(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy cắt vỏ cứng trái ca cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐĂNG KHOA NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT VÕ CỨNG TRÁI CA CAO NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 60520103 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Đăng Khoa Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/10/1991 Nơi sinh: TP HCM Quê quán: Tân Phú, Quận 9, Tp HCM Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 41/9, Cầu Xây 2, tổ 2, kp 6, phường Tân Phú, Q 9, Tp HCM Điện thoại quan: Di động: 0913858239 E-mail: dangkhoackm09@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 08/2013 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đồ án: Nghiên cứu, thiết kế, tính tốn chế tạo máy đóng gói cà chua bán tự động túi lưới Ngày nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 07/2013 Khoa Cơ Khí Máy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Giáo viên hướng dẫn: ThS Đặng Minh Phụng III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2015 đến Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trợ giảng i LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Cắt Vỏ Cứng Trái Ca Cao GVHD: PGS TS TRƯƠNG NGUYỄN LUÂN VŨ ThS ĐẶNG MINH PHỤNG Tác giả: NGUYỄN ĐĂNG KHOA Tôi cam đoan luận văn tốt nghiệp công trình tơi nghiên cứu thực Tơi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Tác giả (Ký ghi rõ họ tên) NGUYỄN ĐĂNG KHOA ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực luận văn thạc sĩ, nhận hướng dẫn, giúp đỡ nhiều từ nhà trường, q thầy cơ, gia đình bạn bè Trước tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS TS TRƯƠNG NGUYỄN LUÂN VŨ ThS ĐẶNG MINH PHỤNG Thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý động viên suốt thời gian thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng chuyên môn cho thời gian qua Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình làm đến hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ khích lệ tinh thần tơi q trình học tập thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Tác giả (Ký ghi rõ họ tên) NGUYỄN ĐĂNG KHOA iii TÓM TẮT Ngày nay, sản phẩm từ hạt ca cao như: sô cô la, bột ca cao,… sử dụng phổ biến tồn giới Trong quy trình chế biến hạt ca cao, cắt vỏ cứng trái ca cao công đoạn chiếm nhiều thời gian sức lao động Tuy nhiên, việc cắt vỏ cứng trái ca cao Việt Nam thường thực tay Cho nên suất thấp xảy tai nạn lao động Bên cạnh đó, máy cắt vỏ cứng trái ca cao có thị trường cịn tồn nhiều hạn chế như: suất thấp, cắt chưa đạt yêu cầu, Trong nghiên cứu này, máy cắt vỏ cứng trái ca cao dựa nguyên lý cắt cặp dao đĩa ru lô dẫn hướng phát triển Mục đích để cắt đơi trái ca cao theo chiều dọc mà không làm vỡ vụn vỏ hay cắt phạm vào hạt Kết thử nghiệm cho thấy máy cắt vỏ cứng trái ca cao hoạt động tốt Trái ca cao cắt làm đôi theo yêu cầu, hạt không bị đứt không làm vỡ vụn vỏ, máy cho suất khoảng 3.500 quả/giờ Từ khóa: cắt vỏ cứng, ca cao, hạt, dao đĩa, ru lô ABSTRACT Nowadays, the products from the cocoa beans such as chocolate, cocoa powder,… are widely used all over the world In processing cocoa beans, cutting the cocoa pods is a time-consuming and labor-intensive step Meanwhile, in Vietnam, cutting the cocoa pods is mostly manual which leads to low productivity and work accidents Besides, the cocoa pods cutting machines on the market have many disadvantages such as low productivity, dissatisfactory cutting,… In this study, a cocoa pod cutting machine based on the cutting principle with two disc cutters and navigation rollers was developed The goal is to cut the cocoa pods in half lengthwise without breaking the beans or crumbing the pods Test results showed that the cocoa pods cutting machine worked well The cocoa pod was cut into two parts while neither the beans nor the pods were broken The machine yield is about 3.500 fruit/ hour Keywords: cutting the cocoa pod, cocoa, beans, disc cutter, roller iv MỤC LỤC Trang QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3.1 Mục tiêu tổng quát 1.3.2 Mục tiêu cụ thể 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.6 Giới hạn nghiên cứu 1.7 Phương pháp nghiên cứu 1.7.1 Cơ sở phương pháp luận 1.7.2 Các phương pháp nghiên cứu 1.8 Kết cấu đề tài Chương TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan ca cao v 2.1.1 Nguồn gốc ca cao 2.1.2 Đặc điểm ca cao 2.1.3 Vùng trồng ca cao 2.1.4 Phân loại giống ca cao 2.1.5 Công dụng ca cao 11 2.1.6 Tình hình sản xuất tiêu thụ ca cao giới 11 2.1.7 Tình hình sản xuất tiêu thụ ca cao Việt Nam 13 2.1.8 Quy trình sản xuất hạt ca cao thô 15 2.2 Các kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 21 2.2.1 Các kết nghiên cứu nước 22 2.2.2 Các kết nghiên cứu nước 29 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32 3.1 Ca cao nguyên liệu 32 3.2 Khảo sát đặc tính ca cao [13] 32 3.2.1 Mục đích 32 3.2.2 Loại ca cao khảo sát 33 3.2.3 Khảo sát kích thước ca cao 33 3.2.4 Xử lý số liệu khảo sát 34 3.3 Các phận máy tách hạt ca cao cần có 38 3.4 Các cơng thức tính tốn cho máy 40 3.4.1 Tính tốn cơng suất động 40 3.5 Phần mềm hổ trợ thiết kế, tính toán 41 3.5.1 Autodesk Inventor 2015 41 3.5.2 Ansys Workbench 15.0 42 Chương Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 43 4.1 Các yêu cầu thiết kế 43 4.2 Nguyên lý làm việc máy cắt vỏ cứng trái ca cao 43 4.3 Các phương án thiết kế máy cắt vỏ cứng trái ca cao 44 4.3.1 Phương án cắt trái ca cao 44 vi 4.3.2 Phương án dẫn sửa hướng trái 49 4.3.3 Lựa chọn phương án thiết kế 52 Chương THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN MÁY 54 5.1 Trình tự thực cơng việc 54 5.2 Nguyên lý hoạt động máy cắt vỏ cứng trái ca cao 55 5.3 Thiết kế cụm ru lô dẫn trái ca cao 55 5.3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống ru lô dẫn 55 5.3.2 Tính tốn hệ thống ru lô dẫn 60 5.4 Thiết kế cụm dao cắt trái ca cao 69 5.4.1 Nguyên lý hoạt động cụm dao cắt 69 5.5 Tính tốn suất cho máy 78 5.6 Mơ hình thiết kế máy cắt vỏ cứng trái ca cao 79 5.7 Kiểm nghiệm bền số chi tiết quan trọng 82 Chương CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 85 6.1 Mơ hình thực tế máy cắt vỏ cứng trái ca cao 85 6.1.1 Một số chi tiết máy cắt vỏ cứng trái ca cao 85 6.1.2 Máy cắt vỏ cứng trái ca cao hoàn chỉnh 87 6.1.3 Kết đạt 88 6.1.4 Thực nghiệm xác định suất máy 89 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 7.1 Kết luận 91 7.2 Kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC .94 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ khối máy cắt vỏ cứng trái ca cao Hình 2.1: Cây ca cao [12] Hình 2.2: Các nước trồng ca cao giới.[19] Hình 2.3: Các khu vực trồng ca cao Việt Nam [11] Hình 2.4: Các loại ca cao trồng phổ biến Việt Nam [4] 10 Hình 2.5: Biểu đồ diện tích trồng ca cao tỉnh tính đến 11/2013 [10] 14 Hình 2.6: Quy trình sản xuất hạt ca cao thơ [5] 15 Hình 2.7: Quá trình tách hạt ca cao tay 17 Hình 2.8: Quá trình tách hạt ca cao máy 18 Hình 2.9: Máy tách hạt Cacao hiệu Pinhalense [20] 22 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý máy tách hạt ca cao hiệu pinhalense 23 Hình 2.11: Máy tách hạt ca cao hiệu Cobre - PI20071690 [22] 24 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý máy tách hạt ca cao hiệu Cobre - PI20071690 25 Hình 2.13: Cấp phôi máy tách hạt ca cao Cobre - PI20071690 26 Hình 2.14: Máy tách vỏ trái ca cao Brazil 27 Hình 2.15: Máy tách vỏ trái ca cao NACDA 28 Hình 2.16: Máy tách hạt ca cao Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật 30 Hình 2.17: Máy tách hạt ca cao Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật 31 Hình 3.1: Kích thước trái ca cao nguyên liệu [4] 32 Hình 3.2: Mặt cắt dọc ca cao 33 Hình 3.3: Đo chiều dài L ca cao 34 Hình 3.4: Biểu đồ phân phối xác xuấc chiều dài L ca cao 35 Hình 3.5: Đo chiều rộng B ca cao 35 Hình 3.6: Biểu đồ phân phối xác xuấc chiều rộng B ca cao 36 Hình 3.7: Do chiều dày T ca cao 36 Hình 3.8: Biểu đồ phân phối xác xuấc chiều dày T ca cao 37 Hình 3.9: Các phận máy tách hạt ca cao 38 Hình 3.10: Các phận máy tách hạt ca cao dạng cắt 38 viii Hình 3.11: Sơ đồ khối máy tách hạt ca cao hoàn chỉnh 39 Hình 3.12: Sơ đồ khối máy cắt vỏ cứng trái ca cao 40 Hình 3.13: Phần mềm Autodesk Inventor Professional 2015 41 Hình 3.14: Phần mềm Ansys Workbench 15.0 42 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý máy cắt vỏ cứng trái ca cao 44 Hình 4.2: Phương án cắt cặp ru lơ có lắp lưỡi dao cắt 45 Hình 4.3: Phương án cắt ca cao dao đĩa cặp bánh xe dẫn hướng 46 Hình 4.4: a) Phương án cắt dao đĩa có lắp đĩa răng; b) Cấu tạo dao cắt 47 Hình 4.5: Kết hợp nhiều cụm dao cắt song song 48 Hình 4.6: Cơ cấu dẫn sửa hướng hai cặp bánh xe 49 Hình 4.7: Cơ cấu dẫn sửa hướng cặp ru lô 50 Hình 4.8: Kết hợp nhiều cặp ru lô với 51 Hình 4.9: Kết hợp cấu dẫn hướng cấu cắt 52 Hình 4.10: Kết hợp nhiều cụm cắt dẫn hướng 53 Hình 5.1: Trình tự cơng việc thực 54 Hình 5.2: Nguyên lý hoạt động máy cắt vỏ cứng trái ca cao 55 Hình 5.3: Mơ hình phân tích lực trái ca cao tác dụng lên cặp ru lơ dẫn 57 Hình 5.4: Phân tích thành phần lực tạo rung động ca cao ru lơ 59 Hình 5.5: Ngun lý di chuyển trái ca cao theo chiều trục ru lô 60 Hình 5.6: Vị trí trái ca cao cặp ru lơ có đường kính khác 61 Hình 5.7: Mơ hình rút gọn máy cắt vỏ cứng trái ca cao 65 Hình 5.8: Mơ hình xác định hệ số ma sát trượt 66 Hình 5.9: Nguyên lý truyền động xích cho cặp ru lơ đặt song song 69 Hình 5.10: Cấu tạo dao cắt vỏ cứng trái ca cao 70 Hình 5.11: Kết cấu dao cắt vỏ cứng trái ca cao 71 Hình 5.12: a) Đĩa có 15 răng; b) Đĩa có 20 răng; c) Đĩa có 25 72 Hình 5.13: Kích thước góc độ 72 Hình 5.14: Ảnh hưởng khoảng cách dao cắt đến vết cắt 73 ix ... án thiết kế cho máy cắt vỏ cứng trái ca cao - Tiến hành thiết kế, tính tốn máy cắt vỏ cứng trái ca cao  Thiết kế phần khí máy cắt vỏ cứng trái ca cao Dựa vào đặc điểm trái ca cao, phận máy thiết. .. Hình 6.5: Bộ phận cắt máy cắt vỏ cứng trái ca cao 87 Hình 6.6: Bộ phận dẫn sửa hướng máy cắt vỏ cứng trái ca cao 88 Hình 6.7: Trái ca cao sau cắt máy cắt vỏ cứng trái ca cao 88 x DANH... Chương CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 85 6.1 Mô hình thực tế máy cắt vỏ cứng trái ca cao 85 6.1.1 Một số chi tiết máy cắt vỏ cứng trái ca cao 85 6.1.2 Máy cắt vỏ cứng trái ca cao