Trong bài viết này đề cập đến việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử được một máy sản xuất chạo tôm tự động công suất 240 sản phẩm/ giờ bao gồm các quá trình cấp lõi mía, ép thịt và tôm xay vào thân cây mía và định hình.
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) 50 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÀM CHẠO TƠM LÕI MÍA DESIGN AND MANUFACTURING A MACHINE FOR SHRIMP PASTE ON SUGAR CANE Hà Châu Trinh, Lê Tiến, Hồ Tấn Việt, Nguyễn Trọng Tuấn, Nguyễn Trường Thịnh Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Ngày tòa soạn nhận 5/9/2016, ngày phản biện đánh giá 10/9/2016, ngày chấp nhận đăng 15/9/2016 TĨM TẮT Chạo tơm loại ăn có lớp thịt xay trộn với tơm xay quấn quanh thân mía Hiện hầu hết sản phẩm loại bán thị trường làm tay, việc nghiên cứu phát triển sản phẩm yêu cầu cấp thiết Trong báo đề cập đến việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử máy sản xuất chạo tôm tự động công suất 240 sản phẩm/ bao gồm trình cấp lõi mía, ép thịt tơm xay vào thân mía định hình Sản phẩm đáp ứng yêu cầu đặt doanh nghiệp sản xuất mặt hàng suất cao, chất lượng sản phẩm đồng đều, vệ sinh an toàn thực phẩm đảm bảo, chi phí đầu tư ban đầu bảo trình bảo dưỡng thấp Từ khóa: Chạo tơm; máy tự động; khí nén; thực phẩm ABSTRACT Shrimp paste on sugar cane (namely, Chao tom loi mia in Vietnamese) is a traditional food The food has core with sugar cane covered by a layer of paste of meat and shrimp Currently, most of the shrimp paste on sugar cane in the market are made by hand, so the research and development of an automatic machine for making shrimp paste on sugar cane is neccesary This paper describes the research, design and development the machine with capacity of 240 products/hour including delivery of sugar canes, paste of shrimp and meat, extrude and forming The products qualities meet the requirements of food-processing enterprises such as high productivity, uniform product quality, food safety assurance, low initial investment costs as well as low maintenance Keyworks: Shrimp paste on sugar cane; Automation Machine; Pneumatics; Foods TỔNG QUAN Ngày nay, khoa học công nghệ ngày phát triển, kéo theo đời robots, dây chuyền, máy móc tự động, đại xác,… Việc áp dụng khoa học kỹ thuật, khí đại vào sản xuất, vào đời sống ngày giúp người nâng cao suất sản xuất, tiếp kiệm thời gian chi phí Đồng thời, giúp chuyện trở nên đơn giản Trên sở áp dụng khí đại vào đời sống ngày, lĩnh vực thực phẩm, mà cụ thể “chạo tơm” – ăn cịn sản xuất thủ công nhà máy lớn Hiện nhà máy sản xuất sản phẩm làm thủ cơng Do đó, vấn đề nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo thử nghiệm loại máy sản xuất chạo tôm tự động nhu cầu cấp thiết Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh nhằm nâng cao suất cho nhà máy, đảm bảo an toàn thực phẩm,… xuất vừa nhỏ với mong muốn tự động hóa, cơng nghiệp hóa cơng việc sản xuất chạo tơm Hình Kích thước chạo tơm thương mại thường thấy Chạo tơm ăn có dạng hình cây, bao bọc lớp nguyên liệu bao gồm tôm thịt xay bọc quanh phần mía, xả đũa Nhưng phổ biến thương mại chạo tôm làm mía Chạo tơm thương mại làm thủ công nhà máy lớn với kích thước hình dạng khác Thường nhà sản xuất thường đưa thị trường nhiều loại chạo tôm khác Tuy nhiên, theo khảo sát loại chạo tôm thương mại kích thước đường kính ngồi khảng 3cm, đường kính mía khoảng 2cm, chiều dài chạo tơm khoảng 12-15cm, chiều dài phần mía bọc tơm khoảng 9cm hình Qua tìm hiểu thực tế cho thấy công ty sản xuất sản phẩm chạo tôm làm thủ công với suất không cao, khơng đảm bảo tốt vấn đề an tồn vệ sinh thực phẩm tạo chất lượng sản phẩm không đồng khối lượng, hình dáng Cơng việc người công nhân công việc sản xuất tay lặp lặp lại gây nhàm chán cho công nhân, dễ gây tập trung tai nạn lao động Hiện giới Việt Nam chưa nghiên cứu chế tạo máy làm chạo tôm tự động để đáp ứng nhu cầu cao doanh nghiệp, hộ gia đình sản 51 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH Q trình tạo chạo tơm q trình sử dụng tác động lý để tạo cho sản phẩm có hình dạng khối lượng định Trong trình tạo hình cho sản phẩm chạo tôm thực công đoạn sau trình chế biến chuẩn bị trình bao gói Đối với đa số sản phẩm dạng sệt, tạo hình cho sản phẩm trình xem khơng thể thiếu Trong quy trình sản xuất chạo tơm u cầu sản phẩm có hình dạng, kích thước khối lượng khác Tuy nhiên, kích thước, hình dạng khối lượng sản phẩm xác định nhiều yếu tố khác hình 161.jpg Ống dẫn mía Hình Ngun lý tạo hình chạo tơm Các u cầu việc tạo hình sản phẩm chạo tơm phải đáp ứng yêu cầu dinh dưỡng tính chất cảm quan màu sắc, mùi vị, trạng thái…, hình dạng kích thước sản phẩm phải đảm bảo cho việc thực trình sau tạo hình dễ dàng theo nguyên lý trình bày hình Nguyên lý hoạt động máy làm chạo tơm trình bày hình Hỗn hợp chạo tôm đưa vào bồn trộn sau cấp cho phễu Phễu phận dùng để chứa nguyên liệu, cần phải thiết kế cho chứa số Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) 52 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh lượng nguyên liệu định đáp ứng cho tồn q trình sản xuất diễn cách liên tục Phễu thiết kế chế tạo inox 304 để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm tích thực chứa khoảng 2600cm3 hỗn hợp tương đương với 75 chạo tôm Ngồi phần phễu nối với ống trục dài chứa trục vít tải để đùn nguyên liệu Bộ phận điều phối nhiên liệu cho chu kỳ hút/định lượng cấp/định hình van ngã Van ngã phận dùng để đóng – mở hai cửa hút nguyên liệu từ phễu đẩy nguyên liệu xuống cấu định hình trình Xylanh hút đẩy hỗn hợp có cấu tạo chức tương tự xylanh – piston Bộ phận dùng để tạo lực hút từ phễu xuống, đồng thời làm buồng chứa nguyên liệu cho trình đẩy nguyên liệu xuống cấu định hình Hai trình thực thông qua cửa van ngã Bộ phận quan hệ tống cấu định hình thơng qua van ép có độ Qua phận mía ngun liệu định hình thành chạo tơm Bộ phận gồm có chi tiết ghép lại với ren Bao gồm chi tiết van có độ chi tiết ống dẫn mía – gọi chung ống dẫn mía có độ Ngồi cịn có phận cấp mía tự động có chức cung cấp mía cho hệ thống (mía cắt thành đoạn xếp lên phễu mía) tự động cho q trình Vật liệu dùng inox 304 để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm theo quy định máy thực phẩm Mơ hình thiết kế khí máy tự động làm chạo tơm trình bày hình Phễu vít tải hỗn hợp chạo tơm Xylanh đóng mở van ngã Xylanh hút đẩy hỗn hợp chạo tôm Van ba ngã Lõi mía Ống đựng mía Hình Ngun lý máy làm chạo tơm tự động Hình Mơ hình máy thiết kế khí máy làm chạo tôm tự động THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Với yêu cầu định phần trên, sơ đồ hành trình bước xylanh khí nén để điều khiển thống làm chạo tôm hình Khi nhấn nút START Các xylanh đưa vị trí ban đầu Các vị trí nhận biết cảm biến vị trí tương ứng Khi hệ thống nhận tín hiệu ban đầu (tức s1, s3, s5), hệ thống điều khiển xylanh A để mở cửa A van ngã Đồng thời q trình kích động quay để quay vít tải, đùn nguyên liệu xuống Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 53 cửa A van ngã để chuẩn bị cho trình hút nguyên liệu Khi xylanh A chạm s2, hệ thống điều khiển xylanh B di chuyển từ s4 đến s3 để hút nguyên liệu vít tải đùn xuống cửa A van ngã Xylanh B hút nguyên liệu, hết hành trình cảm biến s3 kích hoạt, làm cho xylanh A trở vị trí đầu làm đóng cửa A lại, đồng thời mở cửa B van ngã Chuẩn bị cho trình đẩy nguyên liệu tới khu vực định hình Khi xylanh A hết hành trình, cửa B mở (s1 có tín hiệu) Hệ thống điều khiển xylanh C từ s5 đến s6 để đẩy mía tới khu vực định hình Trên đoạn đường di chuyển xylanh C có vị trí s7 (cây mía vào khu vực định hình) Khi hệ thống nhận tín hiệu s7 (cây mía vào khu vực định hình) S2 Xyalnh A S1 S4 Xyalnh B S3 S6 Xyalnh C S1 Y1 S3 S2 Y2 Y3 K4 N K4 S4 S5 Y4 1 1N Y6 S4 S6 10 S6 11 K1 12 13 K2 14 K1 15 K2 K2 16 K3 K1 K2 K3 RS S2 S7 S1 S5 K3 K1 K2 K4 K3 K1 11 13 K3 Bảng Thông số kỹ thuật máy làm chạo tôm tự động STT Đặc tính Thơng số Kích thước máy Khối lượng 78 kg Năng suất 240 sp/h Hiệu điện Năng lượng điện tiêu thụ 0.12KWh Thể tích chứa hỗn hợp 2600cm3 1000 x700mm K1 K2 Sau tiến hành phân tích đánh giá thiết kế, mơ hình máy làm chạo tơm tự động chế tạo hình Máy có thơng số trình bày Bảng K2 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 0V THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Y5 S7 S3 ST Hệ thống điều khiển xylanh B từ vị trí s3 đến s4 để đẩy nguyên liệu xuống khu vực định hình Quá trình đẩy nguyên liệu song song với q trình cấp mía Kết thúc q trình xylanh B tới vị trí s4, xy lanh C tới vị trí s6 Sau đó, xylanh C đưa vị trí ban đầu Các xylanh khác giữ nguyên vị trí – kết thúc chu trình, chuẩn bị cho chu trình Từ thiết kế lưu đồ thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống truyền động khí nén với xylanh A, B C hình S5 Hình Sơ đồ hành trình bước điều khiển xylanh khí nén máy làm chạo tơm tự động +24V Hình Máy làm chạo tơm tự động 12 14 15 16 Hình Sơ đồ mạch điện điều khiển xylanh khí nén máy làm chạo tơm tự động 220V Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) 54 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Số lượng lõi mía chứa hộp Chiều dài chạo tơm (có thể điều chỉnh chiều dài hành trình) 50 - 150 mm Đường kính chạo tơm (điều chỉnh ống định hình) 25 - 50 mm 30 lõi Sau chế tạo, nhóm tiến hành hàng loạt thử nghiệm đặc tính máy khả hút, đẩy nguyên liệu, khả định hình sản phẩm, khả cấp mía tự động phễu, khả đùn nguyên liệu trục vít tải khả điều khiển van ngã Tất đặc tính thử nghiệm đạt yêu cầu đề hình Bảng Mối quan hệ khối lượng, chiều dài, đường kính chạo tơm Vận tốc xylanh đẩy mía (V) Đường kính ngồi chạo tơm ( D ) Khối lượng chạo tôm 0.06 m/s 3.15 cm 200g 0.07 m/s 3.05 cm 170g 0.08 m/s 3.00 cm 160g 0.09 m/s 2.90 cm 150g 0.1m/s 2.75 cm 130g STT Để đáp ứng điều phải sử dụng thêm van điều áp nguồn khí cấp vào xylanh ln ổn định mức áp suất tính tốn Sau q trình thử nghiệm, điều chỉnh tiết lưu khí vào Sau thiết kế, tiến hành xylanh B C để thay đổi vận tốc nhóm chế tạo máy làm chạo tôm tự động sử dụng đưa kết luận với suất 15 giây/ van ép có độ côn để ép nguyên liệu bám vào sản phẩm chất lượng sản phẩm tốt mía định hình sản phẩm với thơng theo mối quan hệ thông số đạt số Bảng Trong trình thử nghiệm, chất lượng sản phẩm Bảng tiến hành sử dụng van ép có độ Một yêu cầu để đánh côn để ép nguyên liệu bám vào mía giá tính đáp ứng máy cần phải thực định hình sản phẩm với thông số đề nghiệm chất lượng sản phẩm Ngồi ra, máy cịn thử nghiệm để đánh suất máy Trong việc xác định yếu giá khả hút nguyên liệu, khả hoạt tố kỹ thuật ảnh hưởng đến chất lượng sản động cụm van ép, khả điều khiển phẩm bao gồm: Độ côn ống côn định van ngã xylanh,… Thơng qua q hình, tốc độ xylanh, phối hợp trình thực nghiệm, chúng tơi xác định xylanh B C, độ ổn định áp suất khí yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến chất lượng nén tốc độ quay trục vít tải đùn nguyên sản phẩm bao gồm: Độ ổn định áp liệu Như vậy, vận tốc xylanh đẩy mía suất khí nén, vận tốc xylanh, khả khoảng 0.08 m/s đường kính chạo phối hợp xylanh, độ côn van Áp tôm đạt yêu cầu đề Ngoài yếu tố suất khí nén yêu cầu phải ổn định kỹ thuật có tác động độ tồn q trình hoạt động kết dính, mềm dẻo nguyên liệu Tất qua trình thực nghiệm để điều chỉnh cách hợp lý Sau thử nghiệm nhiều lần, điều chỉnh vận tốc xylanh động hình Nhóm đưa kết luận suất máy đạt 240 sản phầm/giờ chất Hình Kết với nhiều kích thước lượng đảm bảo khác Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 55 KẾT LUẬN Bài báo trinh bày tóm tắt việc thiết kế chế tạo máy làm chạo tôm tự động Máy cắt giảm trình thao tác tay việc: Cấp mía tự động; Ép định hình chạo tơm Việc sử dụng máy hiệu máy làm việc 24/7 trừ thời gian bảo trì bảo dưỡng Hơn việc sử dụng máy giúp đảm bảo việc vệ sinh an toàn thực phẩm hơn, có tính cơng nghiệp hóa, tự động hóa so với làm tay Có thể kết hợp với hệ thống khác dây chuyền sản xuất LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM hỗ trợ tài cho dự án Hình Biểu đồ quan hệ vận tốc xylanh đẩy với đường kính khối lượng chạo tôm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Nguyễn Trường Thịnh Nguyễn Ngọc Phương, Sổ tay Cơ điện tử, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2016 Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2011 Trịnh Chất Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập một, NXB Giáo dục Việt Nam, 2006 Trần Văn Địch, Tự động hóa trình sản xuất, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 Nguyễn Ngọc Phương Nguyễn Trường Thịnh, Hệ thống điều khiển tự động khí nén, NXB Giáo dục, 2012 Nguyễn Doãn Ý, Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, 2009 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Nguyễn Trường Thịnh Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Email: thinhnt@hcmute.edu.vn ... trinh bày tóm tắt việc thiết kế chế tạo máy làm chạo tôm tự động Máy cắt giảm trình thao tác tay việc: Cấp mía tự động; Ép định hình chạo tơm Việc sử dụng máy hiệu máy làm việc 24/7 trừ thời gian... máy tự động làm chạo tơm trình bày hình Phễu vít tải hỗn hợp chạo tơm Xylanh đóng mở van ngã Xylanh hút đẩy hỗn hợp chạo tơm Van ba ngã Lõi mía Ống đựng mía Hình Ngun lý máy làm chạo tơm tự động... động Hình Mơ hình máy thiết kế khí máy làm chạo tơm tự động THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Với yêu cầu định phần trên, sơ đồ hành trình bước xylanh khí nén để điều khiển thống làm chạo tơm hình Khi