Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy gọt vỏ nâu cơm dừa

Máy có năng suất trên 100 kg/ca, sử dụng 2 động cơ riêng biệt với tổng công suất 3 mã lực và có thể điều chỉnh độc lập thông qua các bộ biến tần tạo điều kiện tốt nhất cho việc gọt vỏ nâu của nhiều chủng loại cơm dừa khác nhau

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA

Chủ nhiệm đề tài:

- KS LÊ NHỨT THỐNG

- ThS TRẦN ĐỨC ĐẠT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/2013

ii

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Việc tìm kiếm một giải pháp tách vỏ nâu dừa bằng một thiết bị cơ khí luôn là một mong ước từ trước đến nay của những nhà sản xuất cũng như của những người lao động nhằm giảm sức lao động và đảm bảo vệ sinh trong công nghiệp chế biến dừa

Để tìm ra phương pháp hợp lý giải quyết vấn đề đặt ra, chúng tôi đã khảo sát, điều tra thực trạng và tìm hiểu kỷ lưỡng các phương pháp khác nhau đang ứng dụng trên thế giới phối hợp với việc quan sát các thao tác thực tế của người lao động Việc này đã giúp ích cho chúng tôi trong sự chọn lựa được nguyên lý cắt thích hợp cho việc nghiên cứu thiết kế một máy gọt vỏ nâu với chất lượng tốt nhất

Việc nghiên cứu và chế tạo thành công một thiết bị gọt vỏ nâu cơm dừa đã mở

ra một hướng tích cực trong việc cơ khí hóa từng phần các công đoạn mà hiện nay vẫn còn thực hiện bằng thủ công Máy đã được chế tạo hoàn chỉnh và đáp ứng được nhu cầu thực tế ngày càng cao của các thiết bị trong dây chuyền chế biến các sản phẩm từ cơm dừa nhằm nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao động và giảm hao hụt

so với việc cắt bằng tay

Máy có năng suất trên 100 kg/ca, sử dụng 2 động cơ riêng biệt với tổng công suất 3 mã lực và có thể điều chỉnh độc lập thông qua các bộ biến tần tạo điều kiện tốt nhất cho việc gọt vỏ nâu của nhiều chủng loại cơm dừa khác nhau

SUMMARY OF RESEARCH CONTENT

The search for a solution to peel brown coconut shell with a mechanical

equipment is always a constant expectation of the producers as well as workers to reduce labor and ensure hygiene in coconut processing industry

In order to find a reasonable method which can solve the problem, we surveyed the situation and thoroughly investigate diverse methods that were applied worldwide in collaboration with the actual observation of the worker manipulation These works helped us to choose the proper cutting principle in the study of a peeling machine with best quality

The research and successfully fabricated a brown coconut meat peeling machine has opened a positive direction in the partial mechanization of processes that currently still done manually Machine has been manufacturing complete and meets the actual needs in machanization of the coconut processing line in order to improve productivity, mitigate labor and reduce losses compared with cutting by hand

It has a capacity of 100 kg/shift, using two separate motors with a total capacity of 3 Hp and can be adjusted independently via the inverter to create the best conditions for many different types of coconut

iv

BÁO CÁO NGHIỆM THU

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy gọt vỏ nâu cơm dừa

Chủ nhiệm đề tài: KS Lê Nhất Thống và ThS Trần Đức Đạt

Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ

(Sở Khoa học và Công nghệ Tp Hồ Chí Minh)

Thời gian thực hiện đề tài: tháng 12/2012 đến 12/2013

Kinh phí đƣợc duyệt: 420 triệu đồng

Kinh phí đã cấp: 380 triệu

- 230 triệu đồng theo TB số: 179/TB-SKHCN ngày 11/12/2012

- 150 triệu đồng theo TB số: 145/TB-SKHCN ngày 16/08/2013

Nội dung:

Những nội dung thực hiện (đối chiếu với hợp đồng đã ký):

2 Nội dung 2

2.1 Công việc 1: Thực nghiệm để xác định

một số thông số cơ bản của cơm dừa

Đã đo lấy một số thông số cơ bản của dừa

2.2 Công việc 2: Thực nghiệm một số

nguyên lý cắt gọt để xác định nguyên lý

làm việc của máy gọt vỏ nâu cơm dừa

Đã tiến hành nghiên cứu các mô hình thử nghiệm để chọn nguyên lý cắt cho máy gọt vỏ nâu

2.3 Công việc 3: Tính toán thiết kế máy gọt

vỏ nâu

Đã tính toán, thiết kế và hoàn chỉnh

bộ bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết 2.4 Công việc 4: Xây dựng quy trình công

nghệ chế tạo: bộ phận ép giữ cơm dừa/

dao gọt/ khung máy

Đã xây dựng hoàn chỉnh bộ quy trình công nghệ gia công các chi tiết chính của máy

2.5 Công việc 5: Gia công chi tiết máy gọt

2.7 Công việc 7: Chạy rà và thử nghiệm sơ

bộ

Đã chạy rà và hiệu chỉnh sơ bộ các

cơ cấu máy để xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

2.8 Công việc 8: Thử nghiệm xác định các

chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Đã tiến hành thử nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật và so sánh với các chỉ tiêu của đề tài

2.9 Công việc 9: Chế tạo hoàn chỉnh máy Đã hoàn chỉnh lại máy sau khi đã

thử nghiệm hoàn tất 2.10 Công việc 10: Lắp đặt và chuyển giao

cho cơ sở sử dụng

Đã nghiệm thu, bàn giao cho cơ sở

sử dụng và tiếp tục theo dõi cải tiến thêm cho phù hợp thực tế

vi

MỤC LỤC

Trang

Tóm tắt nội dung nghiên cứu

Báo cáo nghiệm thu

2.1 Nội dung 1: Điều tra thực trạng sơ chế Cơm dừa tại địa bàn

Công việc 1: Bằng phương pháp thực nghiệm ta xác định

được một số thông số cơ bản của cơm dừa

6-47 7-14

2.2.2 Công việc 2: Nghiên cứu một số nguyên lý cắt gọt để chọn

nguyên lý làm việc của máy gọt vỏ nâu cơm dừa

14-19

Công việc 3: Thiết kế máy gọt vỏ nâu cơm dừa

Công việc 4: Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo một số chi

tiết chính của máy

Công việc 5: Gia công chi tiết máy gọt vỏ nâu

Công việc 6: Xây dựng quy trình lắp ráp máy

Công việc 7: Chạy rà thử nghiệm sơ bộ

Công việc 8: Thử nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Công việc 9: Chế tạo hoàn chỉnh máy

Công việc 10: Lắp đặt và chuyển giao cho cơ sở sử dụng

19-34

34

35-36

36 39-40 40-45

46

47

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

HACCP Phân tích mối nguy và điểm soát tới hạn trong hệ thống

quản lý an toàn thực phẩm (Hazard Analysis and Critical Control Points)

KHCN Khoa học và công nghệ

HS Độ cứng theo thang đo Shore

Ømax Đường kính lớn nhất của quả dừa

H Chiều cao của quả dừa

FAO Tổ chức Nông Lương Liên hiệp quốc (Food and

Agriculture Organization)

DANH SÁCH HÌNH

7 Đo kích thước đường kính lớn nhất của quả dừa 10

10 Hình dạng miếng cơm dừa gần giống hình ellip 12

x

DANH SÁCH BẢNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Cây dừa phát triển tốt ở vùng xích đạo và chỉ có dừa ở nơi ấy cho giá trị thương mại cao, nước ta nằm trong vùng khí hậu thích hợp cho việc trồng và phát triển cây dừa Theo thống kê năm 2010, cả nước ta có khoảng 200.000 ha dừa Dừa

có mặt từ Bắc chí Nam, nhiều nhất là đồng bằng sông Cửu Long với trên 70% diện tích, kế đến là các tỉnh Nam Trung bộ từ Đà Nẵng trở vào Dừa không chỉ sống ở đồng bằng, mà cả miền trung du, đồi núi chập chùng cũng có dáng đứng của dừa Dừa sống sung túc những vùng nước ngọt, phù sa quanh năm tươi mát, dừa vẫn sống tốt cùng nước lợ, thậm chí còn tạo thêm nét duyên dáng cho bãi biển Quảng Ninh, Quảng Bình, Bình Định, Phú Yên, Nha Trang, Bình Thuận, Vũng Tàu… Ở đâu và bất kỳ hoàn cảnh nào, dừa cũng “đem lại mọi thứ cần thiết cho đời” bởi tất

cả các thành phần của nó như thân, lá, quả đều có thể sử dụng phục vụ đời sống con người

Bến Tre là một trong những tỉnh có diện tích trồng dừa cao nhất Việt Nam, tập trung nhiều ở các huyện Giồng Trôm (14.109 hecta), Mỏ Cày Nam (13.200 hecta), (14.109 hecta), Mỏ Cày Bắc (7.610 hecta), Châu Thành (5.000 hecta) với tổng diện tích trồng hiện nay khoảng 50.000 hecta với sản lượng thu hoạch 420 triệu trái

và có xu hướng ngày càng phát triển ổn định như định hướng của tỉnh là đến năm

2015 diện tích trồng dừa đạt 53.500 hecta và tổng lượng 494 triệu trái [1] Mặc dù dừa mang tiếng là “Cây trồng nhà nghèo” nhưng đã từ lâu dừa cũng đã là nguồn sống cho biết bao nông dân, trong đó khoảng 70% nhân dân Bến Tre luôn gắn bó với cây dừa, cây dừa đã trở thành cây truyền thống, cây “đặc trưng” có vị trí quan

trọng trong đời sống kinh tế -xã hội của tỉnh

Nhưng thời gian qua, phần lớn chỉ khai thác sản phẩm thô, bán trái nên phụ thuộc nhiều vào những đơn vị thu mua như vừa qua đã xuất hiện hiện tượng rớt giá gây khó khăn cho đời sống người trồng dừa Nhằm nâng cao giá trị, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm thực phẩm từ dừa như cơm dừa nạo sấy, bột sữa dừa, nước cốt dừa ở Việt Nam đang bắt đầu phát triển mạnh ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu long và xuất khẩu Nguyên liệu chủ yếu dùng để chế biến các sản phẩm xuất khẩu trên là thịt quả dừa khô sau khi được gọt sạch vỏ nâu

Những năm gần đây, ngành Công nghiệp chế biến sản phẩm từ dừa ở Việt Nam đã phát triển mạnh, nhất là tại địa bàn tỉnh Bến Tre, công nghệ và máy móc thiết bị phục vụ cho chế biến các sản phẩm dừa cũng không ngừng cải tiến nhằm để thay thế các công đoạn chế biến thủ công Công nghệ và máy móc thiết bị chế biến một phần du nhập từ bên ngoài theo các dự án đầu tư hoặc liên doanh với nước ngoài nhưng chủ yếu là các công nghệ, máy móc chính cho công đoạn thành phẩm sau cùng như: nghiền, sấy cơm dừa, sấy phun bột sữa dừa… còn lại một phần thiết

bị phụ trợ do kết quả các đề tài, dự án khoa học mang lại Phần còn lại rất lớn là các máy móc thiết bị, công cụ phục vụ cho công đoạn sơ chế ban đầu như: máy tách vỏ dừa, máy tước chỉ sơ dừa, máy ép mụn dừa, máy tách gáo dừa được thiết kế gia công chế tạo bởi các cơ sở cơ khí trong tỉnh Bến Tre và Tp HCM Một số cơ sở sản xuất chế biến đã mạnh dạn đặt hàng hoặc nhờ hỗ trợ từ các đơn vị cơ khí để cơ giới hoá các công đoạn sản xuất của mình

Hiện nay, riêng công đoạn gọt vỏ nâu cơm dừa sau khi được miếng cơm dừa khô được tách ra khỏi gáo cứng để phục vụ cho ngành chế biến các sản phẩm từ dừa hiện nay vẫn làm thủ công bằng một dụng cụ gọt là dao bào hai lưỡi, người công nhân cầm dao bào 2 lưỡi gọt chung quanh miếng cơm dừa để bóc tách liên kết giữa lớp vỏ nâu và thịt dừa Phương pháp gọt vỏ này đòi hỏi người công nhân phải có sự khéo tay và thuần thục, không phải ai cũng làm được Tùy theo tay nghề công nhân,

mà tỷ lệ vỏ nâu được gọt bỏ còn bám dính cơm dừa khoảng 13%-15%, năng suất gọt được trung bình khoảng 300kg cơm dừa trong thời gian khoảng 11 đến 12 tiếng, tiền công khoảng 240 đồng/kg

Hình 1: Công nhân gọt vỏ nâu bằng dao bào 2 lưỡi

Hình 2: Vỏ nâu được gọt bằng dao bào 2 lưỡi

Với cách làm thủ công như trên, qua khảo sát ta nhận thấy có một số nhược điểm như sau:

- Năng suất thấp: với công nhân có tay nghề chỉ gọt được khoảng 30kg/giờ, tỷ lệ hao hụt khoảng 13%, nếu công nhân không có tay nghề tỷ lệ hao hụt

sẽ lớn hơn 15% do lớp vỏ nâu bị gọt quá dầy, lấn quá sâu vào phần thịt dừa, đưa đến phần chi phí giá thành cao mang lại hiệu quả kinh tế thấp cho nhà sản xuất, rất khó cạnh tranh trong thời điểm giá nguyên liệu tăng cao

- Do các dụng cụ gá đặt miếng cơm dừa khi gọt không đạt vệ sinh và công nhân luôn tiếp xúc bằng tay với nguyên liệu nên sản phẩm không đạt theo tiêu chuẩn qui định về nguồn nguyên liệu đầu vào của hệ thống quản lý chất lượng HACCP

- Cần phải sử dụng công nhân có tay nghề trong khi điều kiện hiện nay nguồn lao động có kỹ năng tay nghề cao ở vùng nông thôn rất khan hiếm

Và cũng vì thế đã nhiều năm qua, do quá bị lệ thuộc vào tay nghề của công nhân nên nhiều đơn vị sơ chế cơm dừa trắng để cung cấp cho các nhà máy chế biến rất là bức xúc, đã nhiều lần đặt vấn đề với các cơ quan hữu trách về việc cơ giới hoá khâu gọt vỏ nâu

Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo một máy gọt vỏ nâu cơm dừa được các cơ quan chức năng tỉnh Bến Tre đặt ra rất lâu và cũng là mong muốn của những người làm nghề sơ chế dừa ở Bến Tre và các tỉnh khác nhưng cho đến nay vẫn chưa có một máy gọt vỏ nâu cơm dừa nào ra đời ở Bến Tre cũng như ở các nơi khác trong nước

Các cơ quan chức năng cũng đã gợi ý, đặt hàng các nhà khoa học, các đơn vị nghiên cứu trong nước để nghiên cứu chế tạo một máy gọt vỏ nâu cơm dừa, nhưng cho tới nay vẫn chưa thấy máy nào ra đời, hoặc thông tin chính thống về máy gọt vỏ nâu này

Do đó việc thiết kế chế tạo máy gọt vỏ nâu cơm dừa là cấp thiết nhằm những

lý do thực tiễn như sau:

- Cơ giới hóa công đoạn gọt vỏ nâu cơm dừa nhằm để khắc phục khâu gọt

vỏ nâu bằng phương pháp thủ công đã tồn tại lâu đời, năng suất thấp

- Góp phần trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành chế biến dừa của Việt Nam

- Phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ lẻ ở nông thôn Việt Nam

- Tăng năng suất, giảm tỷ lệ hao hụt, giảm chi phí giá thành sản xuất, tăng hiệu quả kinh tế, tăng tính cạnh tranh

- Giảm bớt lao động, sử dụng lao động không cần có kỹ năng tay nghề, có thể sử dụng công nhân lao động phổ thông nhất là trong giai đoạn hiện nay ở vùng nông thôn rất khan hiếm nguồn lao động

- Đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm phù hợp yêu cầu quy định về nguyên liệu đầu vào của hệ thống quản lý chất lượng HACCP

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở quan sát những động tác của người công nhân dùng dao bào hai lưỡi vừa gọt vừa xoay lưỡi dao chung quanh profile bên ngoài của miếng cơm dừa, nhóm nghiên cứu đề tài đã nghiên cứu ứng dụng nguyên lý thiết kế máy gọt vỏ nâu như sau: dao cắt quay tròn tại vị trí cố định trên bộ phận gá dao có profile gần giống như profile của miếng cơm dừa, miếng cơm dừa được trục gá hình cầu quay tròn (có tâm quay thẳng góc với tâm quay của dao cắt) đưa vào vùng cắt của dao, dao sẽ cắt từng lát vỏ nâu trên suốt chiều dài bên profile có lớp vỏ nâu của miếng cơm dừa

Có thể điều chỉnh độ dày lớp cắt cho phù hợp

Đây là tính mới, độc đáo, sáng tạo của đề tài, vì hiện nay ở Việt Nam chưa có nơi nào nghiên cứu và thiết kế máy gọt vỏ nâu cơm dừa, và cũng chưa có máy nào của nước ngoài được nhập về, hoặc có những thông tin tài liệu kỹ thuật về máy gọt

vỏ nâu

Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận vấn đề:

- Đo đạc một số thông số cơ bản về quả dừa

- Quan sát những động tác của người công nhân khi cầm dao bào hai lưỡi vừa gọt vừa chuyển động lưỡi dao di chuyển theo hình dáng bên ngoài của miếng cơm dừa để thiết kế nguyên lý làm việc của máy

- Thực nghiệm một số nguyên lý cắt gọt đã có được do tự nghiên cứu thực

tế, qua thông tin, qua tài liệu chuyên môn để chọn nguyên lý khả thi nhất

- Chọn phương án thiết kế máy phù hợp nhất (nguyên lý cắt gọt, năng suất máy, khối lượng máy, công suất động cơ sử dụng, dạng sản phẩm, dạng vỏ nâu sau khi được gọt …)

- Thiết kế, gia công chi tiết, lắp ráp máy

- Thử nghiệm và hoàn chỉnh thiết kế

- Sản lượng dừa tiêu thụ mỗi ngày cho ngành cơm dừa nạo sấy tại tỉnh Bến Tre, sự phân bố các cơ sở sơ chế cơm dừa trên địa bàn tỉnh, các điều kiện hạ tầng thực tế như giao thông, điện, mặt bằng ở các cơ sở sơ chế cơm dừa, các nhu cầu về công suất hàng ngày của từng cơ sở, dạng vỏ nâu thu hồi và mục đích sử dụng vỏ nâu phổ biến hiện nay và các yếu tố liên quan khác…

- Nghiên cứu một số thông số cơ bản thuộc về bản chất của quả dừa như:

sự đa dạng của kích thước và hình dáng miếng cơm dừa, độ dầy của cơm dừa, độ tuổi già của quả dừa, bề dày và độ cứng của lớp vỏ nâu

- Tham khảo một số thông tin về máy gọt vỏ nâu trên internet để tìm những ưu và khuyết điểm bổ trợ cho công tác nghiên cứu, tìm nguyên lý phù hợp với điều kiện sản xuất hiện nay của nước ta

2.1 Nội dung 1: Điều tra thực trạng sơ chế Cơm dừa tại địa bàn tỉnh Bến Tre và

Xây dựng đề cương đề tài nghiên cứu khoa học để thông qua Hội đồng Khoa học công nghệ và

Đã xây dựng đề cương nghiên cứu trong đó có phần tổng quan, điều tra thực trạng sơ chế cơm dừa tại địa bàn tỉnh Bến Tre Trong đó có sử dụng nhiều bài báo cáo thực trạng tại địa phương của Trung tâm thông tin KHCN và các số liệu từ Sở Công Thương, Sở Nông nghiệp-phát triển nông thôn của tỉnh Bến Tre

Trong tháng 3 và tháng 4, đã tiến hành tham quan làm việc với các cơ sở sản xuất cơm dừa nạo sấy: BTCO, Lương Quới, Phú Hưng tại Bến Tre Trong thời gian làm việc tại cơ sở đã tìm hiểu quy trình sản xuất cơm dừa sấy thủ công, tiến hành chụp hình tại chổ các thao tác bóc vỏ nâu bằng tay, tiến hành khảo sát và đo thực tế kích thước hình học của quả dừa để xác định một số thông số cơ bản của cơm dừa đang sản xuất tại địa phương Từ đó xây dựng được thuyết minh đề tài đầy đủ hơn

để làm cơ sở nghiên cứu chế tạo một máy gọt vỏ nâu cơm dừa phù hợp với phương thức sản xuất tại địa phương

2.2 Nội dung 2: Thực nghiệm để xác định một số thông số cơ bản của cơm dừa/

Nghiên cứu một số nguyên lý cắt gọt để chọn nguyên lý làm việc của máy/ Tính toán, thiết kế kết cấu máy/ Lập quy trình gia công và quy trình lắp ráp máy

Để xác định các thông số cơ bản của dừa, chúng tôi đã dùng các dụng cụ đo thích hợp như: thước kẹp (đo kích thước, hình dạng, bề dày cơm dừa ), máy đo độ

cứng cầm tay (nhằm xác định độ mềm dẻo của cơm dừa ), cân (đo trọng lượng để

so sánh)

Sau đây là một số kết quả ghi nhận thông qua việc đo thực tế:

2.2.1 Công việc 1: Bằng phương pháp thực nghiệm ta xác định được một số thông

số cơ bản của cơm dừa như sau:

2.2.1.1 Đo độ cứng cơm dừa:

Đã tiến hành đo độ cứng cơm dừa và lớp vỏ nâu bằng dụng cụ đo độ cứng cầm tay theo thang đo độ cứng Shore trên 10 miếng cơm dừa của một loạt trái dừa đang được chế biến

Kế quả độ cứng của cơm dừa khá thấp và phụ thuộc nhiều vào vị trí đo Nếu

đo từ bên ngoài (cả vỏ nâu) thì độ cứng dao động trong khoảng 15-20 HS, còn độ cứng của riêng thịt cơm dừa thì gần như không đáng kể (phụ thuộc vào thời gian khai thác) chỉ từ 3 đến 6 HS

là đủ tách (cắt rời) miếng cơm dừa ra thành từng mảnh nhỏ

Hình 3: Đo độ cứng ở vị trí mặt ngoài vỏ nâu

Lấy một miếng cơm dừa đã tách khỏi gáo cứng, dùng đồng hồ đo độ cứng

HS, ấn đầu kim nhọn của đồng hồ thẳng góc vào mặt ngoài vỏ nâu, chỉ số được thể hiện trên đồng hồ là 20HS

Hình 4: Đo độ cứng vị trí giữa lớp vỏ nâu và cơm dừa

Tương tự ấn đầu kim nhọn của đồng hồ vào mặt cạnh miếng cơm dừa ở vị trí gần sát lớp vỏ nâu, chỉ số thể hiện trên đồng hồ là 15HS

Hình 5: Đo độ cứng vị trí bên trong thịt cơm dừa

Ấn đầu kim nhọn của đồng hồ vào thẳng góc với mặt trong miếng cơm dừa, chỉ số thể hiện trên đồng hồ là độ cứng của cơm dừa theo thang đo HS (độ cứng Shore)

2.2.1.2 Đo kích thước quả dừa:

Kích thước trái dừa không đều, nó có hình dáng của một quả hạch Trọng lượng trái dừa phân bố tương đối giữa các thành phần như sau:

Hình dáng quả dừa rất đa dạng, quả lớn nhỏ tùy theo giống dừa, tùy theo tháng tuổi được thu hoạch Dùng thước kẹp đo đường kính và chiều cao của quả dừa

Hình 6: Quả dừa (đã bóc vỏ)

Hình 7: Đo kích thước đường kính lớn nhất của quả dừa

Hình 8: Đo chiều cao quả dừa

Khảo sát các loại dừa trồng tại huyện Giồng Trôm và huyện Mỏ Cày Bắc, nơi có diện tích trồng dừa nhiều nhất tại Bến Tre ta nhận thấy kích thước quả dừa (gáo dừa) thường dao động không nhiều

Sau đây là bảng số liệu được ghi nhận khi đo một số mẫu quả dừa:

Bằng một phép toán bình quân đơn giản, ta có thể xác định kích thước bình quân của loạt trái dừa khảo sát với kết quả: đường kính lớn nhất là 130mm và chiều cao bình quân là 120mm Các số liệu trên có thể dùng làm cơ sở ban đầu trong quá trình thiết kế

2.2.1.3 Hình dạng và bề dày miếng cơm dừa:

Hình dáng cơm dừa gần như là hình dạng của gáo dừa do cơm dừa áp dính chặt vào gáo dừa qua 1 lớp vỏ nâu (vỏ lụa) rất mỏng Tùy thuộc vào vị trí mà bề dày của miếng cơm dừa có thể khác nhau

Hình 9: Hình dạng quả dừa gần giống hình ellip

Hình 10: Hình dáng miếng cơm dừa gần giống hình ellip

Hình 11: Biên dạng của miếng cơm dừa

Qua nghiên cứu thực tế thì lượng cơm dừa chiếm một tỷ lệ khoảng 28% và gáo dừa chiếm 12% trọng lượng toàn thể của quả dừa vì vậy khi quả dừa lớn (hay

có trọng lượng lớn) thì gáo dừa cũng sẽ tăng kích thước theo và gần như bề dày của miếng cơm dừa thay đổi không nhiều

Thực tế đo đạc và ghi nhận tại Bến Tre thì đa số các miếng dừa được đo thì chiều dày dao động từ 12mm – 13,5mm Ta có thể dùng kích thước chiều dày bình quân là 13mm dùng để thiết kế hệ thống cắt gọt vỏ nâu của máy

Hình 12: Đo chiều dày của cơm dừa

2.2.1.4 Đo chiều dày lớp vỏ nâu:

Việc xác định chiều dày của lớp vỏ nâu rất khó khăn do chiều dày lớp vỏ lụa này rất mỏng và mềm nên việc xác định cần thực hiện cẩn thận thông qua việc phóng đại kích thước của nó và dùng thước đo có độ chính xác 1/20mm

Cắt miếng cơm dừa ra từng lát mỏng, dùng thước kẹp 1/20 thông qua kính lúp có độ phóng đại 10:1 ta đo được bề dày của lớp vỏ nâu dao động trong khoảng

từ 0,3mm đến 0,5 mm tùy theo độ chín già của dừa (thông thường khai thác tốt nhất

ở tháng 11-12) và tùy thuộc vào từng miền trồng dừa

Hình 13: Mặt cắt của miếng cơm dừa

Hình 14: Đo bề dày lớp vỏ nâu

2.2.2 Công việc 2: Nghiên cứu một số nguyên lý cắt gọt để chọn nguyên lý làm

việc của máy gọt vỏ nâu cơm dừa

Hình 15: Công nhân gọt vỏ nâu thủ công

Hiện nay tại tỉnh Bến tre công đoạn sơ chế gọt vỏ nâu cơm dừa để phục vụ cho ngành chế biến cơm dừa nạo sấy, nước cốt dừa đóng lon, bột sữa dừa vẫn làm thủ công bằng một công cụ là dao bào hai lưỡi Sau khi miếng cơm dừa được tách ra khỏi gáo, người công nhân cầm dao bào 2 lưỡi gọt chung quanh miếng cơm dừa để bóc tách liên kết giữa lớp vỏ nâu và thịt dừa Phương pháp gọt vỏ này đòi hỏi người công nhân phải có sự khéo tay và thuần thục, không phải ai cũng làm được Với một công nhân tay nghề thuần thục thì sau khi gọt xong tỷ lệ vỏ nâu được gọt bỏ thấp nhất khoảng 13%, và năng suất gọt được khoảng 300kg cơm dừa trong thời gian khoảng 11 đến 12 tiếng

Một điều đáng quan tâm nhất trong khâu này là người công nhân phải khéo tay, nếu không tỷ lệ hao hụt sẽ tăng cao Do đó, nếu thiết kế chế tạo được máy gọt

vỏ nâu thì có thể giải quyết được những vấn đề sau:

- Có thể sẽ làm giảm được tỷ lệ hao hụt so với gọt thủ công

- Công nhân vận hành máy không cần phải có tay nghề, chỉ có động tác đơn giản là nạp miếng cơm dừa vào máy và máy sẽ tự gọt

- Tăng năng suất

Nghiên cứu một số phương án gọt vỏ nâu:

Khi làm việc bàn máy (8) vừa chuyển động quay tròn vừa chuyển động tịnh tiến Do dao lúc nào củng ép sát vào miếng cơm dừa nên vỏ nâu sẽ được gọt theo dạng khoanh tròn Khi dao gọt gần tới nắp chặn (7) thì dừng lại, kéo trục (6) lên để lấy miếng cơm dừa ra khỏi bàn máy (8)

Phương án này có những khuyết điểm:

- Chỉ gọt được những miếng cơm dừa còn nguyên nữa trái

- Không gọt được phần tiếp giáp giữa nắp chặn

- Không gọt được phần vỏ nâu gần sát bàn máy

2.2.2.2 Phương án 2:

Theo mô hình máy gọt vỏ nâu của Malaysia:

Hình 17: Phương án gọt vỏ nâu 2 Nguyên lý hoạt động:

Máy gồm có trục lớn (1) và trục nhỏ (2) quay ngược chiều nhau, đặt miếng cơm dừa được cắt nhỏ theo chiều dọc của trái dừa vào giữa 2 trục, phần vỏ nâu hướng theo trục nhỏ Miếng cơm dừa được kéo vào bên trong, bên dưới trục nhỏ có lắp dao để gọt vỏ nâu Phần cơm dừa sau khi gọt xong sẽ được trục (1) kéo ra ngoài, phần vỏ nâu sẽ được trục nhỏ đưa ra bên ngoài theo hướng khác

Với phương án này có những khuyết điểm:

- Cơm dừa khi bóc vỏ cứng phải còn nguyên trái, sau đó phải có công đoạn cắt miếng cơm dừa thành những miếng nhỏ theo chiều dọc miếng cơm dừa

- Không gọt được những miếng cơm dừa bị bể vụn

Khi hoạt động, miếng cơm dừa được đặt vào trục 1, khi trục (1) quay sẽ mang miếng cơm dừa vào trong khe hở giữa trục (1) và trục mang mâm gá dao quay tròn (5), nhờ vào những gai nhọn trên trục (1) giữ cho miếng cơm dừa không bị trượt khi di chuyển vào bên trong khe hở giữa trục (1) và trục (5) lớp vỏ nâu được gọt sạch nhờ vào hệ thống dao được gắn bên dưới trục (5) có chuyển động tương đối theo hình dáng của miếng cơm dừa, có thể gọt được các miếng cơm dừa có hình dang bất kỳ, có kích thước và độ dày khác nhau nhờ vào chuyển động tịnh tiến của trục (5) qua tác động của lò xo (6)

Phương án này có những ưu điểm:

- Gọt được các miếng cơm dừa có độ dày khác nhau

- Gọt được những miếng cơm dừa bị vở vụn

- Vận hành đơn giản, không cần kỷ năng tay nghề

- Năng suất cao

Trên đây là 3 phương án gọt vỏ nâu cơm dừa mà nhóm nghiên cứu đưa ra Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã thực hiện mô hình 3 phương

án trên, và chọn lựa được phương án 3 có tính tối ưu nhất để thực hiện đề tài

Phương án trên dựa trên cơ sở quan sát những động tác của người công nhân dùng dao bào hai lưỡi vừa gọt vừa xoay lưỡi dao chung quanh profile bên ngoài của miếng cơm dừa, nhóm nghiên cứu đề tài đã nghiên cứu ứng dụng nguyên lý thiết kế máy gọt vỏ nâu như sau: dao cắt quay tròn tại vị trí cố định trên bộ phận gá dao có profile gần giống như profile của miếng cơm dừa, miếng cơm dừa được trục gá hình cầu quay tròn (có tâm quay thẳng góc với tâm quay của dao cắt) đưa vào vùng cắt của dao, dao sẽ cắt từng lát vỏ nâu trên suốt chiều dài bên profile có lớp vỏ nâu của

miếng cơm dừa Có thể điều chỉnh độ dày lớp cắt cho phù hợp

Đây là tính mới, độc đáo, sáng tạo của đề tài, vì hiện nay ở Việt Nam chưa có nơi nào nghiên cứu và thiết kế máy gọt vỏ nâu cơm dừa, và cũng chưa có máy nào của nước ngoài được nhập về, hoặc có những thông tin tài liệu kỹ thuật về máy gọt

Hình 20: Kết cấu máy gọt vỏ nâu

1 – Động cơ giảm tốc II 2-9 – Bộ truyền xích 10-11 – Khung máy 12,13 – Thanh chỉnh ngang 14 – Máng hứng sản phẩm 15,16 – Lò xo chỉnh ngang

17 – Cụm quả cầu gai 18-19 – Giá chỉnh ngang 20-22 – Chỏm cầu gá dao

23 – Trục truyền dao 24 – Động cơ I 25-26 – Bộ truyền đai

27 – Giá đỡ động cơ I 28 – Giá đỡ ổ trục chính

Động cơ I có tốc độ quay 1440v/ph truyền chuyển động qua bộ truyền động đai (26) tạo momen xoắn lên trục truyền dao (23) quay → Cụm chỏm cầu dao cắt (20,21,22) quay → Dao cắt gọt vỏ cơm dừa Cùng lúc đó, động cơ giảm tốc II (i = 30) gắn bánh xích Z26 (2) truyền động qua dây xích (3) truyền tới dĩa xích Z34 (9) tạo momen xoắn lên trục cầu gai (17) đưa cơm dừa vào chỏm cầu có gắn lưỡi dao (20,22) tiến hành quá trình cắt gọt lớp vỏ nâu cơm dừa Dao quay tốc độ cao và

vuông góc với chiều quay của cầu gai làm miếng cơm dừa được gọt sạch theo nguyên tắc bao hình, sau đó tiếp tục được cuộn tới cung gạt sản phẩm và rơi vào máng hứng sản phẩm (14) đặt ở phía dưới Phần vỏ nâu sẽ được hứng bằng một máng bố trí bên dưới của máy

Ƣu, nhƣợc điểm:

- Ưu điểm:

 Tạo ra thành phẩm miếng dừa sạch vỏ nâu nhanh chóng và tỷ lệ hao hụt thấp do chiều dày lớp vỏ nâu được gọt mỏng hơn nhiều lần so với thủ công gọt dừa bằng tay

 Dễ vận hành, dễ sử dụng

 Làm việc ổn định tiết kiệm thời gian và chi phí nhân công…

 Có thể cải tiến nâng cao năng suất…

- Nhược điểm:

 Khó áp dụng tự động hóa do kích thước và hình dạng miếng cơm dừa không đều

2.2.3.2 Tính toán công suất và chọn động cơ:

 Lực đầu vào cầu gai:

- Dựa vào phương án thiết kế và bản vẽ bằng phần mềm solidworks ta tính được khối lượng quả cầu gai giữ cơm dừa tác dụng lên trục là

N1=11,52 kg = N1=115,2N Ngoài ra trọng lượng của bánh xích Z34 và một phần của trọng lượng dây xích cũng có tác động lên gối đỡ Giả định rằng trọng lượng này có thể dự tính trọng lượng này khoảng 30% trọng lượng quả cầu hay N2=30% x 115,2 = 34,56N

- Theo tính toán thực nghiệm khối lượng phôi cơm dừa tối đa là:

N3 = γV = - ) = 1,3715 kg = 13,715 N Với: r1 = 100 mm là bán kính cầu gai giữ cơm dừa

r2 = 120 mm là bán kính chỏm cầu dao cắt γ=1.063 kg/ là khối lượng riêng của phôi cơm dừa

Ta có lực pháp tuyến tỉnh tác động lên cặp ổ lăn là:

N=N1+N2+N3= 115,2+34,56+13,715 ≈ 163,5 N Chọn v1 = 0,2 m/s là vận tốc dài của cầu gai giữ cơm dừa để tính toán Hiệu suất của toàn bộ hệ thống (công thức 2.9 [4]):

η = ηol.ηx.ηbr = 0,992x0,96×0,98 = 0,922 tra bảng 2.3 [4] với

ηol hiệu suất một cặp ổ lăn

ηx hiệu suất bộ truyền xích

ηbr hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ của hộp số

Từ 2.8, 2.10, 2.11 [4], ta có công suất cần thiết nhằm thắng lực cản do trọng lượng các chi tiết:

P1 = = 0,036 kw

- Xác định lực ma sát:

Lực ma sát có thể xác định bằng công thức:

Fms= f N Với: N là lực nén lên lò xo

f là hệ số ma sát giữa cơm dừa và kim loại, có thể chọn f=

0,07 để tính toán (theo www.tribology_abc.com, số liệu thực nghiệm ma sát giữa chất dẻo và kim loại là 0,04 đến 0,1

Để tính được lực nén tác dụng lên lò xo, ta cần xác định độ cứng của lò xo và khoảng nén của lò xo

- Độ cứng lò xo k có thể xác định theo công thức:

k =

G = 0,81x1011 (N/m2) là Mô đun đàn hồi trượt của lò xo

d =8mm= 8x10-3 m là đường kính dây quấn D=59,6mm=59,6x10-3 m là đường kính trung bình của lò xo

nlv=9 là số vòng làm việc của lò xo

- Trong quá trình làm việc biên độ dao động của lò xo thay đổi theo bề dày của miếng cơm dừa, độ cân chỉnh khe hở ban đầu của quả cầu gai và lòng trong của chỏm cầu gắn dao cắt và đảm bảo có lực ép liên tục trên miếng cơm dừa Ta có thể chọn số liệu ban đầu khoảng nén của lo xo x≈10mm trong khi hoạt động Ta có lực nén tác dụng lên

lò xo:

N= k.x= 21.200 x 10x10-3= 212 N Như vậy, ta có thể xác định lực ma sát:

Fms= f.N= 0,07 x 212 x 2= 29,68N Công suất cần thiết để thắng được lực ma sát là:

Từ 2.8, 2.10, 2.11 [4], ta có công suất cần thiết nhằm thắng lực cản do ma sát giữa miếng cơm dừa và lòng trong của bán cầu gắn dao cắt:

 Lực đầu vào chỏm cầu dao cắt vỏ nâu cơm dừa

Theo thiết kế dao cắt vỏ nâu cơm dừa có bề rộng là 10 mm, bán kính cầu gai giữ cơm dừa r=100mm vậy chu vi vòng quay của phôi cơm dừa

CV1=2× ×r=628mm

Nhằm giảm tiêu hao nguyên liệu, ta chọn độ chồng bước cắt là 0.5mm như vậy mỗi lần dao cắt được bề rộng 9.5 mm

Với chu vi bước tiến của phôi như trên, cầu gai giữ cơm dừa đưa phôi quay được một vòng thì dao cắt yêu cầu tối thiểu phải quay được 628/9,5= 67 vòng

Trên cơ sở đó ta chọn bộ truyền đai thang thích hợp truyền chuyển động từ mô tơ I đến trục chính có gắn bán cầu gắn dao với số vòng quay dao cắt chọn ban đầu là 1200 v/ph

Lực cắt tách vỏ nâu của miếng cơm dừa N1=60 N (qua thực nghiệm), Dựa vào phương án thiết kế và bản vẽ bằng phần mềm solidwork ta tính được khối lượng trục quay dao cắt là: N2= 3,24 kg = 32,4 N

ηđ =0,94 – Hiệu suất bộ truyền đai

ηol = 0,995 – Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

PI = = 1,344 kw (≈ 1,79 Hp)

Để hệ thống truyền động dao cắt hoạt động tốt, ta chọn mô tơ dẫn động bán cầu gai mang dao cắt gọt có công suất 2 Hp, có phối hợp thêm bộ inverter điều chỉnh tốc độ