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 q, 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 cơng 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 không 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 quả chuối có kích thước lớn hơn hoặc nhỏ hơn (nhóm kích thước khác).
+ Cần nguồn khí nén
+ Thời gian cấp chuối dài do chu kỳ xilanh đi ra và thu về chậm. - Phương án 2 – Bánh ma sát
Cụm cấp liệu gồm bốn bánh ma sát (2) được lắp trên hai phương vng góc với từng đôi đối xứng và được truyền chuyển động thông qua động cơ (4). Khi hoạt động quả chuối (1) được đặt bằng tay vào vị trí giữa bốn bánh ma sát (2). Động cơ (4) quay làm bánh ma sát (2) quay và cuốn quả chuối (1) đi vào khu vực khía và bóc vỏ, bánh ma sát (2) sẽ lăn và ôm sát theo biên dạng quả chuối (1) nhờ lò xo (3).
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo;
+ Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng; + Cấp chuối nhanh, liên tục;
Nhược điểm:
+ Bánh ma sát có thể khơng cuốn được quả chuối vào mà chỉ trượt trên bề mặt quả chuối do lực ma sát giữa bánh ma sát và quả chuối không đủ lớn.
2
1
2
3 4
1. Quả chuối; 2. Bánh ma sát; 3. Lị xo; 4. Động cơ
Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý cấp liệu bằng bánh ma sát
Kết quả so sánh, đánh giá 2 phương án thiết kế cụm cấp liệu được trình bày ở bảng 3.6.
Bảng 3.6: So sánh phương án thiết kế cụm cấp liệu
TT Tiêu chí so sánh Các phương án Phương án 1 (Xilanh) Phương án 2 (Bánh ma sát)
1 Kết cấu Đơn giản Đơn giản
2 Chu kỳ cấp chuối Chậm Nhanh, liên tục
3 Nguồn khí nén Cần Không cần
Từ kết quả so sánh được thể hiện trong bảng 3.6, ta chọn thiết kế cụm cấp liệu theo phương án 2 - cấp liệu bằng bánh ma sát với các ưu điểm và giải pháp khắc phục nhược điểm như sau:
- Thời gian cấp chuối nhanh, liên tục; - Có thể điều chỉnh được tốc độ;
- Quả chuối lần lượt đi vào khu vực khía, bóc vỏ dễ dàng;
chuối vào khu vực khía và bóc vỏ bằng cách tạo gai cho bánh ma sát này để tăng lực ma sát.
b) Cụm khía vỏ
‒ Phương án 1 - Dùng 4 dao
Cụm khía vỏ gồm 4 trụ trượt gá dao (3) đặt cách nhau 900 trên cùng mặt phẳng, đầu các trụ trượt gá dao được gắn dao khía (4) và tấm chặn (5). Dao khía (4) đảm nhận nhiệm vụ khía/cắt vỏ chuối và tấm chặn (5) giúp điều chỉnh độ cắt sâu của dao khía (4) vào vỏ và thịt chuối.
1. Bạc trượt; 2. Lò xo; 3. Trụ trượt gá dao; 4. Dao khía vỏ; 5. Tấm chặn
Hình 3.21: Sơ đồ ngun lý khía vỏ dùng 4 dao
Khi hoạt động, quả chuối được cụm cấp liệu đẩy đến vùng khía, các dao khía (4) sẽ bám chặt và ép vào biên dạng quả chuối nhờ các lị xo đàn hồi (2) sẽ khía được 4 rãnh dọc theo biên dạng quả chuối với chiều sâu cắt không đổi nhờ vào tấm chặn (5).
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo;
+ Khía được 4 rãnh dọc theo biên dạng quả chuối với chiều sâu khía khơng đổi và bằng bề dày vỏ chuối (có thể điều chỉnh được);
+ Độ ổn định cao, điều chỉnh dễ dàng;
+ Có thể khía được nhiều quả chuối với một phạm vi kích thước đường kính.
Nhược điểm:
+ Lực đẩy quả chuối đi vào vng góc với các trụ trượt gá dao (3) gây nên phản lực làm biến dạng quả chuối hoặc lực đẩy đến lớn làm các trụ trượt gá dao (3) ma sát
mạnh với bạc trượt nên không dịch chuyển kịp thời gây nên tình trạng bị kẹt quả chuối tại đây.
‒ Phương án 2 - Dùng 2 dao
Sơ đồ nguyên lý phương án được trình bày ở hình 3.22.
3 1 2
4
1. Quả chuối; 2. Dao khía; 3. Băng tải; 4. Động cơ
Hình 3.22: Sơ đồ ngun lý khía vỏ dùng 2 dao
Khi hoạt động, quả chuối được đặt lên băng tải (3), động cơ (4) quay sẽ dẫn động băng tải (3) chuyển động mang quả chuối tịnh tiến đến trước nhờ lực ma sát giữa quả chuối (1) và băng tải (3). Khi quả chuối di chuyển qua hai dao khía (2) được bố trí dọc 2 bên băng tải (3) thì dao khía (2) sẽ khía được hai đường dọc theo quả chuối.
Ưu điểm:
+ Dao khía ổn định; + Kết cấu đơn giản.
Nhược điểm:
+ Khó điều chỉnh dao khía bám theo biên dạng quả chuối hoặc sẽ khơng khía được quả chuối có kích thước nhỏ trong nhóm.
+ Lực ma sát không đủ lớn nên quả chuối bị dừng lại ở vị trí dao khía khơng khía/cắt được hoặc khi đến cung cong của quả chuối lực ma sát không đủ mang quả chuối vượt qua.
+ Nếu trái chuối ở trên băng tải có vị trí khơng hướng đầu vào khoảng giữa hai dao khía sẽ bị gạt rớt ra ngồi.
+ Nếu gắn thêm cơ cấu ép quả chuối vào băng tải để tăng lực ma sát và chỉnh hướng thì kết cấu quá phức tạp.
+ Chỉ khía/cắt được 2 rãnh dọc nên sẽ gây khó khăn cho cơng đoạn bóc vỏ tiếp theo.
Kết quả so sánh đánh giá 2 phương án thiết kế cụm khía vỏ được trình bày ở bảng 3.7.
Bảng 3.7: So sánh các phương án thiết kế cụm khía vỏ
TT Tiêu chí so sánh Các phương án
Phương án l - 4 dao Phương án 2 - 2 dao
1 Kết cấu Đơn giản Đơn giản
2 Khả năng khía Cao Thấp
3 Chiều sâu cắt Đều nhau Không đều
4 Số đường khía 4 2
Từ kết quả phân tích, đánh giá trong bảng 3.6, ta chọn thiết kế cụm khía vỏ theo
phương án 1 – 4 dao với các ưu điểm và giải pháp khắc phục nhược điểm như sau:
- Dao khía hoạt động ổn định, dễ dàng bám theo biên dạng quả chuối; - Dễ dàng điều chỉnh chiều sâu khía;
- Kết cấu đơn giản.
- Khắc phục khuyết điểm quả chuối đi vào vng góc với các trụ trượt gá dao (3) gây nên tình trạng bị kẹt quả chuối bằng cách thay đổi góc gá dao sao cho các dao tạo thành một mặt hình nón (cơn) giúp quả chuối đi vào và ra khu vực khía dễ dàng (đường tâm dao tạo thành góc nhỏ hơn 90o với đường tâm quả chuối).
c) Cụm bóc vỏ
- Phương án 1 - Mỏ kẹp
Để thực hiện bóc vỏ ra khỏi quả chuối ta sử dụng 2 mỏ kẹp để kẹp/giữ vỏ chuối và bóc vỏ ra khỏi thịt quả. Phương án này có thể được thực hiện qua các kết cấu mỏ kẹp điều khiển bằng xilanh khí nén hoặc bánh ma sát kết hợp lưỡi bóc.
Kết cấu mỏ kẹp điều khiển bằng xilanh khí nén sẽ bố trí hai mỏ kẹp: mỏ kẹp di động gắn lên xilanh (2), mỏ kẹp cố định được gắn lên xilanh (1). Xilanh (2) được gắn lên cần của xilanh (1). Bốn bộ đầu kẹp của cụm bóc vỏ được lắp trên hai phương vng góc với từng đơi đối xứng,
1. Xilanh 1; 2. Xilanh 2; 3. Quả chuối
Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lý phương án bóc vỏ bằng mỏ kẹp
Khi hoạt động quả chuối (1) được cụm cấp liệu đẩy đến vùng bóc giữa bốn đầu kẹp. Đầu quả chuối sẽ đâm/găm vào mỏ kẹp trên xilanh (1) và phần đầu mỏ kẹp này sẽ nằm dưới lớp vỏ chuối. Sau đó mỏ kẹp trên xilanh (2) được điều khiển để đi ra kẹp vào phần vỏ chuối. Tiếp đó, xilanh (1) mang đầu kẹp đang kẹp vỏ chuối đi lùi về thực hiện cơng việc bóc vỏ chuối và dưới tác dụng của xilanh đẩy thuộc cơ cấu cấp liệu, quả chuối đi về phía trước làm cho vỏ chuối tách ra khỏi thịt chuối.
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo; + Hoạt động ổn định.
Nhược điểm:
+ Khó điều chỉnh lực ép (lực kẹp) và kích thước giữa 2 mỏ kẹp để có thể phù hợp với các chiều dày khác nhau của vỏ quả chuối;
+ Thời gian thực hiện một lần bóc vỏ dài do nhiều bước chuyển động; + Cần nguồn cung cấp khí nén.
- Phương án 2 - Bánh ma sát kết hợp lưỡi bóc
Kết cấu bánh ma sát kết hợp lưỡi bóc bao gồm các thành phần như ở hình 3.24.
1 2 3 4 3 2 5
1. Quả chuối 2. Lưỡi bóc 3. Bánh ma sát 4. Động cơ 5. Lò xo
Hình 3.24: Sơ đồ ngun lý phương án bóc vỏ bằng bánh ma sát kết hợp lưỡi bóc
Cụm bóc vỏ gồm bốn bánh ma sát (3) được lắp trên hai phương vng góc với từng đơi đối xứng và được truyền chuyển động thông qua động cơ (4). Khi hoạt động quả chuối (1) được bộ phận cấp liệu đẩy vào vị trí giữa bốn bánh ma sát (3). Động cơ (4) quay làm bánh ma sát (3) quay và cuốn quả chuối (1) đi vào, bánh ma sát (3) sẽ lăn và ôm sát theo biên dạng quả chuối (1) nhờ lò xo (5). Khi quả chuối được cuốn vào tới lưỡi bóc (2), lưỡi bóc (2) sẽ móc vào vỏ chuối và móc tách vỏ ra khỏi thịt chuối.
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo;
+ Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng;
+ Có thể bóc được nhiều quả chuối với một phạm vi kích thước đường kính.
Nhược điểm:
+ Bánh ma sát có thể khơng cuốn được quả chuối vào mà chỉ trượt trên bề mặt quả chuối do lực ma sát giữa bánh ma sát và quả chuối không đủ lớn.
- Phương án 3 – Bánh gai 2 hàng gai
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.
Kết cấu cụm bóc vỏ sử dụng bánh gai bóc vỏ có 2 hàng gai (hình 3.25) gồm bốn bánh gai (2) được lắp trên hai phương vng góc với nhau theo từng đôi đối xứng và được truyền chuyển động bằng động cơ (5). Khi hoạt động quả chuối (1) được bộ phận cấp liệu đẩy vào vị trí giữa bốn bánh gai (2), 4 động cơ (5) quay làm 4 bánh gai (2) quay và cuốn quả chuối (1) đi vào, bánh gai (2) ôm sát biên dạng quả chuối (1) nhờ lị xo (4) đồng thời các gai bóc (3) sẽ móc đâm vào vỏ chuối và móc tách vỏ ra khỏi thịt chuối. 3 1 2 2 3 4 5
1. Quả chuối; 2. Bánh gai; 3. Gai bóc; 4. Lị xo; 5. Động cơ
Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý phương án bóc vỏ bằng bánh hai hàng gai
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo;
+ Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng;
+ Có thể bóc được nhiều quả chuối với một phạm vi kích thước đường kính.
Nhược điểm:
+ Vỏ chuối sau khi bóc ra có thể bị dính vào các hàng gai mà khơng thể tự bung ra được.
- Phương án 4 – Bánh gai 3 hàng gai
Một kết cấu khác là bánh gai bóc vỏ có 3 hàng gai (hình 3.26) với ngun lý hoạt động tương tự với kết cấu bánh gai bóc vỏ có 2 hàng gai (chỉ khác ở điểm bánh gai có 2 hàng và 3 hàng gai).
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản;
+ Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng;
+ Có thể bóc được nhiều quả chuối với một phạm vi kích thước đường kính.
Nhược điểm:
+ Khó chế tạo bánh gai với 3 hàng gai so với loại 2 hàng gai;
+ Vỏ chuối sau khi bóc ra có thể bị dính vào các hàng gai mà khơng thể tự bung ra được;
+ Các gai bóc có thể khơng móc tách được vỏ chuối.
3 1 2 4 5 3 2
1. Quả chuối; 2. Bánh gai; 3. Gai bóc; 4. Lị xo; 5. Động cơ
Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý phương án bóc vỏ bằng bánh gai 3 hàng gai
Kết quả so sánh đánh giá 4 phương án kết cấu thiết kế cụm bóc vỏ được trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8: So sánh các phương án kết cấu cụm bóc vỏ
TT Tiêu chí so sánh Phương án bóc vỏ
PA 1 PA 2 PA 3 PA 4
1 Kết cấu Đơn giản Đơn giản Đơn giản Đơn giản