Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu phương pháp gia công bằng siêu âm ứng dụng để bóc tách hạt điều

Quy trình chê biên hạt điều qua các công đoạn sau hình 1.2: phân cỡ hạt lần 1 và làmsạch, làm âm, xử lý nhiệt, làm nguội và ủ, phân cỡ hạt lần 2, cắt tách vỏ, say nhân, bóc vỏlụa, phân l

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

DAI HOC BACH KHOA

TRAN MINH THONG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHAP GIA CONG

BANG SIEU AM UNG DUNG DE BOC TACH

HAT DIEU

CHUYEN NGÀNH: KY THUAT CƠ KHÍ

MA SO CHUYEN NGANH: 60520103

TPHCM, nam 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA —DHQG -HCM

(Ghi rõ họ, tên, hoc hàm, học vi và chữ ky)Can b6 chém 8808mm Ữ.-

(Ghi rõ họ, tên, học ham, hoc vi va chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét 2 : 1 SH 1115115115151 15 1151511181151 nhà

(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, DHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội dong đánh gia luận văn thạc si gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đông châm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đông đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HOI DONG TRUONG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HOI CHỦ NGHĨA VIỆTTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ

Họ tên học viên: Tran Minh Thông

m anmnammmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmma-khoảng cách giữa lưỡi cắt trên với lưỡi cắt đưới (mm) đến tỉ lệ hạt không cắt được (%)

Khi thực hiện cat băng siêu âm.

V CÁN BỘ HƯỚNG DAN (Ghi rõ học ham, học vi, họ, tên): - - s55:

GVHD 1: TS NGUYEN THANH HAI

Ghi chú: Học viên phải dong tờ nhiệm vụ này vào trang

dau tiên của tập thuyết minh LV

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin cảm ơn Thầy TS NGUYÊN THANH HAI và Thay PGS.TSTRẢN DOÃN SƠN đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiệnluận văn này Trong thời gian thực hiện luận văn, Thầy đã có vẫn cho tôi những nhữnglời khuyên thiết thực giúp tôi tháo gỡ những khó khăn trong quá trình nghiên cứu dé kipthời hoàn thành luận văn này đúng thời hạn.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Công ty TNHH Mỹ-Anh-An, Công ty TNHHVietSonic, Công ty Gia Lợi Long An, Cong ty TNHH Trường Hung , đã luôn giúp đỡ

và tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm trong quá trình thực hiện luận văn.Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn quý Thây/Cô trong khoa Cơ Khí đã tham gia giảngdạy chương trình Thạc sĩ trong thời gian tôi theo học ở trường Thầy/Cô đã trang bị chotôi những kiến thức dé tôi có thé hoàn thành luận văn của mình

Cuối cùng, tôi biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình, bạn bètôi đã luôn thông cảm, giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường đại học Bách khoa TP.HCM

Tôi xin chân thành cảm on!

Học viên

Trần Minh Thông

TÓM TAT

Công nghệ cắt siêu âm là một trong số những phương pháp gia công tiên tiến, đã

và đang được ứng dụng nhiều trong gia công cắt gọt Tìm hiểu về lý thuyết, sau đóứng dụng vào thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao năng suất gia công dé đáp ứng đượcnhu cầu ngay cảng cao về cung cấp nhân hạt đều, không chỉ trong nước ma còn xuấtkhẩu đi nước ngoài

Với kiến thức đã học kết hợp với khoa học máy tính, ta có thể đưa ra phương ánứng dụng sóng siêu âm vào gia công Sau đó, ta sử dụng quy hoạch thực nghiệm đểphân tích kết quả thu được và đưa ra mối liên hệ cho các thông số nghiên cứu, từ đólàm cơ sở cho việc đánh giá năng suất khi thực hiện cắt băng phương pháp siêu âm saunày.

ABSTRACT

Ultrasonic vibration cutting is one of conventional machining processes, have been applied a lot in material removal processes From the theoretical studies, the applying in large-batch production to enhance machining capacity to meet the needs of vendor cashew kernels, not only in Vietnam but also for the exportation to foreign countries.

With the knowledge and technical computing, we could use ultrasonic waves method in machining And then, we use an experimental design to analyze the result received and introduce the correlation of data, hence using it to assess the capacity by applying the ultrasonic vibration cutting.

LƠI CAM ĐOANTôi tên : Trần Minh Thông

\J10900/0 2 , 6DANH MUC HINH 022 8

0 0J:0/00/096:70 0121777 10CHUONG 1 TỎNG QUAN VE DE TÀI s-5< 5< << se seeeeeeeereereereereersere 11

1.1 GIO THIEU VE HAT DIEU ceecccceesccessccceeseeccseneecesseecesneecseaeeceeaneeecneneeeneaeeeeesneeenas 11 l.2 LỢIÍCHCỦA HAT ĐIÊU 7 SG G1130 11 991119 111 9 1 vn ng vn 12

1.2.1 Nhân điểu ĂĂĂSSĂ 2E 121.2.2 Dầu vỏ hat điểu (CNSL) CC ttEEEEESES SE E1E1111151111111 1x te 13

1.3 QUY TRINH CÔNG NGHỆ CHE BIEN HẠT ĐIỂU 2222 + 2+ <££*++++>seeeeeezss 13 1.3.1 Phán CO hạt SƠ DO vrrcccccccccsscccccssecccccsscccccssscccccscccccssccccssssccccsusscscesssecsceeaecseeaes 14 1.3.2 LIN SACHA, viccccccccscccccssscccccssecccccssccccssseccccssccccussscscceusecscesscscceuecscssusccsseuesceuanss 141.3.3 AMMO cevcsvesessessessesresrssssessessessessecsecscscssessssuesussscaseesecsecsecsecsecseeseeseaeneeseses 141.3.4 PO, 208nnh Ô 151.3.5 Nie LY niet DANG PANY an ố Ặ 161.3.6 Xử li nhiệt bằng hấp hơi HHỚC ¢ ceccccccccccessescsssssescscsvsvevevesssssvevevsvscsesesveeesee 181.3.7 [8/4 T0 0N / N8 NhmtdiiiiäảẢ 18L.3.8 Cet VO LACH nao 18ImNẮ"gGaa 19].3.10— BOC VO ỦWQ ẶĂ Gv 5g 191.3.11 Phân loại sản PUG veececcccececesescsesvevevcvssssssssvecscscsesvsvevesessasasavavacasavavevensnsteneess 19L312 — Thanh frÙng ĂĂ Ăn và 19

“mm ố7ne 19 1.4 NHU CÂU THỊ TRƯỜNG - - Ă 1n HH kh 19 1.5 THIET BỊ BÓC TÁCH VỎ Q Gv 20

1.5.1 Sản phẩm (ONG NUCC cevecesesesesvevevevsvsvsssevscsescsvsveverencssssasavavevsvscsvavscsusvsvsnenenenees 201.5.2 Sản phẩm HƯỚC NOI seececececccsccevsvsvsessevscscscsvsvsvsrcncssssasavavevsvsvsvevstsvstsenenenenees 221.5.3 Thiết bị hiện có ứng dụng trong Ae tdiccecccccccccccccssssescssssssessscsssvsvetststsssssevens 25

1.6 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG SIÊU ÂM SG 2 Q11 1S 1 S1 111181118111 g1 cgveg 26

1.6.1 Nguyên I) CẮT SiCU ÔÌHH «+11 TT 1111111111111 1111k 261.6.2 Ưu điểm của phương pháp gia công bằng siÊu ÔHH c5 Sc Set sesed 28

1.6.3 Ung dụng phương pháp gia công bằng siêu ÂHM c5 Set £ztsesed 281.6.4 Tính cấp thiết của G6 tài -c-ccttEEEEEEkSkS SE 1151111111 11t 371.6.5 Kết quả nghiên Cứ“ SO khhỞi - tk kEk‡ESESESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrerree 381.6.6 Mục tiÊM CUA LUG VẾH - c0 0K vớ 381.6.7 Y nghĩa khoa NOC CUA LUGN VĂNH 0S 111111111111 ke 381.6.8 Y nghia thực LIEN CUA TUG VAN vocccccccscsccsccscsscsccscsscsscscsscsscsecscsecsscsesecsecsecscenees 381.6.9 Nội dung(Liét kê va mô tả chỉ tiết nội dung nghién CUCU) -ccccscscs: 39CHUONG 2 CƠ SO LÝ THUYET cccsssssssscssssssossssssossssesossesscossesecossesscecossesacees 402.1 GIỚI THIỆU -G- G61 S393 91 1 1E 5311919111 11111112110 111g ng ng 402.2 CÁTSIÊUẨM ST S1 1 E1 1111111211 11110121211 1111012121101 01 1 g0 412.2.1 Cốt siêu âm ID - c+cSeEtE TH E51 1112111111 11111 tk 442.2.2 Cốt siêu âm 2D ScCkCTEEE T151 1112111111.11111.11 111k 46CHUONG 3 = TIEN TRINH THUC HIEN THÍ NGHIỆM 493.1 MỒ HÌNH THI NGHIEM.Q ccccccccccccscscscscscscccscscscececscscecscececececeesevaracscacaceceeecees 49BADD — MẤT ĂĂ.Ặ Q.ĐĐTHHH HH H10 1e 493.1.2 CỤM ĐỒ GÁ - ĐẦU SIEU AM — DAO CT - 2 5s+s+c+£cezesrsceee 503.1.3 ĐÔI TUONG THUC NGHIEM viccecsscscscssescsssssesssesssssssssessssssessssssesssesseesseeeeens 543.1.4 QUA TRÌNH CAT HAT vicceccsccsscscscsssessssvscscscsvsvevesensacasavavavsvsvsvsvsvestsvsavenenenees 553.2 CHỌN THONG SO THI NGHIEM Q cccccccscssccscceccecececscececececececescecevevsvaveveveeecees 563.3 PHƯƠNG PHAP THUC NGHIEM ccccccccscssecececesessececscesescevecscececsesavacsceseesaeees 56

34 CÁC BƯỚC XÂY DUNG PHƯƠNG TRINH HÔI QUY -. - 5: 56CHƯƠNG4 KẾT QUÁ THUC HIEN THÍ NGHIEM 5-5-5-<2 57

4.1 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRINH HOI QUY BAC 2 DẠNG MÃ HÓA << <5<5 59

4.11 Xác định các hệ số phương trình hồi quy theo công thức công thức ma trận

59

4.1.2 Mức ý nghĩa các hệ số và tính thích hop PTIHQ -ccs+ese+esesesesese 61

4.2 PHƯƠNG TRINH DANG TU NHIÊN 7-5 E2 2231111333333 1E 2322 64 4.3 GIA TRI HAM Y THUC TE - - - < << 1 1 3333881111119 11103 vn va 64

5.1 KẾTLUẬN SG 11T 11T TT 11 11T H11 ng ng 715.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAL woeeecccccccccccsesesssscssescsesscsesesscsesesscseseeseseseees 7ITÀI LIEU THAM KH ÁOO 2-5-5 6 5 5 << <3 39 5S 994 4xx sesesesese 72

319800002155 73

Danh mục hình

Hình 1.1: Cấu tạo hạt điỀu - 5S 1E 2 121 1515111121 11211111 1111115111111 1xx re 11Hình 1.2 Quy trình chế biến hạt điều - cseeesescscscsscscscssscsscsesessssssesscsessessesees 14Hình 1.3: Thiết bị đang sử dụng trong thực tế, việc bóc tách vỏ hạt điều được thực hiện0niẴ8sig 0 21Hình 1.4 Máy tách vỏ hat điều của hãng OLTREMARE cececccccssessesesesssesssesseseeeessesees 22Hình 1.5 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE 5-5252 5252 2e+e+eszzscs2 23Hình 1.6 Máy tách vỏ hạt điều HX002 5 S252 S223 E212 E1 32121525 11111111 exrk 24Hình 1.7 Sơ đồ hoạt động của máyy - + 2 6 SE SE E3 SE E1 E111 151111 exrk 25Hình 1.8 Ứng dụng siêu âm trong công nghiỆp - - + 25255 +2 E£E£EzEeeersrsrered 27Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cắt siêu âm - ¿+ - 5252 S221 E2 2E 1 E111 12121111 ecxrk 28Hình 1.10 Máy cắt thịt đông lạnh băng siêu âm -22- 5252 22E2E£E2EzEEcEzErreree, 29Hình 1.11 Sơ đỗ cắt băng siêu âm của phát minh + ¿2£ + 2 2+*£E+E+£z£z£ezezeszee 31Hình 1.12 Máy cat thực phẩm siêu âm model 30C của Ermatec - - 2 2 255552 31Hình 1.13 May cat thực phẩm siêu âm Dukane - ¿5-5 2 25255 E+E+E£E£E£EzEzeerersrered 32Hình 1.14 Máy cắt thực phẩm siêu âm Newtech, Anh + 22 55+£+£+£zcz£s+ezesree 33Hình 1.15 Máy cắt thực phẩm siêu âm Sonics, Mỹ ¿-¿- 5-52 2 S22E+c+Eszzcezereeree 33Hình 1.16 Sơ đồ khối mạch điều khiển siêu âm [ I] -¿222sS+E+E+E+E+EzEeEerree 34Hình 1.17 Sơ đồ khối hệ thống siêu âm dùng chip FPGA [2] -5- 52 <<<5s5s2 35Hình 1.18 Sơ đồ khối nguồn phát siêu âm [3] -5- - 2 25255 £+£+£££££££EzEz£zzzezere2 35Hình 1.19 Thiết bị thí nghiệm cắt thực phẩm siêu âm [4] - 2 22 25s+s+cs£=szs2 36Hình 1.20 Mô hình thiết bị cắt bơ siêu âm [5] - + + 2< +2 SE E£E£E£E+E+EeEeEererererecees 36Hình 1.21 Thiết bị thí nghiệm cắt thực phẩm siêu âm [6] - 2 22 555+<+cs£z=s>s2 37Hình 2.1: Quá trình của phương pháp cắt siêu âm đơn hướng -. - + 52 255552 4]Hình 2.2: Xem xét nguyên nhân hình thành phoi trong cắt siêu âm - 42Hình 2.3: Phân bố của ứng suất lên dụng cụ phân tích bằng phương pháp phan tử hữu 43Hình 2.4: Tọa dO - - - -cc G11 1111101100000 1111111111 0 n0 0 0 re 44Hình 2.5: Cắt siêu âm UD v.cccceccccccccscsssscscscsssscscscscscsscsescscsssssscscsssssssscscscsssssscscevssssssesees 44Hình 2.6: Biểu đỗ chu kỳ cắt - - 5252123 1 E2 1 1 11151311 1111111511 110111110101 11 1 y0 46Hình 2.7: Cắt siêu âm 21D -¿-¿- S52 S23 1915 5 1211151151121 11111 11111111511 1111 110111 ATHình 2.8: : Vong lặp cat siêu âm 2D với HSR và d/B đối với đường elip có A=1 1pm va

Hình 3.1 a) Mdy cắt tách hạt déu; b) Bảng thông 86 Imá - + +55 +cSs sec: 49Hình 3.2 a) Máy phay CNC Baron-Max, model : VM-18: b) Bảng thông số máy CNCBaron-Max, model : VM-18 cc c0 00100 HH HH HH ng ng ra 50Hình 3.3 Gia công chỉ tiết thuộc cụm GO GG - + c5: + SE 2E 1151511111111 xe 50Hình 3.4 Dau siêu (âm 5-5252 SE 1E 2 1111111211 1111111.1111111121.11 11111121011 11 111g Hy 51Hình 3.5 Dao cắt hạt điều (với góc dao 4'5”) - - + Se e3 3 12 1111111151111 11 111111 51Hình 3.6 Cụm dao cắt siêu âm được lắp lên may - ¿+ - + 2 2 +s+E+£+£z£zzezezesree 54Hình 3.7 Hạt điều với kích cỡ AL, A2 ¿c6 E2 S223 E915 1 1112115151111 111 ecxrk 54Hình 3.8 Quá trình cắt hạt + EtStSSSSv SE 5 9111111111111 T1 1g ngu 55Hình 4.1 Vị trí đúng của hạt điều khi vào cụm dao cắt tách - ¿25 5s+c+cscscscs2 67Hình 4.2 Vị trí sai của hạt điều khi vào cụm dao cắt tách ¿22 55s+c+csccscs2 67Hình 4.3 Hình dang hat mong muốn (hat ñn0)) + 2 2-5-5 25252 2E2E£E£E££E£E£EzEeEersrsrsred 67Hình 4.4 Hình dáng hạt không mong muốn (hat lép) ¿2-5-5 55252 £2+£+£+£z£zszs2 68

Danh mục bang

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g hạt điều - 2 25255 552<+cs£zsscs2 12Bảng 1.2: So sánh chỉ số năng lượng cung cấp bởi nhân điều và các loại sản phẩm khác 12Bảng 1.3Thông tin bằng sang chế EP 0783399 BL ¿ 5:2 2 2E 1 E2 EEErErrrreee 30Bảng 4.1 Thể hiện mối tương quan giữa giá trị của thông số thực tế và thông số quy đối4 57Bang 4.2 Bảng kết quả thực nghiệm - - - 2 5 S252 SESE2E£E£EEEEE£EEESEEEEEEErErkrrrrrrered 58Bảng 4.3 Bảng giá trị kết quả phương sai Số Ỗủiđ4 61

Bang 4.4 Bảng giá trị kết quả phương sai $ ° {b,\ ¬ 62

Bang 4.5 Bang gid tril, oo 63Bang 4.6 Bảng thé hiện giá trị Y thực Ế - ¿c2 S2 S252 SE E*E2EEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrrrrrkrkd 65

— 2

Bảng 4.7 Bảng thể hiện giá trị (Y — Y) 4 65

Chương 1 TONG QUAN VE DE TÀI

1.1 Giới thiệu về hạt điều

Hạt điều có chiều dài trung bình 2,5 - 3,2 cm, dày 1,3 - 1,6 cm, rộng 1,9 - 2,2 cm,trọng lượng trung bình 5 - 40g, nó tùy theo những vùng khác nhau Năng suất hạt của câyđiều lâu năm vào khoảng 20 - 30 kg hạt/cây 10 tudi tương ứng với 200 - 300 kg quả/cây.Sản lượng còn tùy thuộc vào điêu kiện dat dai, chăm sóc, phan bón và điêu kiện khí hậu.

Phần vỏ hạt dày khoảng 0,4 em, chiếm 70% trọng lượng hạt vỏ điều gồm 3

lớp:

- _ Lớp vỏ ngoài nhẫn, dai và lang, màu xám hoặc nâu

- Lop vỏ giữa day nhất, xốp, cau trúc t6 ong có chứa một chất lỏng có tính nhựa,

màu nâu đỏ Khi tiếp xúc với không khí nó bị sậm màu đi rất nhanh, chất lỏng này

có tên là đầu vỏ hạt điều Dầu vỏ có vai trò là chất bảo vệ tự nhiên cho hạt chốnglại côn trùng.

Phan vo lụa bao quanh nhân chiếm khoảng 3,5% trọng lượng hạt nhân.

Nhân điều chiếm khoảng 30% trọng lượng quả điều là phan có giá trị kinh tếcao nhất của quả điều

1.2 Lợi ích của hạt điều

1.2.1 Nhân điều

- Hat điều chứa 47% chat béo trong đó có tới 82% là các acid béo không bão hòa.Chất béo không bão hòa này không những loại bỏ nguy cơ làm tăng cholesteroltrong máu mà còn góp phân làm cân bằng hay làm giảm bớt mức cholesterol

- Hat điều chứa 21% protein, 22% carbohydrate và một sự phối họp hợp lý cácamino acid, chất khoáng và vitamin với thịt, trứng, sữa sẽ loại trừ các bất lợi củacác nguôn thức ăn từ động vật này.

- Luong đường hòa tan trong hạt điều ít hơn 1% Vì vậy, chung ta có thể ăn hạt điều

mà không phải lo lăng về lượng calori vượt mức Việc sử dụng hạt điều cũngkhông gây ra bệnh béo phì và tiểu đường

- Thanh phan chất xơ trong hạt điều giúp làm giảm sự hấp thu cholesterol từ thựcphâm ăn vào, chửa trỊ bệnh táo bón ngoài ra chât xơ còn giúp bảo vệ cơ thê tránh bệnh ung thư, viêm ruột thừa.

Loại thực phẩm Năng lượng calo/lkgLipIt 46,3 gr

Glucid 28,7 gr Protit 184 gr

Nước 4 gr Khac 2,6 gr

Bang 1.1: Thanh phan dinh dưỡng trong 100g hạt điều

Loại thực phẩm Năng lượng calo/lkgNhân điều 6000 caloNgũ cốc 3600 caloThịt 1800 calo Bang 1.2: So sánh chỉ sô năng lượng cung cap bởi nhân điêu và các loại sản pham khác

Các vitamin nhóm B đặc biệt là B , có tac dụng kích thích ngon miệng, nhân điềucòn có vitamin E giúp chống suy nhược, thiếu máu Nhân điều còn là một nguồngiàu các chất khoáng (Ca, Mg, Zn, p, Cu, Fe) giúp bảo vệ sức khỏe và hệ thốngthân kinh con người

Dầu nhân điều thu được từ quá trình ép nguội, nhân điều có chứa các thành phầnacid béo như: Palmitic (8,2%), Palmitoleic (0,4%), Stearic (4,2%), Oleic (67,4%),Linoleic (19,8%); dầu nhân điều vượt trội các loại dầu khác như dau Oliu, dầubắp, dầu đậu nành

Dầu nhân là loại dầu quí, màu vàng tươi, dịu sử dụng trong thực phẩm và y học.Bánh dau hạt điều có chứa nhiều chất dinh dưỡng, là nguyên liệu tốt cho ngànhcông nghiệp bánh kẹo.

Dầu vỏ hạt điều (CNSL)

Dầu vỏ có chứa một hỗn họp các alkyl phenol tự nhiên, một chất lỏng nhớt màunâu hơi đỏ, độc hại với da người khi tiếp xúc Dầu vỏ có trong thành phân hạt điều(18-23% trọng lượng hạt) để bảo vệ nhân điều khỏi bị côn trùng phá hoại Dầu vỏ

là một sản phẩm phụ có giá trị kinh tế và kỹ thuật cao

Vecni dầu điều có cau trúc không gian bền với nước, nhiệt và hoá chat Và sau khikhô có thể mài bóng được

Son cardanol trùng hop: Sơn này giống sơn dau trùng hợp nhưng vì cardanol cónhân thơm và không có liên kết ester như trong dầu nên rất bên nhiệt, bền hóa,cứng hon và đàn hồi kém

Keo dán epoxy — cardanol: keo epoxy có nhiêu đặc tính tôt được xem như là keovạn năng nhưng rất giòn Keo này dán được các chỉ tiết kim loại, cao su kim loạitrong điều động rất tốt

Các chê phầm khác từ dâu vỏ hạt điều như: thuôc trừ sâu và thuôc nhuộm.

1.3 Quy trình công nghệ chế biến hạt điều

Mục đích của công nghệ chê biên hạt điêu là tách nhân điêu ra khỏi vỏ, tạo nên nhânđiều có chất lượng cao, đảm bao tỉ lệ bé vỡ nhân thấp, nhân van giữ nguyên dinh dưỡng

và màu trăng, không bị vàng bị nhiễm dâu.

Quy trình chê biên hạt điều qua các công đoạn sau (hình 1.2): phân cỡ hạt lần 1 và làmsạch, làm âm, xử lý nhiệt, làm nguội và ủ, phân cỡ hạt lần 2, cắt tách vỏ, say nhân, bóc vỏ

lụa, phân loại sản phẩm, hồi âm, thanh trùng, đóng thùng sản phẩm

PHAN CG SƠ BỘ >» LAMSACH > AM HOA

THANH TRUNG > "¬ XU LÝ NHIET

DONG GOI SAN

PHAM

r

PHAN LOẠI LAM NGUỘI VAU

A

BOC VOLUA |* SAYNHAN CAT VA TACH VO

Hinh 1.2 Quy trinh ché bién hat diéu1.3.1 Phân cỡ hat sơ bộ

Phân cỡ sơ bộ ra làm 3 loại: loại lớn, loại trung bình, loại nhỏ để có chê độ âm hoáthích hợp cho mỗi cỡ hạt sao cho khi 4m hoá xong tất cả các cỡ hat có cùng độ âm theoyêu cau.

Ở giai đoạn này người ta cũng có thể phân chính xác ra các cỡ hạt cụ thể là 4 - 5 kích

cỡ hạt.

1.3.2 Lam sạch.

Công việc nay rất cần thiết đặc biệt khi áp dụng công nghệ chao dau Sự lăng đọng củađất cát gây quá nhiệt cục bộ và làm hư hỏng thiết bị (chao dầu), cản trở dầu vỏ thoát rangoài, gây khó khăn cho quá trình tỉnh lọc dầu và làm tăng chỉ phí sản xuất Các hạt điềuthô có thế được sàng băng máy sử dụng lưới sàng 3⁄4 inch

13.3 Am hóa

Đây là giai đoạn làm cho vỏ hạt ngắm nước băng cách ngâm hoặc tưới nước nhiều lầnlên hạt, hoặc kết hợp giữa tưới và ngâm, hoặc có thé xử lý hạt băng hơi nước (hấp hạt) déđạt độ âm can thiết 15 - 25% (thường 15 - 18%) Việc làm thấm nước là để chuẩn bị chocông việc xử ly nhiỆt.

Tác động quan trọng của âm hóa:

Nước thâm vào bên trong vỏ hạt điêu sẽ tạo ra hôn hợp dâu vỏ và nước, khi chaodau hạt gặp nhiệt độ cao (180°-200°C) đột ngột nước trong hỗn hợp chuyển sang trạng

thái hơi tăng áp phá vỡ các tế bảo chứa dầu dễ dàng chảy thoát ra và làm cho vỏ hạtphông lên tạo ra khoảng hở giữa vỏ và nhân.

Nhờ tăng 4m nhân sẽ dẻo hon, trong quá trình chao nhân không bị xém vàng va

bể vỡ khi đưa qua công đoạn cắt bóc vỏ tiếp theo

Có thế âm hóa theo một trong các cách sau :

— _ Tưới nước: chất hạt điều thành đồng hoậc cho vào bể có lỗ thoát nước rỗi tướinước đẫm nhiều hơn (thường cách 1 giờ tưới 1 lần) giữa các lần tưới đậy hat bangbao bố am số lần tưới nhiều ít phụ thuộc vào độ âm ban dau, kích cỡ hạt, độ daymỏng của vỏ và thời gian lưu kho của hạt Âm hóa theo cách tưới nước mất nhiềuthời gian nhưng ít bị dư âm

— Ngâm nước : Hạt được ngâm vào bể nước lã tới khi dat độ 4m theo yêu cầu thì vớt

ra ( hoặc tháo hết nước dé ráo nước) Thời gian ngâm cũng phụ thuộc vào các điềukiện của hạt như ở cách tưới Am hóa theo cách ngâm rút ngăn được thời gian âmhóa so với tưới nhưng dễ bị quá 4m

— Kết hợp vừa ngâm vừa tưới hạt: ngâm hạt trong nước lã 1 giờ rồi tháo nước để ráotưới thêm một số lượt dé điều chỉnh độ âm của hạt đúng yêu cau

— Xử lí hat bang hơi nước (hap hạt) trong thời gian 10-15 phút

Khi âm hóa cần chú ý :

Nước dùng âm hóa không được chứa ion sắt

Nhiệt độ của nước không quá 30°C

Không để nước thấm qua vỏ lụa vì nếu trong nước có chứa ion sắt sẽ xảy ra nộiphản ứng với các polyphenol của vỏ lụa tạo thành những phức chất có màu hơi xanh, cóthé gây loang 16 trên bề mặt nhân màu trắng

1.3.4 Xw lý nhiệt.

Hiện nay ở nước ta cũng như ở các nước khác (An Độ, Brazil ) thì công nghệ xử lýnhiệt hạt điều được dựa trên hai phương pháp chủ yếu: hấp băng hơi nước và chao dâu.Mục đích là làm cho vỏ hạt điều dòn và sau khi xử lý nhiệt thì giữa nhân và vỏ cứng cókhe hở để việc cắt bóc vỏ lay nhân được dé dàng

1.3.5 Xử lý nhiệt bang rang

Dùng nhiệt làm cho vỏ hạt điều phông lên, nứt ra để dầu vỏ bên trong thoát ra đồngthời tạo ra khoảng hở giữa vỏ và nhân, khi bóc nhân không bị bể vỡ và không bị dính bandâu vỏ Có 2 cách rang :

Rang trực tiếp đơn giản - còn gọi là phương pháp đốt (Drum roasting) Cho hạt điềuvào thùng quay rôi đốt nóng đỏ băng dau ngọn lửa hờ vừa quay thùng, dau trong vỏ xì ra

và bốc cháy Nhờ sự bốc cháy của dầu vỏ mà giữ được nhiệt độ của thùng quay khôngđối Thùng quay được quay băng tay trong 2-4 phút sau đó khi hạt vẫn còn đang cháydùng tro bếp phủ lên để dập lửa và hấp thụ dầu vỏ còn dính trên bề mặt vỏ hạt rồi đưaqua cắt bóc vỏ Phương pháp đốt có ưu điểm tốc độ cat bóc vỏ và ti lệ nhân nguyên vẹncao nhưng có khuyết điểm: tốn thất không thu hồi về được dầu vỏ, môi trường làm việc

bi ô nhiễm do khói của dầu cháy làm cay mắt, rat cỗ họng và kém an toàn lao động, chấtlượng san phẩm thấp vì nhân thường bị xém vàng ờ phía đầu Hiện nay phương pháp dot

Quá trình chao dầu được xác định là đạt yêu cầu kĩ thuật khi lay được ít nhất là 50%

lượng dầu trong vỏ, bề mặt của hạt sau khi chao khô không dính dau, quan sat bề mặt vỏ

thay các vết nứt chân chim, cầm hạt có cảm giác nhẹ và khi lắc có cảm nhận được giữa

vỏ và nhân có một khoảng hở.

Đề hạt điều chao có chất lượng tốt cần đảm bảo các thông số kĩ thuật sau :

Độ âm của hạt khi đua vào chao là 15-18%

Dau CNSL dùng dé chao phải có chất lượng tốt (lỏng), không lẫn tạp chat cơ học

ty lệ dầu/hat từ 20/1 đến 50/1 (tốt nhất là 50/1) nghĩa là dé chao lkg hạt điều cầnphải dùng 50kg dau vỏ dé giữ nhiệt độ chao ôn định trong suốt quá trình chao.Nhiệt độ chao từ 180° - 200°C, thời gian chao từ 1-3 phút tùy theo độ âm của hạtđưa vào chao.

Tuy vậy các thông số kĩ thuật này có tác động qua lại với nhau nên cần phải điều chỉnh

và phối hợp một cách hợp lí trong khi chao mới thu được sản phẩm sau khi chao có chấtlượng tốt Chang hạn khi hạt điều thiếu 4m nếu không điều chỉnh nhiệt độ và thời gianchao thì khi hạt chao ra nhân sẽ bị giòn (quá khô) và vàng, độ tróc của vỏ lụa kém, kếtquả là khi cat bóc vỏ và lột vỏ lụa thi tỉ lệ bể vỡ nhân sẽ tăng lên và chất lượng nhân thấp

dễ bị nhiễm dâu (nhiệt độ cao, độ âm lớn sẽ tạo điều kiện cho các quá trình hóa học xảy

ra như các phản ứng oxy hóa, thủy phân tạo ra các sản phẩm mới : các peroxit, các axitbéo tự do trong thành phần của nhân) và có màu vàng nước, tỉ lệ nhân trăng bị giảmnhiều Hiện tượng nhiễm dầu sẽ nặng hơn nếu chất lượng của CNSL dùng để chao đã bịđặc (chất lượng kém)

Biện pháp xử lí khi xảy ra sự cố :

— Hạt thiếu âm : phải dùng dầu CNSL đảm bao chất lượng dé chao, giữ nguyên nhiệt

độ - rút ngăn thời gian chao hoặc hạ bớt nhiệt độ chao - giữ nguyên thời gian chao.Hạt thừa âm : chỉ được sử dụng dầu CNSL đảm bảo chất lượng để chao, tăng nhiệt

độ - giữ nguyên thời gian chao hoặc gitt nguyên nhiệt độ - tăng thời gian chao.

So với đốt chao dầu có ưu điểm:

Thu hồi được dau vỏ (ít nhất 50% lượng dau vỏ có trong vỏ), chất lượng sản phẩmnhân thu được cao ( giữ nguyên được màu sắc vốn có và không bị dính dầu vỏCNSL).

Chao dau có thé dùng thủ công nhúng từng mẻ hoặc cơ giới hoa va tự động hóahoàn toàn.

Môi trường nơi làm việc không độc hại, sạch sẽ và an toàn lao động.

Xử lí nhiệt thường tiễn hành ở nhiệt độ cao nhưng cũng có thể thực hiện ở nhiệt độthấp hon 100° - 120°C nếu độ 4m của hat được điều chỉnh phù hợp có tên gọi là phươngpháp đốt nhẹ (mild drum roasting) và phương pháp chao dau nhẹ (mild oil bath roasting).1.3.6 Xứ lí nhiệt bang hấp hơi nước :

Dùng hơi nước bão hòa để hấp hạt điều liên tục: Hạt điều thô chuyển động liên tục từkhi vào cho đến khi ra khỏi thiết bị hap Chính sự chuyển động liên tục này tạo điều kiệncho các hạt điều được tiếp xúc liên tục với hơi nước bão hòa tương đối giống nhau vềmức độ, cường độ và thời gian Như vậy đối với một loại nguyên liệu nhất định (có kích

cỡ, tỉ trọng, độ âm như nhau) thì độ âm thay đôi về cơ - lí hóa sau khi hấp là tương đươngnhau, không có hiện tượng hạt mềm, hạt cứng như phương pháp hap tĩnh, gián đoạn.Sau khi hấp hạt điều được để nguội 24h, nhân bên trong sẽ co lại, tạo thuận lợi cho quátrình cat tách lấy nhân với ti lệ bể vỡ thấp

So với phương pháp chao dầu phương pháp hấp có những ưu điểm là : tỉ lệ sản phẩmtrắng cao hơn, hiện tượng nhân hạt điều nhiễm dầu gan như không có Thiết bị đơn giản,vận hành sửa chữa dé dang, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, chi phí sản xuất thấp Môitrường được bảo vệ tốt vì không có hơi dầu vỏ điều bốc ra môi trường Hệ thống được cơ

giới hóa dễ dàng

1.3.7 Lam nguội và ủ.

Đối với phương pháp hấp bằng hơi nước tuỳ theo thời tiết thì thời gian làm nguội và ủ

là 48 - 72 giờ Nếu ủ không đủ thời gian cần thiết hạt điều sẽ bị tươm dầu khó cắt, nếu ủquá lâu khi cat nên dễ bi vỡ

Đối với phương pháp chao dau, chủ yếu là làm sạch dau dính trên vỏ bang cách chohạt quay trên máy ly tam, sau đó làm nguội bang quạt gió Làm nguội cảng nhanh vỏ hạtđiều càng giòn và dễ cắt

1.3.8 Cat và tách vỏ

Mục đích tách vỏ ra khỏi nhân, các yêu cầu được đặt ra là:

Cat tách vỏ không được dé dầu vỏ dính bám vào nhân điều và nhân không bị vỡ

Năng suất lao động cao

Các hình thức tách vỏ: tách vỏ thủ công, tách vỏ cơ giới kết hợp với thủ công và tách

vỏ băng máy.

1.3.9 Say nhân

Lam giảm độ âm trong nhân (còn khoảng 3%) và làm rộp vỏ lụa trên bé mặt của nhân

để việc bóc vỏ lụa duoc dé dàng Thời gian say điều chỉnh trong khoảng 8-10 giờ, nhiệt

độ sây 70°C-80°C Khao sát sự thay đôi của độ âm của nhân điều ( độ âm của nhân điềukhi đưa vào say thường là 7,5-9,5%) Trong quá trình sấy có 2 giai đoạn rõ rệt Giai đoạnđầu chiếm không quá 50% thời gian say đã giảm được 50% độ âm ban đầu của nhânnhưng từ mức độ âm này sây liên tục dé tdi độ ầm thuận lợi cho việc bóc vỏ lụa (2,5-3,5%) đòi hỏi thời gian sấy dài có khi còn nhiều hơn cả thời gian sấy giai đoạn đầu.Chinh vì lí do này mà trong quá trình say luôn 1 đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ say đồngđều trong toàn bộ buông say Nếu dé nhiệt độ cao cục bộ xảy ra ở một khu vực nào đótrong buông sây sẽ làm cho nhân bị xém vàng và giảm chât lượng.

là kiến, mọt, sâu bọ hoặc khí CO2 có thé hòa tan dau điều

1.4 Nhu cầu thị trường

Tính từ đầu năm đến hết tháng 2, các doanh nghiệp (DN) đã xuất khâu gần 31.500tan nhân điều, đạt kim ngạch hơn 286 triệu USD Mặc dù giảm 9,9% về sản lượng, nhưngtheo Hiệp hội Điều Việt Nam (Vinacas), lại tăng 8,7% về trị gid so với cùng ky năm

2016, khi giá xuất bình quân hiện nay lên đến 9,5USD/kg, riêng với thị trường TrungQuốc là 11USD/kg nhân điều mã W320

Bên cạnh thị trường truyền thống và quan trọng là Trung Quốc, năm 2016, Mỹ trởthành thị trường nhập khẩu lớn nhất nhân điều của Việt Nam, với mức | ty USD trong số

3,2 ty USD kim ngạch xuất khẩu của ngành điều Việt Nam Giải thích về điều này, ôngNguyễn Đức Thanh, Chủ tịch Vinacas, cho rằng sau các kỳ kiểm tra nhà máy, các nhànhập khẩu Mỹ nhận thấy Việt Nam là nước cung cấp nhân điều đảm bảo an toàn vệ sinhthực phẩm so với các nước khác như An Độ, Brazil (con sử dụng lao động chân tay ởnhiều khâu, như Việt Nam trước đây) Trong tổng sản lượng điều thô thế giới khoảng 7triệu tan, Việt Nam chế biến 1,5 triệu tan (năm 2016), chiếm khoảng 50% sản lượng va

12 năm liền là nước xuất khẩu nhân điều đứng dau thế giới sau khi vượt qua An Độ Vìvậy, các nước có nhu cầu nhập khẩu nhân điều đều nghĩ đến Việt Nam

1.5 Thiết bị bóc tách vỏ

1.5.1 Sản phẩm trong nước

Ngành điều Việt Nam có kha năng cạnh tranh trên thị trường thé giới là do các DNlàm chủ được công nghệ chế biến Đây có lẽ là ngành hàng duy nhất mà Việt Nam có théxuất khẩu được thiết bị và công nghệ Đó là kết quả của việc liên kết giữa DN chế biếnnhân điều với các DN cơ khí hơn 20 năm qua, từng bước tạo dựng “thương hiệu” về côngnghệ chế biến điều Mặc dù Việt Nam không là nước chế bién đầu tiên thế giới như vớiBrazil hay đầu tiên ở châu A như An Độ, nhưng DN Việt Nam đã nhanh chóng tiếp thu,cải tiến để nâng cao và từng bước hoàn chỉnh công nghệ Nhiều thiết bị do DN cơ khí

Việt Nam sản xuất ở hầu hết các công đoạn ché biến (phân loại, hấp, tách, bóc vỏ lụa )

đều được đánh giá là ngang bằng hay ưu thế hơn so với thiết bị nhập khẩu; đặc biệt làkhâu cắt tách vỏ điều thô, thiết bị đã được các nước nhập khẩu thay vì mua từ các hãngchế biến nổi tiếng thế giới như Oltremare của Ý

Cụ thé như các DN: Cty TNHH TMDV kỹ thuật cơ khí Thành Phát, Cty TNHH

SX - TM - DV Mỹ Anh An, CTy TNHH Đầu Tu và Phát Triển Công Nghệ Mê Kông(gọi tắt là MK Tech Co.LTD) đã đang nghiên cứu và phát triển dòng sản phẩm này.Nhưng nhìn chung kết cấu, kiểu dáng và nguyên lý hoạt động tương đối giống nhau Nênxin đơn cử thiết bị của Cty TNHH SX - TM - DV Mỹ Anh An dé phân tích

Đường dan hạt điêu (2)

——= Hướng di chuyên của

hạt điều Dao cat

Hướng di chuyên của cum Dao tách

dao cat va dao tách

i —"

Cum dao cat & dao tachHinh 1.3: Thiét bi dang su dung trong thuc tế, việc bóc tách vỏ hạt điều được thực hiện

chủ bằng cơThiết bị đang sử dụng trong thực tế, việc bóc tách vỏ hạt điều được thực hiện chủ băng CƠ

Năng suất của máy 60 — 80 kg/h, kích thước máy D 1.300 x R 920 x C 1.580mm,Nguồn điện cung cấp: 3 phase - 380V, Tổng công suất: 1Hp, tuổi thọ dao cat 2 tuần

Nguyên lý hoạt động: Được trình bày ở hình 1.7

1.5.2 Sản phẩm nước ngoài

- May tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE, Ý

Hình 1.4 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMAREĐược nghiên cứu và sản xuất bởi công ty OLTREMARE, Ý Dùng để tách vàphân loại nhân hạt Máy có 3 đường cat như nhau va có thé cắt được hầu hết các hạt cókích thước khác nhau.

Nguyên lý hoạt động: Hạt điều sao khi chao (hoặc hap) sẽ được đưa vào phéu (1),qua các cum dẫn hướng đến băng tải, băng tải có nhiệm vụ vận chuyên hạt điều đến cácthanh V, thanh V sẽ có nhiệm vụ định dạng hạt khi trước khi đi vào cụm dao cắt và tách(3) Cuối cùng cụm dao cắt tách (3) thực hiện cắt và tách hạt điều

Ưu điểm của máy này là kết câu nhỏ gọn, linh động dễ duy chuyển

Nhược điểm của máy là do số đường cat hạt chế và chuyển động cắt của máy van

là chuyên động cơ, nên năng suât còn thâp

Máy tách vỏ hạt điều Devi, An Độ

Hình 1.5 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMAREĐặc tính của máy: kích thước máy D 45inch — R 2linch - C 50inch, trọng lượngmáy 180kg, Động cơ - 220v, 0.5hp, động cơ một pha ac, 1440 vòng / phút, năng suất 25-

30 kg / giờ, thành phẩm 80-90%

Máy Oltremare nguyên liệu hạt điều được cắp vào một hệ thống phéu, chuyểnhạt điều băng xích vào cụm dao cắt tách trong máy, cụm dao được thiết kế đựa trên hìnhdáng hạt Các hạt được đây vào giữa các dao sau đó tiễn hành dao sẽ thực hiện việc cắt,tách các phan cứng dé lay hạt nhân

Ưu điểm của máy nay là kết cầu nhỏ gọn, linh động dễ duy chuyền, dé lắp đặtNhược điểm của máy là do số đường cat hạt chế và chuyển động cat của máy vẫn

là chuyên động cơ, nên năng suât còn thâp, khó khan cho việc vệ sinh

May tách vỏ hạt điều HX002, Shanghai Huanxin Machinery, Trung Quốc

140kg, năng suất 50 kg / gid, thành phẩm 90% - 95%, tỉ lệ vở hạt 5% - 10%

Dựa trên đặc tính chuyên động và điêu khiên băng khí nén, máy có 6 đường cat Hat điêu được đưa vào phêu, sao đó được vận chuyên đên dao cat nhờ chuyên động xoăn của dao, thực hiện việc cat hạt tách nhân

Uu diém của máy này là kết câu có tích hợp nhiêu đường chạy dao Dam bảo năng suât khi cân

Nhược điêm của máy là chuyên động cat của dao là chuyên động cơ, nên tuôi thọdao còn thấp, điều này sẽ ảnh hưởng đến năng suất khi gia công

1.5.3 Thiết bị hiện có ứng dụng trong đề tài

Thiết bị được sử dụng trong đề tài thuộc sáng chế và chế tạo của Cty TNHH SX

-TM - DV Mỹ Anh An như hình 1.3 đã đề cặp ở phần trên Nguyên lý hoạt động của máynhư sau

được cấp vào phéu (1) đặt bên trên máy Nhờ rulo quay làm hệ thống băng tải (2) chuyểndong, sau đó băng tải sẽ mang hạt điều xuống phéu định hướng (3) tại đây hạt điều sẽ rơivào đúng rãnh của các thanh V (7), (nhiệm vụ của thanh V này là định vi hạt điều đúngvới vị trí mong muốn dé cắt hạt) Dé hạt điều di chuyển đến dao cắt thì nó nhờ các thanh

gạt (4) được gan cô định trên xích (8) Sau đó sẽ được cô định tại cụm (5) trước khi đivào cat tách ở cụm (6)

% Uu diém của máy này là:

- _ Nhờ tự động hóa nên chi phí nhân công giảm xuống và năng suất lao động tănglên, năng suất của máy 60 — 80 kg/h

- Kha năng tách vỏ thông minh khiến lượng hạt điều vỡ sau tách chỉ chiếm khoảng10%

- 6 an toàn khi làm việc tốt,vận hành máy dé dang, không đòi hỏi phải tốn nhiềusức lực

- - Máy có kêt cầu nhỏ gon dê vận chuyên

Tuy nhiên môi trường làm việc của thiết bị rất khắc nghiệt ( lực lớn, nhiệt lớn vàmôi trường hóa học ), dan đến bộ phận thường hư hỏng và làm việc không ôn định là daocắt, tỉ lệ bóc tách chưa cao Do vậy cần có một giải pháp để khác phục van đề này

1.6 Phương pháp gia công siêu âm

1.6.1 Nguyên lý cắt siêu âm "

Siêu âm (ultrasonic, supersonics) đê cập dén các sóng dao động trong chat ran,lỏng và khí với tần số lớn hơn 16KHz, vượt quá ngưỡng nghe của con người Siêu âmđược nghiên cứu từ khi nhà khoa học người Pháp Paul Langevin phát minh ra bộ chuyểnđối siêu âm thạch anh năm 1917 Từ đó, ứng dụng của công nghệ siêu âm được ứng dungrộng rãi trong công nghiệp thực phẩm nhằm tạo ra những đường cắt chính xác và khônggây biến dạng đối với thức ăn Ngoài ra, dụng cụ cắt siêu âm còn được sử dụng để cắtnhững vật liệu cứng như ứng dụng vào y tế để giải phẫu, đặc biệt được sử dụng để cắt

xương như xương sọ, cột sống

Khi ngành công nghệ vật liệu phát triển, những sản phẩm có độ bên, độ cứng caohình thành dẫn đến nhu cau tất yếu về việc ra đời những dung cụ cắt có thé gia công đượcnhững sản phẩm đó Dung cụ cat cần phải đạt yêu cầu về độ mài mòn và độ bién dangcủa phôi sau khi gia công phải thấp nham nâng cao năng suất và hiệu quả

Phương pháp ứng dụng siêu âm vao dụng cụ cắt là phương pháp cắt, trong đó lưỡicắt được rung động theo hướng chính trong dải tần số siêu âm, tốc độ cat của dụng cụ sẽnhỏ hơn tốc độ dao động (#s =2“#f, với # là biên độ dao động, và f là tan số) Phươngpháp cat này có đặc tính là làm gián đoạn quá trình cat, ở đây cụ thé là dụng cụ cắt tiếp

xúc với phôi để thực hiện quá trình cat sau đó do rung động, lưỡi cắt rời khỏi vị trí cat dodao động, ri lại trở lại vị trí cắt Kumabe và Taniguchi đã giải thích những ưu điểm củaphương pháp cắt này trong “insensitive vibrating cutting mechanism” [2], độ chính xácgia công đạt được nhờ giảm sự biến dạng dẻo của phôi và dụng cụ cắt, và hạ nhiệt độ dobám dính của phôi và dụng cụ cat trong quá trình gia công.

Trong ngành hàng không và vũ trụ có rất nhiều chỉ tiết phải được gia công với độchính xác cao Không những đòi hỏi về mặt chính xác hình học mà còn đòi hỏi về ứngsuất dư nhỏ, đây là vẫn đề nan giải đối với dụng cụ cắt thông thường do những đặc tínhgiới hạn của chung.Shamoto và Moriwaki đã giới thiệu kỹ thuật cắt mới vào năm 1994,khác với các phương pháp thông thường Đó là kỹ thuật cat rung động siêu âm theo hìnhelip (Ultrasonic elliptical vibration cutting (UEVC hay 2D UVC)) Phương pháp nàyđược ứng dụng vao để gia công những vật liệu rất cứng Khi so sánh với phương pháprung động siêu âm thông thường (rung động theo hướng dọc trục) thì tuôi thọ của dụng

cụ khi áp dụng kỹ thuật mới cho tuổi thọ dao cao hơn và độ chính xác gia công tốt hơn.Nhờ vậy giảm chi phí bảo dưỡng và năng suất được tăng (Suzuki và các cộng sự, 2003,

2004, 2007; Shamoto và Moriwaki, 1994; Moriwaki và Shamoto, 1995).

Trong công nghiệp, siêu âm được ứng dụng chủ yếu trong 03 lĩnh vực chính: xử lý(processing), kiểm tra không phá hủy (nondestructive testing) và đo đạc — điều khiển(measurement and control), như hình 1.8.

Siêu âm rong công nghiệp

" em tra không, phá | Do đạc v và điệu.

ay Ke huy khiển

| ew | Dinhvibu | | Do kiém nhiet

| hỏng độ

_ | Biến dang | _ |Đặctnhvật | |Đokiêmdòng

tạo hình liệu chảy

_| Cat at thực - | |Phuong pháp _| Do kiem độ

pham | cong hưởng nhớt

— ——" “Thiết bị cảnh |

— Cat | —— May hiện vi — ae

Hình 1.8 Ung dung siêu âm trong công nghiệp

Cắt thực phẩm siêu âm là công nghệ tương đối mới, dùng dé cắt gỗ, thực phẩmnhư cá — thịt đông, kẹo Trong cắt băng siêu âm, điện áp vào 220V/50Hz được chuyềnhóa thành điện áp cao (hơn 600V) với tần số siêu âm (hơn 15KHz) nhờ nguồn phát siêu

âm (ultrasonic generator) Tín hiệu điện này (electric signal) được bộ chuyển đổi thạchanh (piezoelectric transducer) chuyển hóa thành dao động cơ cùng tần số Các dao dong

cơ này này được khuyếch đại nhờ bộ khuyếch đại siêu âm (ultrasonic amplifier), rồitruyền đến dao cắt (cutting tool), làm cho các phân tử bề mặt của dao cắt dao động cùngtan số với 1 lượng dịch chuyền nhất định (displacement) Khi đó, tác động một lực ép cơhọc vào thì sản phầm được cat rời, Hình 6.

Transducer Amplifie Tool

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên ly cắt siêu âm1.6.2 Ưu điểm của phương pháp gia công bang siêu âm

- Cho phép gia công với những vật liệu cứng, gion

- Cho phép gia công được những vật liệu phi kim

- Lue cat cơ học và nhiệt sinh ra nhỏ hơn nhiều so với phương pháp cắt truyềnthong

- C6 thé tự động hóa dé dàng

1.6.3 Ung dung phương pháp gia công băng siêu âm

- May cat thực phẩm (thịt — cá đông lạnh) (20Khz Ultrasonic Food CuttingEquipment 800W , Professional Meat Slicer Machine)

Máy thực hiện cat thực phẩm (thịt đông lạnh) thành những lát nhỏ, với công suất800W, tầng số siêu âm cắt 20kHz, dòng điện vào 110-220V, 50 — 60Hz

Các bộ phận chính trong máy cat thực phẩm siêu âm gom: nguồn phát sóng siêu

âm, bộ chuyển đổi dao động điện thành dao động cơ, dao cắt và hệ thong điều khiển

- Bang sang chế EP 0783399 BI

Số hiệu xuất bản phẩm EP0783399B 1

Loai xuat ban Cap

Số hiệu don xin cấp bằng EP19950935385

Số hiệp ước hợp tác về bằng sang chế | PCT/EP1995/003812

(PCT)

Ngày xuất bản 22 tháng mười hai 1999

Ngày ưu tiên ? 28 tháng chin 1994

Đồng thời được xuất bản dưới dạng DE69514111D1, Nhiều hơn 4 >>

Nhà sang chế Christopher Paul dale, Nhiéu hon 4 >>Người nộp đơn Unilever N.V.,Unilever Plc

Xuất lời trích dẫn BIBTex, EndNote, RefMan

Phân loại (10), Sự kiện pháp lý (40)

Các liên kết bên ngoài: Espacenet, Đăng ký bằng sang chế châu Âu

Bảng 1.3Thông tin bằng sang chế EP 0783399 B1Sáng chế nảy liên quan đến quy trình cắt các sản phẩm thực phẩm, đặc biệt là cácsản phẩm thực phẩm giòn như cá đông lạnh

Hình 1.11 Sơ đồ cắt băng siêu âm của phát minhQuy trình cắt thực phẩm (3), đặc biệt là các sản phẩm thực phẩm giòn như cá đônglạnh Quá trình này bao gồm gan một lưỡi cắt (2) vào hệ thống siêu âm theo cách sao cholưỡi dao (2) rung song song với mặt cắt và hướng di chuyển của siêu âm xuống lưỡi dao

(2) xấp xỉ 90 ° tới cạnh cắt của lưỡi đao (2) Việc cắt được thực hiện, ít nhất một phân,

băng cách gia nhiệt cục bộ của sản phẩm thực phẩm (3) Quá trình này cho phép cắt cácsản phẩm thực phẩm giòn thành các phần với mức tiêu giảm tiêu hao tối thiểu Sự đứtgãy cũng giảm vì vậy cho phép kiêm soát chính xác kích cỡ của các phân.

- May cắt thực phẩm siêu âm model 30C của hãng Ermatec, Anh

Hình 1.12 Máy cắt thực phẩm siêu âm model 30C của Ermatec

Máy Ermatec 30C dùng để cắt các thanh thực phẩm thành các lát cat nhỏ Phôiđược cấp tự động nhờ băng tải và các lát cắt cũng rơi ra băng tải Các đặc tính của máynhư: tần số dao động 20 KHz, điện áp 380V, có màn hình cảm ứng, phôi thanh dai 60cm,

rộng 20cm, cao 14cm, tốc độ cắt tối đa 120 lần/phút

- May cắt thực phẩm siêu âm của Dukane, Mỹ

lg

lự

Hình 1.13 Máy cắt thực phẩm siêu âm DukaneCác đặc tính của máy cắt như: tần số cắt 20 KHz, công suất 180 — 4800W, biên độdao động 100um, tốc độ cắt tối đa 100 lần/phút, điều khiến PLC, màn hình cảm ứng

- May cắt thực phẩm siêu âm Newtech, Anh

Hình 1.14 Máy cắt thực phẩm siêu âm Newtech, AnhCác đặc tinh của máy cắt như: tần số siêu âm 20 KHz, đường kính sản phẩm tối đa300mm, tốc độ cắt tối đa 80 lần/phút, điều khiển PLC, màn hình cảm ứng

- May cắt thực phẩm siêu âm Sonics, Mỹ

Hình 1.15 Máy cắt thực phẩm siêu 4m Sonics, Mỹ

Các đặc tính cơ bản: công suất 2KW, nguồn 220V-50Hz, tần số siêu âm 20KHz,điều khiển PLC, dao cắt làm bang hợp kim titan

Các bộ phận chính trong máy cắt thực phẩm siêu âm gồm: nguồn phát sóngsiêu âm, bộ chuyền đổi dao động điện thành dao động cơ, dao cat và hệ thống điều khiến

Các công trình nghiên cứu tiêu biêu ở nước ngoài liền quan đền đề tài:

- Nam 2008, Yu Tao [1] thử nghiệm mạch lọc cộng hưởng LC và mach tạo xungvuông tan số 35KHz

Tác giả đã dùng P-spice để mô phỏng và chứng minh tính khả thi của mạch cộnghưởng LC và dùng chip DSP TMS 320F2812 dé tạo xung vuông tan số 35 KHz Sơ dékhối tong quát của mạch điều siêu âm (hình 1.16):

L-C Filter

| Hetection-of Current Sensor |

Phase Shift — Voltage Sensor |

acnial Voltage

Amplitude

Hình 1.16 Sơ đồ khối mạch điều khiến siêu âm [1]

Năm 2009, Kai-Hsing Ma [2] trình bày phương pháp theo dõi tần số cho hệ thôngsiêu âm dùng chip FPGA Mạch phản hồi dùng kỹ thuật số này có khả năng theo dõiđược tần số cộng hưởng và thay đồi các thông số cho phù hợp khi đặc tính của transducerthay đôi (hình 1.17)

signal fetching circuit

Ý

Voltage detector

Y

Multiplexer Oscillating circuit v Driver

Periodic Time Signal

8051 ke OPA-RMS Ey Current detector

Hình 1.17 So dé khối hệ thông siêu âm dùng chip FPGA [2]

Năm 2011, Chen-Wei [3] đã tính toán chỉ tiết thông số mạch điều khiến siêu âm,

Ưu điểm là tác giả đã thiết kế chỉ tiết từng khối trong mạch điều khiển siêu âm,tuy nhiên, thiệt kê này dựa trên nên tảng mạch tương tự nên có nhiêu nhược, điêm đặcbiệt là không tính toán chính xác tan số cộng hưởng của mạch siêu âm (hình 1.18)

Driver circuit > Power Amplifier | Match Circuit He} Transduc

Feedback Circuit |£Ế—

Hình 1.18 So đồ khối nguồn phát siêu âm [3]

- Nam 2006, Zahn [4] nghiên cứu ảnh hưởng của độ lớn nguồn phát va vận tốc catdén việc cat thực phâm siêu âm.

Theo đó, vận tốc cắt giảm khi tăng độ lớn của nguồn phát Thiết bị cat thực phẩmgồm a — dao cat titan, b — booster, c — bộ chuyển đổi, d — đầu dịch chuyển ngang, e —transducer lực, f— bàn kẹp phôi (hình 1.19)

eevee eee eS

'

Hình 1.19 Thiết bi thi nghiệm cat thực phẩm siêu âm [4]

- Nam 2009, Arnold [5] nghiên cứu ảnh hưởng thành phần thực phẩm và nănglượng đến việc cắt bơ bằng siêu âm Mô hình thiết bị như (hình 1.20)

Connection to Instron crosshead

VỀ 4 / |

5 | 3