Bảng 3.2: Kết quả khảo sát đo kích thước bề dày vỏ chuối
Thông số khảo sát Kết quả
Chiều dày lớn nhất của vỏ chuối, bmax (mm) 2,0
Chiều dày nhỏ nhất của vỏ chuối, bmin (mm) 1,3
Chiều dày trung bình của vỏ chuối, btb (mm) 1,7
Trên cơ sở bảng khảo sát kích thước bề dày vỏ quả chuối và kích thước trung bình bề dày vỏ quả chuối ta chọn bề dày b = 2 mm để thiết kế, tính tốn chiều sâu khía vỏ.
3.1.2.3 Xác định lực ép lớn nhất lên quả chuối
- Mục đích thí nghiệm:
+ Xác định lực ép lớn nhất lên quả chuối mà quả chuối không bị dập, nát. - Chuẩn bị thí nghiệm:
+ Nguyên liệu: 45 quả chuối sứ chín thành phẩm (9 thí nghiệm, lặp lại 5) - Dụng cụ thí nghiệm:
+ Xilanh khí nén cùng bộ cung cấp khí (bộ lọc, điều chỉnh áp suất); + Lực kế.
- Địa điểm thí nghiệm: tại phịng thí nghiệm REMELab (trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).
Hình 3.7: Mẫu chuối thí nghiệm
- Mơ tả thí nghiệm: sơ đồ xác định lực ép được trình bày ở hình 3.8. Mỗi lần đặt một quả chuối lên bàn máy, tiến hành cấp khí cho xilanh hoạt động, theo dõi và ghi lại chỉ số của lực kế. Mỗi giá trị áp suất được thực hiện cho 5 quả chuối (lặp lại 5 lần) và kết quả tổng hợp của thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.3.
Bảng 3.3: Kết quả tổng hợp thí nghiệm lực ép lên quả chuối STT Lực ép (N) Đánh giá Kết luận STT Lực ép (N) Đánh giá Kết luận 1 5 Không dập Đạt 2 8 Không dập Đạt 3 11 Không dập Đạt 4 16 Không dập Đạt 5 17 Không dập Đạt 6 18 Không dập Đạt 7 20 Bị dập Không đạt 8 22 Bị dập Không đạt 9 24 Bị dập Không đạt
Dựa vào bảng kết quả thí nghiệm trên ta xác định được lực ép tối đa để quả chuối không bị dập (bục vỏ) là 18 N. Đây là cơ sở để tính tốn lực ép của các bánh bóc vỏ lên bề mặt quả chuối.
Hình 3.8: Mơ hình xác định lực ép 3.1.2.4 Xác định khối lượng quả chuối 3.1.2.4 Xác định khối lượng quả chuối
- Mục đích thí nghiệm:
+ Xác định khối lượng của quả chuối để từ đó dựa vào thời gian bóc vỏ một quả chuối ta có thể đánh giá được năng suất của thiết bị.
- Chuẩn bị thí nghiệm:
+ Nguyên liệu: 100 quả chuối sứ chín thành phẩm. - Dụng cụ thí nghiệm:
+ Cân điện tử CAS SC-05P.
- Địa điểm thí nghiệm: tại phịng thí nghiệm REME Lab (trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).
- Mơ tả thí nghiệm: mỗi lần đặt một quả chuối lên bàn cân, quan sát và ghi lại giá trị hiển thị của cân. Kết quả tổng hợp được trình bày ở bảng 3.4 (kết quả chi tiết được trình bày trong phụ lục 5).
Bảng 3.4: Tổng hợp khối lượng quả chuối
Thông số khảo sát Kết quả
Khối lượng lớn nhất của quả chuối, Qmax (g) 138
Khối lượng nhỏ nhất của quả chuối, Qmin (g) 74
Khối lượng trung bình của quả chuối, Qtb (g) 100,9
(Các giá trị được tính theo cơng thức trung bình mẫu với các số liệu ở Phụ lục 5)
3.1.2.5 Khảo sát độ chín của quả chuối sứ
- Mục đích thí nghiệm:
+ Khảo sát nhằm phân loại nhóm chuối theo độ chín để từ đó đánh giá khả năng bóc vỏ (dễ, khó) trong mối quan hệ với độ chín của quả chuối. - Vật liệu khảo sát: phiếu khảo sát, chuối sứ thành phẩm.
- Địa điểm khảo sát: chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức.
- Đối tượng khảo sát: tiểu thương buôn bán chuối sứ tại chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức.
- Mô tả khảo sát: phỏng vấn ghi phiếu khảo sát độ chín của chuối sứ cho 07 tiểu thương buôn bán chuối sứ tại chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức để lấy ý kiến đánh giá.
- Kết quả khảo sát: hầu hết các tiểu thương đều cho đánh giá tương đồng nhau là độ chín của chuối được chia làm 5 mức như hình 3.10 (mẫu phiếu khảo sát và kết
quả tổng hợp được trình bày tại phụ lục 6 và 7).
1. Xanh 2. Chớm chín 3. Chín tới 4. Chín vừa 5. Chín q
Hình 3.10: Độ chín của quả chuối 3.1.2.6 Khảo sát khả năng bóc vỏ 3.1.2.6 Khảo sát khả năng bóc vỏ
- Mục đích thí nghiệm:
+ Khảo sát khả năng bóc vỏ (dễ, khó) trong mối quan hệ với độ chín của quả chuối.
- Địa điểm khảo sát: tại phịng thí nghiệm REME Lab (trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).
- Đối tượng khảo sát: học viên đang nghiên cứu, học tập tại phịng thí nghiệm REME Lab (trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).
- Mô tả khảo sát: phát vật liệu thực nghiệm cho 07 học viên (mỗi người 15 quả chuối, mỗi độ chín 3 quả và phiếu khảo sát). Sau đó hướng dẫn họ thực hiện thực nghiệm và điền kết quả vào phiếu khảo sát để lấy ý kiến đánh giá.
+ Cách thức thực nghiệm: dùng tay bóc vỏ từng quả chuối một (mỗi mức độ chín 3 quả) cảm nhận độ khó/dễ của từng loại và ghi kết quả vào phiếu đánh giá.
- Kết quả khảo sát:
Bảng 3.5: Khả năng bóc vỏ khó/dễ trong mối quan hệ với độ chín quả chuối.
TT Mức độ chín Hình ảnh Khả năng bóc 1 Xanh 5 2 Chớm chín 3 3 Chín tới 1 4 Chín vừa 2 5 Chín quá 4
Ghi chú: Số lớn (5, 4, …) chỉ báo khả năng bóc vỏ khó khăn
khác nhau và được trình bày ở bảng 3.5 (mẫu phiếu khảo sát và kết quả tổng hợp được trình bày tại phụ lục 8 và 9).
+ Vỏ chuối sẽ khó bóc nhất khi chuối cịn xanh do vỏ chuối giịn, cứng và lớp vỏ dễ bị gãy, vỡ khi bóc. Ngược lại khi chuối ở độ chín tới thì bóc vỏ sẽ dễ dàng nhất do vỏ chuối lúc này mềm, dẻo và thịt chuối vẫn còn tương đối cứng, độ bám dính giữa vỏ và thịt chuối khơng cao.
3.1.3 Xác định các thơng số của dao khía vỏ
Dao khía vỏ chuối đóng vai trị quan trọng trong việc bóc vỏ chuối, nó chia nhỏ bề mặt tiếp xúc của vỏ chuối trên bề mặt thịt chuối ra nhiều phần bằng nhau giúp việc bóc vỏ chuối dễ dàng hơn.
Vỏ chuối chín thường rất mềm, để cắt xẻ ta có thể sử dụng các loại dao có góc độ như các loại dao chế biến thực phẩm trong nhà bếp.
Lưỡi dao trong nhà bếp có hình dáng hình học (mặt cắt) như hình 3.11:
- V-Edge (cạnh V): đây là loại hình dạng được dùng phổ biến trên các dao chế biến thực phẩm.
- Bevel (cạnh xiên): hình dạng cạnh xiên hầu như đều được sử dụng để thể hiện hình dạng của dao, các cạnh chính là lớn nhất (và dễ thấy nhất) và có thể thay đổi rất nhiều theo chiều sâu. Phần gần rìa của lưỡi dao có phần xiên xuống đó chính là cạnh xiên chính của dao.
Hình 3.11: Mặt cắt hình dáng hình học của dao chế biến thực phẩm [3]
vòng cung dài đường cong hướng về nhau và cắt nhau tại cạnh. Độ sắc bén tốt hơn Belve V truyền thống.
- Hollow (lõm): hình dạng cạnh lưỡi dao này được sử dụng phổ biến trong việc săn bắn, không phù hợp để làm bếp.
- Chisel (đục): hình dạng này chủ yếu được thấy trên dao truyền thống Nhật Bản, có độ sắc bén cao, góc cạnh nhỏ.
Các nước phương tây và Mỹ thường thì góc độ dao truyền thống của họ là 200
(tổng hai góc 400), với góc độ này dao sẽ lý tưởng hơn,bền hơn, cắt được vật dày hơn và cứng hơnphù hợp với dao cắt công nghiệp [4]. Các nước châu Á, đặc biệt là Nhật Bản lại chú trọng nhiều về độ sắc bén và cần dao nhẹ hơn, chủ yếu là để cắt hải sản và rau củ quả nên góc độ dao chọn là 150 (tổng hai góc 300) [4].
a) Theo phương Tây và Mỹ b) Theo châu Á và Nhật
Hình 3.12: Các góc độ dao [4]
Với các cơ sở trên, ta có thể chọn hình dáng hình học của dao là dạng V-Edge và góc một bên là 15 độ (hình 3.13), vật liệu chế tạo dao bằng thép gió.
Hình 3.13: Dao khía vỏ chuối 3.2 Cơng nghệ bóc vỏ chuối sứ 3.2 Cơng nghệ bóc vỏ chuối sứ
3.2.1 Các công việc thực hiện
- Đề xuất cơng nghệ tách bóc vỏ chuối sứ.
3.2.2 Đề xuất nguyên lý bóc vỏ chuối khả thi
Từ các ngun lý bóc vỏ chuối đã được cơng bố, chúng ta có nhận xét:
- Phương pháp tách bóc vỏ chuối thủ cơng bằng tay hoặc kết hợp sử dụng các dụng cụ đơn giản có năng suất thấp, an toàn vệ sinh thực phẩm kém.
- Nguyên lý máy bóc vỏ chuối được Leslie Black cơng bố tại Mỹ [8] sử dụng 3 bánh gai (đặt lệch nhau 120o) kết hợp lưỡi bóc có ưu điểm là quả chuối được cuốn đều vào trong và các bánh di chuyển được theo biên dạng của quả chuối. Tuy nhiên nhược điểm là vỏ chuối dễ bị kẹt giữa các bánh và lưỡi bóc, khó bóc được hồn tồn vỏ. Kết cấu máy phức tạp, cồng kềnh.
- Nguyên lý bóc vỏ chuối do Rafael Agel Lopez Alvarez và cộng sự cơng bố [9] có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Nhược điểm là dễ làm dập hoặc lẹm vào thịt chuối do đường kính quả chuối thay đổi, ngồi ra ngun lý này cũng chỉ áp
dụng cho bóc vỏ chuối tiêu (vỏ chuối sứ bám chắc lên thịt chuối hơn rất nhiều so với
chuối tiêu).
Từ các ưu, nhược điểm của các nguyên lý trên, một nguyên lý khía vỏ và nguyên lý bóc vỏ chuối sứ đã được đề xuất.
3.2.2.1 Nguyên lý khía vỏ
Nguyên lý khía vỏ chuối sứ được trình bày ở hình 3.14.
1 2
3
1. Quả chuối; 2. Dao khía vỏ; 3. Tấm chặn
2 1
3
a) Đường khía b) Vị trí khía
Hình 3.14: Vị trí và đường khía vỏ chuối
Quả chuối đã cắt bỏ cuống và đầu (núm) được khía dọc theo thân 3 - 4 đường với chiều sâu khía đến thịt chuối để chia vỏ chuối thành 3 - 4 phần. Các đường khía
chia vỏ quả chuối thành 4 phần dọc theo thân quả chuối. Chiều sâu khía khơng đổi và bằng chiều dày vỏ quả chuối (chiều sâu này có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh tấm chặn).
3.2.2.2 Nguyên lý bóc vỏ
a) Phương án 1 - Kẹp bóc
Ở đây vỏ chuối ở phần đầu quả được kẹp/giữ và kéo tách ra khỏi quả chuối để bóc vỏ.
Hình 3.15 trình bày cách bóc vỏ chuối ra khỏi thịt chuối bằng cách sử dụng 4 cơ cấu kẹp/giữ 4 phần vỏ chuối ở phần đầu quả chuối, sau đó quả chuối sẽ được đẩy di chuyển đến trước giúp bóc vỏ chuối ra khỏi thịt đến hết chiều dài quả chuối.
1
2
1. Vỏ chuối; 2. Thịt chuối
Hình 3.15: Ngun lý bóc vỏ chuối bằng kẹp bóc
b) Phương án 2 – Bánh gai
Sử dụng các gai để móc vào vỏ chuối để bóc vỏ chuối ra khỏi thịt.
1 2 3 1 2 3
1. Bánh gai; 2. Vỏ chuối; 3. Thịt chuối
Hình 3.16 trình bày cách bóc vỏ chuối ra khỏi thịt chuối bằng cách sử dụng 4 bánh gai, khi hoạt động 4 bánh gai này quay cuốn quả chuối vào đồng thời các gai trên bánh này sẽ móc vào vỏ chuối để bóc vỏ chuối ra khỏi thịt.
3.2.3 Đề xuất cơng nghệ bóc vỏ chuối sứ
Qua khảo sát ta thấy quả chuối có kích thước dài, đường kính, độ cong khơng đều nhau nên việc cấp liệu tự động khá khó khăn. Hơn nữa, đường kính giữa của quả chuối biến thiên khá lớn (34 - 48 mm) nên địi hỏi phân loại sơ bộ để nhóm thành các khoảng kích thước phục vụ cho cơng việc khía và bóc vỏ chuối. Do vậy, để thực hiện tách bóc vỏ chuối sứ, có thể tiến hành theo các bước sau (hình 3.17):
- Chuối sứ nguyên liệu
Chuối sứ chín được tách khỏi buồng, nải, rửa sạch.
- Phân loại chuối
Chọn chuối chín tới, chín vừa (khả năng bóc vỏ dễ), loại bỏ những quả chín quá, quả xanh, quá cong, quá nhỏ hoặc quá to (chuyển sang nhóm khác).
- Cắt bỏ phần cuống và phần đầu quả chuối
Có thể thực hiện thủ công bằng tay hoặc máy để cắt bỏ;
- Đưa chuối vào vùng cấp liệu
Đưa từng quả chuối vào vùng cấp liệu bằng tay;
- Khía vỏ
Khía vỏ quả chuối ra làm 4 phần dọc theo quả chuối từ đầu đến cuống. Công việc này sẽ tạo thuận lợi cho việc bóc vỏ ở cơng đoạn sau;
- Bóc vỏ
Bóc vỏ chuối ra khỏi thịt chuối;
- Thành phẩm
Phân loại Cắt cuống & phần đầu Cấp liệu Quả chuối Khía vỏ Thành phẩm
Loại sọ quá lớn, quá nhỏ, quá cong
- Cắt bỏ cuống
- Cắt bỏ phần đầu (núm)
Đưa chuối vào máng cấp liệu bằng tay Nguyên liệu đầu vào
Khía vỏ quả chuối thành 4 phần (theo chu vi) dọc theo quả chuối
- Thu thịt chuối - Dọn dẹp vỏ chuối
Bóc vỏ Bóc vỏ ra khỏi thịt chuối
Hình 3.17: Các bước tiến hành bóc vỏ chuối sứ 3.3 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình thiết bị bóc vỏ chuối sứ 3.3 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình thiết bị bóc vỏ chuối sứ
3.3.1 Yêu cầu thiết kế
Với định hướng máy bóc vỏ chuối sứ phục vụ cho các cơ sở sản xuất, hợp tác xã (quy mô nhỏ), qua khảo sát thực tế các thông số thiết kế được xác định như sau:
- Năng suất 600 kg/ca (8 giờ);
- Máy được cấp liệu bằng tay, vận hành bán tự động; - Thịt chuối sau bóc vỏ sạch, khơng dập nát;
- Tỷ lệ phế phẩm thấp;
- Đảm bảo an toàn người sử dụng, an toàn vệ sinh thực phẩm; - Giá thành máy hợp lý.
3.3.2 Thiết kế, chế tạo mơ hình máy bóc vỏ chuối sứ 3.3.2.1 Đề xuất nguyên lý máy bóc vỏ chuối 3.3.2.1 Đề xuất nguyên lý máy bóc vỏ chuối
Một phương án nguyên lý máy bóc vỏ chuối được đề xuất như ở hình 3.18 với 3 cụm thiết bị chính: cụm cấp liệu, cụm khía và cụm bóc vỏ..
- Do quả chuối cong khơng thẳng nên để thuận lợi quả chuối được đưa vào bộ phận cấp liệu (1) bằng tay, bộ phận cấp liệu này có tác dụng đưa quả chuối vào trong khu vực bộ phận khía và bóc vỏ.
- Quả chuối sau khi đi vào vùng khía nhờ cơ cấu cấp liệu. Cơ cấu khía vỏ (2) sẽ ăn sâu vào phần thịt chối và khía dọc theo biên dạng quả chuối với chiều sâu không đổi, chia vỏ quả chuối theo chu vi thành nhiều phần. Sau đó quả chuối tiếp tục đi vào vùng bóc vỏ.
- Khi quả chuối đến khu vực bóc vỏ, cơ cấu bóc vỏ (3) sẽ kẹp/cuốn quả chuối di chuyển đến trước, đồng thời cơ cấu bóc vỏ sẽ thực hiện bóc vỏ chuối để thu được thịt chuối. 1 2 3 1.1 2.2 2.1 3.2 3.1 1.1 – Quả chuối 2.1 – Dao khía 2.2 – Tấm chặn 3.1 – Bánh ma sát 3.2 – Lưỡi bóc 1. Cụm cấp liệu; 2. Cụm khía vỏ; 3. Cụm bóc vỏ
Hình 3.18: Sơ đồ ngun lý máy bóc vỏ chuối 3.3.2.2 Đề xuất phương án kết cấu máy bóc vỏ chuối 3.3.2.2 Đề xuất phương án kết cấu máy bóc vỏ chuối a) Cụm cấp liệu
- Phương án 1 - Xilanh kết hợp máng dẫn
1
2 3
4
1. Cảm biến; 2. Quả chuối; 3. Máng dẫn; 4. Xilanh
Hình 3. 19: Sơ đồ nguyên lý cấp chuối bằng xilanh và máng dẫn
Ở chế độ vận hành, khi cảm biến (1) phát hiện thấy có chuối (2) trong máng dẫn (3) sẽ cấp tín hiệu để xilanh (4) đẩy quả chuối trượt theo máng dẫn (3) vào khu vực khía và bóc vỏ.
Ưu điểm:
+ Khả năng giữ vị trí ban đầu cao;
+ Có thể điều chỉnh được tốc độ và lực đẩy;
+ Kết cấu tương đối đơn giản, độ an toàn sử dụng cao.
Nhược điểm:
+ Khó điều chỉnh kích thước máng dẫn lớn/nhỏ khi thực hiện bóc vỏ chuối