Q trình bóc vỏ chuối sử dụng hai dụng cụ nói trên được thực hiện bằng tay nên năng suất thấp, khơng đảm bảo an tồn vệ sinh thực phẩm.
3.4.2.1 Bóc vỏ chuối bằng máy
Các máy bóc vỏ chuối hiện nay đều được sử dụng để bóc vỏ cho loại chuối già (chuối tiêu). Trên thị trường có một số máy bóc vỏ chuối xuất xứ từ Trung Quốc, điển hình là máy bóc vỏ chuối già Rui Jin Yuan RJY-XB-1 của Trung Quốc, có khả năng bóc vỏ chuối đạt năng suất 1,5 - 2 tấn/h. Tuy nhiên, khơng tìm thấy được các thơng tin liên quan đến nguyên lý bóc vỏ chuối của máy này.
Hình 1.12: Máy bóc vỏ chuối Rui Jin Yuan RJY-XB-1 (Trung Quốc) 1.3 Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước
1.3.1 Nghiên cứu ngoài nước
Thơng tin về các loại máy/thiết bị bóc vỏ chuối hiện nay trên thế giới khá ít ỏi, chủ yếu một số thiết bị bóc vỏ chuối được sản xuất tại Mỹ, Trung Quốc hoặc mới chỉ dừng lại ở quá trình nghiên cứu mà chưa đưa vào chế tạo. Tuy nhiên hầu hết các máy bóc vỏ này giá thành rất cao, áp dụng cho các quy mô sản xuất chế biến lớn và chỉ
- Sáng chế máy bóc vỏ chuối được Leslie Black cơng bố và đăng ký tại Mỹ vào năm 1984 [8]. Đây là máy bóc vỏ chuối bán tự động, cấp liệu được thực hiện bằng tay. Khi vận hành, quả chuối được đưa vào khu vực bóc vỏ, nhờ các bánh xe gai (15) bố trí lệch nhau 120o móc vào vỏ và đưa đẩy vào trong, khi đến vị trí lưỡi tách (16) vỏ chuối sẽ được tách ra cho đến hết quả chuối. Phần vỏ chuối dính trên bánh có gai sẽ được gạt ra khỏi bánh xe gai (15) khi nó đi đến vị trí lược gạt (17).
Hình 1.13: Nguyên lý máy bóc vỏ chuối của Leslie Black [8]
Máy này có kết cấu khá phức tạp, chưa có thơng tin về các máy thương mại được chế tạo trên nền tảng sáng chế này. Thông tin từ bằng sáng chế cho biết, máy được sử dụng để bóc vỏ chuối già (chuối tiêu).
- Sáng chế máy bóc vỏ chuối do Rafael Agel Lopez Alvarez và cộng sự công bố và đăng ký tại Mỹ vào năm 2010 [9]. Quả chuối được đưa vào băng tải và q trình bóc vỏ diễn ra tự động. Ngun lý bóc vỏ chuối của máy được trình bày ở hình 1.14.
Chuối (8) được băng tải (1) đưa vào vùng bóc. Vùng bóc được hình thành nhờ hai băng tải (1) - (2), hai băng tải được lệch nhau một góc (phương ngang) và nghiêng một góc (phương đứng). Do vậy, khi đi vào vùng bóc hai trục tang (3) -
(4) sẽ ép lên quả chuối. Ở đây, nhờ lực ma sát của băng tải với quả chuối và chênh lệch vận tốc của hai băng tải (3) – (4) vỏ chuối được tách ra. Sau đó vỏ chuối (10) sẽ đi qua khoảng hở giữa hai băng tải ra ngồi, cịn thành phẩm là thịt chuối (9) nhờ có lực đẩy của băng tải (1) trượt ra bộ phận thu.
4 2 1 5 3 1 2 4 a
Hình 1.14: Nguyên lý máy bóc vỏ chuối của Alvarez và cộng sự [9]
Máy bóc vỏ chuối theo nguyên lý do Alvarez và cộng sự đề xuất được sử dụng để bóc vỏ chuối già (chuối tiêu).
- Sáng chế máy bóc vỏ chuối (Banana Peeler Patent RJY) do công ty Qingdao Rui Jin Yuan Automatic Technology Development Co., Ltd. (Trung Quốc) công bố và đưa ra thị trường mẫu máy Banana Cutting And Peeling (RJY-XB-1) có thể vừa
bóc vỏ chuối già xanh và thái mỏng. Tuy nhiên khơng tìm được các thơng tin chi tiết
có liên quan.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở trong nước, hiện nay cơng việc bóc vỏ chuối ở các cơng ty, cơ sở sản xuất được thực hiện hồn tồn bằng tay. Chưa tìm thấy cơng bố nào liên quan đến thiết bị, máy bóc vỏ chuối.
1.4 Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài
Qua nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế có thể đi đến một số kết luận về thực trạng cơng việc bóc vỏ chuối và thiết bị bóc vỏ chuối như sau:
cụ đơn giản có năng suất thấp, cơng việc mang tính chất nhàn chán, an tồn vệ sinh thực phẩm kém. Tuy nhiên các phương pháp này lại đạt tỉ lệ thịt chuối nguyên và vỏ sạch gần như tối đa.
- Một số máy, thiết bị bóc vỏ chuối được quảng cáo đạt năng suất cao tuy nhiên đều được sản xuất tại Trung Quốc, tại Việt Nam chưa tìm thấy các thơng tin hay sản phẩm máy này. Ngoài ra các máy này có giá thành cao, khơng phù hợp cho qui mô sản xuất nhỏ (cơ sở sản xuất, hợp tác xã) và đặc biệt chỉ bóc được vỏ già (chuối tiêu). - Tại Mỹ có một số sáng chế về thiết bị bóc vỏ chuối được cơng bố, tuy nhiên chưa tìm thấy thơng tin về các thiết bị được chế tạo theo các nguyên lý này. Mặt khác nguyên lý về các thiết bị này chỉ bóc được vỏ chuối già (chuối tiêu).
Xuất phát từ thực tế khảo sát, việc nghiên cứu một máy bóc vỏ chuối sứ khắc phục được những nhược điểm của các phương pháp bóc vỏ chuối đã nêu là nhu cầu cần thiết. Các định hướng sau được quan tâm nghiên cứu và thực hiện:
- Nghiên cứu, đề xuất nguyên lý và cơng nghệ bóc vỏ chuối sứ cơng nghiệp công suất nhỏ.
- Nghiên cứu đề xuất kết cấu mơ hình thiết bị tách bóc vỏ chuối sứ cơng nghiệp công suất nhỏ theo nguyên lý đã đề xuất.
- Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mơ hình thiết bị tách bóc vỏ chuối để đánh giá khả năng của thiết bị bóc vỏ chuối sứ.
Chương 2
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu
Các nội dung chính sau đây sẽ được tập trung nghiên cứu:
- Khảo sát đặc điểm cơ lý của quả chuối sứ: khảo sát các kích thước, xác định lực ép lên quả chuối để không bị dập. Trên cơ sở dữ liệu này xây dựng cơ sở để đề xuất nguyên lý và cơng nghệ bóc vỏ chuối.
- Nghiên cứu, đề xuất nguyên lý và cơng nghệ bóc vỏ chuối: đề xuất ngun lý khả thi và đề xuất cơng nghệ bóc vỏ chuối sứ cơng nghiệp cơng suất nhỏ.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình thiết bị tách bóc vỏ chuối sứ công nghiệp công suất nhỏ theo nguyên lý đã đề xuất.
- Khảo nghiệm sơ bộ đánh giá khả năng bóc vỏ của thiết bị bóc vỏ chuối sứ.
2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp kế thừa 2.2.1 Phương pháp kế thừa
Kế thừa các cơng trình, kết quả nghiên cứu đã công bố của các tác giả trong và ngồi nước về lĩnh vực nghiên cứu máy bóc vỏ chuối nhằm tiết kiệm thời gian và xây dựng được nguyên lý bóc vỏ chuối, cơng nghệ bóc vỏ chuối sứ.
2.2.2 Phương pháp thu thập thông tin
- Tiếp cận các tài liệu nghiên cứu, các thơng tin cần thiết có liên quan đến đề tài có trên các tạp trí khoa học, tài liệu chun ngành, qua các nguồn tin từ báo, đài, internet…
- Tiếp cận thực tiễn, tìm hiểu cách thức bóc vỏ chuối tại một số cơ sở sản xuất.
2.2.3 Phương pháp tính tốn thiết kế
Phương pháp tính tốn thiết kế được thực hiện qua các bước sau: - Bước 1: Xác định dữ liệu thiết kế;
- Bước 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý;
- Bước 3: Tính tốn động lực học cho mơ hình thiết bị bóc vỏ chuối sứ; - Bước 4: Tính tốn thiết kế các chi tiết, cụm chi tiết;
- Bước 5: Xây dựng các bản vẽ chi tiết và các bản vẽ lắp, cụm chi tiết của mơ hình thiết bị.
2.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Thực hiện tiến hành thực nghiệm một cách chủ động, để có thể đánh giá khả năng bóc vỏ của thiết bị bóc vỏ chuối sứ đã chế tạo.
2.2.5 Vật liệu và thiết bị thực nghiệm 2.2.5.1 Vật liệu thực nghiệm 2.2.5.1 Vật liệu thực nghiệm
- Vật liệu thực nghiệm: chuối sứ thành phẩm có nguồn gốc tứ các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, các tỉnh miền đông Nam Bộ được thu mua tại chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức.
- Địa điểm thực hiện: phịng thí nghiệm REMELab, trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.
- Mơ hình thiết bị bóc vỏ chuối sứ với năng suất dự kiến khoảng 500 kg/ca.
2.2.5.2 Trang thiết bị phục vụ thực nghiệm
- Cân điện tử CAS SC-05P, phạm vi đo 1 g – 5 kg, phân độ nhỏ nhất 1 g.
Hình 2.1: Cân điện tử CAS SC-05P
- Thước đo kích thước quả chuối: thước cặp do công ty Helios Preisser sản xuất với chiều dài đo lớn nhất 200 mm, độ chính xác 0,05 mm.
- Lực kế đo lực cắt có thang đo từ 0 – 100 N, phân độ nhỏ nhất 2 N, độ chính xác đo 1 N.
Hình 2.3: Lực kế
- Thiết bị đo số vòng quay của động cơ: đồng hồ đo số vòng quay kiểu cảm biến do hãng EXTECH sản xuất với độ chính xác là 0,05%.
Hình 2.4: Thiết bị đo số vòng quay 2.2.6 Phương pháp đo đạc thực nghiệm
Các số liệu thí nghiệm cần xác định có hai loại: số liệu đo đạc trực tiếp và số liệu đo đạc gián tiếp. Các số liệu đo đạc trực tiếp gồm tốc độ động cơ, thời gian thí nghiệm, số lượng thí nghiệm,… Cịn lại, hầu hết các số liệu kỹ thuật đều xác định bằng các cơng thức tính tốn sau khi đã đo đạc trực tiếp các số liệu thành phần.
2.2.7 Phương pháp kiểm tra đánh giá thịt chuối sau bóc vỏ
Chuối sau khi được bóc vỏ sẽ thu được thịt chuối. Để đánh giá thịt chuối sau bóc vỏ ta đánh giá bằng phương pháp cảm quan với các tiêu chí như sau:
- Thịt chuối không bị dập, nát; - Khơng sót vỏ chuối trên thịt chuối; - Khơng bị sứt sẹo hoặc cắt lẹm nhiều.
Hình 2.5 trình bày các mẫu thịt chuối đã bóc vỏ để giúp đánh giá thịt chuối sau bóc vỏ bằng phương pháp cảm quan.
a. Thịt chuối bị dập b. Thịt chuối sót vỏ, sơ
c. Thịt chuối đạt yêu cầu d. Thịt chuối sứt, lẹm nhiều
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1 Khảo sát các đặc điểm cơ lý của quả chuối sứ 3.1.1 Các công việc thực hiện 3.1.1 Các công việc thực hiện
Các công việc cụ thể tiến hành của nội dung nghiên cứu này như sau: - Khảo sát các kích thước, trọng lượng quả chuối;
- Xác định lực ép lớn nhất để quả chuối không bị dập;
- Khảo sát khả năng bóc vỏ trong mối tương quan với độ chín của quả chuối; - Xác định các thơng số dao khía.
3.1.2 Khảo sát kích thước và trọng lượng quả chuối sứ
Loại chuối được chọn để bóc vỏ là giống chuối sứ trái to đều, chín vừa tới. Để có cơ sở tính tốn, thiết kế mơ hình thiết bị bóc vỏ chuối cần phải xác định được các thông số sau của quả chuối sứ: đường kính, chiều dài và trọng lượng quả chuối, chiều dày vỏ chuối, lực ép lớn nhất làm quả chuối khơng bị dập.
Hình 3.1: Chuối sứ khảo nghiệm 3.1.2.1 Đường kính và chiều dài quả chuối sứ 3.1.2.1 Đường kính và chiều dài quả chuối sứ
Do quả chuối sứ khơng đồng đều về đường kính theo chiều dài quả nên ta đo đường kính tại 3 vị trí (1, 2, 3) như hình 3.2.
Chiều dài quả chuối được đo sẽ khơng có phần đầu và phần cuống. Đo chiều dài dọc theo quả chuối như ở hình 3.3.
Hình 3.3: Đo chiều dài quả chuối
Các thông số này là cơ sở để xác định độ mở của các cơ cấu khía, cơ cấu bóc vỏ chuối và chiều dài hành trình của cơ cấu cấp chuối.
Tiến hành khảo sát kích thước của 100 quả chuối sứ thành phẩm (nguồn từ chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức), các kết quả tổng hợp được trình bày ở bảng 3.1 (kết quả chi tiết được trình bày trong phụ lục 1 và phụ lục 2).
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát đo các kích thước đường kính và chiều dài chuối Thông số khảo sát Kết quả Thông số khảo sát Kết quả
Kích thước đường kính lớn nhất, D1max (mm) 22 Kích thước đường kính nhỏ nhất, D1min (mm) 13 Kích thước đường kính trung bình, D1tb (mm) 17,9 Kích thước đường kính lớn nhất, D2max (mm) 48 Kích thước đường kính nhỏ nhất, D2min (mm) 34 Kích thước đường kính trung bình, D2tb (mm) 41,5 Kích thước đường kính lớn nhất, D3max (mm) 28 Kích thước đường kính nhỏ nhất, D3min (mm) 16 Kích thước đường kính trung bình, D3tb (mm) 22,2
Kích thước chiều dài lớn nhất Lmax(mm) 114
Kích thước chiều dài nhỏ nhất Lmin (mm) 87 Kích thước chiều dài trung bình Ltb (mm) 99,7
(Các kích thước được tính theo cơng thức trung bình mẫu với các số liệu ở phụ lục 1, 2)
là ở bụng chuối (vị trí giữa của quả chuối, D2), kích thước đường kính nhỏ nhất là ở phần đầu (núm quả chuối, D1). Biểu đồ phân bố kích thước đường kính D1 và D2 được trình bày ở hình 3.4 và 3.5.
Hình 3.4: Biểu đồ phân bố kích thước đường kính D1
Hình 3.5: Biểu đồ phân bố kích thước đường kính D2
Từ biểu đồ phân bố kích thước ta chọn các kích thước để thiết kế độ mở của cơ cấu khía, cơ cấu bóc vỏ cũng như quảng đường dịch chuyển của chúng như sau:
- Kích thước D2 lớn nhất: 48 mm - Kích thước D1 nhỏ nhất: 13 mm
3.1.2.2 Chiều dày vỏ chuối
Chiều dày vỏ chuối b (mm) phụ thuộc vào độ chín của quả chuối là thơng số để xác định chiều sâu khía vỏ. Kết quả tổng hợp dựa trên 100 mẫu vỏ chuối được trình bày ở bảng 3.2 (kết quả chi tiết được trình bày trong Phụ lục 3).
b
Hình 3.6: Đo bề dày vỏ chuối
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 khơng 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