Nghiên cứu tính toán, thiết kế máy thái lát khoai tây phục vụ dây chuyền sản xuất snack khoai tây

Để nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm, một số cơ sởsản xuất snack đã nhập máy cắt thái khoai tây của nước ngoài.. Việc nghiên cứu tính toán, thiết kế máy thái lát khoai tây tr

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH iii

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ MÁY 2

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 2

1.2 Quy trình sản xuất snack khoai tây 7

1.3 Các loại máy thái lát trong và ngoài nước hiện nay 9

1.3.1 Nguyên lý cắt thái chung 9

1.3.2 Máy cắt thái hiện nay 11

1.4.3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 17

PHẦN II: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY CẮT THÁI KHOAI TÂY 18

2.1 Cấu tạo chung của máy 18

2.1.1 Khung máy 20

2.1.2 Dao thái 20

2.1.3 Bộ phận cấp liệu và tháo liệu 21

2.1.4 Động cơ và bộ phận truyền động 22

2.2 Nguyên lý làm việc 22

PHẦN III: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI 24

3.1 Cơ sở vật lý của quá tình cắt thái 24

3.2 Áp suất cắt thái riêng 27

3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái 28

3.3.1 Độ sắc của lưỡi dao 28

3.3.2 Góc cắt thái 28

3.3.3 Độ bền của vật liệu làm dao 28

3.3.4 Vận tốc của dao thái 29

3.3.5 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật liệu 30

3.3.6 Quan hệ giữa lưỡi dao và tấm kê thái 32

3.3.7 Độ bền và chất lượng của vật thái 36

3.4 Năng lượng cắt thái và công cắt thái riêng 36

3.5 Lý thuyết tinh toán máy thái củ quả 39

3.5.1 Tác dụng của dao thái củ quả 39

3.5.2 Sơ đồ quá trình cắt thành lát thái 40

3.5.3 Lực cản cắt thái 40

3.5.4 Năng suất lý thuyết của máy thái củ quả 42

3.5.5 Công suất cần thiết 43

PHẦN IV : TÍNH TOÁN MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY .44

4.1 Tính và chọn dao thái 44

4.2 Lựa chọn chế độ làm việc của máy 44

4.2.1 Vận tốc dao thái: 44

4.2.2 Sự ảnh hưởng của số vòng quay n đến thể tích của củ do dao thái được trong 1 vòng quay của đĩa 45

4.2.2 Năng suất lý thuyết của máy thái củ quả: 46

4.2.3 Công suất máy 46

4.3 Tính chọn đai 48

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

1 Kết luận 52

2 Đề nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2 Củ khoai tây 5

Hình 1.3 Snack khoai tây 6

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo bộ phận thái củ quả 10

Hình 1.5 Sơ đồ bộ phận thái củ quả kiểu ly tâm 11

Hình 1.5 Máy cắt sắn quay tay 12

Hình 1.6 Máy thái củ quả PKP - 2,0 13

Hình 1.7 Máy thái lát thịt Mirra 300 14

Hình 1.8 Máy cắt thái củ quả 16

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy thái lát khoai tây 19

Hình 2.2 Dao thái 21

Hình 2.3 Nắp máy 22

Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao 24

Hình 3.2 Thí nghiệm cắt thái của Gơriatskin V.P 25

Hình 3.3 Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái 26

Hình 3.4 Sơ đồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 27

Hình 3.5 Góc cắt thái 28

Hình 3.6 Đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ thái sâu 29

Hình 3.7 Đồ thị phụ thuộc giữa áp suất cắt thái riêng và vận tốc dao thái .29

Hình 3.8 Vận tốc của điểm M trên cạnh sắc lưỡi dao 30

Hình 3.9 Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái 31

Hình 3.10 Đồ thị phụ thuộc của δ và N 33

Hình 3.11 Góc kẹp và điều kiện kẹp 34

Hình 3.12 Đồ thị phụ thuộc của q và W% 36

Hình 3.13 Sơ đồ tính năng lượng cắt thái 37

Hình 3.14 Xét đoạn dao thái S với góc quay dθ 38

Hình 3.15 Các đồ thị phụ thuộc 39

Hình 3.16 Sơ đổ quá trình tạo thành lát thái 40

Hình 3.17 Áp lực của củ quả vào mặt đĩa 43

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của V (m3) vào n (vg/ph) 45

Hình 4.2 Đai hình thang 48

LỜI MỞ ĐẦU

Ở nhiều nước trên thế giới, snack là đồ ăn vặt số một của trẻ em và cảngười lớn đặc biệt là khi xem phim, đi chơi, cắm trại ngoài trời…Tại Việt Nam, hiện có đến hàng trăm loại snack (hay còn gọi là bimbim), khácnhau trên thị trường Mỗi loại mang một hương vị đặc trưng của chúng Ngàynay snack khoai tây đang được rất nhiều người ưa thích Một sản phẩm snack khoai tây được ưa chuộng không chỉ có mùi thơm, vị ngon

mà phải đáp ứng được thị hiếu người tiêu dùng Đó là miếng snack mỏng,không bị nát sẽ làm tăng tính hấp dẫn của sản phẩm

Trong quy trình sản xuất snack khoai tây, thái khoai là khâu rất quantrọng Nếu quá trình thái thực hiện tốt, miếng khoai sẽ mỏng, không bị nát vàngược lại Để nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm, một số cơ sởsản xuất snack đã nhập máy cắt thái khoai tây của nước ngoài Qua thực tếcho thấy nó không hoàn toàn phù hợp với nguyên liệu khoai tây của ViệtNam, hơn nữa giá thành lại rất cao

Việc nghiên cứu tính toán, thiết kế máy thái lát khoai tây trong dâychuyền sản xuất snack khoai tây với kết cấu đơn giản, giá thành hạ, phù hợpvới nguyên liệu khoai tây của Việt Nam là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn rẩt lớn

Từ những vấn đề trên, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tính toán, thiết

kế máy thái lát khoai tây phục vụ dây chuyền sản xuất snack khoai tây” Dưới

sự hướng dẫn của ThS Ngô Thị Hiền và Ks Trần Như Khánh

Trong bài báo cáo còn nhiều thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp

ý của thầy cô để bài làm của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Là

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ MÁY

1.1 Tổng quan về nguyên liệu

Khoai tây (danh pháp khoa học: Solanum tuberosum), thuộc họ cà(Solanaceae) Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứatinh bột, loại cây trồng lấy củ rộng rãi nhất thế giới, và là loại cây trồng phổbiến thứ 4 về mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô

Khoai tây có nguồn gốc từ Peru Hiện tại người ta cho rằng khoai tây

đã được du nhập vào châu Âu vào khoảng thập niên 1570 và sau đó nó đãđược những người đi biển châu Âu đưa đến các lãnh thổ và các cảng trênkhắp thế giới khi chế độ thực dân châu Âu mở rộng vào thế kỷ 17 và 18 Khi

đã được phổ biến ở châu Âu, khoai tây đã sớm trở thành một thực phẩm vàcây trồng chủ yếu ở nhiều nới khác trên thế giới Đến các thập kỷ cuối của thế

kỷ 20, việc mở rộng diện tích trồng trọt khoai tây lớn nhất lại là ở Châu Á, nơi có khoảng 8% số lượng khoai tây được trồng trên thế giới đượctrồng Kể từ khi Liên Xô bị giải tán, Trung Quốc đã trở thành quốc gia sảnxuất khoai tây lớn nhất thế giới, tiếp theo là Ấn Độ

Ở nước ta, người Pháp đem vào trồng vào cuối thế kỷ 19 Ngày nay,khoai tây được trồng rộng rãi trọng vụ đông ở các tỉnh phía Bắc; cũng đượctrồng ở các vùng núi cao ở miền Bắc và cả ở miền Nam (Lâm đồng) Ở nhiềunước, cây khoai tây là cây lương thực chính song ở Việt Nam nó chỉ được coinhư một cây thực phẩm quý vì có hàm lượng dinh dưỡng khá cân bằng vàchứa nhiều khoáng chất quý Ở miền Bắc, cây khoai tây được trồng trongvòng ba tháng xen kẽ giữa hai vụ lúa nhưng đã đem lại một nguồn thu nhậpđáng kể cho họ vào thời điểm giáp tết cổ truyền Hiện nay, sản lượng khoaitây của thế giới là khoảng 300 triệu tấn/ năm Và những món ăn được chếbiến từ khoai tây đã trở nên phổ biến

Khoai tây là loại cây thân thảo mềm, cao 45 – 50cm Có hai loại cành,cành ở trên mặt đất có màu xanh, vươn cao; cành nằm trong đất màu vàng,phình to lên thành củ hình cầu, dẹt hoặc hình trứng, chứa nhiều chất dự trữ,nhất là tinh bột, mà ta thường gọi là củ khoai tây Lá kép lông chim lẻ, mọc so

le, có 3-4 đôi lá chét không đều nhau Hoa màu trắng hoặc màu tím lam, hìnhphễu Quả mọng hình cầu Ở nước ta, giống khoai tây ruột vàng là giốngtrồng phổ biến hiện nay đã được chọn lọc, nhân và giữ giống từ lâu nay

Trong củ khoai tây có nhiều chất dinh dưỡng với hàm lượng cao so vớinhiều cây loại cốc và cây thực phẩm khác

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong khoai tây

phần (%) Chất

Thànhphần (%) Chất

Thànhphần (%)

(nguồn: [4]) Cũng cần lưu ý là trong tất cả các bộ phận củ cây đều có chất solanin làmột glucosid độc Chất này đặc biệt có nhiều trong phần xanh của cây, nếu củmọc mầm xanh thì các mầm này rất độc Cánh hoa trắng tươi chứa 0,2% rutin

Khoai tây có rất nhiều giống khác nhau Giống Mariella: Là giốngđược nhập nội từ Đức và đã được trồng rộng rãi ở nước ta từ lâu Củ hìnhtròn, vỏ nhẵn màu vàng, mắt nông, mầm có màu xanh tím, chống chịu virus

và sâu bệnh khá, thời gian ngủ nghỉ dài Năng suất bình quân đạt 18-20tấn/ha, chất lượng củ ngon, hàm lượng chất thô trung bình

Giống Diamant: Có nguồn gốc từ Hà Lan, thời gian sinh trưởng từ sớm

vừa phải đến muộn vừa phải (khoảng 90 ngày) Khả năng chống thâm tím bêntrong khá tốt Năng suất trồng ở miền núi đạt trung bình 23 tấn/ha, đồng bằng

16-18 tấn/ha, chất lượng củ ngon, hàm lượng chất khô khá cao, thích hợp cholàm khoai tây chiên mỏng.

Giống P3: Có nguồn gốc từ Trung tâm khoai tây quốc tế (CIP) được nhập

vào nước ta từ năm 1981, được Viện Cây lương thực và cây thực phẩm chọn tạothành công Thời gian sinh trưởng 90-100 ngày, củ hình tròn, vỏ màu vàng sáng,ruột củ màu tím nhạt, chất lượng củ khá ngon và thích hợp với ăn tươi, hàmlượng chất khô 18-20% Năng suất cao và ổn định, từ 20-25 tấn/ha

Giống KT3: Thời gian sinh trưởng từ 80-90 ngày, thuộc loại chín sớm.

Củ hình tròn, vỏ màu vàng, ruột vàng đậm, mắt sâu, mầm màu đỏ hồng,chống chịu virus tốt và chịu nhiệt, chống chịu bệnh mốc sương, héo xanh ởdạng trung bình Năng suất trung bình đạt 20-25 tấn/ha

Giống Nicola: Giống được nhập nội từ Đức và là kết quả chọn tạothành công của dự án "Khoai tây Việt- Đức" giai đoạn 1 Thời gian sinhtrưởng từ 80-90 ngày Củ lớn, hình ô van dài, hình dáng đồng đều, vỏ vàng,mắt nông, chống chịu va chạm khá Năng suất cao, phân loại đồng đều.Nicola dễ nhiễm bệnh mốc sương

Giống Solara: Cũng là một trong những giống được dự án "Khoai tâyViệt- Đức" chọn tạo từ nguồn giống nhập nội của Đức Thời gian sinh trưởngtrung bình 80-90 ngày, cây cao trung bình, thẳng, dầy, hoa màu trắng; củ hình

ô van, vỏ mịn từ màu trắng đến vàng, mắt nông, nhiều củ, độ đồng đều cao.Năng suất khá cao

Giống Hồng Hà 7: Là giống khoai tây trồng bằng hạt lai (HPS 7/67) có

bố là TPS 67 và mẹ là TPS II Cây cao trung bình, thân, lá phát triển tốt Thờigian sinh trưởng khoảng 95-100 ngày Củ tròn, vỏ củ màu vàng nhạt, ruộtvàng, mắt nông, độ đồng đều cao Hàm lượng chất khô đạt 19%

Hình 1.1 Cây khoai tây

Hình 1.2 Củ khoai tây

Khoai tây được dùng như một thành phần cung cấp chất bột Khoai tâyđược chế biến thành rất nhiều món ăn Người Châu Âu hấp khoai tây rôìnghiền thành món chính kiểu như cơm để ăn với thức ăn khác (thịt, cá, giacầm) tưới nước sốt trong khẩu phần hằng ngày hoặc nấu thành súp với thịt bòhầm đủ kiểu Ngoài ra, một lượng khoai tây còn dùng để lên men thành cồn.Loại cồn này được dùng làm nguyên liệu sinh học, pha với xăng hoặc thayxăng chạy xe Khoai tây còn có tác dụng trong việc làm đẹp Ví dụ khoai tâyluộc, bóc vỏ, nghiền mịn, thêm ít sữa, rồi lòng đỏ trứng gà, có thể thêm chútmật ong nữa, đắp lên mặt làm mặt nạ dưỡng da… khiến da mịn, tươi mát, xóanếp nhăn

Khi nói đến khoai tây là người ta nghĩ ngay tới khoai tây tươi Nhưng

nay, trước nhu cầu đang gia tăng nhanh của các ngành công nghiệp thực phẩm

ăn nhanh, snack và thực phẩm tiện dụng, việc sử dụng khoai tây chế biếnngày càng phổ biến.Ở Việt Nam, ngành chế biến khoai tây mới xuất hiệnchưa được 10 năm, nhưng đang phát triển rất mạnh mẽ Tiêu dùng khoai tâyđang chuyển từ thị trường tiêu thụ tươi sang các sản phẩm chế biến có giá trịgia tăng như khoai tây rán chẳng hạn Sản phẩm chế biến từ khoai tây đã khá

đa dạng như khoai tây rán giòn, khoai tây chiên và tinh bột Sản phẩm khoaitây chiên kiểu Pháp và khoai tây rán giòn đã trở nên quen thuộc với ngườiViệt Nam, với các thương hiệu: Zon Zon, Snack, Bim Bim, …

Hình 1.3 Snack khoai tây

Sản phẩm snack khoai tây đang được nhiều người ưa chuộng Nókhông chỉ hấp dẫn trẻ em mà cả thanh niên, người lớn tuổi đều rất thích Tuykhông có giá trị dinh dưỡng cao nhưng nó lại làm cho người ăn cảm thấy hấpdẫn về mùi, vị, độ giòn

Một ưu điểm của khoai tây trong chế biến snack đó là trong củ thànhphần chính là tinh bột, không có chất xơ Vì thế, khâu cắt thái sẽ rất dễ dàng.Khi sản xuất snack thì yêu cầu cần thiết đối với củ khoai tây là phải to, đều

Có như vậy thì khi thái lát khoai tây sẽ không bị nát, làm cho giá trị cảm quan

của sản phẩm cao, tăng giá trị kinh tế Các giống khoai tây ở Việt Namthường có kích thước tương đối nhỏ, nhiều mắt làm cho quá trình chế biếngặp khó khăn, nhất là khâu cắt lát khoai Vì vậy trong quá trình sản xuất cầnchú ý đến khâu cắt thái để có sản phẩm tốt nhất.

1.2 Quy trình sản xuất snack khoai tây

Snack khoai tây được sản xuất theo quy trình công nghệ sau:

Khoai tây sống được rửa sạch -> Gọt vỏ -> Kiểm tra chất lượng trênbăng chuyền -> Cắt thành lát mỏng -> Rửa hết các nhựa bột -> làm ráo nước -

> Tẩm ướp gia vị -> Rán giòn -> Giảm lượng dầu ăn trong khoai tây -> Trộngia vị -> Đóng gói

Rửa khoai tây: Khoai tây được trồng trên đất cát hoặc đất thịt Vì vậysau khi thu hoạch trên bề mặt củ còn rất nhiều đất bám vào Rửa là khâu quantrọng nhằm làm sạch hết những đất bẩn còn sót lại Củ khoai có thề đượcngâm sơ bộ trong nước lạnh rồi đưa vào máy rửa để rửa dễ dàng hơn

Khoai được rửa bằng máy Tại khoa Cơ Điện của trường ĐH NôngNghiệp Hà Nội có một máy rửa củ quả Cấu tạo của máy gồm hai thùng hìnhtrụ lồng vào nhau Thùng bên ngoài bằng nhôm dùng để bảo vệ Thùng bêntrong để chứa củ quả khi rửa Đáy thùng được tách riêng và nhận chuyểnđộng quay từ động cơ điện Khi rửa, đáy thùng quay và làm cho củ chuyểnđộng trong thùng Chúng va chạm vào lớp nhám ở bề mặt trong của thùng vàđược làm sạch Mặt khác, máy này còn có tác dụng làm sạch vỏ ngoài của củ

Gọt vỏ: Củ khoai sau khi được làm sạch ở máy rửa sẽ được đưa đếnkhâu gọt vỏ Gọt vỏ nhằm mục đích loại bỏ những chất bẩn còn sót lại trên bềmặt củ khoai sau khâu rửa và làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm Khoaiđược rửa bằng các máy

Kiểm tra chất lượng trên băng chuyền: Đây là khâu được thực hiệnbằng thủ công Củ khoai sau khi được gọt sẽ được chuyển qua băng chuyền.Các công nhân sẽ kiểm tra và loại bỏ những củ khoai không đạt chất lượng.

Đó là những củ quá nhỏ, bị sâu, thối lũn… Nếu lớp khoai trên băng chuyềncàng mỏng thì việc phân loại càng nhanh và chính xác

Cắt thành lát mỏng: Đây là khâu quan trọng trong dây chuyền chế biếnsnack khoai tây Lát khoai tây càng mỏng thì càng dễ tẩm ướp gia vị; rán giòn

sẽ đồng đều, không bị cháy hay sống Mặt khác, những lát khoai tây mỏng vàkhông bị nát sẽ thu hút được người tiêu dùng Ngược lại, khi lát khoai tây quádày, nát vụn sẽ làm ảnh hưởng đến khâu chế biến tiếp theo và giảm giá trịcảm quan của sản phẩm

Rửa nhựa bột: Khoai tây sau khi thái lát xong sẽ có nhiều nhựa bột Nólàm cho lát khoai bị thâm, dính liền lại với nhau Vì vậy sau khi thái xong,chúng sẽ được đưa đi rửa sạch nhựa bột Có thể dùng nước sạch hoặc nướcmuối loãng để rửa

Làm ráo nước: Khoai tây sau khi rửa xong sẽ còn rất nhiều nước Nếu

để như vậy đi tẩm ướp gia vị thì rất khó, mặt khác gia vị sẽ bị tan một phầnvào nước Do đó, khoai tây sẽ được đưa đi làm ráo để loại bỏ bớt nước

Tẩm ướp gia vị: Gia vị dùng để tẩm ướp có thể là muối, đường, ớt bột

và một số loại gia vị khác tùy vào từng loại sản phẩm Nó tạo ra mùi vị đặctrưng cho sản phẩm đó Khoai tây sau khi tẩm ướp sẽ được để trong một vàiphút nhằm cho gia vị ngấm vào lát khoai tây rồi mới đưa vào khâu chế biếntiếp theo

Rán giòn: Đây là khâu làm chin lát khoai tây Nhiệt độ, thời gian rán rấtquan trọng vì nó quyết định chất lượng của sản phẩm Nếu thời gian rán quálâu, nhiệt độ cao thì sẽ làm cho lát khoai tây bị cháy, (màu nâu đen, vị đắng,mất mùi thơm), ngược lại thì lát khoai sẽ chưa chín Khâu này được thực hiện

Giảm lượng dầu ăn: Sau khi rán, lượng dầu ăn còn trong khoai tây rấtnhiều Giảm lượng dầu ăn sẽ làm cho người tiêu dùng không bị chán khi ăn.Khoai tây sẽ được cho vào thiết bị vắt khô dầu Đó là thùng quay, bề mặtthùng có nhiều lỗ nhỏ Khi thùng quay, các giọt dầu còn lại trên lát khoai tây

sẽ văng ra xung quanh và lọt qua lỗ nhỏ ra bên ngoài thùng Chú ý trong khâunày phải tránh để lát khoai tây bị nát, vì sau khi được rán nó rất giòn

Trộn gia vị: Trộn gia vị lần hai giúp cho gia vị bám lên trên bề mặt látkhoai nhằm mục đích làm tăng hương vị cho sản phẩm

Đóng gói: Đây là khâu cuối cùng của dây chuyền chế biến snack khoaitây Tùy vào mục đích của khách hàng nên có thể đóng gói nhiều loại bao bìvới khối lượng khác nhau Khâu này được thực hiện trên các máy đóng gói.Yêu cầu quan trọng với khâu đóng gói là phải bảo đảm độ kín khít của sảnphẩm Nếu bao bì bị hở sẽ làm cho sản phẩm bị giảm chất lượng và hư hỏng

Qua dây chuyền sản xuất trên chúng ta đã có sản phẩm snach khoai tâyhoàn chỉnh

1.3 Các loại máy thái lát trong và ngoài nước hiện nay

1.3.1 Nguyên lý cắt thái chung

Các máy thái củ quả thường theo nguyên lý làm việc của “dao bàogỗ” Nghĩa là lưỡi dao được lắp ở khe thủng của thân đĩa hay trống lắp dao sẽcắt nạo vật thái đang tựa vào mặt thân đĩa hay trống lắp dao đó thành nhữnglát thái (dày mỏng tùy theo độ nhô của lưỡi dao so với mặt đĩa hay trống lắpdao) Lát thái sẽ trượt trên mặt dao chui qua khe thủng mà thoát ra phía kiacủa thân đĩa hay trống lắp dao

Về nguyên lý cấu tạo, máy thái củ quả thường có những bộ phận chínhnhư sau:

Bộ phận thái gổm: Lưỡi dao; Đĩa (Trống)

Bộ phận cấp liệu gồm: Thùng đựng củ quả

Bộ phận động lực có thể là động cơ hoặc tay quay, đạp chân Bộ phậntruyền động có thể là truyền động đai hoặc bánh răng.

Lưỡi dao được lắp trên đĩa hay trống ở những khe thủng (để lát tháichui qua) Muốn có lát thái có độ dày mỏng khác nhau người ta có thể điềuchỉnh độ nhô của dao so với mặt đĩa hay trống Để thái thành những lát rộngbản dao thái có dạng lưỡi thẳng liền Để thái thành những lát thái hẹp dao thái

có dạng lưỡi răng lược Hai lưỡi dao răng lược liên tiếp nhau được bố trí xen

kẽ nhau sao cho phần có cạnh sắc của dao này trùng với phần không có cạnhsắc của dao kia Như vậy sau một vòng quay của đĩa, cứ hai dao mới cắt hếtmột lớp vật thái Do đó số dao lắp trên đĩa phải chẵn

Thành thùng đựng quả 3 có độ nghiêng nhất định để củ tự cung cấp vào

bộ phận thái nhờ trọng lượng của bản thân Thành tiếp giáp với đĩa hay trống

có một khoảng diện tích hở để củ quả tiếp xúc với mặt đĩa và được lưỡi daonạo thành lát

Ưu điểm: làm việc bền vững, năng suất cao, cấu tạo đơn giản dễ sửdụng, điều chỉnh độ dày lát thái thuận tiện

Nhược điểm: lát thái còn bị vụn do củ quả bị xoay khi thái, độ tự ép củalớp củ quả chưa đủ giữ chặt cho củ quả không bị xoay trượt đi Trường hợplưỡi dao răng lược thì nhiều mảnh vụn gây tăng chi phí năng lượng, giảmnăng suất so với thái bằng lưỡi dao thẳng liền

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo bộ phận thái củ quả

a) Bộ phận thái kiểu đĩa; b) Bộ phận thái kiểu trống

1 – Dao thái; 2 – Đĩa lắp dao; 3 – Thùng đựng củ; 4 – Trống lắp dao

Ngoài ta còn có máy thái củ quả theo kiểu ly tâm Củ quả xoay theo mâm 1, do lực ly tâm văng ra tựa sát vào thành thùng chứa củ quả 3 gặp lưỡidao 2 lắp ở khe thủng của thành thùng sẽ được nạo thành lát lọt ra ngoài thànhthùng Kiểu này có nhược điểm là lát thái kém đều, mức tiêu thụ năng lượngriêng cao

Hình 1.5 Sơ đồ bộ phận thái củ quả kiểu ly tâm

1 – Mâm xoay; 2 – Dao thái; 3 – Thùng đựng củ

1.3.2 Máy cắt thái hiện nay

Hiện nay, máy cắt thái đang được sử dụng trong nhiều dây chuyền sảnxuất như: máy thái khoai tây, bí đỏ trong dây chuyền sản xuất bim bim; máythái gia vị trong dây chuyền sản xuất mì tôm; máy cắt lát bánh mì, máy tháilát thịt,….Đó có thể là máy làm việc thủ công hoặc tự động tùy theo chế tạo

và yêu cầu của người sử dụng Nó đã giúp chúng ta giảm được rất nhiều chiphí công lao động, tăng năng suất

Từ nguyên lý cắt thái chung, nhiều cơ sở trong nước cũng đã chế tạo

ra một số máy cắt thái phục vụ sản xuất Tuy khả năng làm việc còn hạn chế

so với máy nhập từ nước ngoài nhưng góp phần làm giảm chi phí nhập khẩu

Mặt khác, chúng ta chế tạo ra máy móc dựa trên tính chất của nguyên liệutrong nước nên rất phù hợp và dễ sử dụng Nhưng do yêu cầu của sản xuất,một số nhà máy cũng đã nhập khẩu máy của nước ngoài Sau đây là một sốmáy đang được sử dụng hiện nay.

1.3.2.1 Máy cắt sắn quay tay

Hình 1.5 Máy cắt sắn quay tay

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, giá thành rẻ

Nhược điểm: năng suất thấp, mức độ ứng dụng chưa cao, chất lượnglát cắt còn kém

1.3.2.2 Máy thái củ quả PKP – 2.0

Đây là loại máy thái kiểu đĩa, đặt thẳng đứng có thể quay tay hoặcdùng động cơ (hình 1.6) Máy gồm có thùng đựng củ quả 1 dạng nón cụt,phần dưới lắp về một bên trục máy, cửa cấp liệu kề sát với vùng quay củadao Củ quả chất vào thùng, do trọng lượng của bản thân sẽ áp sát vào mặt đĩalắp dao Đĩa dao 2 bằng gang, đường kính 600mm, trên đó có lắp 4 dao lưỡithẳng ở 4 khe thoát lát thái Dao thái có 2 lưỡi, lưỡi thẳng liền dùng để thái látrộng, lưỡi răng lược dùng để thái thành lát hẹp (bề rộng lát thái

15 – 20mm) Các dao thái lắp nghiêng 300 so với mặt đĩa Máng thoát sảnphẩm thái 4 đặt phía dưới đĩa dao gắn liền với vỏ bao đĩa Trục quay 5 có 2gối đỡ bi Tay quay 6 lắp với bánh đai 7

Để điều chỉnh chiều dày lát thái, trên dao có các lỗ dài vặn bu lông để

có thể dịch vị trí dao so với mặt đĩa Khi sử dụng có thể cho máy chạy bằngđộng cơ hoặc quay tay

Hình 1.6 Máy thái củ quả PKP - 2,0

1 – Thùng đựng củ quả; 2 – Đĩa lắp dao; 3 – Dao thái;

4 – Máng thoát sản phẩm; 5 – Trục quay; 6 – Tay quay; 7 – Bánh đai

Đổ đầy củ quả vào thùng chứa Củ quả sẽ dồn về cửa cấp liệu, ép vàomặt đĩa, được các dao nạo thành lát Các lát thái chui qua khe hở, thoát ra ngoàiqua máng thoát 4 Khi cần thái lát hẹp thì tháo lắp dao cho các dao răng lược làmviệc Chú ý trong trường hợp này, cứ 2 dao răng lược mới cắt hết một lớp vậtthái, nghĩa là phải lắp số dao chẵn Máy thái PKP – 2.0 có khả năng thái tốt đốivới nhiều loại củ quả Tuy nhiên khi thái lát hẹp thì bị gãy vụn

1.3.2.3 Máy thái lát Mirra 300

Hình 1.7 Máy thái lát thịt Mirra 300

Mô tả sản phẩm:

Model: MIRRA 300

Nhãn hiệu: Sirman

Xuất sứ: Italy

Đường kính lưỡi dao: 300mm

 Có cả chế độ tay và chế độ tự động rất tiện lợi

 Hoạt động cực êm (do các chi tiết được lắp rất khít), rất bền bỉ (chấtliệu inox không rỉ cực dày giúp máy càng dùng càng bóng đẹp và rất dễ lauchùi)

 Không cần phụ thuộc vào kích thước miếng thịt và không cần épkhuôn

 Lưỡi dao tròn, làm bằng thép đặc biệt không rỉ Lưỡi dao cực sắc vàrất dễ mài (có gắn sẵn hệ thống đá mài trên máy rất tiện lợi) và thay thế lưỡidao rất đơn giản

 Tốc độ cắt lên tới 4560 – 5880 miếng/giờ, đồng thời cắt gọn và đẹpđến miếng cuối cùng

 Thích hợp với rất nhiều loại thực phẩm như giăm bông, xúc xích vàcác loại thịt miếng Rất tiện lợi khi cắt thịt siêu mỏng tại các nhà hàng sửdụng thịt cuốn Cắt tốt và rất ngọt ngay cả với những tấm thịt đông lạnh rấtcứng

 Các linh kiện rất dễ thay thế và có sẵn, thuận tiện cho người sửdụng

 Giá bán: 55.000.000 VNĐ

1.3.2.4 Máy cắt thái củ quả

Hình 1.8 Máy cắt thái củ quả

Khái quát:

Máy thái lát là một trong những thiết bị chủ yếu ,quan trọng trongngành chế biến thực phẩm… Máy là sản phẩm mới được nghiên cứu chế tạotrên cơ sở của việc thái lát kiểu cắt thủ công, Dao cắt của máy theo chiều ngangdạng dao quay vô lăng ,dao cắt có hệ thống chuyển động quay quanh trục mộtcách liên tục, sản phẩm được cắt bỡi dao quay một cách nhẹ nhàng giống nhưthái bằng tay vậy, có thể chế biến các loại lát đông dược hoặc trong nghànhthực phẩm như khoai tây, mứt bí… và các loại củ khác cho ra những sản phẩmdạng thanh dài, là thiết bị chuyên dụng đầu tiên trong nước dùng để thái látnguyên liệu, bổ xung vào chỗ khuyết của việc chế biến cắt lát

Máy cắt lát này chỉ dùng để cắt lát dạng thanh khoai tây, khoai langchiên hoặc dùng làm mức bí

Mặt cắt phẳng phiu, trơn bóng;

Đặc tính duy tu vệ sinh máy dễ dàng

Thông số kỹ thuật chính:

 Loại năng lực sản suất : 300-500 kg/h

 Kích thướt tối đa của nguyên liệu : 60 mm

 Tốc độ vòng xoay vô lăng : khoảng 900 vòng/phút

 Độ dày cắt : 10 mm

 Trọng lượng máy: khoảng 85 kg

 Kích thước máy: 1100 x 705 x 905 mm

 Công suất động cơ : 380V 50HZ 1 HP hoặc 220V

Kết luận: Chúng ta nhận thấy các máy được sản xuất ở nước ngoài có khả

năng làm việc tốt, tạo ra sản phẩm chất lượng cao Tuy nhiên, nếu nước ta chỉnhập khẩu máy móc ở nước ngoài về thì không hẳn phù hợp với nguyên liệutrong nước Mặt khác, giá thành lại rất cao Vì thế, việc nghiên cứu thiết kếmáy móc để phục vụ sản xuất là việc làm rất cần thiết

1.4.3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.4.3.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Thiết kế máy thái lát khoai tây phục vụ dây chuyền sản xuất snack khoaitây, phù hợp với nguyên liệu trong nước, giảm chi phí nhập máy móc ở nướcngoài Đồng thời đáp ứng được năng suất đề ra, nâng cao chất lượng sản phẩm

1.4.3.2 Nhiệm vụ của đề tài

- Lựa chọn sơ đồ nguyên lý thiết kế máy cắt thái khoai tây

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái

- Tính toán thiết kế một số bộ phận của máy

PHẦN II: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

MÁY CẮT THÁI KHOAI TÂY

2.1 Cấu tạo chung của máy

Qua tham khảo một số mẫu máy trên thực tế, phân tích ưu nhược điểmcủa nó, và tìm hiểu tính chất vật liệu em đưa ra mô hình mẫu máy thái látkhoai tây phục vụ dây chuyền sản xuất snack tây

Trong ngành thực phẩm, yêu cầu vệ sinh là rất quan trọng Vì vậy, cácchi tiết của máy phải làm bằng inox hoặc thép không gỉ để đảm bảo chấtlượng của sản phẩm

Cấu tạo của máy như hình vẽ

70 120

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy thái lát khoai tây

1 – Khung máy; 2 – Đai; 3 – Trục; 4 – Khoang thoát sản phẩm; 5 – Đĩa dao;

6, 7 – Cửa cấp liệu; 8 – Cửa thoát sản phẩm; 9 – Chân đỡ; 10 – Động cơ

2.1.1 Khung máy

Toàn bộ máy và bộ phận động lực được đỡ trên giá, nhằm mục đíchgiảm diện tích chiếm chỗ của máy Giá đỡ được thiết kế gồm 4 chân , cácchân nối với nhau bằng thanh chằng để tăng độ vững chắc cho máy khi làmviệc

Vỏ máy có tác dụng bảo vệ các chi tiết bên trong của máy Đối vớimáy thái lát này, vỏ làm bằng inox là hợp lý nhât Vừa không bị gỉ lại nhẹ,giảm bớt lực tác dụng vào khung đỡ

2.1.2 Dao thái

Đây là bộ phận quan trọng của máy Độ dày của lát thái là từ 0,5 ÷1mm Do đó ta thiết kế máy gồm có 4 dao lắp trên đĩa ở những khe thủng.Trong một vòng quay của đĩa sẽ thái được 4 lát khoai Như vậy làm cho látthái mỏng, tăng khả năng thái của máy, đồng thời giảm thời gian thái Điềuchỉnh độ nhô của dao để có độ dày lát thái như yêu cầu Sản phẩm là lát khoaitây rộng bản nên dao thái có dạng lưỡi thẳng liền Biên dạng của lưỡi dao làhình sin đều để khi thái lát khoai tây có dạng lượn song, làm tăng tính hấp dẫncủa sản phẩm Kích thước của dao và đĩa sẽ được tính toán ở phần sau

Dao được lắp trên trục để truyền chuyển động từ động cơ qua bộtruyền đai Hai trục có gối đỡ Ở đây ta dùng gối đỡ chặn Loại ổ này có thểchịu đồng thời lực hướng tâm và lực dọc trục tác động về 1 phía Có khả nănglàm việc với số vòng quay khá lớn Ta dùng loại ổ đỡ chặn tháo được để đơngiản cho việc tháo lắp khi cần Mặt khác nó có khả năng hạn chế sự dịchchuyển chiều trục về một phía

2

Hình 2.2 Dao thái

1 – Dao; 2 – Đĩa lắp dao

2.1.3 Bộ phận cấp liệu và tháo liệu

Bộ phận cấp liệu là một thùng đựng quả có độ nghiêng nhất định để

củ quả tự cung cấp vào bộ phận thái nhờ trọng lượng bản thân Nguyên liệuđược cấp từ từ trong quá trình thái nên thể tích của thùng không nên làm lớn

để tránh cồng kềnh Chỗ tiếp giáp với đĩa có khoảng diện tích hở để củ tiếpxúc với mặt đĩa và được lưỡi dao nạo thành lát

Để máy có thể cắt thái được các loại củ quả khác ta thêm vào một bộphận cấp liệu riêng cho các loại củ dài Do nguyên liệu có nhiều loại với hìnhdạng khác nhau (tròn, ngắn: khoai tây; dài: củ sắn, cà rốt…) nên cấu tạo nhưvậy sẽ làm cho máy có tính đa năng khi sử dụng Bộ phận cấp liệu này códạng ống dài Khi muốn thái các củ như cà rốt, sắn thì ta cho vào theo cửa cấpliệu này sẽ dễ dàng, thuận tiện hơn Bộ phận cấp liệu được gắn liền với nắpmáy Nắp làm bằng gang, cùng với thân máy che kín dao khi làm việc Nắpđược lắp với thân bằng bu long dài Khi cần thay dao hoặc vệ sinh máy saukhi làm việc thì có thể tháo nắp ra dễ dàng

Cửa tháo liệu nằm ở phía dưới của máy Các lát khoai sau khi được

thái lọt qua khe hở của dao và đĩa rơi xuống cửa tháo liệu và thoát ra ngoài.

1 – Vị trí lắp chốt với thân máy; 2 – Nguyên liệu;

3 – Cửa nạp liệu dạng củ ngắn; 4 – Cửa nạp liệu dạng củ dài

2.1.4 Động cơ và bộ phận truyền động

Động cơ được lắp ngay trên giá đỡ của máy để làm giảm diện tíchchiếm chỗ của máy Trục nhận chuyển động từ động cơ thông qua bộ truyềnđai Bộ truyền đai có ưu điểm là nhẹ, làm việc êm dịu, tránh được hiện tượngquá tải cho máy

2.2 Nguyên lý làm việc

Khi máy làm việc, đĩa dao quay nhờ nhận chuyển động từ động cơthông qua bộ truyền đai Khi ta cho nguyên liệu vào, do khối lượng bản thân

và độ nghiêng của bộ phận cấp liệu mà củ sẽ rơi xuống, tiếp xúc với mặt đĩa

và được dao thái thành lát mỏng Sau đó sản phẩm sẽ lọt qua khe hở và rơi rangoài qua cửa tháo liệu ở phía dưới

Đối với củ tròn thì ta có thể cho cùng một lúc nhiều củ vào Nhưng với

loại củ dài thì chỉ được cho từng củ một do kích thước của miệng cấp liệu nhỏ.

Kết luận:

Máy cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo;

Vận hành dễ dàng;

Có thể thái được các loại củ với kích thước khác nhau;

Tạo ra lát thái mỏng, có hình dạng hấp dẫn, thu hút thị hiếu ngườitiêu dùng;

Giá thành thấp so với máy nhập ở nước ngoài

PHẦN III: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI

3.1 Cơ sở vật lý của quá tình cắt thái

Các bộ phận làm việc của máy cắt thái rau cỏ thường dựa theo nguyên

lý cắt thái bằng cạnh sắc của lưỡi dao Quá trình cắt thái thường được thựchiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặtphẳng của lưỡi dao theo hướng p pháp tuyến với cạnh đó hoặc theo hai hướngvuông góc với cạnh đó: vừa theo hướng p (hướng cắt pháp tuyến), vừa theohướng q vuông góc với hướng p (hướng cắt tiếp tuyến), nghĩa là theo hướngchéo tổng hợp

Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao

Những thí nghiệm của viện sĩ Gowrriatskin V.P đã chứng minh rằngnếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm được lực cắt thái và tăng chất lượngthái so với cắt thái theo hướng pháp tuyến

Dùng một cân Roobecval, trên đĩa A lần lượt đặt những quả cân N (g),cân nặng khác nhau, bên kia đĩa thay bằng lưỡi dao B, lắp lưỡi quay lên trên.Thí nghiêm cắt những cọng rơm C có bộ phận D giữ và đè cọng rơm vào lưỡidao đồng thời di chuyển được cùng với cọng rơm theo tay kéo E dọc theo

cạnh sắc lưỡi dao với những độ dịch chuyển S mm Kết quả thí nghiệm đượcghi trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Mối quan hệ giữa lực cắt và độ dịch chuyển của dao

Từ số liệu thí nghiệm trong bảng 3.1, có thể xây dựng được mối quan

hệ giữa lực cắt N và độ dịch chuyển S theo phương trình:

Hình 3.2 Thí nghiệm cắt thái của Gơriatskin V.P.

Gơriatskin V.P gọi trường hợp cắt pháp tuyến (theo thí nghiệm

S = 0) là quá trình thái không trượt (hay chặt bổ); trường hợp cắt nghiêng(theo thí nghiệm S > 0) là quá trình cắt thái có trượt Rõ ràng là khi cắt thái cótrượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt thái không trượt Ta cũng cóthể giải thích điều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằnglưỡi dao như sau:

- Quá trình cắt thái có trượt là quá trình lưỡi dao cưađứt vật thái vì lưỡi dao dù mài sắc đến đâu nhưng khi soi qua kính hiển vi vẫn

có độ nhấp nhô như những răng cưa.

Nếu lưỡi dao chỉ căt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), đó là quá trìnhcắt thái bằng nêm, lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục được ứng suất kéo,

mà các vật liệu, nhất là các loại có sợi, đàn hồi như rau củ thì ứng suất kéoluôn nhỏ hơn ứng suất nén, nhờ đó tổng hợp lực cắt thái sẽ nhỏ Ví dụ đối với

 = b n cos

Hình 3.3 Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái

- Do tính chất đàn hồi của vật thái cũng làm giảm lực cắt thái Các vậtthái trong nông nghiêp thường có tính đàn hồi và nhiều thớ, tạo điều kiệnthuận lợi cho quá trình lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương đối với chỗ tiếp xúcvới vật thái Nếu vật cứng rắn không đàn hồi, ít thớ thì cắt trượt bằng lưỡi daokhông có tác dụng

3.2 Áp suất cắt thái riêng

Áp suất cắt thái riêng q là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trìnhcắt đứt vật liệu và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vậtliệu thái Nếu gọi lực cắt thái cần thiết là Q(N) và độ dài đoạn lưỡi dao là S

(cm) thì:

Q q S



 N/cmNếu thái chặt bổ (không trượt):

- Đối với rơm: q = 50 ÷120 N/cm

- Đối với rau cỏ: q = 40 ÷80 N/cm

- Đối với củ quả: q = 20 ÷40 N/cmKhi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng gây ra hai giai đoạn: đầutiên là lưỡi dao nén ép vào vật thái một đoạn, rồi cắt đứt vật thái (hình 2.13).Trong quá trình thái lưỡi dao đi vào vật thái còn phải khắc phục lực ma sát T1

do áp lực cản của vật thái tác dụng vào mặt bên của dao và T2 do vật thái dịchchuyển bị nén ép tác động vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao

Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì:

Q = P t + T 1 + T 2 cos 

 - góc mài dao của lưỡi dao

Hình 3.4 Sơ đồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao

a) Lưỡi dao nén ép và cắt đứt; b) Lưỡi dao có góc mài  (ở 1 phía)