nghiên cứu công nghệ và chế tạo máy tách cơm sầu riêng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG TRUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO MÁY TÁCH CƠM SẦU RIÊNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ─────────── LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG TRUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO MÁY TÁCH CƠM SẦU RIÊNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 i GIẤY QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ii BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Họ tên học viên: Lê Quang Trung MSHV: 11085204030 Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Khóa: 2011- 2013 Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy tách cơm sầu riêng Học viên hoàn thành LVTN theo yêu cầu nội dung hình thức (theo qui định) luận văn thạc sĩ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giảng viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ học tên) iii LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: LÊ QUANG TRUNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/10/1974 Nơi sinh: Thanh Hóa Quê quán: Sóc Trăng Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 22 Phó Đức, Chính Phường Nguyễn Thái Bình, Quận I Điện thoại quan: Điện thoại di động: 0909277944 Fax: E-mail: quangtrung@namsaigon.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : 1995 đến 1997 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo : 2002 đến 2006 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2006 đến Trường TCKTNV Nam Sài Gòn Giáo viên iv LỜI CAM KẾT Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013 Lê Quang Trung v LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực luận văn : ―Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy tách cơm sầu riêng ‖ hoàn thành Ngoài nổ lực cố gắng thân, gặp phải số khó khăn trình thực Nhờ có hướng dẫn giúp đỡ tận tình quý thầy cô, bạn bè, gia đình hoàn thành luận văn Để tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn: - Thầy hướng dẫn khoa học PGS TS Đặng Thiện Ngôn Thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý, động viên - - suốt trình thực luận văn Ban giám hiệu, phòng sau đại học quý thầy cô Khoa Cơ khí trường ĐHSPKT TPHCM , Ban giám hiệu quý thầy cô Khoa Cơ khí xây dựng trường TCKTNV Nam Sài Gòn tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn Các anh, chị, bạn bè, lớp động viên, giúp đỡ tận tình suốt thời gian thực luận văn Gia đình, người thân ủng hộ tinh thần, vật chất, tạo điều kiện cho suốt năm học vừa qua Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Lê Quang Trung vi TÓM TẮT Sầu riêng số 12 loại trái Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn xác định trái chủ lực Việt Nam [7] có vai trò quan trọng ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Công nghiệp chế biến thực phẩm có nhu cầu lớn cơm sầu riêng để sản xuất loại bánh hương liệu phục vụ tiêu dùng nước xuất Để có cơm sầu riêng, công đoạn tách vỏ, tách cơm hoàn toàn thực tay với thiết bị thủ công cho suất thấp, không đảm bảo an toàn sản xuất an toàn vệ sinh thực phẩm Đề tài triển khai khảo sát loại sầu riêng sử dụng cho công nghiệp chế biến thực phẩm, đề xuất qui trình công nghệ tách cơm sầu riêng Với công nghệ đề xuất, máy tách cơm sầu riêng thử nghiệm chế tạo đưa vào hoạt động thử nghiệm Máy tách cơm sầu riêng có chế tách vỏ tự động tách cơm phương pháp ly tâm Máy hoạt động ổn định, tách vỏ cơm đạt yêu cầu thiết kế, chi tiết chế tạo đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm SUMMARY Durian is one of 12 major fruits of The Ministry of Agriculture and Rural Development, Vietnam The food processing industry has a large demand of flesh durian for domestic consumption and export Tranditionally, durian shell peeling and seperating flesh is done manually with low productivity and unsafe conditions This subject is to develop a automated equipment for durian shell peeling and seperating flesh and propose the processing technology using centrifugal seperator The machine has satisfactory design, ensure food safety The test run of shell peeling and separates flesh showed that the machine operated with high stability vii MỤC LỤC CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu 4 2.1.1 Nguồn gốc – phân bố 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Tình hình trồng sầu riêng giới 2.1.4 Tình hình trồng sầu riêng Việt Nam 2.2 Tình hình nghiên cứu 2.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 2.2.1.1 Thiết bị tách vỏ sầu riêng 2.2.1.2 Thiết bị tách cơm sầu riêng 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 2.2.2.1 Thiết bị tách vỏ sầu riêng 10 2.2.2.2 Thiết bị tách cơm sầu riêng 12 CHƢƠNG 3: Ý TƢỞNG THIẾT KẾ VÀ PHƢƠNG ÁN 14 3.1 Phân tích đối tượng thiết kế 14 3.2 Sử dụng sầu riêng thực phẩm 15 3.3 Quy trình tách cơm sầu riêng thủ công 17 3.4 Phân tích chọn phương án khả thi 18 3.4.1 Phân tích 18 3.4.2 Đề xuất quy trình công nghệ tách cơm sầu riêng máy 18 3.4.3 Các yêu cầu máy bóc vỏ 19 viii 3.4.4 Phương án thiết kế máy bóc vỏ 19 3.4.4.1 Phương án thiết kế phận định vị kẹp chặt 20 3.4.4.3 Phương án thiết kế phận tách cơm sầu riêng 24 3.4.5 Lựa chọn phương án thiết kế máy bóc vỏ CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 26 27 4.1 Nguyên lý hoạt động 27 4.2 Các công việc tính toán thiết kế 27 4.2.1 Tính toán thiết kế phận định vị kẹp 28 4.2.2 Thiết kế mũi tách vỏ 32 4.2.3 Tính toán thiết kê phận tách cơm 32 4.2.3.2 Tính công suất động 33 4.2.3.2 Tính trục 35 4.3 Thiết kế mạch điện 39 4.3.1 Yêu cầu thiết kế 39 4.3.2 Thiết kế mạch 39 4.3.2.1 Mạch điều khiển phận kẹp tách cơm sầu riêng 39 4.3.2.2 Mạch điện điều khiển phận tách cơm 42 CHƢƠNG : CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM 44 5.1 Chế tạo phận 44 5.1.1 Chế tạo cụm phận định vị kẹp 44 5.1.2 Chế tạo cụm phận tách vỏ 45 5.1.3 Chế tạo cụm phận tách cơm 46 5.1.4 Chế tạo khung hệ thống máng phễu khung 47 5.1.5 Tủ điện điều khiển 49 Thực nghiệm 50 5.2 5.2.1 Thử nghiệm khả tách vỏ tách múi sầu riêng 50 5.2.2 Thực nghiệm xác định tốc độ vòng quay ảnh hưởng đến độ tách cơm 52 5.2.3 Xử lý kết thực nghiệm trình bóc cơm sầu riêng 56 5.2 Hoàn chỉnh thiết kế CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 63 ix Hình 5.13: Máy đo tốc độ vòng quay, biến tần động pha - Nguyên liệu : Múi sầu riêng sau tách vỏ c) Phương pháp tổ chức thí nghiệm Múi sầu riêng sau phận tách phía tách khỏi vỏ đến phận tách cơm gồm lồng ly tâm động (hình 5.11) Tốc độ quay lồng ly tâm điều chỉnh theo mong muốn Hình 5.14: Sơ đồ bố trí thực nghiệm d) Phương pháp đánh giá cảm quan Hiện việc đánh giá độ của hạt sầu riêng dựa vào phương pháp cảm quang e) Phương pháp tiến hành thu thập số liệu Tiến hành một, đợt thí nghiệm sầu riêng Tốc độ vòng quay điều chỉnh từ V= (100- 500)vòng/phút f) Kết thử nghiệm Thử nghiệm 53 Hình 5.15:Kết thử nghiệm Thử nghiệm Hình 16: Kết thử nghiệm Thử nghiệm Hình 5.17: Kết thử nghiệm 54 Thử nghiệm Hình 5.18: Kết thử nghiệm Thử nghiệm Hình 5.19: Kết thử nghiệm Bảng 5.7: Kết thực nghiệm mối liên quan tốc độ vòng quay ảnh hưởng đến độ cơm hạt Thời gian t STT Số vòng quay n (vòng/phút) 100 30 35 200 30 50 300 30 65 400 30 80 500 30 95 (giây) Kết % 55 100 80 60 KẾT QUẢ 40 20 100 300 500 VÒNG/PHÚT Hình 5.20: Biểu đồ ảnh hưởng tốc độ quay đến độ cơm hạt Như vậy: qua đồ thị cho ta thấy yếu tố số vòng quay có ảnh hưởng đến trình bóc cơm hạt sầu riêng 5.2.3 Xử lý kết thực nghiệm trình bóc cơm sầu riêng Để chọn số vòng quay hợp lý ta chọn phương án thực nghiệm yếu tố toàn phần Yếu tố ảnh hưởng đến trình thời gian (Z1 ) số vòng quay (Z2 ).Hàm mục tiêu cần đạt tỷ lệ tách cơm từ hạt lớn hay nói cách khác hiệu tách cao Để quy hoạch thực nghiệm toàn phần, ta tiến hành bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời yếu tố, yếu tố tiến hành mức: mức trên, mức mức sở để thí nghiệm tâm phương án Mức trên, mức dưới, khoảng biến thiên trình bày bảng 5.8, ma trận quy hoạch thực nghiệm trình bày bảng 5.9 Bảng 5.8: Các mức thực nghiệm Các yếu tố đầu vào Số vòng quay (vòng/phút) Thời gian(giây) Các mức Khoảng Mức Mức sở Mức biến thiên 300 400 500 100 30 45 60 15 a) Lập ma trận quy hoạch 56 Với yếu tố thời gian số vòng quay (k = 2), yếu tố có hai mức mức mức thí nghiệm trung tâm Vậy số thí nghiệm tiến hành là: N = 22+3 = thí nghiệm Để tiện cho việc tính toán, ta chuyển từ hệ trục tự nhiên Z1 , Z2 có thứ nguyên sang hệ trục không thứ nguyên mã hoá Việc mã hoá thực dễ dàng nhờ chọn tâm miền nghiên cứu làm gốc toạ độ Trong hệ mã hoá không thứ nguyên ta có được: Mức Z max : j kí hiệu (+) Mức sở Z 0j : kí hiệu (0) Mức Z : kí hiệu (–) j Ta có: Công thức chuyển từ hệ đơn vị thực qua đơn vị mã hoá không thứ nguyên [3] Z  j Z max  Z j j Z j  Xj  , ( j  1 k) Z max  Z j j Z j  Z 0j Z j (3.68) , ( j  1 k) (3.69) , ( j  1 k) (3.70) Bảng 5.9 : Ma trận quy hoạch thực nghiệm TT Thí nghiệm Mã hóa Kết Z1 Z2 X0 X1 X2 Y 30 300 + - - 50 30 500 + - + 76 60 300 + + - 81 60 500 + + + 97 45 400 + 0 74 45 300 + 0 78 + 0 76 57 b) Thiết lập phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng yếu tố đến trình nghiên cứu Tính hệ số hồi quy: Các hệ số hồi quy tính theo công thức toán học sau [3]: n b0  Y i 1 i (3.93a) N n bi  X Y ij i i 1 (3.93b) N Từ số liệu thực nghiệm trên, áp dụng công thức (3.75a) (3.75b) xác định giá trị b0, b1, b2 sau: b0 = 76; b1 = 13; b2 = 10,5 Với kết ta có phương trình hồi quy theo toán học: Y = b0 + b1X1 + b2X2 = 76 + 13X1 + 10,5X2 Nhận xét: Sự có mặt giá trị b1,b2 phương trình hồi quy cho thấy yếu tố thời gian số vòng quay ảnh hưởng đến trình tách cơm sầu riêng c) Kiểm định ý nghĩa hệ số hồi quy tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm Tìm phương sai lặp lại  L2 Do vậy, phải làm thêm thí nghiệm tâm phương án thu ba giá trị Yu0 giá trị Yu0 Bảng 5.10 : Kết thí nghiệm làm thêm TT Yu0 74 78 76 Yu0 76 Yu0  Yu0 (Yu0  Yu0 )2 -2 4 0  (Y u 1 u  Yu0 ) Ta tính phương sai lặp theo công thức (3.8) [3]: 58  L2   (Y u u 1  Yu0 )2 n0   4 1 (n0 số thí nghiệm tâm phương án) Hệ số hồi quy kiểm định theo tiêu chuẩn Student [3]: tj  bj (3.86)  bj  bj   L2 N  1 Tính được: t0 = 76, t1 = 13, t2 = 10,5 Tra bảng [3] với p = 0,05, f = n0 – =2 Suy ra: tp(2) = 4,30 Như tj > tp(f) hệ số hồi quy điều có nghĩa d) Kiểm định tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher Bảng 11: Các số liệu dùng để tính phương sai tương thích yi yi* yi  yi* y  y  50 52.5 -2.5 6.25 76 73.5 2.5 6.25 81 78.5 2.5 6.25 97 99.5 -2.5 6.25 TT i * i  y  y  N i 1 i * i 25 yi: giá trị thực nghiệm yi* : giá trị từ phương trình hồi qui Theo công thức (3.58) [3] ta tính được: N  tt2  (y i 1 i  yi* ) N E  25  25 43 59 Trong đó: N: số thí nghiệm, E hệ số hồi quy (b0, b1, b2) Theo công thức (3.57) [3] ta tính được: F  tt2 25   6.25  L2 Tra bảng 4[3] ta F1-p(f1,f2) Với p = 0.05 f1 =N – E = – = 1, f2 = E = Thì: F1-p(f1,f2) = 10.1 Do F < F1-p(f1,f2) nên phương trình tương thích với thực nghiệm e) Tính hệ sô xác định R2 để đánh giá xác phương trình hồi quy Bảng 5.12: Các số liệu để tính hệ số xác định  yi  yi*   yi  yi  yi yi* 50 52.5 6.25 76 73.5 6.25 81 78.5 6.25 25 97 99.5 6.25 441 TT  y i 1 i  yi*   y i i 1  yi  676 25 1142 Tính được: R2  1 ( y i  yi* ) ( y  yi ) i 1 i 1 i  1 25  0.978 1142 Ta thấy R2 tiến gần tới Do đó, phương trình hồi quy có độ xác cao Nhận xét: Với kết kiểm định trên, ta thấy hai yếu tố tốc độ vòng quay thời gian điều ảnh hưởng trình tách cơm Vậy, dựa vào kết thử nghiệm kết xử lý số liệu thực nghiệm, để tiến hành thiết kế chế tạo phận tách cơm sầu riêng 60 5.2 Hoàn chỉnh thiết kế Sau chế tạo lắp ráp thử nghiệm xác định thông số ta tiến hành hoàn chỉnh máy Hình 5.21:Sơ đồ máy hoàn chỉnh Hình 5.22: Máy hoàn chỉnh 61 Bảng 5.13: Bảng thông số máy Stt Tên thông số máy Thông số Kích thước LxWxH 850x680x1850(mm) Công suất 300-350 kg/8 Động 0.025kw Động 0.37kw 62 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, tham khảo tài liệu, tính toán, thiết kế, chế tạo kiểm nghiệm đến luận văn hoàn thành Kết đề tài là: - Khảo sát đặc tính sầu riêng (vùng phân bố, phân loại, đặc tính hóa học…) - Xác định quy trình tách cơm sầu riêng tay, đề xuất quy trình tách cơm máy - Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với nhu cầu thực tế - Tính toán thiết kế cụm chi tiết máy - Thiết kế mạch điện điều khiển - Chế tạo thử nghiệm máy tách cơm sầu riêng - Kiểm nghiệm khả hoạt động máy - Hoàn thành kết cấu máy từ hoàn chỉnh thiết kế máy tách cơm sầu riêng 6.2 Kiến nghị Do thời gian điều kiện nghiên cứu, chế tạo có hạn nên luận văn hoàn thành chưa thật đáp ứng kỳ vọng tác giả, kiến nghị sau đề xuất nghiên cứu sau hoàn chỉnh máy tốt hơn: - Thử nghiệm khả tách cơm cho loại sầu riêng khác - Phát triển cấu hãm để dừng lồng ly tâm có vị trí cửa mở đáy phễu - Thiết kế phận cấp lấy liệu tự động - Thiết kế tinh gọn kết cấu để máy nhỏ gọn 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lâm, Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục Việt Nam PGS.TS Phùng Hân, Quy hoạch thực nghiệm ứng dụng, NXB Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM PGS.TS Nguyễn Đắc Lộc chủ biên, Sổ tay cộng nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật Tìm hiểu loại ăn trái có triển vọng xuất khẩu, NXB Nông nghiệp, 1995 Nguyễn Bin – Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Bin – Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào, công nghệ chế tạo máy, NXB Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM Quyết định số 1648/QĐ-BNN-TT; Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn Cây sầu riêng - Hội nông dân tỉnh Cần Thơ NƯỚC NGOÀI 10 Berry, S K Fatty acid composition and organoleptic quality of four clones of durian Durio — A Bibliographic Review 134 (Durio zibethinus Murr.) JAOCS Journal of the American Oil Chemists’ Society 58(6) 1981 11 Booncherm P and Siriphanich Postharvest physiology of durian pulp and husk Kasetsan Journal (Natural Sciences).25(5) 1/1991 12 Michael J Brown Durio - A Bibliographic Review (R.K Arora, V Ramanatha Rao and A.N Rao, Editors) IPGRI office for South Asia, New Delhi.1997 13 Design and development of a durian peeler: an ergonomics approach 14 Kompeten – Malaixia for durian 2007 WEBSITE 15.http://www.lose-weight-with-us.com/durian-nutrition.html 16.http://tai-lieu.com/tai-lieu/ky-thuat-canh-tac-cay-sau-rieng-tai-huyencho-lach-tinh-ben-tre 64 17 http://vi.wikipedia.org/wiki/ Sầu riêng 18 http://www.youtube.com/watch?v=fOixnRBa6bg 19 http://www.netlife.vn/suc-khoe/2013/08/sau-rieng-bo-tu-trong-ra-ngoai/ 65 PHỤ LỤC 66