1 Trong đó, Srulo chu vi ru lô tương ứng độ lún lớp cao su 3mm; đường kính ru lơ Drulo = 232mm Hơn nữa, s3 = 55mm lấy chiều dài dao cắt Chú ý, vận tốc hạt sen khác vị trí hạt sen lăn qua lưỡi cắt độ lún lớp cao su khác Tuy nhiên, thay đổi không nhiều nên tính tốn vận tốc xem khơng đổi Như trên, thời gian hạt sen lăn qua phận dẫn hướng: 𝑛1 Trong đó, s2 = 180mm đo vẽ tương ứng với chiều dài vòng cung mà hạt sen phải lăn qua rãnh phận dẫn hướng (3) Như vậy, thời gian để hạt sen 0,331 lăn qua khoảng hở ru lô 𝑡1 ≥ (𝑝ℎú𝑡) 𝑛1 Huỳnh Thanh Thưởng, Nguyễn Hoài Tân, Trần Nguyễn Phương Lan, Huỳnh Quốc Khanh, Lê Phan Hưng 38 ′ 𝑉ℎ𝑠 Gọi vận tốc dài ru lơ dẫn hướng vị trí tiếp xúc với hạt sen, với s1 = 54,2mm Tốc độ quay ru lô dẫn hướng xác định sau: ′ 𝑉ℎ𝑠 − 𝑉ℎ𝑠 = 𝑠1 𝑡1 (𝑚𝑚/𝑝ℎú𝑡) (7) 𝑛2 ≥ 0,769 ∙ 𝑛1 (8) Theo kết (8) ta lựa chọn số bánh xích lắp trục ru lơ Số bánh xích lắp ru lô chủ động ru lô dẫn hướng tương ứng 25 32 3.1.5 Tính tốn vận tốc hạt sen truyền động Đối với vận tốc lăn hạt sen cấu dẫn hướng xác định thực nghiệm với vận tốc khác tương ứng với tỉ số truyền khác động trục ru lô chủ động, Hình 15, tỉ số Z1/Z4 tương ứng với giá trị 16/25; 16/32 16/48 Tương ứng với tỉ số truyền này, số vòng quay trục động 300 vịng/phút, vận tốc dài vị trí tiếp xúc hạt sen ru lô chủ động 2,27; 1,78 1,18m/s Từ kết chạy thử nghiệm với 3tỉ số truyền trên, dựa vào việc quan sát vết cắt hạt sen, cho thấy hạt sen lăn cấu với vận tốc nhỏ hạt sen định vị xác hơn, nhiên, khác biệt khoảng 5% Do đó, tỉ số truyền động trục ru lô chủ động chọn Z1/Z4 = 16/48 Bảng Tỉ số truyền truyền xích Cụm truyền động Tỉ số truyền Động với trục cam 16/16 Động với ru lô chủ động 16/48 Ru lô chủ động với ru lô dẫn hướng 25/32 3.2 Kết thảo luận Bộ phận cắt vỏ hạt sen chế tạo chạy thử nghiệm dựa nguyên lý cắt vừa đề xuất Kết cho thấy, nguyên lý vừa đề xuất đạt hiệu cao hạt sen định vị xác lăn qua phận cắt Mơ hình hóa máy tách vỏ hạt sen (bộ phận cắt) thể chi tiết/bộ phận quan trọng máy Hình 16a Hơn nữa, Hình 16b thể hình ảnh thực tế máy sau chế tạo Hình 17 kết cắt vỏ hạt sen phận cắt Quá trình chạy thử nghiệm máy đạt tỉ lệ thành phẩm 75% a) b) Hình 15 Sơ đồ truyền động xích Hơn nữa, hạt sen lăn bệ đỡ qua dao cắt, vỏ hạt sen cắt miễn dao cắt chuyển động; hạt sen định vị vị trí lực tì đè lớp cao su ru lô chủ động hạt sen lớn lực ma sát cắt Do đó, hành trình cắt khơng ảnh hưởng lớn đến kết cắt vỏ Tuy nhiên, hành trình dao lớn, tức độ lệch tâm cam lớn, làm tăng công suất động làm tăng lực quán tính cấu trượt dẫn đến tăng rung động máy Hành trình dao cắt xác thiết kế 6mm (độ lệch tâm cam 3mm) Sơ đồ truyền động thể Hình 15 Động điện pha có hộp giảm tốc quay với tốc độ n = 300vịng/phút Số đĩa xích thể Bảng tỉ số truyền thể Bảng Hình 16 Máy tách vỏ hạt sen tươi (bộ phận cắt); a) Mơ hình hóa; b) Máy chế tạo Bảng Số đĩa xích Đĩa xích Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Số 16 16 25 48 32 Hình 17 Một số hình ảnh kết cắt (kết hợp qua máy tách vỏ) vỏ máy cắt vỏ hạt sen tươi ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 7, 2019 Kết luận Sau trình nghiên cứu, tác giả chế tạo chạy thử nghiệm phận cắt vỏ hạt sen tươi để kiểm tra nguyên lý cắt đề xuất Bộ ba chi tiết ru lô dẫn hướng, ru lô chủ động rãnh dẫn hướng cấu thành phận quan trọng để định vị xác vị trí hạt sen lăn qua dao cắt, vừa cấu tì đè hỗ trợ việc cắt vỏ Kết hợp với cụm dao cắt thiết kế linh hoạt điều chỉnh độ cao dao thay dao dễ dàng, phận cắt cắt hạt sen tươi với nhiều kích cỡ khác tỉ lệ thành phẩm đạt 75% Kết báo nguồn tư liệu để tham khảo thực nghiên cứu việc tách vỏ hạt sen, đồng thời tiếp tục nghiên cứu đễ sớm ứng dụng vào dây chuyền sản xuất hạt sen tươi nguyên liệu Hơn nữa, phận cắt phận hồn chỉnh, dễ dàng đồng vào dây chuyền gồm nhiều máy khác để tách vỏ hạt sen tươi hồn chỉnh Lời cảm ơn: Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn đến tiến sĩ Dương Văn Ni – Khoa Môi trường – Trường Đại học Cần Thơ giáo sư Bảo Hân – Trường Đại học Old Dominion, Hoa Kỳ nhiệt tình hỗ trợ nhóm thực 39 nghiên cứu Đồng thời, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Cần Thơ hỗ trợ chi phí nguồn lực để đăng ký giải pháp hữu ích cho nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Văn Hữu Thịnh Nguyễn Thoại Khanh, “Nghiên cứu, thiết kế máy tách hạt ca cao”, Hội nghị Khoa học cơng nghệ tồn quốc Cơ Khí IV, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2015, 707-713 [2] Xieqing, Xu, Rao Honghui, Li Tao and Liu Muhua, “Design and experiment on automatic husking and peeling machine for lotus seeds”, Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 30(13), 2014, 28-34 [3] Zhu, Hengyin, Jincheng He, Wenxi Fang, Dapeng Ye and Shihua Liang, “Design and test of small fresh lotus seed sheller”, Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 33(7), 2017, 28-35 [4] Nguyễn Văn Mười, Trịnh Đạt Tân Trần Thanh Trúc, “Sự thay đổi tính chất hóa lý hạt sen theo độ tuổi thu hoạch”, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ, 11, 2009, 327-334 [5] Lê Mỹ Hồng, Nguyễn Thị Thanh My, Nguyễn Thị Nga, Trần Thị Thu Hồng Lê Văn Khá, “Quy trình chế biến hạt sen đóng hộp”, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ, 10, 2009, 245-254 (BBT nhận bài: 05/5/2019, hoàn tất thủ tục phản biện: 20/6/2019)