luận văn tốt nghiệp đại học thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa

Đề tài xoay quanh về quả dứa, quy trình sản xuất dứa, , tìm hiểu về các loại máy móc để xét đến ưu nhược điểm từ đó đưa ra phương án thiết kế phù hợp cho hệ thống làm sạch và phân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ

PHÂN LOẠI QUẢ DỨA

TP Hồ Chí Minh, 2022

SVTH: NGUYỄN NGỌC LÂM

MSSV: 1812771

GVHD: TS PHẠM MINH TUẤN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến TS PHẠM MINH TUẤN đã luôn

quan tâm, theo sát, tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài Luận văn tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô trong Trường Đại học Bách Khoa

TPHCM, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Cơ Khí đã truyền đạt nhưng kiến thức

chuyên môn của các môn học về ngành kỹ thuật cơ khí suốt thời gian học và làm việc ở trường

Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, quan tâm

em trong quá trình làm Luận văn Em xin gửi lời chúc sức khỏe đến TS PHẠM

MINH TUẤN cùng quý thầy cô trong Khoa Cơ khí, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM

Với sự mới mẻ của đề tài cũng như vốn kiến thức chuyên môn còn hạn chế, vì vậy không tránh khỏi những thiếu sót Em xin đón nhận và tiếp thu những ý kiến góp

ý, phê bình từ quý thầy cô và mọi người

Trân trọng cảm ơn!

TP.HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2022

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN NGỌC LÂM

Đề tài: “Thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa”

Hiện nay, nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng về các sản phẩm đóng hộp khá cao, đòi hỏi các sản phẩm đóng hộp phải đạt chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Các loại trái cây như dưa hấu, thơm, táo, dâu tây, mít,…luôn mang lại cacsgias trị dinh dưỡng khác nhau, bổ sung các loại vitamin cho cơ thể Nhờ đó, ngày càng nhiều xuất hiện các sản phẩm về các loại trái cây này và cũng thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm phát triển Thơm hay còn gọi là khóm hoặc dứa không chỉ là một loại trái cây nhiệt đới ngon mà còn mang lại nhiều lợi ích sức khỏe đáng kể Ở Việt Nam, dứa cũng được trồng phổ biến, với số lượng khá lớn, vì thế việc thu hoạch và chế biến cũng đòi hỏi cần nhiều nhân công và nguồn lực hỗ trợ, điều này khiến chi phí phát sinh và sức lực rất nhiều Vì vậy, cần có thêm nhiều máy móc thiết bị hỗ trợ để giảm thiểu chi phí mà hiệu suất càng cao, không chỉ sản xuất dứa nói riêng mà còn phù hợp cho cả ngành công nghiệp sản xuất nông sản Và đó là nguyên nhận lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa”

Nội dung chính của Luận văn tốt nghiệp

Nội dung của Luận văn trình bày về quá trình làm sạch và phân loại quả dứa sau khi thu hoạch Đây chỉ là một phần nhỏ của quy trình sản xuất các sản phẩm về dứa, đặc biệt là sản phẩm dứa đóng hộp Đề tài xoay quanh về quả dứa, quy trình sản xuất dứa, , tìm hiểu về các loại máy móc để xét đến ưu nhược điểm từ đó đưa ra phương

án thiết kế phù hợp cho hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa, phân tích các cụm chức năng riêng biệt Tính toán thiết kế hai cụm là cụm làm sạch và cụm phân loại quả dứa theo kích thước Sau cùng là đánh giá, rút ra kết luận và hướng phát triển của

đề tài trong tương lai

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUẢ DỨA VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM VỀ DỨA 1

1.1 Cơ sở hình thành đề tài 1

1.2 Giới thiệu sơ lược về quả dứa 2

1.3 Quy trình sản xuất dứa tại các nhà máy 2

1.3.1 Cụm máy rửa và làm sạch quả dứa 4

1.3.2 Cụm máy phân loại quả dứa 5

1.4 Các loại máy hiện có trên thị trường cho quá trình sản xuất quả dứa 6

1.4.1 Máy rửa HLQBJ-300 6

1.4.2 Máy rửa của hãng GELGOOG 7

1.4.3 Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8 8

Chương 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA 9

2.1 Phân tích nguyên lí hoạt động chung của hệ thống rửa, làm sạch và phân loại 9 2.2 Sơ đồ nguyên lí làm việc của các cụm máy 9

2.2.1 Cụm máy làm sạch quả dứa 9

2.2.2 Cụm máy phân loại quả dứa 12

2.2.3 So sánh và lựa chọn phương án thiết kế 15

2.3.1 Sơ đồ truyền động cụm làm sạch quả dứa 16

2.3.2 Sơ đồ truyền động hệ thống phân loại quả dứa 18

2.4 Kết luận lựa chọn phương án cho hệ thống rửa và phân loại quả dứa 19

Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA 20

3.1 Xác định các thông số kỹ thuật ban đầu của quả dứa 20

3.2 Tính toán thiết kế cụm máy rửa và làm sạch quả dứa 20

3.2.1 Tính toán, thiết kế thùng quay 20

3.2.2 Xác định chiều cao chứa của dứa trong thùng 22

3.2.3 Xác định số vòng quay của thùng 23

3.2.4 Xác định công suất dẫn động thùng quay 23

3.2.5 Công suất cần thiết, lựa chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền.24 3.2.6 Thiết kế, tính toán cặp bánh răng dẫn động thùng quay 26

3.2.7 Tính toán thiết kế bộ truyền xích 35

3.2.8 Tính toán thiết kế trục bánh răng dẫn động 39

3.2.9 Tính toán lựa chọn ổ lăn cho trục lắp bánh răng dẫn và đĩa xích bị dẫn 48 3.2.10 Tính toán thiết kế con lăn đỡ thùng và lựa chọn ổ lăn cho trục con lăn 50 3.3 Tính toán thiết kế cụm máy phân loại quả dứa 52

3.3.1 Xác định số vòng quay của trục vít: 52

3.3.2 Xác định công suất làm viêc của trục vít tải 53

3.3.3 Xác định công suất động cơ điện 54

3.3.4 Tính toán thiết kế bộ truyền xích dẫn động giữa hai trục vít trụ 55

3.3.5 Tính toán thiết kế trục côn 68

3.3.6 Tính toán thiết kế khoảng cách và khe hở giữa trục vít tải trụ và trục côn 70 3.3.7 Tính toán, lựa chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho trục vít và trục côn 71

3.3.8 Tính toán lựa chọn khớp nối động cơ với trục vít tải 73

3.4 Tính toán thiết kế hệ thống bơm nước làm sạch quả dứa 74

3.4.1 Tính toán lựa chọn béc phun nước 74

3.4.2 Tính toán lựa chọn bơm nước 75

3.4.3 Tính toán đường ống và chi tiết lắp ráp đường ống cho hệ thống phun 76 Chương 4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 78

4.1 Lựa chọn phương án điều khiển 78

4.2 Sơ đồ mạch điện 78

4.2.1 Sơ đồ mạch động lực 78

4.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển 80

4.3 Các thiết bị cần thiết trong mạch điện 81

4.3.1 Rơle nhiệt: 81

4.3.2 Cầu dao điện 3 pha 81

Chương 5 VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG 82

5.1 Quy trình vận hành hệ thống 82

5.2 Bảo trì và bảo dưỡng hệ thống 82

KẾT LUẬN 83

PHỤ LỤC 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

Hình 1.1 Một số dây chuyền sản xuất nông sản 1

Hình 1.2 Quả dứa 2

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất dứa đóng hộp 3

Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất nước dứa 4

Hình 1.5 Hệ thống rửa quả dứa phổ biến 4

Hình 1.6 Cụm làm ráo nước sau khi rửa quả dứa 5

Hình 1.7 Hệ thống phân loại quả dứa 5

Hình 1.8 Máy rửa bọt khí HLQBJ-300 6

Hình 1.9 Máy rửa của hãng GELGOOG 7

Hình 1.10 Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8 8

Hình 2.1 Sơ đồ rửa và làm sạch sử dụng băng tải con lăn 10

Hình 2.2 Sơ đồ rửa và làm sạch sử dụng thùng quay 11

Hình 2.3 Sơ đồ phân loại sử dụng trục vít côn 12

Hình 2.4 Sơ đồ phân loại sử dụng trục vít trụ và trục côn 13

Hình 2.5 Sơ đồ phân loại sử dụng băng tải dây đai 14

Hình 2.6 Sơ đồ động cụm máy phân loại sử dụng tang quay 16

Hình 2.7 Sơ đồ động hệ thống rửa và làm sạch sử dụng bộ truyền xích 17

Hình 2.8 Sơ đồ động hệ thống phân loại sử dụng bộ truyền bánh răng 18

Hình 2.9 Sơ đồ động hệ thống phân loại sử dụng bộ truyền đai 18

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán chiều cao chứa của quả dứa trong thùng quay 22

Hình 3.2 Các chi tiết trên trục 39

Hình 3.3 Sơ đồ khoảng cách giữa các chi tiết trên trục 41

Hình 3.4 Sơ đồ tính toán tải trọng và phản lực tại các gối đỡ trục 42

Hình 3.7 Kích thước con lăn đỡ thùng 50

Hình 3.8 Kích thước trục lắp con lăn 51

Hình 3.9 Sơ đồ lực tác dụng lên con lăn 51

Hình 3.10 Sơ đồ lực vòng trên 1 quả dứa 53

Hình 3.11 Sơ đồ khoảng cách trên trục vít 62

Hình 3.12 Sơ đồ tính lực tác dụng trên trục vít 63

Hình 3.13 Biểu đồ momen trục vít tải trụ 64

Hình 3.14 Kích thước trục côn 69

Hình 3.15 Khoảng cách các chi tiết trên trục côn 69

Hình 3.16 Sơ đồ phân bố lực trên trục côn 70

Hình 3.17 Biểu đồ momen trên trục côn 70

Hình 3.18 Kích thước bạc 73

Hình 3.19 Cấu tạo khớp nối răng 73

Hình 3.20 Sơ đồ tính toán tiết diện chứa của dứa trong thùng 74

Hình 3.21 Bảng tra thông số góc phun của béc phun 74

Hình 3.22 Kích thước khâu nối ren ngoài 76

Hình 3.23 Kích thước đầu nối T giảm 77

Hình 3.24 Sơ đồ làm việc của hệ thống 78

Hình 3.25 Sơ đồ mạch động lực 79

Hình 3.26 Sơ đồ mạch điều khiển 80

Hình 3.27 Role nhiệt 81

Hình 3.28 Công tắc 3 pha 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng đánh giá lựa chọn phương án hệ thống rửa và làm sạch quả dứa 15

Bảng 2.2 Bảng đánh giá lựa chọn phương án hệ thống phân loại quả dứa 15

Bảng 2.3 Bảng đánh giá phương án sơ đồ động của hệ thống làm sạch quả dứa 17

Bảng 2.4 Đánh giá phương án sơ đồ động của hệ thống phân loại quả dứa 19

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc 25

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của hệ thống 25

Bảng 3.3 Bảng thông số kỹ thuật của bộ truyền bánh răng răng thẳng 35

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của bộ truyền xích 39

Bảng 3.5 Momen tương đương tại các tiết diện 43

Bảng 3.6 Đường kính tính toán tại các tiết diện 44

Bảng 3.7 Đường kính tại các tiết diện trục theo tiêu chuẩn 44

Bảng 3.8 Bảng thông số then 45

Bảng 3.9 Bảng kiểm nghiệm ứng suất dập và ứng suất cắt của then 45

Bảng 3.10 Biên độ ứng suất pháp tại các tiết diện 46

Bảng 3.11 Biên độ ứng suất tiếp tại các tiết diện 47

Bảng 3.12 Hệ số tăng bền tại các tiết diện 47

Bảng 3.13 Hệ số kích thước của từng tiết diện 48

Bảng 3.14 Bảng tính toán hệ số an toàn tại cái tiết diện nguy hiểm 48

Bảng 3.15 Thông số thiết kế con lăn đỡ thùng 50

Bảng 3.16 Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc 55

Bảng 3.17 Bảng thông số kỹ thuật của bộ truyền xích 59

Bảng 3.18 Đường kính tại các tiết diện trên trục vít tải 65

Bảng 3.19 Kích thước then bằng tại các tiết diện 65

Bảng 3.21 Biên độ ứng suất khi tính về uốn tại các tiết diện nguy hiểm 67

Bảng 3.22 Biên độ ứng suất khi tính về xoắn tại các tiết diện nguy hiểm 67

Bảng 3.23 Hệ số kích thước tại các tiết diện nguy hiểm 68

Bảng 3.24 Hệ số tập trung tải trọng tại các tiết diện nguy hiểm 68

Bảng 3.25 Kết quả tính toán hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm 68

Bảng 3.26 Thông số kỹ thuật bơm GES655M4ME2.2 75

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUẢ DỨA VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC

SẢN PHẨM VỀ DỨA 1.1 Cơ sở hình thành đề tài

Hiện nay, ngành công nghiệp cơ khí đang phát triển rất mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích tích cực cho nhiều ngành khác phát triển trong đó có phát triển nền nông nghiệp Khi nói đến nông nghiệp thì không thể không nhắc tới ngành sản xuất nông sản như các loại trái cây (cam, chanh, dứa, thơm, xoài,…) hoặc các loại rau củ (khoai tây, cà rốt, cà chua, dưa leo,…) Các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, nông sản không chỉ dùng đề phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng trong nước

mà còn xuất khẩu ra nước ngoài Vì vậy đòi hỏi số lượng sản lượng nông sản lớn Trước đây, người nông dân phải thu hoạch và sản xuất bằng các phương pháp thủ công, sức người là chính, nhưng khi công nghiệp cơ khí phát triển mạnh, xuất hiện ngày càng nhiều các chuỗi sản xuất nông sản, giúp cho việc thu hoạch và sản xuất rút ngắn được thời gian, qua đó, tạo ra sản lượng lớn phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu

Hình 1.1 Một số dây chuyền sản xuất nông sản.

Qua tìm hiểu và nghiên cứu, đặc thù của nông nghiệp đa phần phụ thuộc vào sức người là chính, do đó năng suất nông sản tạo ra không cao, mặc dù nhu cầu đang cần một số lượng lớn, nhưng không đáp ứng đủ Kết hợp với điều kiện về thực phẩm ngày nay là xanh, sạch, đầy đủ dinh dưỡng, đòi hỏi nông sản phải có chất lượng tốt hơn Tại Việt Nam, nông nghiệp vẫn còn tiềm năng phát triển rất lớn, nhưng chưa có nhiều máy móc hỗ trợ cho sản xuất nông sản, đa phần sử dụng phương pháp thủ công

Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống rửa và phân loại quả dứa”

nhằm góp một phần vào quá trình sản xuất nông sản tại Việt Nam, giúp người nông dân hạn chế được sức lao động, từ đó, nâng cao hiệu suất làm việc, phát huy hết công suất lao động của máy móc Tuy đề tài chỉ hướng đến quả dứa, nhưng vẫn có thể áp dụng cho các loại nông sản khác

1.2 Giới thiệu sơ lược về quả dứa

Hình 1.2 Quả dứa.

Dứa (tên tiếng Anh là Pineapple) có các tên gọi khác như là: khóm, thơm (có nơi gọi là khớm) hay gai (miền Trung) hoặc trái huyền nương, tên khoa học Ananas comosus, là một loại quả nhiệt đới Nó có dạng hình tròn, hình trụ hay hình biến dạng (do con người chủ động tạo để làm cảnh) Tại Việt Nam, dứa đang được trồng với rất nhiểu loại, phổ biến như: dứa Victoria, dứa Cayen, dứa mật, dứa không gai,…

Về giá trị dinh dưỡng, dứa có tỉ lệ dinh dưỡng rất cao, đây là loại quả có hàm

lượng axit hữu cơ cao (axit malic và axit citric) Loại quả này là nguồn cung cấp

mangan dồi dào cũng như có hàm lượng Vitamin C và Vitamin B1 khá cao Với giá trị dinh dưỡng cao, dứa có khá nhiều công dụng như tăng cường miễn dịch, cải thiện sức khỏe xương,…hay các loại nước ép tươi, mứt, bánh, kẹo, sấy khô, sấy dẻo, nước lên men và phổ biến nhất kể cả ở Việt Nam và trên thế giới đó là dứa đóng hộp

1.3 Quy trình sản xuất dứa tại các nhà máy

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất dứa đóng hộp

Đây là một trong những quy trình công nghệ sản xuất dứa phổ biến tại các nhà máy, trong ngành sản xuất nông sản, còn rất nhiều quy trình sản xuất khác nhau, tuy nhiên đây có thể coi là quy trình cơ bản của công nghệ sản xuất dứa nói riêng và nông sản khác nói chung đối với sản phẩm đóng hộp

Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất nước dứa

1 Băng tải vận chuyển dứa, 2 Phân loại dứa, 3 Máy làm sạch bụi và chà bề mặt, 4 Máy rửa dứa bằng bọt khí, 5 Băng tải, 6 Máy gọt vỏ và ép dứa, 7 Máy bơm I, 8

Máy nghiền vỏ dứa, 9 Máy bơm II

Trên nguyên tắc dựa vào các phương pháp thủ công trong việc thu hoạch, phân loại và chế biến dứa để tìm ra nhiều nguyên lý làm việc cho toàn bộ hệ thống sản xuất dứa, từ đó, phát triển các loại máy nhằm phục vụ cho quy trình sản xuất, phù hợp để sản xuất dứa số lượng lớn Dây chuyền sản xuất các sản phẩm về dứa gồm nhiều quy trình với các cụm máy khác nhau, với thời gian thực hiện có hạn, vì thế, chỉ thực hiện thiết kế cho hai cụm: cụm rửa, làm sạch quả dứa và cụm phân loại quả dứa theo kích thước

1.3.1 Cụm máy rửa và làm sạch quả dứa

Hình 1.5 Hệ thống rửa quả dứa phổ biến

Dứa được người nông dân thu hoạch ở nông trại hay vườn, được vận chuyển bằng xe tải đến nhà máy Đầu tiên, công nhân cắt đầu bỏ cuống, sau đó được băng tải vận chuyển đến cụm máy rửa và làm sạch dứa

Hiện nay, tại các nhà máy sản xuất dứa, đa phần sử dụng hệ thống sục khí ozon

và hệ thống vòi phun áp lực cao để rửa sạch Để loại bỏ các tạp chất hữu cơ, các hóa chất và giảm hàm lượng các vi sinh, dứa được làm sạch dưới áp lực của vòi phun nước, và hệ thống sục khí bên trong bồn rửa Quá trình này giúp bề mặt quả dứa sạch đều, đem lại quả dứa có chất lượng tốt

Hình 1.6 Cụm làm ráo nước sau khi rửa quả dứa

Tiếp theo quy trình rửa là quy trình làm ráo nước và làm sạch bề mặt Trên bề mặt quả dứa tuy đã qua rửa sạch nhưng vẫn còn nước đọng lại và một phần cặn vẫn còn bấm trên bề mặt Quá trình này sử dụng các rulo quay cùng chiều có gắn các bàn chải, nhằm đánh sạch bề mặt, loại bỏ hoàn toàn cặn bẩn, đồng thời giúp làm ráo nước, tránh nước làm ảnh hưởng tới các thiết bị khác

1.3.2 Cụm máy phân loại quả dứa

Hình 1.7 Hệ thống phân loại quả dứa

Dứa sau khi qua công đoạn rửa và làm sạch, được băng tải vận chuyện đến cụm máy phân loại Dứa có đặc điểm bên ngoài là dài, hình trụ tròn, vì vậy sẽ không đồng

nhất về độ dài, khối lượng và kích thước, do đó nhà máy phải phân loại theo kích thước, để đồng nhất về kích cỡ, đạt chất lượng sản phẩm tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình chế biến tiếp theo

Tại các nhà máy hiện nay, người ta sử dụng nhiều cặp vít tải quay ngược chiều nhau, cùng với sự điều chỉnh khe hở giữa hai trục vít, kích thước khe hở sẽ tăng dần để phân loại dứa theo kích cỡ Hệ thống này rất phù hợp với quả dứa, cũng như một

số nông sản có đặc tính kích cỡ to, dài, hình dáng trụ tròn

1.4 Các loại máy hiện có trên thị trường cho quá trình sản xuất quả dứa

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại máy để phục vụ cho dây chuyền sản xuất quả dứa Các xưởng sản xuất, nhà máy, xí nghiệp với các điều kiện kinh tế, hiệu suất, năng suất làm việc và mục đích sản xuất khác nhau mà lựa chọn, sử dụng nhiều loại máy khác nhau phục vụ cho sản xuất dứa

1.4.1 Máy rửa HLQBJ-300

Hình 1.8 Máy rửa bọt khí HLQBJ-300

Máy được sản xuất tại Shanghai, Trung Quốc Máy sử dụng bọt khí thích hợp cho làm sạch trái cây và rau quả, chẳng hạn như bắp cải, cần tây, chà là, dâu tây, táo, đào, Máy được thiết kế đáy hình nón, dễ dàng vệ sinh, với vòi phun áp lực cao, hiệu quả làm sạch tốt hơn, phạm vi hoạt động rộng hơn Trái cây và rau được làm sạch bằng cách phun chất tẩy rửa ở trên và sau đó vận chuyện đến quy trình tiếp theo

Thông số kỹ thuật của máy:

1.4.2 Máy rửa của hãng GELGOOG

Hình 1.9 Máy rửa của hãng GELGOOG

Máy rửa bao gồm hệ thống tạo bọt khí và hệ thống phun kép Bộ phận tạo bọt khí có thể giữ nguyên liệu quay liên tục, có thể rửa mọi hướng của rau quả, do đó, hiệu suất làm sạch tốt Nước có thể được tái sử dụng sau khi lọc, giúp tiết kiệm nước, các chất bẩn và tạp chất trên rau quả có thể được bộ lọc tách ra và loại bỏ

Thông số kỹ thuật của máy:

1.4.3 Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8

Hình 1.10 Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8

Máy được sử dụng để phân loại trái cây lớn, chẳng hạn như xoài, bưởi, dứa, thanh long,… Thiết kế hợp lý, tốc độ phân loại cao, tỷ lệ hỏng thấp, sai số trọng lượng nhỏ và mức độ chính xác cao Máy phù hợp cho môi trường phân loại có nhiệt độ chênh lệch lớn, và nó có thể hoạt động bình thường trong điều kiện nhiệt độ dưới 0 -

40 độ

Thông số kỹ thuật của máy:

Chương 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ

THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA 2.1 Phân tích nguyên lí hoạt động chung của hệ thống rửa, làm sạch và phân loại

Hệ thống gồm hai cụm máy:

Cụm máy 1: Rửa và làm sạch bề mặt quả dứa

Sử dụng vòi phun nước để loại bỏ các tạp chất, hóa chất, vi sinh bám trên bề mặt kết hợp với các chuyển động quay đều của các cơ cấu nhằm rửa sạch đều bề mặt

Cụm máy 2: Phân loại dứa theo kích thước

Đặc điểm hình dáng bên ngoài của quả dứa: hình trụ tròn, to, và dài, đường kính trung bình 80 − 120 (𝑚𝑚) Do đó, kích thước các quả dứa không đồng đều Dứa được phân loại dựa vào độ rộng thay đổi giữa các khe hở của các cơ cấu

2.2 Sơ đồ nguyên lí làm việc của các cụm máy

2.2.1 Cụm máy làm sạch quả dứa

a Sử dụng hệ thống băng tải con lăn

Hình 2.1 Sơ đồ rửa và làm sạch sử dụng băng tải con lăn

Nguyên lí làm việc:

Cơ cấu dẫn động bộ truyền xích quay làm các rulo quay cùng chiều với nhau Khi dứa được cấp ở cửa nguyên liệu vào, trên các rulo được gắn các bàn chải, nhờ chuyển động quay của rulo và hệ thống phun nước, các tạp chất được loại bỏ Rulo quay đẩy quả dứa về phía trước qua cụm chà và làm ráo nước, sau đó chuyển qua giai đoạn kế tiếp

Ưu điểm:

Tốc độ rửa khá nhanh, năng suất rửa cao

Quả dứa không bị bầm, dập bề mặt, đảm bảo được yêu cầu về chất lượng quả dứa

Thùng quay được truyền động nhờ bánh răng dẫn động (2) Dứa được cấp vào

thùng qua máng cấp nguyên liệu, khi mở van của hệ thống phun nước, dưới áp lực

của vòi phun và sự chuyển động quay của thùng, dứa được làm sạch đều bề mặt Các

con lăn (3) để dẫn hướng thùng quay

Ưu điểm:

Nguyên liệu được rửa sạch liên tục, sạch đều bề mặt Năng suất rửa cao

Vật liệu chế tạo đơn giản, hiệu quả làm việc cao

Nhược điểm:

Sự chuyển động quay của thùng nên dứa sẽ bị dập do va chạm vào thành thùng Bánh răng quay thùng khi có hư hỏng khó sửa chữa và thay thế

2.2.2 Cụm máy phân loại quả dứa

Ưu điểm:

Dễ dàng phân loại quả dứa vì vít có độ côn

Vật liệu chế tạo dễ tìm kiếm, đảm bảo khả năng hoạt động và vận chuyển liên tục Hiệu suất phân loại cao, thích hợp sản xuất hàng loạt, số lượng lớn

Nhược điểm:

Trục vít côn khó chế tạo, chi phí chế tạo cao hơn

Sử dụng lâu dẫn đến bề mặt vít bị mài mòn, khó thay thế

Phân chia năng suất chưa đều, dẫn đến quá tải 1 bên

Ưu điểm:

Vít tải trụ được sử dụng rộng rãi và phổ biến ở nhiều loại máy móc

Vật liệu chế tạo chắc chắn, đảm bảo vận chuyển, họat động liên tục và nhanh chóng Thích hợp sản xuất hàng loạt, đảm bảo năng suất từng luồng phân loại đều nhau

Nhược điểm:

Trục vít tải khó chế tạo chính xác, chi phí chế tạo cao

Hoạt động nhiều, bề mặt vít mau bị mòn, vì thế, trải qua thời gian dài, độ chính xác

phân loại sẽ không cao

c Sử dụng băng tải dây đai

Hình 2.5 Sơ đồ phân loại sử dụng băng tải dây đai

Nguyên lí hoạt động:

Các dây đai (2) được gắn trên các rulo (1) Rulo (1) quay dẫn động quả dứa về

phía trước Dứa được phân loại theo từng khoảng cách khe hở giữa các dây đai qua

từng cụm băng tải Quả có kích thước lớn hơn khoảng cách khe hở ở từng cụm sẽ được

chuyển về phía cuối của băng chuyền Các cụm băng tải được truyền động bằng bộ

truyền xích (3)

Ưu điểm:

Sử dụng cơ cấu đơn giản, gần giống như băng tải cao su

Dễ dàng chế tạo, không đòi hỏi độ chính xác quá cao về các cơ cấu làm việc

Hoạt động êm, ít ồn ào

Nhược điểm:

Không vận chuyển được tải quá nặng Hiệu quả làm việc thấp

Các dây đai có thể bị đứt hoặc bị lệch khỏi đường ray vì sự trượt của đai

2.2.3 So sánh và lựa chọn phương án thiết kế

a So sánh và lựa chọn đối với cụm làm sạch quả dứa

Bảng 2.1 Bảng đánh giá lựa chọn phương án hệ thống rửa và làm sạch quả dứa

b So sánh và lựa chọn đối với cụm phân loại quả dứa

Bảng 2.2 Bảng đánh giá lựa chọn phương án hệ thống phân loại quả dứa

Chỉ tiêu yêu cầu

Đánh giá Vít tải

Chất lượng quả dứa 8 9 8

Vậy dựa theo đánh giá trong Bảng 2.2, lựa chọn phương án sử dụng vít tải trụ

và trục côn cho hệ thống phân loại quả dứa

2.3 Sơ đồ truyền động cho hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa

2.3.1 Sơ đồ truyền động cụm làm sạch quả dứa

a Sử dụng tang quay để truyền động

Hình 2.6 Sơ đồ động cụm máy phân loại sử dụng tang quay

b Sử dụng bộ truyền xích để truyền động

Hình 2.7 Sơ đồ động hệ thống rửa và làm sạch sử dụng bộ truyền xích

c So sánh và lựa chọn các phương án sơ đồ động của cụm máy làm sạch

Bảng 2.3 Bảng đánh giá phương án sơ đồ động của hệ thống làm sạch quả dứa

Dựa vào bảng 2.3, lựa chọn phương án sơ đồ động cho hệ thống làm sạch quả

dứa sử dụng bộ truyền xích để truyền động

2.3.2 Sơ đồ truyền động hệ thống phân loại quả dứa

a Sử dụng bộ truyền xích để truyền động

Hình 2.8 Sơ đồ động hệ thống phân loại sử dụng bộ truyền bánh răng

b Sử dụng bộ truyền xích để truyền động

Hình 2.9 Sơ đồ động hệ thống phân loại sử dụng bộ truyền đai

c So sánh và lựa chọn các phương án sơ đồ động của hệ thống phân loại

Bảng 2.4 Đánh giá phương án sơ đồ động của hệ thống phân loại quả dứa

2.4 Kết luận lựa chọn phương án cho hệ thống rửa và phân loại quả dứa

Qua lựa chọn và đánh giá phương án cho hệ thống, lựa chọn các phương án cho từng hệ thống phù hợp với điều kiện thực tế, khả năng công nghệ, khả năng chế tạo hay chi phí như sau:

Cụm máy rửa và làm sạch: sử dụng nguyên lý thùng quay

Cụm máy phân loại: sử dụng cặp trục vít trụ và trục côn

Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN

LOẠI QUẢ DỨA 3.1 Xác định các thông số kỹ thuật ban đầu của quả dứa

Dựa trên các đánh giá thực nghiệm, ta có các thông số của quả dứa như sau:

3.2 Tính toán thiết kế cụm máy rửa và làm sạch quả dứa

3.2.1 Tính toán, thiết kế thùng quay

Chọn vật liệu chế tạo thùng quay là inox 304 (80Cr18Ni10)

a Xác định thể tích thùng quay

Thể tích thùng quay được xác định theo công thức được tham khảo theo công thức tài liệu [5]:

𝑉 = 𝑄 𝑡

Trong đó:

𝑡 = 140 (𝑠) – thời gian để rửa sạch 1 trái dứa trên chiều dài thùng;

𝛽 = 0,05 − 0,2 – hệ số chứa của dứa trong thùng, chọn 𝛽 = 0,06

Từ đó thể tích thùng tính được:

b Xác định đường kính, chiều dài và bề dày thùng quay

Thùng quay có dạng thân trụ tròn có đường kính trong từ 300 (mm) đến 3000 (mm) [1], do đó thể tích của thùng xác định theo công thức:

2

Trong đó:

𝐷 (𝑚𝑚) – đường kính trong của thùng quay;

𝐿 (𝑚𝑚) – chiều dài thùng quay

Đối với thùng quay, chiều dài thùng lấy lớn hơn đường kính trong (3,5 ÷ 7) lần [1] Chọn 𝐿 = 3,5𝐷 Do đó, đường kính trong thùng tính như sau:

Theo tiêu chuẩn, chọn 𝐷 = 1200 (𝑚𝑚)

Chiều dài thùng quay tính được: 𝐿 = 3,5 𝐷 = 3,5.1200 = 4200 (𝑚𝑚)

Bề dày thân thùng quay được xác định theo số liệu thực nghiệm [1] như sau:

𝑆 = (0,007 − 0,01)𝐷 = (0,007 − 0,01) 1200 = (8,4 − 12) (𝑚𝑚)

Chọn bề dày thùng quay: 𝑆 = 12 (𝑚𝑚)

Trên thùng quay, thiết kế thêm gân để đặt lên con lăn Chọn chiều cao gân ℎ =

50 (𝑚𝑚) Vậy đường kính gân là:

3.2.2 Xác định chiều cao chứa của dứa trong thùng

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán chiều cao chứa của quả dứa trong thùng quay

Ta có hệ số chứa được xác định theo công thức:

𝛽 = 0,06 – hệ số chứa trong thùng quay;

Vậy thùng quay chỉ chứa tối đa một lớp các quả dứa

3.2.3 Xác định số vòng quay của thùng

Bên trong thùng quay làm các vòng xoắn để có thể dễ dàng rửa sạch và vận chuyển dứa về phía trước, chọn bước xoắn 𝑝 = 180 (𝑚𝑚) Nếu thùng quay 1 vòng thì dứa được rửa 1 bước xoắn, vậy thời gian để rửa sạch dứa trong 1 bước xoắn:

𝑡 = 140 (𝑔𝑖â𝑦) – thời gian rửa sạch 1 quả dứa trên chiều dài thùng quay;

𝐿 = 4200 (𝑚𝑚) – chiều dài thùng quay

Thời gian để rửa sạch dứa trong 1 bước xoắn cũng chính là thời gian thùng quay được 1 vòng, vậy số vòng quay của thùng là:

60

3.2.4 Xác định công suất dẫn động thùng quay

Công suất dẫn động thùng quay được xác định theo công thức được tham khảo theo công thức 20-13/52, [1]:

Trong đó:

𝑘 = 1,3 – hệ số dữ trữ;

𝑅 (𝑚𝑚) – bán kính trọng tâm vật liệu trong thùng;

3.2.5 Công suất cần thiết, lựa chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền

a Xác định công suất cần thiết của động cơ điện

Công suất cần thiết của động cơ điện để dẫn động thùng quay được xác định theo công thức 2.8/19, [6]:

Trong đó:

𝜂 – hiệu suất làm việc các bộ truyền truyền động đến thùng quay;

Theo bảng 2.3/19, [6], chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:

Từ đó, công suất cần thiết của động cơ điện là:

b Lựa chọn động cơ điện

Động cơ được lựa chọn gắn liền với hộp giảm tốc được lựa chọn theo điều kiện

giảm tốc có các thông số kỹ thuật theo P1.1 như sau:

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc

𝑛2 (𝑣 𝑝⁄ )

Kích thước động cơ giảm tốc SK 33 V– 100L/40 – 20 dựa theo phụ lục P1.2

c Phân phối tỷ số truyền

Tỉ số truyền của bộ truyền xích được xác định theo công thức:

𝑛𝑙𝑣 𝑢𝑏𝑟 =

105

d Bảng thông số kỹ thuật của hệ thống

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của hệ thống

3.2.6 Thiết kế, tính toán cặp bánh răng dẫn động thùng quay

Tỉ số truyền: 𝑢 = 7,5, Momen xoắn: 𝑇 = 315787 (𝑁𝑚𝑚)

a Chọn vật liệu làm bánh răng

Chọn vật liệu làm bánh răng là inox 201, độ rắn 𝐻𝐵 = (221 − 231), giới hạn

b Xác định ứng suất cho phép

• Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ:

Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức 6.1/91, [6]:

Trong đó:

𝑐 = 1 – số lần ăn khớp trong 1 vòng quay

• Ứng suất uốn cho phép sơ bộ

Ứng suất uốn cho phép được xác định theo công thức 6.2/91, [6]:

𝑁𝐹𝑂 = 4 106 – số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở

c Xác định thông số ăn khớp của bộ truyền

• Module bánh răng 𝒎:

[𝜎]𝐹1 = 227 (𝑀𝑃𝑎)- ứng suất uốn cho phép của bánh răng dẫn;

Vậy module tính toán là:

3

≈ 4 (𝑚𝑚)

răng lấy lớn hơn đường kính ngoài của thùng quay

• Xác định khoảng cách trục, số răng và tính lại tỉ số truyền

Module bánh răng có thể xác định từ khoảng cách trục giữa hai bánh răng:

10(0,01 ÷ 0,02)

= (500 ÷ 1000) (𝑚𝑚) Chọn khoảng cách trục: 𝑎 = 880 (𝑚𝑚)

Từ đó, số răng bánh dẫn được xác định theo công thức:

Khoảng cách trục chính xác:

10(21 + 158)

Chiều rộng bánh dẫn được xác định theo công thức:

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất uốn sinh ra trong chân răng được xác định theo công thức theo tài liệu [4]: