Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu giải pháp lấy bánh tráng rế tự động sử dụng quạt hút cao áp

Để hưởng ứng cách mạng Công nghiệp 4.0, nhằm hướng đến việc sản xuất bánh cuốn chả giò hoàn toàn tự động, thì việc sản xuất bánh tráng rế vẫn chưa được hoàn thiện.. Phạm vi nghiên cứu Mô

NGUYỄN NGHĨA DANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LẤY BÁNH TRÁNG RẾ TỰ ĐỘNG

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Doãn Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Hồ Triết Hưng ……

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Nguyễn Ngọc Phương

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 20 tháng 8 năm 2021 (Trực tuyến) Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS.TS Trần Anh Sơn

2 Thư ký: TS Tôn Thiện Phương

3 Phản biện 1: TS Hồ Triết Hưng

4 Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Ngọc Phương

5 Ủy viên: PGS TS Phạm Sơn Minh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Nghĩa Danh MSHV:1970225 Ngày, tháng, năm sinh: 30/11/1996 Nơi sinh: Ninh thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số : 8520103

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu giải pháp lấy bánh tráng rế tự động sử dụng quạt hút cao áp

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

(1) Nghiên cứu thiết kế cụm đầu hút lấy bánh tráng rế

(2) Nghiên cứu thiết kế tay máy lấy bánh tráng rế tự động sử dụng quạt hút cao áp

(3) Chế tạo và khảo nghiệm tính hiệu quả của mô hình

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/09/2020

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/06/2021

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Trần Doãn Sơn

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh nói chung và đặc biệt là thầy cô trong khoa

Cơ khí Những kiến thức mà em được nhận từ thầy cô trong suốt thời gian học tại trường sẽ là nền tảng vững chắc giúp em có thể phát huy được kiến thức của mình trên con đường sự nghiệp sau này

Em xin cảm ơn Công ty chế tạo thiết bị công nghiệp Sơn Việt đã tài trợ kinh phí, hỗ trợ tích cực trang thiết bị, kinh nghiệm thực tế trong quá trình thiết kế, chế tạo hệ thống máy

Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS TS Trần Doãn Sơn đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đề tài và trong suốt thời gian thử nghiệm máy một cách tốt nhất

Con xin cảm ơn bố mẹ, những người đã có công sinh thành dưỡng dục và luôn tạo điều kiện cả về vật chất lẫn tinh thần để con có thể tiếp tục trên con đường học tập đến ngày hôm nay và cả về sau này, bố mẹ luôn là nguồn động lực để con phấn đấu, là điểm tựa vững chắc cho con, luôn ở bên động viên và là động lực để cho con cố gắng học tập, rèn luyện

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tất cả mọi người đã quan tâm, hỗ trợ và giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2021 Học viên thực hiện

NGUYỄN NGHĨA DANH

TÓM TẮT

Hiện nay, việc sản xuất bánh tráng rế tự động vẫn còn hạn chế, do không thể đồng

bộ vị trí đến băng tải Bài báo trình bày một nghiên cứu về việc thiết kế, chế tạo

cơ cấu tay máy lấy bánh tráng rế tự động điều khiển bằng PLC Bằng cách sử dụng bơm hút cao áp, gây ra áp suất chân không tại đầu hút để lấy bánh ra khỏi vị trí đĩa gia nhiệt Bên cạnh đó, các vấn đề về nguyên lý hoạt động và kết cấu của tay máy cũng được đề cập Cơ cấu này cho phép khắc phục được hạn chế còn tồn đọng của sản phẩm kế thừa, từng bước hoàn thiện quy trình sản xuất bánh cuốn chả giò tự động

Từ khóa: PLC; Bánh tráng rế; Bơm hút cao áp; Robot tự động

ABSTRACT

Currently, the production of automated net-wrappers is still limited, because the position of the conveyor cannot be synchronized The paper presents a study of design, manufacturing a robotic manipulator for automated net-wrapper production controlled by PLC By using the vacuum pump, induce the vacuum pressure at the suction funnel to remove the net-wrapper from the heated plate position Besides, the problems of operating principle and the structure of the mechanical hand are also mentioned This structure allows to overcome the shortcomings of legacy products, step by step complete the automated spring roll production process

Keywords: PLC; Net-wrapper; Pneumatic; Vacuum pump; Robotic manipulator

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trich dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 26 tháng 7 năm 2021 Học viên thực hiện

NGUYỄN NGHĨA DANH

MỤC LỤC

MỤC LỤC vii

MỤC LỤC HÌNH ẢNH ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Phạm vi nghiên cứu 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 NGUỒN GỐC, PHÂN BỐ VÀ GIÁ TRỊ CỦA BÁNH TRÁNG RẾ 3

1.1.1 Phân bố 4

1.1.2 Giá trị của bánh tráng rế 4

1.2 Công nghệ sản xuất bánh tráng rế 5

1.2.1 Phương pháp làm bánh truyền thống 6

1.2.2 Công nghệ bột 9

1.3 Nhu cầu thị trường 15

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 15

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 15

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 20

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ CẤU SỬ DỤNG QUẠT HÚT CAO ÁP 22

2.1 Yêu cầu của tay lấy bánh 22

2.2 Thiết kế tay máy 22

2.2.1 Thiết kế cụm đầu hút 22

2.2.2 Tính toán và lựa chọn quạt hút 31

2.2.3 Thiết kế cơ cấu tay lấy bánh 33

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH TAY MÁY

LẤY BÁNH 51

3.1 Chế tạo và lắp ráp mô hình tay lấy bánh: 51

3.2 Vận hành thử nghiệm mô hình 55

3.2.1 Thử không tải 55

3.2.2 Thử có tải 56

3.3 Cải tiến mô hình 57

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 59

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC 63

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hình dạng bánh tráng rế thực tế [2] 3

Hình 1.2: Một cơ sở sản xuất bánh tráng rế thủ công [4] 4

Hình 1.3: Bánh cuốn chả giò thịt [5] 5

Hình 1.4: Bánh cuốn chả giò tôm [6] 5

Hình 1.5: Định lượng bột [7] 6

Hình 1.6: Quá trình nhào bột bằng tay 7

Hình 1.7: Tạo hình bánh tráng rế [9] 16

Hình 1.8: Tạo hình bánh tráng rế [9] 9

Hình 1.9: a) Mô hình 2D và 3D của máy rế bán tự động b) Người thợ làm việc trên máy rế bán tự động [1] 16

Hình 1.10: Mô hình cơ cấu tay lấy bánh cùng với máy rế bán tự động [1] 17

Hình 1.11: Cấu tạo của cơ cấu tay lấy bánh [1] 17

Hình 1.12: Các trạng thái hoạt động của tay máy [1] 18

Hình 1.13: Thuật toán điều khiển tay máy 19

Hình 1.14: Biểu đồ thời gian mô tả hoạt động của tay máy 19

Hình 1.15: Máy sản xuất bánh rế tự động của Sansin [12] 20

Hình 2.1: Vân bánh dạng 9 lỗ bố trí thẳng hàng………23

Hình 2.2: Bố trí lỗ trên lon rãi bột 24

Hình 2.3: Biên dạng vân bánh sau khi cải tiến 24

Hình 2.4: Xác định chu vi của bánh mẫu trên phần mềm NX 25

Hình 2.5: Đầu hút với đường kính lớn 26

Hình 2.6: Đầu hút với đường kính nhỏ 26

Hình 2.7: Cụm đầu hút được thiết kế sơ bộ 27

Hình 2.8: Các khu vực có mật độ bánh được xem xét 28

Hình 2.9: Các phương án bố trí vị trí hút bánh 28

Hình 2.10: Mô hình 3D Cụm đầu hút sau khi cải tiến 29

Hình 2.11: Mô hình 2D cụm đầu hút 30

Hình 2.12: Mô hình ống dẫn 30

Hình 2.13: Mô hình vành phễu 31

Hình 2.14: Vị trí tương đối giữa cụm đầu hút và bánh tráng rế 31

Hình 2.15: Quạt hút cao áp [14] 33

Hình 2.16: Xy lanh đôi TN20 [15] 34

Hình 2.17: Xy lanh trượt [16] 35

Hình 2.18: Van điện từ 220V [17] 36

Hình 2.19: Van khí nén 5/2 [18] 36

Hình 2.20: Cảm biến vị trí [19] 37

Hình 2.21: Thiết kế khung thiết bị lấy bánh 38

Hình 2.22: Kiểm nghiệm độ bền của thân máy 38

Hình 2.23: Kiểm nghiệm khả năng chịu uốn của thân máy 39

Hình 2.24: Kiểm nghiệm hệ số an toàn của thân máy 39

Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý thiết bị lấy bánh tráng rế 40

Hình 2.26: Bố trí tay máy trong hệ thống dây chuyền sản xuất bánh tráng rế [13] 41

Hình 2.27: Mô hình 3D tay lấy bánh [13] 41

Hình 2.28: Trạng thái 1 – đợi tín hiệu 42

Hình 2.29: Trạng thái 2 – đi vào 43

Hình 2.30: Trạng thái 3 – đi xuống 44

Hình 2.31: Trạng thái 4 – hút bánh 45

Hình 2.32: Trạng thái 5 – đi lên 46

Hình 2.33: Trạng thái 6 – đi ra ngoài 47

Hình 2.34: Trạng thái 7 – thả bánh 48

Hình 2.35: Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của tay máy 48

Hình 2.36: Sơ đồ thuật toán trình điều khiển PLC cho tay máy 49

Hình 2.37: Mạch điện trình điều khiển PLC 50

Hình 2.38: Đồ thị thời gian hoạt động của các trạng thái 50

Hình 3.1: Hàn khung máy……….51

Hình 3.2: Gia công cụm đầu hút 52

Hình 3.3: Bố trí Cảm biến vị trí và giảm chấn lên Xy-lanh trượt 52

Hình 3.4: Bố trí cảm biến vị trí lên Xy-lanh đôi 53

Hình 3.5: Bố trí các Xy-lanh và cụm đầu hút lên thân máy 53

Hình 3.6: Bố trí tủ điện 54

Hình 3.7: Bố trí cụm quạt hút 54

Hình 3.8: Biểu đồ thời gian hoạt động của tay máy 62

Hình 3.9: Máy vận hành không tải 62

Hình 3.10: Cụm đầu hút di chuyển vào trong để lấy bánh 63

Hình 3.11: Cụm đầu hút di chuyển ra ngoài để thả bánh lên mẹt bánh 64

Hình 3.12: Bánh tráng rế thành phẩm 64

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Hàm lượng amylase và amylopectin trong một số loại tinh bột 10 Bảng 1.2: Phân loại các tiêu chuẩn hạt gạo 18 Bảng 1.3: Thành phần dinh dưỡng của hạt gạo 19Bảng 3.1: Kết quả khảo nghiệm quá trình hoạt động của 2 cơ cấu máy áp dụng với bánh có đường kính d = 160 mm 64

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3D: 3 Dimension

PLC: Programmable Logic Controller

CAD: Computer Aided Design

VNR: Viet Nam Report

MỞ ĐẦU Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LẤY BÁNH TRÁNG RẾ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG QUẠT HÚT CAO ÁP”

1 Đặt vấn đề

Cùng nhu cầu phát triển của xã hội thì khoa học công nghệ cũng ngày một phát triển nhanh chóng Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất tạo nên sự phát triển đáng kể về độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm Nhờ đó năng suất sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm được nâng cao Với bất kỳ một doanh nghiệp sản xuất nào thì đầu tư vào công nghệ mới hiệu quả và đảm bảo nhân lực có thể làm chủ được công nghệ phục vụ sản xuất là một yêu cầu hàng đầu để luôn phát triển và chiếm ưu thế cạnh tranh [3]

Để hưởng ứng cách mạng Công nghiệp 4.0, nhằm hướng đến việc sản xuất bánh cuốn chả giò hoàn toàn tự động, thì việc sản xuất bánh tráng rế vẫn chưa được hoàn thiện

Vị trí thả bánh lên băng tải còn chưa chính xác đối với phương pháp lấy bánh hiện tại [1] Vì vậy, việc phát triển một phương án mới khắc phục nhược điểm được đề cập ở trên là điều hết sức cần thiết để từng bước hoàn thiện dây chuyền sản xuất bánh cuốn chả giò tự động Đồng thời, các yếu tốc công nghệ ảnh hưởng đến quá trình lấy bánh cũng dược xem xét, từng bước thử nghiệm để hoàn thiện máy để có thể sớm đưa vào sản xuất chả giò thực tế và xa hơn nữa là những món ăn truyền thống khác với nguyên

lý tương tự Với mong muốn đó tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp lấy bánh tráng rế tự động sử dụng quạt hút cao áp” làm luận văn thạc sỹ ngành Kỹ thuật

Cơ khí

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu đưa ra giải pháp lấy bánh tráng rế tự động sử dụng quạt hút cao áp;

3 Phạm vi nghiên cứu

Mô hình tay máy lấy bánh tráng rế tự động:

Mô hình tay máy lấy bánh tráng rế tự động dùng quạt hút cao áp có thể thay thế phương pháp lấy bánh có trước trong các cơ sở sản xuất bánh tráng rế bán tự động

+ Đối tượng làm việc: Bánh tráng rế, bánh kẹp, bánh bía…

+ Tiết diện bánh được chọn: ∅160 - 220 mm

+ Hiệu xuất lấy bánh: 100 %

+ Độ chính xác khi thả bánh: ± 1 mm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Nội dung cơ bản được đề cập trong chương này để giải thích lý do của việc thực hiện

đề tài Nghiên cứu giải pháp lấy bánh tráng rế tự động sử dụng quạt hút cao áp Chương này cung cấp một vài thông tin cụ thể về nguồn gốc, phân bố, giá trị của bánh tráng rế, công nghệ chế biến, nhu cầu thị trường và tình hình sản xuất hiện nay 1.1 NGUỒN GỐC, PHÂN BỐ VÀ GIÁ TRỊ CỦA BÁNH TRÁNG RẾ

Bánh tráng rế là một trong những sản phẩm truyền thống mang đậm nét bản sắc dân tộc Việt Nam Bánh hình tròn, dạng vân lưới, được đan bởi các sợi bột nhỏ từ hỗn hợp bột gạo, bột năng, bột mì cùng nước với tỉ lệ phù hợp Không biết bánh tráng rế

có từ bao giờ và do ai nghĩ ra, chỉ biết rằng bánh tráng rế được dùng để cuốn chả giò

rế, là một sản phẩm sáng tạo độc đáo của người Tiền Giang

Hình 1.1: Hình dạng bánh tráng rế thực tế [2]

Tại Việt Nam, bánh tráng rế được dùng để làm nhiều món ăn khác nhau và được nhiều người ưa thích Do đó, nghề làm bánh tráng rế cũng bắt đầu phát triển từ sản xuất nhỏ với kỹ thuật đơn giản, phương tiện thô sơ nay đã trở thành sản xuất quy mô lớn với kỹ thuật được cải tiến và có sự hỗ trợ của máy móc

Hình 1.2: Một cơ sở sản xuất bánh tráng rế thủ công [4]

1.1.1 Phân bố

Hiện nay bánh tráng rế ngày càng phổ biến Trong mấy năm gần đây loại bánh tráng này rất được ưu chuộng và được sản xuất ngày càng rầm rộ hiện nay Công nghệ sản xuất hoàn toàn khác với bánh tráng thông thường

Các làng nghề sản xuất bánh tráng rế phân bố chủ yếu ở tỉnh Tiền Giang và dần lan

ra các tỉnh xung quanh, khu vực Tây Nam Bộ Sản phẩm này đã được phân bố rộng rãi khắp mọi nơi nhưng nhiều nhất vẫn là khu vực phía Nam Tại TP Hồ Chí Minh,

ta có thể mua bánh tráng rế ở các tạp hóa trong các khu chợ như Chợ Kim Biên, Chợ Lớn, Chợ Bình Tây…

1.1.2 Giá trị của bánh tráng rế

Bánh tráng rế là sản phẩm được làm từ hỗn hợp bột gạo, bột năng, bột mì mà trong

đó bột gạo là nguyên liệu chính Tuy cũng làm từ gạo nhưng bánh tráng rế lại có hình dáng đẹp với những sợ bột mảnh mai đan xen nhau nên hương vị rất thơm ngon Sau đây là một số món ăn được chế biến từ vỏ bánh tráng rế rất thông dụng trong các nhà hàng, hàng quán, gia đình…

Hình 1.3: Bánh cuốn chả giò thịt [5]

Hình 1.4: Bánh cuốn chả giò tôm [6]

1.2 Công nghệ sản xuất bánh tráng rế

Ngày nay, các món ăn làm từ vỏ bánh tráng rế ngày càng thịnh hành Trước tình hình

đó, có nhiều cơ sở sản xuất bánh tráng rế thủ công được hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ một lượng lớn bánh hằng ngày trên thị trường Tuy nhiên, hiện nay

khó khăn lớn nhất của các cơ sở sản xuất là vấn đề về kỹ thuật, an toàn vệ sinh thực phẩm Đa số các cơ sở sản xuất đều ở dạng sản xuất thủ công nên năng suất thấp, chất lượng sản phẩm không đồng đều phụ thuộc nhiều vào tay nghề của công nhân

1.2.1 Phương pháp làm bánh truyền thống

Công nghệ chế biến vỏ bánh tráng rế có thể khái quát thành những công đoạn sau:

- Cân đong nguyên liệu

Đây là một công đoạn rất quan trọng để đạt được độ dẻo và dai của bánh Theo khảo sát và tìm hiểu tại một số cơ sở sản xuất bánh tráng rế thủ công, dựa vào kinh nghiệm của người làm bánh thì nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất gồm bột gạo (82%), bột mỳ (8%), bột năng (8%) và các phụ gia khác (2%) Các nguyên liệu này được trộn với một lượng nước để thành bột dạng lỏng, tỉ lệ pha chế có thể là 1kg bột khô

Hình 1.6: Quá trình nhào bột bằng tay

Hình 1.7: Quá trình nhào bột bằng máy

- Tạo hình bánh tráng rế

Người công nhân chuẩn bị sẵn chảo không dính đặt trên bếp lửa nhỏ Sau đó, cho dung dịch bột vào lon rế, lon này được đục nhiều lỗ nhỏ ở dưới đáy, mỗi lỗ cách đều nhau 4mm, đường kính của mỗi lỗ là 3mm, khi dung dịch bột chảy xuống các lỗ sẽ tạo thành những sợi bột nhỏ để rế

Thao tác rế bột: Tay phải cầm lon rế có chứa dung dịch bột đưa lên cách mặt chảo khoảng 25 – 30 cm xoay tròn đều ba vòng theo khuỷa tay, rồi rế tiếp bốn vòng tròn đều theo cổ tay để tạo thành mạng lưới rế trên chảo, đường kính khoảng 12 - 18 cm tùy theo rế bánh lớn hay bánh nhỏ Sau đó tay trái cầm dụng cụ gạt để gạt dòng chảy của bột và lấy lon rế ra khỏi chảo Thao tác rế phải thật nhanh và uyển chuyển để rải bột thành dạng một tấm lưới (rế), sợi bột càng mịn thì bánh càng đẹp Đợi đến khi bột chín thì lấy bánh ra ngay Thường thì mất từ 12 đến 15s để tráng xong một chiếc bánh

Hình 1.8: Tạo hình bánh tráng rế [8]

- Đóng gói bao bì sản phẩm

Thông thường thì một gói sản phẩm nặng 100gr sẽ chứa 25 đến 30 vỏ bánh

Hình 1.7: Tạo hình bánh tráng rế [9]

1.2.2 Công nghệ bột

Chất lượng bánh tráng rế phụ thuộc rất nhiều vào tính chất công nghệ bột Việc hiểu

rõ về thành phần, tính chất của nguyên liệu làm bánh tráng rế có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất bán tự động Nội dung phần này cung cấp những cơ sở khoa học của việc sản xuất bánh tráng, tìm hiểu về đặc điểm của các thành phần nguyên liệu chính của bột như bột mì, bột gạo…

1.2.2.1 Cơ sở khoa học của sản xuất bánh tráng rế

Kỹ thuật sản xuất bánh tráng phụ thuộc rất nhiều vào tính chất công nghệ của bột, đó

là khả năng tạo màng Khả năng tạo màng lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là cấu tạo và thành phần của tinh bột

- Tỷ lệ amylose và amylopectin trong nguyên liệu

Trong sản xuất bánh tráng, chỉ tiêu quan trọng nhất của sản phẩm chính là độ dai của bánh, độ dai này được quyết định bởi hàm lượng amylopectin của tinh bột, loại tinh

bột nào có hàm lượng amylopectin cao hơn thì màng tạo thành sẽ có độ dai lớn hơn [10]

Bảng 1.1: Hàm lượng amylase và amylopectin trong một số loại tinh bột

Tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%)

- Khả năng tạo màng

Cơ chế: Các phân tử tinh bột (amylose và amylopectin) sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại

và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp qua phân tử nước Quá trình tạo màng bánh tráng có thể gồm ba giai đoạn sau:

+ Giai đoạn 1:

Nước trên bề mặt bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, các phân tử tinh bột dịch gần nhau, hướng từ biên vào tâm dưới tác dụng của dòng môi trường phân tán, sắp xếp thành lớp đơn đặc

+ Giai đoạn 2:

Nước nằm giữa các phân tử tinh bột tiếp tục bốc hơi, các phân tử tinh bột tiếp xúc nhiều hơn và bị biến dạng Sức căng bề mặt có khuynh hướng làm co bề mặt của hệ thống Có thể thêm vào các chất hóa dẻo để tạo ra màng có độ đồng đều hơn

cao Do đó, người ta thường thêm vào các chất pha loãng để làm giảm sự hydrate hóa

Amylose làm sản phẩm cứng giòn, hút nước kém

Amylopectin làm sản phẩm dẻo, hút nước tốt

Sản phẩm bánh tráng từ nguồn tinh bột giàu amylopectin có chất lượng tốt hơn từ nguồn tinh bột giàu amylase

Bảng 1.2: Phân loại các tiêu chuẩn hạt gạo Kích thước Chiều dài

+ Hương vị: vị ngon hoặc hương thơm trong gạo được tạo bởi hóa chất diacetyl-1- pyroproline

+ Chất dinh dưỡng: Tinh bột cao nhất ở lúa mì 81.1%, tiếp đó là gạo 74.8% và thấp nhất trong cây lúa miến 67.4% Thành phần quan trọng thứ hai trong gạo là protein với 8.5% trong khi trong cây kê nó cao nhất với 13.4%

Bảng 1.3: Thành phần dinh dưỡng của hạt gạo Thành phần dinh dưỡng Đơn vị tính Hàm lượng/100g

+ Nước: Trong hạt lúa, nước ở dạng tự do lẫn dạng liên kết Lượng nước trong hạt lúa sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của gạo

+ Tinh bột: Tinh bột có hai thành phần chính là amylose và amylopectin, tỷ lệ amylose

và amylopectin thay đổi tùy theo giống lúa:

Gạo tẻ: chứa trung bình 19.5% amylose và 81.5% amylopectin

Gạo nếp: chứa 0.7% amylose và 99.3% amylopectin

+ Lipid:

Lượng lipid trong hạt gạo chiếm khoảng 1%, cao hơn hạt lúa mì, nhưng thấp hơn hạt bắp

+ Vitamin:

Trong lúa gạo, thành phần vitamin gồm B1, B2, B5, PP, B12, … Thành phần vitamin của lúa gạo chủ yếu là nhóm B, trong đó vitamin B1 chiếm một hàm lượng khá lớn Tuy nhiên hàm lượng vitamin của lúa gạo không nhiều, thấp hơn các loại lương thực khác

+ Các thành phần khác:

Trong lúa gạo có những chất dễ bay hơi như NH3, H2S, các acetaldehyde Tuy nhiên, khi bảo quản hạt không tốt, thành phần lipid trong hạt gạo bị phân hủy tạo ra các aldehyde, hexanal, cetone…tạo ra những mùi khó chịu

Anbumin: Hòa tan trong nước

Globulin: Hòa tan trong dung dịch muối trung tính

Protalamin: Hòa tan trong dung dịch rượu 60 – 80% còn có tên gọi là Gliadin Glutenlin: Hòa tan trong dung dịch kiềm 0,2%

Trong 4 loại nói trên thì hàm lượng Anbumin và Globulin chiếm khoảng 20%, còn 80% là Protalamin và Glutenlin, và tỉ lệ protalamin và glutenlin trong bột mì là tương đương nhau

Bột mì nhào với nước rồi để yên một thời gian sẽ tạo thành Gluten Hàm lượng và chất lượng Gluten bột mì phụ thuộc vào giống lúa mì, điều kiện trồng trọt, chế độ sấy hạt, chế độ gia công nước nhiệt, chế độ bảo quản… Gluten của bột mì chất lượng cao thường có độ đàn hồi tốt, độ chịu kéo vừa phải Nếu Gluten có độ chịu kéo lớn thì bánh làm ra xốp do giữ được khí tốt Trong quá trình chế biến có thể vận dụng các yếu tố của nhiệt độ, nồng độ muối ăn, cường độ nhào… để cải thiện những tính chất vật lý của Gluten Giảm nhiệt độ nhào thì Gluten trở nên chặt hơn, tăng nhiệt độ nhào

thì Gluten nở nhanh nhưng khả năng giữ khí kém và bánh ít nở hơn Muối ăn có tác dụng làm cho Gluten chặt lại và tăng khả năng hút nước lên, cường độ thủy phân protit giảm đi rõ rệt

+ Gluxit:

Gluxit trong bột mì gồm có: tinh bột, dextrin, gluxit keo, các loại đường

Tinh bột: Là gluxit quan trọng nhất của bột mì Trong hạng bột cao chứa đến 80% tinh bột Độ lớn và độ nguyên của hạt tinh bột có ảnh hưởng đến tính rắn chắc, khả năng hút nước và hàm lượng đường trong bột nhào Hạt tinh bột nhỏ và hạt tinh bột

vỡ thì được đường hóa nhanh hơn Trong các hạt tinh bột còn có một lượng nhỏ axit photphoric, axit silicic, axit béo và các chất khác

Dextrin: Là sản phẩm tạo ra đầu tiên trong quá trình thủy phân tinh bột Đó là những chất keo tạo thành với nước một dung dịch dính Khối lượng phân tử và tính chất của dextrin phụ thuộc vào mức độ thủy phân của tinh bột

Gluxit keo: Là các pentozan hòa tan, chủ yếu chứa trong nội nhũ của hạt Trong bột

mì hàm lượng gluxit keo vào khoảng 1,2% Gluxit keo có tính háo nước rất cao Khi trương nở trong nước các gluxit keo cho ta những dịch keo này có ảnh hưởng rõ rệt đến các tính chất lý học của bột nhào

Các loại đường: chứa một lượng không lớn lắm Trong bột có chứa khoảng 0,1 – 0,5 maltoza Trong bột mì sản xuất từ hạt nảy mầm thì hàm lượng maltoza tăng lên rõ rệt Đường chủ yếu nằm trong phôi hạt Hàm lượng sacaroza trong bột mì khoảng 0,2 – 0,6 % Hàm lượng chung các loại đường phụ thuộc vào loại bột và chất lượng của hạt

- Vitamin:

Trong bột mì có chứa rất nhiều vitamin như B1, B6, PP…Vitamin chứa nhiều ở lớp alorong Tùy theo hạng bột mì thì hàm lượng vitamin cũng khác nhau Hạng bột càng cao thì vitamin càng thấp và ngược lại

- Muối:

Chỉ tiêu hóa học:

- Hàm lượng NaCl: > 97% khối lượng chất khô

- Hàm lượng chất không tan trong nước: < 25% khối lượng chất khô

- Độ ẩm: ≤12%

1.3 Nhu cầu thị trường

Hiện nay, sản phẩm bánh tráng rế không chỉ cung ứng cho thị trường nội địa mà cả xuất khẩu Nhu cầu của người tiêu dùng ngày càng tăng, các đại lý cũng như các chủ đầu tư đặt hàng với số lượng rất lớn Vì vậy nguồn ngoại tệ mang lại cho mặt hàng này là không nhỏ

Theo báo cáo của VNR năm 2018, một trong ba cu thế chủ đạo trong ngành thực phẩm tại Việt Nam là thực phẩm tiện lợi [11] Hơn thế nữa, để hưởng ứng cách mạng Công nghiệp 4.0, việc tự động hóa phương pháp sản xuất là điều cần thiết trong ngành thực phẩm nói chung và trong việc sản xuất bánh cuốn chả giò nói riêng

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất bánh tráng rế hay bánh cuốn chả giò trên địa bàn trong nước đa phần là vừa và nhỏ lẻ Các doanh nghiệp đã bắt đầu chuyển đổi công nghệ sản xuất thủ công (do còn nhiều hạn chế) sang áp dụng máy móc sản xuất

tự động hóa Điển hình là sản phẩm máy rế bán tự động của công ty Sơn Việt

Hình 1.8: a) Mô hình 2D và 3D của máy rế bán tự động b) Người thợ làm việc trên

máy rế bán tự động [1]

Ghi chú: (1) Động cơ dẫn động đĩa lớn; (2) Động cơ dẫn động đĩa gia nhiệt; (3) Đĩa lớn; (4) Đĩa gia nhiệt; (5) Bồn chứa bột; (6) Lon đổ bột; (7) Cơ cấu tay quay – con tượt; (8) Tủ điện; (4a) Vị trí hình thành bánh tráng rế; (4b, 4c, 4d) Vị trí nướng

bánh; (4e) Vị trí lấy bánh bằng tay

- Nguyên lý làm việc: Khi đĩa lớn (3) di chuyển đĩa gia nhiệt (4) đến vị trí (4a), đĩa lớn dừng lại, quá trình hình thành biên dạng bánh được tạo ra do chuyển động quay của đĩa gia nhiệt (4) và chuyển động elip của lon đổ bột (6) Sau quá trình tạo hình (2,5 – 4,5 giây), đĩa lớn (3) lại quay với góc 𝛼 = 72o để di chuyển các đĩa gia nhiệt tiếp theo vào vị trí (4a) Tại vị trí (4e), bánh tráng rế được lấy ra khỏi đĩa gia nhiệt

Vì bánh tráng rế có xu hướng dính vào đĩa gia nhiệt nên bề mặt đĩa thường được bôi trơn bằng dầu ăn Nhìn chung, phương pháp này cải thiện được năng suất làm việc

và khắc phục được một số hạn chế được đề cập bên trên Tuy nhiên, mặc dù quy trình tạo bánh được tự động hóa, nhưng vẫn cần ít nhất 1 đến 2 công nhân để trộn bột và đưa bột vào bồn chứa bột (5) hay việc lấy bánh ra khỏi vị trí đĩa gia nhiệt cần còn là thủ công

Vào năm 2019, công ty Sơn Việt xây dựng nên một cơ cấu tay lấy bánh, mô phỏng lại quá trình lấy bánh tráng rế một cách hoàn toàn tự động, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong việc sản xuất bánh tráng rế

Hình 1.9: Mô hình cơ cấu tay lấy bánh cùng với máy rế bán tự động [1]

Hình 1.10: Cấu tạo của cơ cấu tay lấy bánh [1]

Ghi chú: (1) Xy-lanh đơn; (2) Thân; (3) Ổ đỡ; (4) Tủ điện; (5) Đĩa gia nhiệt; (6) Máng lấy bánh; (7) Xy-lanh đôi; (8) Xy-lanh đơn; (9) Trục xoay; (10) Ty giữ bánh; (11) Khung tay máy; (12) Lò xo

Hình 1.11: Các trạng thái hoạt động của tay máy [1]

Cơ cấu được điều khiển bằng PLC Trong đó, 3 Xy-lanh được dùng để điều khiển Ty giữ bánh (10), Khung tay máy (11) và Máng lấy bánh (6), mô phỏng lại thao tác lấy bánh thực tế của người thợ khi làm việc để lấy bánh ra khỏi vị trí đĩa gia nhiệt

Hình 1.12: Thuật toán điều khiển tay máy

Hình 1.13: Biểu đồ thời gian mô tả hoạt động của tay máy

Cơ cấu làm việc với độ tin cậy cao trong việc vận hành cũng như tăng năng suất lên đến 1440 sp/h với hiệu suất lấy bánh tối đa [1], đưa việc sản xuất bánh tráng rế trở nên hoàn toàn tự động Để làm được điều này, một số giải pháp được đề xuất kèm theo, bao gồm:

- Trên bền mặt đĩa gia nhiệt được tráng một lớp chống dính để thay cho thao tác bôi dầu của người thợ;

- Một máy bơm có nhiệm vụ cung cấp hỗn hợp bột từ máy trộn bột (9) lên bồn chứa của máy rế bán tự động

Tuy nhiên, vị trí thả bánh chưa chính xác, nên việc chuẩn hóa đưa vào dây chuyền sản xuất bánh giò tự động còn khó khăn

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trước đây, một số người Nhật Bản có sang Việt Nam tham quan tại một vài cơ sở sản xuất bánh tráng rế và xin mẫu bột để về thử thiết bị, cho tới nay vẫn chưa có thông tin gì về thiết bị sản xuất bánh tráng rế chế tạo tại Nhật Bản

Giữa năm 2019, Công ty Sansin của Đài Loan cho ra mắt máy làm bánh tráng rế tự động dùng phương pháp hút Nhìn chung, sản phẩm khá hoàn thiện về mặt kết cấu nhưng lại khó thương mại hóa ở thị trường nước ta do chi phí đầu tư cao kèm với một

số điều kiện đi kèm không phù hợp

Hình 1.14: Máy sản xuất bánh rế tự động của Sansin [12]

Đứng trước thực trạng đó, PGS.TS Trần Doãn Sơn, bộ môn Chế Tạo Máy, khoa Cơ Khí, Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tiến hành bắt tay vào nghiên cứu đề tài này

Nhằm ứng dụng cho các xí nghiệp sản xuất bánh tráng rế hiện nay, góp phần cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm Kết luận: Thực tế cho thấy nhu cầu sản xuất bánh tráng rế hiện nay rất lớn Việc đầu tư vào nghiên cứu, phát triển một cơ cấu lấy bánh mới để chuẩn hóa quy trình sản xuất bánh tráng rế tự động là hết sức cần thiết, phù hợp với chủ trương, chính sách phát triển của nhà nước Góp phần phát triển kinh tế địa phương, đưa ẩm thực Việt Nam ra thế giới

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ CẤU SỬ DỤNG QUẠT HÚT CAO ÁP 2.1 Yêu cầu của tay lấy bánh

Đối với máy để sản xuất thực phẩm, khi thiết kế chế tạo và sử dụng chúng, ngoài những yêu cầu chung (về độ bền, độ cứng, sức bền, độ bền rung động) còn phải đáp ứng các tiêu chí sau:

- Lực hút vừa đủ để có thể thắng được lực hút và lực dính của bánh lên đĩa gia nhiệt

- Lực hút không quá lớn làm hỏng bánh Do bánh tráng rế sau khi được tráng trên đĩa gia nhiệt còn ẩm, cùng với đặc tính bỡ rạc do bột Nếu lực hút quá lớn có thể phá hủy kết cấu của bánh

- Trường hợp lực hút đủ lớn để lấy bánh nhưng lực này lại làm hỏng bánh thì phải có giải pháp bảo vệ bánh lẫn quạt hút Bánh và những vật lạ có thể bay vào trong lồng quạt hút gây mài mòn các chi tiết hoạt động hay thậm chí dẫn đến hư hỏng

- Thời gian hút bánh và thả bánh phải nhỏ hơn thời gian tạo hình bánh thường là 2,5 đến 3 giây

- Để giảm công suất của quạt, cần xác định vị trí hút liên quan đến ty trọng của bánh, cần chọn vị trí hút có ty trọng lớn Bên cạnh đó, bánh tráng rế dạng lưới nên một phần lực tác dụng vào bánh bởi quạt hút bị thất thoát ra bên ngoài môi trường Do bánh nằm sát trên bề mặt đĩa gia nhiệt, nên lực hút dư này sẽ tác dụng lên bề mặt đĩa gia nhiệt Giác hút sẽ hút lấy đĩa gia nhiệt gây ra áp suất chân không Bánh tráng rế sẽ bị biến dạng theo phương ngang

2.2 Thiết kế tay máy

Cơ cấu tay máy bao gồm 2 phần: Cụm đầu hút và cụm vận hành tay máy

2.2.1 Thiết kế cụm đầu hút

Để quạt hút làm việc đạt hiệu suất cao thì vị trí hút bánh của cụm đầu hút cũng được quan tâm Vì bánh tráng rế có dạng lưới (không kín), nếu kích thước đầu hút quá lớn, một phần áp suất sẽ bị mất trong các phần rỗng của bánh tráng rế Vì vậy, cần xác định vị trí hút – nơi có mật độ bánh lớn nhất, mật độ chỗ trống là nhỏ nhất Theo tài liệu [13], phương trình quỹ đạo của lon rãi bột bố trí 9 lỗ thẳng hàng (Hình 2.1) có dạng:

Hình 2.1: Vân bánh dạng 9 lỗ bố trí thẳng hàng

Tuy nhiên, trên thực tế, sao khi thực nghiệm, vị trí lỗ trên lon rãi bột có sự điều chỉnh

để bánh cho được hình dạng theo yêu cầu của khách hàng, vì vậy, biên dạng vân bánh

đã có sự thay đổi như hình bên dưới

Hình 2.2: Bố trí lỗ trên lon rãi bột

Hình 2.3: Biên dạng vân bánh sau khi cải tiến

Để xác định được diện tích bánh cũng như mật độ rộng của biên dạng bánh mẫu (∅160mm) Tác giả đã sử dụng các phần mềm trung gian như AutoCad và NX

Unigraphics để truy xuất được file Vector cũng như chu vi (40,000mm) của bánh Với tiết diện bánh là 0.3mm [1], diện tích của bánh có được là 12,000 mm2 Nếu so sánh với diện tích bánh hoàn toàn kín (S = 20,106 mm2), mật độ rỗng của bánh xấp

xỉ 40%

Hình 2.4: Xác định chu vi của bánh mẫu trên phần mềm NX

Với mật độ rỗng khá lớn (khoảng 40%), để tối ưu được áp lực hút tác dụng lên bánh, diện tích bề mặt tác động cần được giảm đi Ngoài ra, áp dụng phương trình Bernoulli, tiết diện hút càng nhỏ sẽ cho lưu tốc hút càng lớn, thời gian lấy bánh sẽ trở nên nhanh

và dứt khoát hơn Để dẫn chứng cho điều này, 2 thiết kế sơ bộ cụm đầu hút với 2 tiết diện bề mặt hút khác nhau được xây dựng trên phần mềm Solidworks cho thấy: Tiết diện càng nhỏ sẽ cho lưu tốc tại bề mặt hút càng lớn Đồng thời với tiết diện càng nhỏ thì thất thoát lực hút với loại bánh tráng rế càng giảm