Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu thiết kế cân bằng tải để phân loại tôm xuất khẩu

iới thiệu đề tài Trong những năm gan đây, chế biến và xuất khẩu tôm đã trở thành một bộ phậnquan trong trong cơ câu kinh tế nông nghiệp Việt Nam, kim ngạch xuất khẩu đến2013 chỉ đứng sau

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

DANG DUC QUANG

Chuyên ngành: Công nghệ chế tao may

Mã số: 12040471

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2014

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: DANG ĐỨC QUANG, MSHV: 12040471

Năm sinh: 28/07/1983, Nơi sinh: PHÚ YÊNChuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy, Khóa: 2012

Đề tài luận văn:NGHIÊN CỨU THIET KE CAN BANG TAI DE

PHAN LOAI TOM XUAT KHAU

Can bộ hướng dẫn Bộ môn quản lý

PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS TS Thái Thi Thu Ha

Cán bộ châm nhận xét 1: PGS.TS Dang Van Nghìn

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Phan Đình Huan

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI DONG CHAM BAO VỆ LUẬN VAN

THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 10 tháng 7 năm 2014

Thành phân Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

2.PGS.TS Đặng Văn Nghìn

3 TS Phan Đình Huấn

4 TS Nguyễn Văn Giáp

5 TS Lê Thanh Danh

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 (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ 2 n2 E2 HH rên i

LOT CAM ƠN SE 1211111211111 E211 11t ii

9)7:ấ.ÿñ5/18⁄.0/0P0P7Ẽ7Ẽ78e aaaaidiiIi iii

LOT CAM DOAN 0887 iv

MỤC LUC woociceccccccccccccscsescscssscecsescecscssecscesecscevevevevssesesssessssessesssvstsnsvsesnetevevetens 1

DANH MỤC BANG BIEU oo.cececcccccccccccscecsescscesesseessceseuecssesevecssisetssessssssnseeeees 3

DANH MỤC HINH VE w.u ccscccscscscseseescscsescsesvescsssesevevsceesisisesetesisevevevevevissestess 4

Chương 1: Mở dau o.ccecccceccccccccesescsccececcecsescecececceesecevssevesesavavevevesesveviveveveveseeen 8

1.1 Giới thiệu để tai ceeccececscecsescevsescsssescsvsesescesisesesisesessseenees 8

1.2 Vai trò của con tôm trong nên kinh tế quốc dat cceceeceecccsceseeeseeeeeeeee 9

1.3 Kích cỡ của tôm và giá thành 20.0.0 cceccccceeccecceececeeeeeeeseeeeeseeeeeeeees 10

1.4 Tình hình chế biến tôm trên thế giớivà Việt Nam - xe 12

1.5 Tinh cấp thiết của dé tài cc cn s1v TT 11T HH nu 17

Chương 2: Tổng quan về tình hình nghiên cứu ¿+ 2z +x+E£eEzzexzszxzee: 20

2.1 Các nghiên cứu, bằng sáng chế và bai báo c2 ccs kén re srerereyi 20

2.2 Các dây chuyền phân cðđề phân loại tôm - 2-22 2 SE cEEeEzEzxerski 23

2.3 Mục tiêu và nội dung luận văn C2 1222112111111 11 1111111111111 111k 29

2.5 Ý nghĩa luận văn - 2 SE x1 1121E1E1515115111 1511111111111 29

Chương 3:Phân tích so sánh lựa chọn phương ân - 55 c++<+<<+<ss2 303.1 So sánh các nguyên lý làm việc của cân băng tải - 30

3.2 (ai: NIIaid 34

Chương 4:Thiết kế hệ thống cân băng tải S2 + 1S 111 EEEEEExrrr ren 354.1 Cau trúc tong thé hệ thống phân loại tôm theo trọng lượng sử dụng nguyên lý

cân bù lực điện fừỪ ceecceccaeccccecucecuecccucccuecuceececeseecuecerseecteceeceneceraeceteeense 35

4.2 Thiết kế cụm cân bù lực điện từ ¿5-2222 22122111122121212 2e 364.3 Thiết kế băng tải cân 1 11111111151 21111 110111110111 g 1e ai 504.4 CƠ cầu cÂN 2 2: 21212212122 221111211112112112112111011111112121012122 1k 514.5 Thiết kế hệ thống điều khiển G2 11x SE E121 E151 111111 1EE111111 E1 ete 51

Chương 5: Kết luận 5-1 2t 12111 E111111112111E115111.111111101011211 18g k 605,1 KẾT QUa.ccceccecccecccccecesecesescseecesesescevevsceceeseesvevecavessevssesevecuesvseeveveveveresersaseren 605.2 Hướng phát trien c.ccecc cc cccccccccescssscesecescsvsveceveceevecciesvsveveseesevsveveeesreevaeess 61

5.3Danh mục công trình khoa hỌC cece cents ceseesseeesseeeesseeeeseeees 61Tài liệu tham khảo - - - c cece cceccecuecccceuecccuceeaeececeaceateeeauecausensesaneteness 62Phụ lục

Phụ lục A: Bài báo Viện cơ học và tin học ứng dụng

Phụ lục B: Bản vẽ hệ thống cân

CAC BANG BIEUBang 2.1 Đặc điểm may phân cỡ Roller Grader (Thái Lan) 24Bảng 2.2 Đặc điểm máy phân cỡ Shrimp grading machine (Trung Quốc) 25Bảng 2.3 Đặc điểm máy phân cỡ CT-1014 (Denmark) - se cec5c: 25

Bảng 2.4 Tinh năng của cân băng tải DACS-G — S015 : 26Bảng 2.5 Tinh năng của cân băng tải Teltek Có0 - 2 2 22-<2<52 27Bảng 2.6 Tinh năng của cân băng tải SW-C320 cọ nen ree 28Bang 3.1 So sánh các công nghệ can phân loại theo trong lượng 33

Bảng 4.1 Các thông số cơ cau cân bù lực điện từ 2 ccc server 38

DANH SÁCH HINH VE

Hình 1.1Hình 1.2Hình 1.3Hình 1.4Hình 1.5Hình 1.6Hình 1.7Hình 1.8Hình 1.9Hình 1.10Hình 1.11Hình 2.1Hình 2.2Hình 2.3Hình 2.4Hình 2.5Hình 2.6

Hình 2.7Hình 2.8Hình 2.9Hình 2.10

Con fÔm - c-c c2 200 000200000 00010111111 111 11 n1 vn ng ng ng nh sở 9

Các sản phẩm xuất khẩu thủy san chính năm 2013 của Việt Nam 9

Sản lượng tôm theo kích cỡ trung bình năm 2010 10

Xu hướng giá nhập khẩu tôm của Mỹ, + 5c+scs sex ssree: 11Các loại tôm chính được nuôi trồng ¬————— 13Sản lượng tôm ở Chau Á - S2 c2 2EEEEEEEEEEEEEEEEEErrrrred 14Giá trị xuất khẩu tôm 2009 — 2013 -¿22++cc2xcscszres 14Ty trọng xuất khẩu tôm Việt Nam năm 2013 s5: 15

Thị phần của tôm Việt Nam tai Nhật Bản trong năm 2010 16

Thị phan tôm Việt Nam tại Hoa Kỳ trong năm 2010 16Quy trình chế biến tôm cecesecesesescseseseecevecsseveceeeeereeeees 17

Patent US3770122 - - - -c c1 2 12222222111 1111111111 1111111511111 1 khe 21Patent US5064400 Q.Q ccccceccceeeeenseeeeeeeeeenseeeesetstnseaeaeeees 21Patent USŠS3677126 - - - c1 21222222 111111111111 1111111111111 khe 22Băng tải cân - c2 22 22122220 c1 1 n c1 n HH Tnhh 23May phân cỡ Roller Grader (Hãng Patkol) - - : 24Máy phan cỡ Shrimp grading machine

(Hang Chenguang food machInery) -.-‹-‹ sec +++<<cc++ssss 24Máy phan cỡ CT-1014 (Hãng Carmitech) - ceeeees 25Cân băng tải DACS-G — S0]Š Q.01 HH HS HS nhe 26Cân băng tải Teltek CÓÖ - c2 2222122111111 11 111111111 e 27SW-C320 check wetgher -ccccccc c2 v2 28

Hình 3.1Hình 3.2Hình 3.3Hình 3.4Hình 4.1Hình 4.2Hình 4.3Hình 4.4Hình 4.5Hình 4.6Hình 4.7Hình 4.8Hình 4.9Hình 4.10Hình 4.11Hình 4.12Hình 4.13Hình 4.14Hình 4.15Hình 4.16Hình 4.17Hình 4.18Hình 4.20

| oy: (6 (oe) | eer 30

Cau trúc strain øauøe - + s11 11121111 E1 118tr gưn 30

Mach cầu Wheatstone một phần CU ee eeeceeccceccceeccuecececeeeseueeeeesenaes 31

Cân bù lực điện từỪ ceeccceccueccecccceccacecseceaneeeuseaneeeeceaeses 32

Sơ dé khối hệ thông phân loại bang tải 5 cece eeeees 35Sơ đồ khối của hệ thống cân ¿52 E2 k E2 E5EEEEE SE rerrred 36Mô hình vật lý hệ thống cân - L 221 1 1211115111112 1 xe txe 37Hệ lò xo và giảm chấn - S11 1E SEE 1E gi 39Khối lượng m, M tt E11 SE 115115711151 1811111 tri 39Mô hình toán học hệ thông cân bù lực điện từ - -: 40

1 cece ccecccce cece eeseeeeeseeseseeeseeeseseeeeseessaeeseeesseeeeseneneened 40

Khoảng dich chuyển của X ccccccccccescscssscsceseseeseseveseseseevsveeeseeee 4]Khoảng dich chuyển xD o.c.c.cccccccecccesesesescseseescsvscsceveveseseseeesvesenees 4]Cơ cau cân bù lực điện tit eee S1 2112111121211 treo 42

Module Solidworks Simulation và Phân tích bài toán tinh (Static)43CUM CAD 0 eeeeeeceeceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeeeees 44Gan vật liệu cho CUM CAN oo cece cee ceeccecccucececeuececaeccteseuteceteenaess 44

Vùng tiếp xúc hai chỉ ti€t.e sce ccccceeceecescscesesesesesesseseseseevseseeeens 45

Chia lưới cụm cân -cc c c nQS Q1 HS Y TH vn hy ca 45VỊ trí đặt lực Ï -Lc ceccecccceccuccceccceuveceeeeacceeuseausenseeneeaesens 46

Ngàm tại để cân 5 - CS E13 E111 1 15111115111 11 1E HH gi 46Kết quả chuyỀn VỊ c- tcTT 121111121 HH HH HH Huy 47

Khoảng cách khe hở trên thân đỡ cc+cc+‡cc++S2 47

Hình 4.20Hình 4.21Hình 4.22Hình 4.23Hình 4.24Hình 4.25Hình 4.26Hình 4.27Hình 4.28Hình 4.29Hình 4.30Hình 5.1

Kết quả chuyền vị tại đầm cân băng + c2 sexy: 48

Kết quả chuyển VỊ tal CUON Cảm -c CC cnỲSsn ssra 48

Khối lượng cơ cấu cân - ssSt21 E1 kEE 1E gi 49

CUM CAD 0 eeeeeeceeceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeeeees 50

Cơ cầu cân bù lực điện tt eee cece eee ee eeeeceesectesestesesteseeneeten 51Lap ráp hệ thống cân 21t S*E1 SE E111 E11 E11 Errrti 51So đồ điều khiến hệ thống 2-5-2 SE SEE2EEEE E2 re 52

Dao động và khử dao động - 2 2c 2c 2222232111331 se 54

Giá trị khối lượng tÔm - c- - SE SE E111 EEEE51115111 11x tre 57Sơ đồ thuật toán - ees eeseeeeseeeesesteesestesestestesteeteeeeeees 58Sơ đồ mạch điện tử tS 113111015511 51 1511151118181 tế 59Lap ráp cơ khí S1 x11 1111181111111 1E E110 11H12 xu 61

CHỮ VIET TAT

EU European UnionFAO Food Agriculture Organization of the United NationsGOAL Global Outlook for Aquaculture Leadership

ISO International Standard OrganizationVASEP Vietnam Association of Seafood Exporters and Producers

Chương 1:MỞ DAU

Chương này giới thiệu đề tài luận văn, nêu bật vai trò của con tôm trong nên kinhtế quốc dân và điểm qua tình hình chế biến tôm trên thế giới và Việt Nam Trìnhbày tầm quan trọng của nhu câu cơ khí hóa và tự động hóa quá trình phân cỡ tôm

xuât khâu.1.1.

iới thiệu đề tài

Trong những năm gan đây, chế biến và xuất khẩu tôm đã trở thành một bộ phậnquan trong trong cơ câu kinh tế nông nghiệp Việt Nam, kim ngạch xuất khẩu đến2013 chỉ đứng sau gạo trên cả cá tra, vươn lên thành quốc gia xuất khẩu tôm đứnghang thứ 3 thế giới Theo hiệp hội chế biến và xuất khâu thủy sản Việt Nam(VASEP), năm 2013, Việt Nam xuất khâu thủy sản dat gần 6,7tỷ USD, trong đóxuất khẩu tôm thu về 3,1 tỷ USD Xuất khẩu tôm chiếm 46% kim ngạch xuất khẩuthủy sản của cả nước Mười thị trường nhập khẩu tôm chính của Việt Nam gồm Mỹ,

Nhật Bản, EU, Trung Quốc, Australia, Canada, Dai Loan va ASEAN [1]

Xuất khẩu tôm tăng mạnh đặt ra yêu cau rất lớn về nguôn nhân lực 1an chatlượng sản phẩm Khảo sát tại các nhà máy chế biến tôm xuất khẩu hang đầu ViệtNam tại tỉnh Sóc Trăng, công đoạn phân cỡ tôm chiếm tới 18,4% khối lượng công

việc chế biến tôm thành phẩm, tuy nhiên, thực tế hiện nay các nhà máy chế biến

tôm sử dụng chủ yếu nhân công dé thực hiện việc phân cỡ tôm thì sự tăng nhanhcủa sản lượng tôm sẽ kéo theo yêu cau tăng số lượng nhân công va mức độ quản lychất lượng cao hơn, điều này sẽ rat khó thực hiện với giá nhân công ngày cảng tăng

cao và nguôn nhân lực đang khan hiêm.

Từ thực tế đó, dé tài nghiên cứu thiết kế máy phân cỡ tôm có khả năng thay thécon người trong quá trình phân cỡ được đặt ra để giải quyết van dé về nguôn laođộng trong qui trình chế biến tôm xuất khâu nhưng vẫn đảm bảo cho năng suất cao,đồng thời chất lượng cũng như an toàn vệ sinh thực phẩm trong công đoạn phân cỡ

tôm cũng được đảm bảo.

1.2 Vai trò của con tôm trong nên kinh tê quoc dân

Những năm qua thủy sản liên tục là một trong những ngành kinh tế mũi nhọncủa nước ta Trong đó chế biến thủy sản đóng vai trò quan trọng trong chiến lượcphát triển thủy sản nước nhà Lượng hàng thủy sản xuất khâu của Việt Nam ra thịtrường ngày càng gia tăng cả số lượng cũng như chất lượng

Thống kê từ Hải quan cho thay, năm 2013, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 88thị trường trên thế giới, thu về 3,1 ty USD, tăng 39,1% so với năm 2012 Xuất khẩutôm tăng mạnh không chỉ bù đắp cho sự tăng giảm trong xuất khẩu những mặt hàngthủy sản khác va còn giúp xuất khẩu thủy sản nói chung vượt mục tiêu 6,5 tỷ USDđã dé ra và đạt trên 6,7 ty USD, tăng 9,7% so với năm 2012 Xuất khâu tôm chiếm46% kim ngạch xuất khâu thủy sản của cả nước [1]

m Hải sản khác13,0% Tôm

© Mực, bạch tuộc

6,7%

H Cá ngừ7,8%

Nguồn: VASEP 2014

Hình 1.2: Các sản phẩm xuất khẩu thủy sản chính năm 2013 của Việt Nam

Về phía cơ quan quản lý nhà nước thì ngày 16/8/2013, tại Quyết định số1445/QĐ-TTg, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triểnthủy sản đến năm 2020, tầm nhìn 2030 Nội dung chủ yếu là thực hiện công nghiệphóa vào năm 2020, hiện đại hóa vào năm 2030 ngành chế biến thủy sản xuất khẩudé đạt được mục tiêu là tăng trưởng 7-8%/ năm.

1.3 Kích cỡ của tôm và giá thành

Tôm là một sản phẩm được giao dịch theo kích thước và chủng loại, sản phẩm

tôm dao động từ 20 con / kg đến 70 con / kg Tôm có kích thước lớn hơn sẽ cho giácao hơn Nam 2010, tôm với kích thước 31- 40 con / kg được nuôi nhiều nhất trênthế giới với khoảng 23% Xếp hạng thứ hai là khoảng 41- 50 con / kg Tôm có kíchthước lớn hơn 26 - 30 con / kg chiếm khoảng 16% Kích cỡ tôm lớn của nhỏ hơn 20con / kg ít nuôi do giá thành cao và ưu tiên cho xuất khẩu sang thị trường nhập khẩunghiêm ngặt như Mỹ chiếm 18% khối lượng nhập khẩu (Hình 1.3)

Theo đó, kích thước của tôm nuôi phụ thuộc vào nhu câu của khách hàng.

Sản xuất tôm theo kích cỡ của thế giới thể hiện trong hình 1.3

100% - i _ an 1% count/kg

90% + 18% 9%) me ea ø<2080% -¬ HS TQ @ 21-25

61-7020% +

10% - m>?0

0% }

US import Americas World

Source: GOAL and World Bank (2011)

Hình 1.3: Sản lượng tôm theo kích cỡ trung bình nam 2010

Giá tôm trên thị trường thé giới đều dựa trên giá của ba thị trường nhập khẩuchính, cụ thể là Mỹ, Nhật Bản và EU.

Ngoài các yêu tô khôi lượng cung, gia tôm cũng bi ảnh hưởng mạnh bởi tiêntệ, tỷ giá hôi đoái của các nước nhập khâu, bệnh tôm va vân đê môi trường trongnước sản xuât, và các sự kiện bat ngờ như cuộc khủng hoảng kinh tê hay thiên tai.

Vi du, gia tôm tại thi trường Mỹ đã giảm 39% từ 11,58 USD / kg vào thangTam năm 2007 còn 7,04 USD / kg vào tháng Tam năm 2009 (Hình 1.4) Việc tăng

thuế chống bán phá giá tôm Thái Lan đã làm cho giá nhập khẩu tôm vào Mỹ tăng

31% trong tháng Giéng năm 2009 (10,71 USD / kg) so với thang 8 nam 2008 (7,38USD /kg).

Từ năm 2010, cuộc khủng hoảng kinh tế dường như đã giảm bot và nhu cầu

tiêu thụ tôm đã tăng mạnh hơn Hiện tại, nguôn cung tôm cho thị trường thế 2101 bi

giảm do sự việc giảm sản lượng trước đó của nhiều quốc gia do giá thấp trong năm2008 và 2009 Giá tôm bat đầu tăng trở lại trong thang 10 năm 2010 (8,02 USD /

kg) và tháng Hai năm 2012 (8,37 USD /kg).[2]

1614 +12 +10 4

~ =~ %œ œ œ œ ÈŒ‹ CŒ(@œẽA œ@œ Gœ CO CC CC e7na sra 4 sa GS

Source: Indexmundi (2012) Shrimp shell-on headless, 26-30 count per kg, USD/kq

Hình 1.4: Xu hướng giá nhập khẩu tôm của Mỹ

1.4 Tình hình chế biến tôm trên thế giới và Việt Nam1.4.1 Tình hình chế bién tôm trên thé giới

Tôm là một trong những loại thủy sản phổ biến nhất trên thế giới Nuôi tômxuất hiện trên thế 2101 tu nhiéu thé ky trước, nhưng loại hình sản xuất hiện đại củanó chỉ bắt đầu vào những năm 1930 sau khi các nhà nghiên cứu Nhật Bản,Motosaku Fujinaga, thực hiện nghiên cứu của ông trên ao nuôi từ ấu trùng tôm

kuruma (Penaeus japonicus) (Shigueno, 1975; Weidner va Rosenberry, 1992) Với

sự phát triển của công nghệ, sản xuất ấu trùng tôm được thực hiện day đủ vào năm1964 dé đáp ứng nhu cau con giống cho tôm nuôi trong đó tạo ra một sự bùng ndtrong sự phát triển của ngành vào những năm 1990 (Rosenberry, 1998) Do đó, cáctrang trại nuôi tôm dang được xây dựng sau đó dé đáp ứng nhu cau tôm trên thé giớivới khoảng năm triệu tân tôm sản xuất hàng năm (WFF, 2010) [2]

Có hai khu vực chính dé nuôi tôm trên thế giới, phương Tây và phương Đông.Phương Tây bao gồm các nước Latin như Brazil và Ecuador Phương Đông baogôm các nước như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Philippines, ViệtNam, Bangladesh và Ấn Độ

Trong khi phương Tây thống trị sản xuất tôm thẻ chân trăng (Penaeusvannamei), còn phương Đông sản xuất cả tôm sú (P monodon) và tôm thẻ chântrang (Wyban, 2009) Theo FAO, tôm thẻ chân trang là loại tôm được nuôi nhiềunhất trên toàn thế giới với khoảng 39% Tôm sú đứng thứ hai với khoảng 17%(Hình 1.5) Nuôi tôm là lĩnh vực sản xuất thực phẩm phát triển nhanh nhất trongnhững năm gan đây, tôm bồ sung chất đạm cho người và bổ sung phong phú chonguôn động vật thủy sản hoang dã [2]

Theo Fuchs cùng các cộng sự (1999) và Rosenberry (1998), Châu Á dẫn đầutrong lĩnh vực nuôi tom, chiếm gan 80% sản lượng tôm thé giới Da số tôm nuôiđược xuất khẩu sang Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu và Nhật Bản Sự phát triển của sảnxuất tôm đã tạo ra thu nhập đáng kể cho các nước đang phát triển và phát triển, đặc

biệt la ở chau A và châu Mỹ Tôm sẽ trở thành một san phâm xuât khâu chiên lượcvi gia tri xuât khâu cao cua nó cho nhiêu quôc gia như Việt Nam, Thai Lan,

shrimp10%

Source: FAO, Globlefish (2010)

Hình 1.5: Các loại tôm chính được nuôi trồngBên cạnh những đóng góp to lớn của nó đến nên kinh tế thế giới, sự phát triểnnhanh chóng của ngành tôm cũng đã tạo ra nhiều tác động tiêu cực ma không cógiải pháp khắc phục như 6 nhiễm nước, bệnh tôm, và các hộ gia đình bị mat kế sinh

nhai (Theo The Third World Network, năm 2012) [2|

1.4.2 Tình hình chế bién tôm ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước sản xuất tôm hàng dau thé giới Sự pháttriển của nghề nuôi tôm ở Việt Nam đã bị ảnh hưởng mạnh bởi sự mở rộng của tômnuôi trồng thủy sản trong khu vực ven biển châu Á trong những năm 1990 Ngoàiviệc là một nước xuất khẩu gạo, Việt Nam cũng chuyển sang định hướng xuất khâuthủy sản và nhanh chóng thay đối dé trở thành một trong mười nha xuất khâu tômhàng dau thé giới

Nuôi tôm đã đóng một vai trò quan trọng trong nên kinh tế của Việt Nam.Nó đứng thứ ba trong số các lĩnh vực kinh tế trọng điểm nông nghiệp của dat nướcsau gạo và cá tra.Tổng khối lượng xuất khẩu tôm dat 240.985 tan, trị giá 2,1 tỷ

USD vào năm 2010 So với năm 2005, khối lượng xuất khẩu trong năm 2010 tăng51% và giá trị xuất khẩu tăng 53,6% Trong năm 2011, giá trị xuất khẩu đạt 2,4 ty

USD, tới năm 2013 đạt 3,1 tỷ USD (hình 1.7).

2.500 3

2.000

1.500

1.000500

0 † t t †2009 2010 2011 2012 2013

Hình 1.6: Sản lượng tôm ở Châu A

Nguồn: VASEP 2014

Hình 1.7: Giá trị xuất khẩu tôm 2009 — 2013

Tôm được xuất khẩu sang 88 quốc gia trên thế giới trong năm 2013 Nhat

Bản, Mỹ, EU, Canada, Trung Quốc, Australia, Dai Loan và Asian là những thi

trường lớn đối với tôm xuất khẩu từ Việt Nam

Mỹ là thị trường lớn nhất đối với tôm xuất khâu của Việt Nam với khoảng26,7% Nhật Bản đứng thứ hai, chiếm 22,8% tong kim ngach xuất khẩu tôm củaViệt Nam Tiếp theo là EU với khoảng 13,1%, và Trung Quốc với 12,2%

Hình 1.8: Ty trọng xuất khẩu tôm Việt Nam năm 2013

Ở thị trường Nhật Bản nơi mà Việt Nam là nhà cung cấp lớn nhất trong năm2011, khoảng 20,43% tôm được bán trên thị trường có xuất xứ Việt Nam (Hình1.9) Giá trị của tôm xuất khẩu sang nước này khoảng 607 triệu USD trong năm

2011.

Ở Mỹ, Việt Nam xếp hang tư sau các nha xuất khâu tôm lớn nhất như TháiLan, Indonesia và Ecuador Thị phần của tôm Việt Nam là khoảng 8,89% trong năm2010 (Hình 1.10) Năm 2011, tôm xuất khâu sang Mỹ đã đóng góp 558 triệu USDcho nên kinh tế của đất nước So với năm 2010, khối lượng xuất khâu tăng khoảng1.3% Tăng nhẹ trong nhu cau được thé hiện bang sự gia tăng trong giá tôm tại thị

trường này mang lại giá trị cao hơn cho tôm Việt Nam.

Hiện nay, có hơn 300 nhà máy chế biến tại Việt Nam liên quan đến kinhdoanh tôm, trong đó 60 công ty lớn chiếm hon 80% giá trị xuất khẩu Trong năm

2010, khoảng 100 nhà máy chế biến dat giá trị xuất khẩu 2 triệu USD trong khi tonggiá trị của các phần còn lại chiếm khoảng 78.460.000 USD và 15.212 tân xuất khẩu

(VASEP, năm 2011).

Mexico 0.19

) Vietnam 20.43

Indonesia 17.38Others 19.18

Brazil 0.26Agentina 1.85

China 7.59

Bangladesh1.34Malaysia 2.81

Source: VASEP (2011)

Hình 1.10: Thi phan tôm Việt Nam tai Hoa Kỳ trong năm 2010

Minh Phú, Quốc Việt, UTXI, STAPIMEX, CAMIMEX, FIMEX, PhươngNam, Việt Nam fishone, SEA Minh Hải là mười công ty xuất khẩu tôm hàng dau tại

Việt Nam.

1.5 Tinh cấp thiết của đề tài

Tôm nguyên liệu

Lot vo, xẻ

lung, lay chi

Ché bién tôm: Hap.

Hình 1.11: Quy trình chế biển tôm

Để có thể xuất khâu được, tôm phải được phân loại theo trọng lượng thành 7 cỡvới trọng lượng khoảng từ 14 đến 80 g/con trước khi thực hiện công đoạn khác.Cho đến nay, việc chế biến tôm tại các nhà máy chế biến thủy sản hau hết thủ cong,dựa trên sức người là chính đã gây ra nhiều hạn chế như: năng suất không cao, tỉ lệthu hôi thành phẩm không cao, chất lượng không cao, dé gây nhiễm vi sinh, chi phísản xuất lớn, tốn nhiều công nhân và chi phi, ton diện tích mặt bằng, môi trườnglàm việc ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người lao động, tat cả các lý do trênlàm tăng giá thành sản phẩm dẫn đến không mang lại tính cạnh tranh cao cho sản

pham của các doanh nghiệp Việt Nam trên thi trường thé giới Trước tinh hình này,chính phủ cũng đã có phê duyệt quy hoạch phát triển thủy sản Việt nam đến năm2020 và tầm nhìn đến 2030, trong đó có nêu rõ những giải pháp về khoa học côngnghệ để cải thiện chất lượng thủy sản xuất khâu, mà cụ thé là nghiên cứu thiết kếchế tạo các máy móc mang tính cơ khí hóa và tự động hóa cao ứng dụng vảo cáckhâu của quy trình chế biến tôm nhăm tăng năng suất, giảm sức lao động, hạ giáthành đây là yêu cầu cấp thiết hiện nay để tạo lợi thế cho doanh nghiệp, giảm áplực nhân công lao động khi mùa vụ đến ở các khâu trong quy trình chế biến như:

Lột vỏ tôm, phân cỡ

Qua khảo sát thực tế, thông thường tỉ lệ lao động giữa các khâu trong qui

trình chê biên như sau:

O Tiếp nhận nguyên liệu: 2,8%O Lặt đầu: 10,2%

O Lột vỏ: 62%%

O Phan cỡ: 18,4%O Cấp đông: 6,6%

Số lượng lao động đang sử dụng tại một số công ty chế biến thủy sản năm

2013:

¢ Céng ty CPTP Sao Ta : 3.000 người¢ Céng ty CP Thuy san Sóc Trang: 3.500¢ Céng ty CPTS Sạch Việt Nam: 2.500¢ Céng ty CP Thuy san UT XI: 2.800

¢ Céng ty Chế biến thủy san Phương Nam: 1.000¢ Céng ty chế biến thủy sản Ngoc Thu: 800

‹ Công ty thủy sản Incomfish: 2.000° Công ty thủy sản Minh Phú: 10.000‹ Công ty thủy sản Camimex: 4.000

Do đó, van dé tiếp cận, làm chủ, tự thiết kế chế tạo cân băng tai dé cân địnhlượng tôm là cần thiết và mang tính thực tiễn Mục đích của nghiên cứu này nhăm

thiệt kê, chê tao thử nghiệm cân băng tải dé can tôm với các yêu câu sau:

- Cân được tôm với các kích thước từ 14 đến 80 gram,

cao.

Trên thị trường hiện nay, đã có các máy phân cỡ tôm do nước ngoài sản xuất.Tuy nhiên, gia thành máy nhập khẩu cao; chi phí phụ tùng nhập khẩu cao Rất khókhăn cho doanh nghiệp nếu phải đầu tư máy trong tình hình kinh tế hiện nay

Ở Việt Nam, hiện tại cân băng tải chưa được sử dụng nhiều trong việc phân

cỡ tôm và cũng đã có nhiềucông trình nghiên cứu chế tạo cân băng tải tuy nhiênnăng suất chưa cao (30 con/phút) Do đó, để đáp ứng khả năng tự động hóa dâychuyên phân loại tôm theo trọng lượng như hiện nay thì việc nghiên cứu và đưa vàoứng dụng thực tế sẽ giảm chi phí nhân công và đây mạnh năng suất, từ đó giảm giáthành của sản phẩm Cũng giống như các nước phát trên thé giới, tự động hóa đãdan như thay thé vai trò của lao động thủ công

Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu thiết kế cân băng tải để phân loại tôm xuấtkhẩu với độ chứnh xác + 0,2 gram’ nhằm giải quyết những van đề hiện nay tronglĩnh vực phân cỡ tôm xuất khẩu hiện nay

Chương 2: TONG QUAN VE TÌNH HÌNH NGHIÊN CUU

Chương này nêu ra tổng quan tình hình nghiên cứu hệ thống phân cỡ tômtrong và ngoài nước Phân tích các công trình liên quan đã được công bố Mục

đích và nội dung nghiên cứu cũng được làm rõ.Chương này cũng nêu ý nghĩa

khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Cân băng tải cân các sản phẩm dang di chuyển qua trên một day chuyển

sản xuât, là một phân của máy phân cỡ.Ưu nhược diém của cân băng tải:

¢ Can liên tục,* nang suât cao.Tuy nhiên:

°ồ Hệ thông cau tạo phức tap,¢ gia thành cao.

Hiện tại, cân bang tải được áp dung vào rat nhiêu lĩnh vực cân phân loạinhư: xi măng, hộp sữa bột, thuôc y tê, va cân phân loại tôm.

2.1 Cac nghiên cứu, bang sang chê và bài báo

Thiết bi phân loại tôm theo kích thước ở hình 2.1 sử dụng các cặp trục quayhình trụ với kích thước đường kính giảm dan Các cặp trục quay này được gắn songsong với nhau theo chiều dốc hướng từ trên xuống và được xoay theo hướng ngượclại để tôm có thể di chuyển đến đúng khu vực có kích thước tương ứng Băng tảicấp liệu điều chỉnh tỷ lệ cấp liệu tôm tới các trục quay.

Hình 2.2: Patent US5064400 [8]

Cơ cầu phân loại tôm ở hình 2.2 sử dung băng tải phân loại tôm Băng tải cóthé phân loại tôm thành nhiều cỡ nhờ các rãnh di động có các khe hở bên dưới vớicác kích thước phân loại từ nhỏ đến lớn Tôm nhỏ hơn so với một phạm vi kích

thước chọn trước sẽ rơi qua khe trong khi tôm với kích thước lớn hơn sẽ được giữ

chặt phân dau va phan thân, sau đó được đưa đến các phân đoạn phân loại tiếp theo

của băng tải đê tôm rơi vào đúng khe kích thước của nó.

Tuy nhiên, các hệ thống phân loại tôm theo kích thước cho sai số lớn nên

không đạt yêu câu vê việc phân loại tôm xuât khâu.

Năm 1990, các tác gia (Hideya Fujimoto, Kazuhiko Horikoshi, Kunio

Kikuchi, Osamu Tanaka, Fumihiro Tsukasa) đã phát minh ra hệ thống cân bằng

điện tử đáp ứng nhanh và được thương mại hóa bởi công ty Anritsu Corporation.

Theo đó, một hệ thống cân điện tử bao gôm một đĩa cân / đòn cân (15) cóchức năng đối trọng vật thể cân đặt trên đĩa cân Một cuộn dây điện từ (9) tạo ramột lực điện từ để bù đắp sự dịch chuyển của đòn cân (15) gây ra bởi trọng lượngcủa vật thể cần cân Cảm biến vị trí (3, 4, 5) phát hiện sự dịch chuyển của đòn cân(15) Một bộ chuyển đối dòng điện (7) điều khiến điện áp để đáp ứng với các tin

hiệu phát hiện truyền từ các cảm biến vị trí (3, 4, 5) Mạch chuyển đôi dong điện

(20) tạo ra dòng điện dé cung ứng cho thiết bị (7) va cho các cuộn dây điện từ (9).May tinh (24) tính toán trọng lượng của các vật thé từ điện áp ra của mạch chuyềnđổi dòng điện (20)

Cảm biến

trọng lượng

‘A

_ 4

a) Phối ak b) Hình chiếu ngang

Hình 2.4: Băng tai cân (dài 445 mm, rộng 252 mm, tốc độ di chuyển 39 mm/s)

Tuy nhiên các tác giả khăng định cân phải tìm một loại cảm biên khác mới

đạt yêu cau

2.2 Các dây chuyền phân cédé phân loại tôm

Trên thị trường đã có rất nhiều dòng sản phâm phân cỡ để phân loại tôm vàđiển hình là những dòng sau:

2.2.1 Hệ thông phân cỡ tôm phân loại theo kích thước

Hình 2.5: Máy phán cỡ Roller Grader (Hãng Patkol)

Bảng 2.1: Đặc điểm máy phân cỡ Roller Grader (Thái Lan) [19]

Công suât 2000 kg/giờSố cỡ phân loại 5

Tốc độ roller 250 vòng/phút

Kích thước máy 1500 x 4500 x 2500 mmTrọng lượng máy 1500 kg

Công suât 1200 — 1500 kg/gio

Kích thước máy 7500 x 1900 x 2200 mmĐộ chính xác + 5¢

Nguôn điện 380V, 4,9kW

Hình 2.7: May phán cỗCT-1014 (Hãng Carnitech)

Bảng 2.3: Đặc điểm máy phân cỡ C7-7014 (Denmark)

Công suất 1600 kg/giờSố cỡ phân loại 5

Kích thước máy 106,3 x 62,2 x 71,65 inchĐộ chính xác + 5¢

Nguôn điện 400V 3 pha 50/60Hz, 2kW

2.2.2 Hệ thông phân cỡ tôm phân loại theo trọng lượng

—

Hình 2.8: Cán băng tải DACS-G — S015

Khả năng cân 1500gPham vi can 15 ~ 1500g

Thang đo tối thiểu 0.1g

Tôc độ can*440 items/min (max.)Độ chính xác(3ø)*+0.20

Cảm biên khối lượng Double-beam load cell (high output)

Chiéu dai

Kích thước vat thê cân 46 ~ 400

Chiều rộng|20 ~ 320(mm)

Chiêu cao [0 ~ 180

Tốc độ băng tải 120m/phút (max.)

w Tiêu chuẩn : IP30

Thiết kế

Chống thấm nước : IP69K

Nguôn điện Một pha AC 100 ~ 120V, Một pha AC200 ~

240VNhiệt độ 0°C ~ 40°C (độ âm 30 ~ 85%, không ngưng

tu)

Trọng lượng canKhoảng 80kg

Hình 2.9: Cán băng tải Teltek C60Bang 2.5: Tính nang của cân băng tải Teltek C60 [17]

Kha nang can15 - 2500g hoặc 15 — 6000g

Độ chính xác(3ø)*+0.2g

Tốc độ băng tải 120m/phút (max.)

og Tiêu chuân : IP66 hoặc thép không gi, hợp

Thiét kê

kim nhôm110/230 VAC 50/60HzNguôn điện

Hệ thông điêu khiến 7ˆ Siemens HMI và PLC

Nguồn điện 22050/60Hz, một pha

2.23 Nhận xét

= Hé thống phân cỡ tôm theo kích thước có các đặc điểm sau:

- _ Năng suất phân cỡ cao (hơn 1.000kg/giờ)- D6 chính xác thập (+ 5g)

- _ Tôm bị hư hỏng nhiều trong quá trình phân cỡ do bị kẹt vào

khe ho của các trục roller.

Do đó, hệ thống phân cỡ tôm theo kích thước chỉ phù hợp với việc phân cỡ

sơ bộ.

= Hệ thông phân cỡ tôm theo trong lượng có các đặc điểm sau:

- _ Năng suất phân cỡ thap hơn phân cỡ theo kích thước (trung

bình 150 con/phút)- - Độ chính xác cao (trung bình + 1g)

Do đó, hệ thống phân cỡ tôm theo trọng lượng phù hop với việc cân và phâncỡ tôm xuất khẩu (đòi hỏi độ chính xác +0,2 gram và năng suất 150 con/phút)

2.3 Mục tiêu và nội dung luận văn

Muc tiểu:

e _ Nghiên cứu thiết kế, tính toán cân băng tải

Đề đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:

e Nghiên cứu tong quan về cân băng tải hiện có trên thế giới và Việt Nam.© Cơ sở lý thuyết về cân băng tải điện tử

e Nghiên cứu cấu tạo cân băng tải.e Tính toán thiết kế và đánh giá một số cụm chỉ tiếte Kết luận

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề nghiên cứu dé tai nay dùng các phương pháp sau:e Tổng quan tài liệu, nghiên cứu liên quan đến cân bù lực điện từ.e Tai liệu, báo cáo về phân loại tôm, kích cỡ tôm, xuất khẩu tôm.© Cơ sở lý thuyết

e Ứng dụng các phan mềm Solidworks và Ansysdé hỗ trợ tính toán, thiết kế

2.5 — Ý nghĩa luận văn

Ý nghĩa khoa học là xây dựng phương pháp luận để tính toán thiết kế cân

băng tải.

Y nghĩa thực tiễn của luận văn là thiết kế chế tạo một mô hình để nghiên cứuthực nghiệm quá trình phân cỡ dé đáp ứng nhu cau thực tiễn của sản xuat

Chương 3: PHAN TÍCH SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Các nguyên lý cân băng tải được phân tích so sánh và lựa chọn.

3.1 So sánh nguyên lý làm việc của can băng tải

Với hệ thông phân loại băng tải có hai phương pháp thường được sử dụng déđo trọng lượng tôm đó là: do biến dang và bù lực điện từ

3.1.1 Phương pháp do bién dạng

Ở phương pháp do nay dùng loadcell kết hợp với strain gauge

Loadcell là cảm biến lực Khi lực được tác dụng lên loadcell, loadcell sẽ

Tải 1

Thân loadcell Strain gauge Tải trọng Thân loadcell

= Strain gauge

chuyên đổi lực tác dung thành tin hiệu điện.

Hình 3.1: Loadcell

Hình 3.2: Cau trúc strain gauge

Strain gauge dùng để đo biến dạng của vật thể Strain gauge được nối vào vật

đại tín hiệu đo.[13]

Từ mối quan hệ giữa biến dạng và giá trị điện trở ở trên, strain gauge sửdụng mạch cầu Wheatsone (có 03 loại mạch cầu Wheatstone đó là cầu đủ, bán cầuvà một phan tư cầu) Nguyên lý hoạt động của cầu Wheatstone dựa trên việc dođiện áp khác nhau giữa cầu Mạch cầu Wheatstone luôn bao gồm bốn điện trở có

ia tri bang nhau O mach một phan tư cầu, ba điện trở có 1a tri cô định với độ

chính xác cao, điện trở còn lại đóng vai trò là một phân tử strain gauge Hình 3.7

mô tả câu trúc tông quan của mạch câu Wheatstone một phân tư.

Hình 3.3: Mạch câu Wheatstone một phan tu

Trong đó Rgg là phần tử strain gauge, Rị, Ry, Ra có giá trị điện trở cố định, Uy, là

điện áp đo được và Uzx là điện áp kích từ (DC) [13]

Nguyên lý hoạt động:

- Ở trạng thái cân băng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra băng không

- Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell sẽ làm cho thân loadcell

bị bién dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợikim loại của strain gauge dán trên thân loadcell làm thay đổi giá trị điện trở củastrain gauge Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi điện áp đâu ra Sự thay đối điệnáp nay là rat nhỏ, do đó nó được khuếch dai bằng bộ khuếch đại Do điện áp dau ranày sẽ tính được khối lượng vật thé cân

Ưu điểm- Cân được các tải trọng lớn ( vài chục gram đến xấp xỉ 50 tân)

- Thiét kê rat chac chăn, kha năng chịu tải cao.

- Vỏ ngoài bảo vệ chống 4m và bụi ban, thiết kế bang thép không gi dé chống ăn

mòn.

- Dễ dang bảo trì (các bộ phận thay thé cho nhau đơn giản).Nhược điểm

- Thời gian dap ứng chậm (1s).3.1.2 Phương pháp bù lực điện từ

Nguyên lý hoạt độngBồi thường lực điện từ là một nguyên tắc đo lường phù hợp với cân điện tử ở

các câp chính xác cao nhât.

12, 13, 40 Ì (

Ưu điểm

- Thich hợp khi dùng trong cân băng tải dé cân các sản phẩm có khối lượng nhỏ với

độ chính xác cao.- Thời gian đáp ứng nhanh (<13).

Hạn chế- Chi phí sản xuất cao

Độ cứng vững +++ ++Tiêu chuẩn IP IP 67 IP 67Thiết kê Rất nhỏ gọn Phức tạpPhạm vi cân Vài gram + vài tân | Từ 5 gram trở lên

e Phân loại theo nguyên lý cân bù lực điện từ:

+4 D6 chính xác cao (+ 0,2 ø),4 Thiết kế phức tap,

4 Năng suất cao (trung bình 150 con/phút)

e Phân loại theo nguyên lý biến dang (sử dụng loadcell):

* D6 chính xác cao (+ 0,5 g),

+ Thiết kế đơn giản,4 Năng suất thấp (trung bình 30 con/phút)

3.2 Kết luận:

Qua phân tích so sánh ở phân trên và yêu cau của hệ thống cân (150 con/phút với độ

chính xác + 0,2 ø), em chọn phương pháp cân trọng lượng sử dụng nguyên lý cânbù lực điện từ.

Chương 4: THIẾT KE HE THONG CAN BĂNG TAI

e Trình bày tính toán thiết kế các cum máy và tính toán mô phỏng mộtsố cụm

e Trình bày sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống

Yêu cầu kỹ thuật hệ thống cân băng tải :

¢ Can động, cân liên tục,

- - Cân được các vật có khối lượng nhỏ (từ 14 gram trở lên)

¢ Do chính xác cao (+0,2 gram),

- Nang suất ít nhật 150 con/phut.

4.1 Cau trúc tổng thé hệ thống phân loại tôm theo trọng lượng sử dung

Băng tải gia tốc

cân định lượng Do vậy, trọng lượng tôm được đo bởi băng tải cân (cân bù lực điệntừ) Tôm sau khi đi qua băng tải cân sẽ qua băng tải phân loại, từ đó tôm được phânloại thành 7 hoặc 12 cỡ phụ thuộc vào trọng lượng tôm.

4.2 Thiết kế cum cân bù lực điện từ

Yêu cau thiết kế:

e_ Tốc độ cân 150 con/phút

e D6 chính xác +0,2ø.

xX;

Co cau can

Hình 4.2: Sơ đồ khối của hệ thông cân

Trong đó: K;¡ là hệ sô khuêch đại điện áp, đề xuât điện ap cho cuộn cam dé tính

toán ra lực điện từ bù lại hệ thống

B là mật độ từ thông, | là chiều dài của cuộn cảm

M: khối lượng tôm thực tế

M : khối lượng tôm đo được trên hệ thống

F,: Lực bu điện từFy: Lực do M gây ra