2.7.1. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
Máy tách vỏ hạt sen TZ [11]
19 Thông số kỹ thuật:
Xuất xứ: Hà Nam, Trung Quốc Điện áp: 380v
Cơng suất: 1.5 kw Trọng lượng: 218kg
Kích thước: 1480x560x1060mm
Năng suất: chưa có thơng số chính thức Vật liệu chế tạo: Inox 304.
Nguyên lý hoạt động: Máy hoạt động theo nguyên lý hạt sen được cho vào thùng quay. Trên thành của thùng quay thiết kế nhiều lỗ nhỏ được gia cơng với kích thước đường kính nhỏ hơn đường kính hạt. Khi động cơ quay kéo theo thùng thùng trộn quay, vỏ hạt sen được móc vào các lỗ này, khi vỏ hạt sẽ vướng vào các lỗ sẽ quay theo dưới tách dụng của lực quay ly tâm làm tách vỏ hạt sen.
Nhận xét: Máy có kết cấu nhỏ gọn, tách được vỏ nhưng tỉ lệ tách vỏ chưa cao,
nhân sen bị dập nhiều do va đập.
Máy tách vỏ hạt sen DYL-200 [10]
Thông số kỹ thuật:
Xuất xứ: Hà Nam, Trung Quốc Điện áp: 220/380v
Cơng suất: 3kw Trọng lượng: 325kg
Kích thước: 1300x1250x760mm Năng suất: 30Kg/h
20
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ hạt sen DYL-200
(1)_ Đầu phun (2)_ Máy bơm (3)_ Pét phun (4)_ Trục bóc vỏ lụa (5)_ Bảng điều khiển (6)_ Tốc độ va đập (7)_ Thiết bị tăng áp (8)_ Lưỡi dao (9)_ Dao trên (10)_ Động cơ điện (11)_ Tấm chắn (12)_ Cơ cấu chặn (13)_ Trục puly phải (14)_ Puly phải (15)_ Phễu chính (16)_ Phễu phụ (17)_ Đường dẫn (18)_ Puly truyền (19)_ Trục truyền (20)_ Chặn kim dẫn (21)_ Căng băng tải (22)_ Khung (23)_ Hộp Cam (24)_ Trục trục cam (25)_ Hãm băng tải (26)_ Đòn bẩy (27)_ Bộ điều khiển áp lực nước (28)_ Bánh xe cân bằng (29)_ Trục điều chuyển (30)_ Máng dẫn
21
Nguyên lý hoạt động:
Máy hoạt động trên nguyên lý dùng dùng dao đĩa kết hợp băng tải tách vỏ sau đó được băng tải đưa hạt sen đến bộ phận tách vỏ lụa.
Đầu tiên cơng nhân đổ hạt sen vào phễu chính (15), hạt sen chảy xuống phễu phụ (16) thông qua cơ cấu dẫn (17) và sửa hướng (16) đi ra băng tải và gặp cơ cấu chặn (12) để cắt hạt sen, sao đó hạt sen chạy cùng với băng tải đến khi đến tấm chắn (11) tấm chắn sẽ chặn lại để ép và tách vỏ, hạt sen tiếp tục cùng chuyển động với băng tải đi đến cụm tách vỏ lụa (4). Tai đây nước được phun từ vòi phun (3) với áp lực cao làm bong vỏ lụa.
Nhận xét:
Máy DYL-200 máy cho năng suất cao nhưng kết cấu phức tạp, phải dùng bơm trợ lực để tạo áp lực tách vỏ. Dao cắt có tiết diện trịn khó chế tạo, cơ cấu điều tiết chế độ cắt tách phức tạp.
2.7.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước.
Với xu thế phát triển và tìm giải pháp tốt nhất cho quá trình tách vỏ hạt sen trong khu vực và thế giới. Nước ta cũng đã bước đầu nghiên cứu và chế tạo các máy tách vỏ hạt sen. Nhưng các dự án này chủ yếu được đầu tư nghiên cứu tại các trường đại học trong nước. Trong đó tiêu biểu là Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
22
Nguyên lý hoạt động
Máy hoạt động dựa trên nguyên lý băng tải chuyển động, đồng thời phôi sẽ được cung cấp vào máng dẫn và thông qua cơ cấu điều tiết phôi để cấp phôi cho máy hoạt động. Phôi sẽ được đưa tới lưỡi dao cắt thông qua băng tải truyền động, lúc này dao cắt sẽ cắt một vệt theo chu vi hạt và dùng lực ép của thanh gá dao để tách vỏ và thu được nhân sen. Tuy nhiên máy vẩn chưa được hoàn thiện, cơ cấu cấp phôi hoạt động không ổn định, máy hoạt động rất ồn, nhóm vẫn chưa tối ưu được kết cấu và chưa đưa ra được thơng số hoạt động chính của máy.
Ngồi ra theo tìm hiểu và nghiên cứu của tác giả chưa tìm thấy một nghiên cứu nào về công nghệ tách vỏ hạt sen tươi được công bố. Hiện chỉ có một số cơ sở sản xuất và bán những thiết bị liên quan đến tách vỏ hạt sen tươi được nhập khẩu từ Trung Quốc và các nước khác.
23
Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Kỹ thuật tách vỏ
Quá trình tách vỏ là quá trình tác dụng lực cơ học lên lớp vỏ vật liệu nhằm phá vỡ lớp vỏ [2]. Có thể phân loại các tác dụng cơ học nhằm phá vỡ lớp vỏ vật liệu đem tách như hình 3.4 dưới đây.
Hình 3.1: Các kỹ thuật tách vỏ
Ép (Hình 3.1a): Cơ cấu tạo lực của máy dịch lại gần nhau gây ra lực ép lên lớp vỏ của vật liệu làm nó vỡ ra. Đặc điểm của các phương pháp này là lực tác dụng tăng lên đều và tạo được lực mạnh. Vì vậy thường dùng để tách các loại vật liệu tương đối cứng.
24
Cắt, chẻ, bẻ (Hình 3.1 b, c, d): Cơ cấu tạo lực có dạng răng nhọn, lực tác dụng tập trung, gây ra rạn nứt cục bộ, do đó, phương pháp này thường dùng để tách các vật liệu dòn.
Xiết (Hình 3.1 e, f ): Bề mặt cơ cấu tạo lực của máy xiết lên bề mặt vật liệu làm cho lớp bên trong của nó bị biến dạng trượt. Khi ứng suất tiếp tuyến vượt quá giới hạn bền thì vật liệu sẽ bị vỡ ra.
Đập (Hình 3.1 g): Ở phương pháp này lực tác dụng là lực va đập. Khác với các phương pháp trên, lực va đập mang tính chất tải trọng động và tác dụng định kỳ. Lực làm vỡ vật liệu cũng khơng ngồi lực ép, xiết, cắt, chỉ khác ở chỗ lực mang tính chất tải trọng động nên thường gọi là lực ép động, cắt động và xiết động.
Qua các công nghệ của quá trình tách vỏ trên, do hạt sen tươi có cấu trúc mềm và dai nên tác giả chọn phương pháp là cắt sau đó ép để tiến hành tách vỏ.
3.2. Lý thuyết của quá trình tách vỏ
Từ những đặc điểm về kích thước của hạt sen tươi và dựa vào cơ sở lý thuyết của công nghệ tách vỏ, tác giả đưa ra cơ sở lý thuyết của quá trình tách vỏ hẹt sen tươi như sau: Để tách được vỏ hạt sen tươi ta phải dùng lực cắt của dao để cắt vào lớp vỏ ngoài cứng và dai của hạt sen tươi cắt một vệt dài quanh chu vi hạt, sau đó dùng lực ép của thanh gá dao và băng tải để tạo ra lực ma sát cho vỏ tự động bong tách ra mà không làm ảnh hưởng nhân sen. Nhân sen đạt yêu cầu là nhân không bị dập, bể và không bị cắt phạm vào phần nhân.
3.2.1. Các thơng số hình học của dao cắt vỏ hạt sen
Trong q trình cắt gọt, dao cắt đóng vai trị quan trọng đặc biệt, vì dao cắt trực tiếp tạo ra vết cắt trên bề mặt vỏ hạt sen. Nếu chất lượng dao cắt không tốt sẽ ảnh hưởng đến chất lượng vết cắt, năng suất lao động, tiêu hao năng lượng… Do đó, dao cắt được chế tạo phải đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau đây: dao phải sắc đáp ứng theo yêu cầu cắt, có khả năng chống mài mịn, lưỡi cắt có tuổi thọ cao, dễ chế tạo, lắp ráp đơn giản, gọn nhẹ.
25
Trong quá trình cắt vỏ dao cắt phải qua hệ thống trung gian của bộ gá dao, khi thiết kế bộ phận cắt không những thiết kế lưỡi dao mà còn phải thiết kế cả bộ gá dao. Cho nên bộ gá dao cũng phải được đơn giản hóa, gọn nhẹ, dễ chế tạo… và đặc biệt là tính kinh tế cao.
Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt:
Hình 3.2: Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt
- Chọn kiểu dao cắt: xét về tính chất và hình dạng của hạt sen. Ta chọn hình dạng của lưỡi dao thì cũng chọn theo kiểu của dao cho phù hợp. Do đó, ta chọn theo biên dạng dao theo kiểu 1 hoặc kiểu 2 (Hình 3.2)
- Thơng số hình học của dao cắt:
Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao:
Chính là chiều dày s của nó. Độ sắc cực tiểu đạt tới 20 ÷ 40 μm. Đối với các máy trong chế biến thực phẩm không vượt quá 100 μm, nếu s quá 100 μm lưỡi dao coi như bắt đầu cùn và cắt kém.
Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. Nếu gọi ứng suất cắt của vật cắt là σc thì:
q = s.σc (3.1)
Góc cắt gọt α là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài dao σ
26
Hình 3.3: Góc cắt của dao
Vấn đề tính tốn góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao, dạng cạnh sắc của lưỡi dao, …
Góc mài dao σ đã được Renznik N.E. nghiên cứu và đề xuất (1975) công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt:
Qth = Pt + ctgσ, N (3.3)
Trong đó: c - hệ số thứ nguyên, N/cm Qth - lực cắt tới hạn cần thiết Pt - lực cản cắt, N
Góc mài dao σ nói chung nhỏ, nhưng vì độ bền vật liệu làm dao có hạn, cho nên góc mài của máy cắt rau củ thường lớn hơn hay bằng 12˚, đối với các máy thái củ quả, σ = 18 ÷25˚.
Độ bền của vật liệu làm dao
Dao có chất lượng bền thì lâu cùn, cắt tốt. Khi đó, cơng nén lớp vật cắt do lưỡi dao tác động lúc ban đầu sẽ tốn ít hơn và cơng cản gọt cũng nhỏ hơn.
27
Vận tốc dao cắt ảnh hưởng đến quá trình cắt gọt, thể hiện cụ thể bằng những đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q hoặc lực cắt gọt Pt và công cắt gọt Act với vận tốc của dao cắt .
Hình 3.4: Vận tốc dao cắt
Theo Renzik, ta có thể tính theo cơng thức thực nghiệm: Pt = 75.100,0019 . 2,6 40
v
q (3.4)
Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40 m/s
3.2.2. Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật cắt
Như chúng ta đã thấy ở trên, đường trượt của lưỡi dao trên vật cắt càng dài thì lực cản cắt càng giảm. Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật cắt, ta vẽ và phân tích hình vận tốc V của một điểm M ở lưỡi dao khi tác động vào lớp vật cắt.
Hình 3.5: Phân tích vận tốc điểm M ở cạnh sắc lưỡi dao khi cắt
N/c m q V, m/s 35 40 11 7
28
Vận tốc V có thể phân thành hai thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến Vn (vng góc với lưỡi dao) và thành phần vận tốc tiếp tuyến Vt (theo cạnh sắc của lưỡi dao). Vận tốc pháp tuyến Vn chính là vận tốc của dao cắt ngập sâu vào vật thái. Vận tốc tiếp tuyến Vt gây nên chuyển động trượt của điểm M thuộc dao tương đối với điểm M thuộc vật cắt.
Theo định nghĩa của Gơriaskin, góc hợp bởi vận tốc V (vận tốc tuyệt đối) với thành phần pháp tuyến Vn gọi là góc trượt τ, tỷ số giữa trị số vận tốc tiếp tuyến Vt và vận tốc pháp tuyến Vn gọi là hệ số trượt ε:
tg v v n t (3.5)
Nhưng theo thực nghiệm, Gơriaskin đã chứng minh rằng lực cắt thái bắt đầu giảm nhiều, giảm đáng kể, khơng phải ứng với bất kỳ góc trượt τ của dao có trị số tương đối nhỏ nào đó, mà ứng với trị số góc trượt nhất định của dao. Theo thí nghiệm của viện sĩ Ziablơv V.A, lực cắt gọt sẽ giảm nhiều với góc trượt τ ≥ 30˚. Như vậy có nghĩa là hiện tượng cắt của dao đối với vật cắt sẽ có một điều kiện chung để phát huy thực sự mạnh mẽ tác dụng của cắt trượt, để giãm được lực cắt nhiều hơn.
Chúng ta hãy xét các lực tác động giữa lưỡi dao và vật: góc trượt τ = 0 thì lực tác động giữa lưỡi dao với vật chỉ có một pháp tuyến cắt (thẳng góc với lưỡi dao) theo phương vận tốc của lưỡi dao. Trong trường hợp chúng ta cần xét là góc trượt τ ≠ 0, đối với lưỡi dao thẳng AB quay quanh một tâm 0 và cách tâm một đoạn p (lấy trường hợp đơn giản). Để dễ phân tích, chúng ta sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật cắt tác động vào dao và các lực do dao tác động vào vật.
29
Hình 3.6: Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật cắt
Hình 3.6a thể hiện các lực do vật cắt tác động vào dao; Hình 3.6b thể hiện các lực do dao tác động vào vật cắt với góc τ ≤ φ’; Hình 3.6c thể hiện các lực do dao tác động vào rau với góc τ > φ’
Trước hết, khi lưỡi dao tác động vào vật cắt thì điểm tiếp xúc M sẽ sinh ra lực pháp tuyến chống đỡ ngược chiều theo nguyên lý “lực và phản lực”. Ở hình 3.10a, vật cắt tác động vào lưỡi ở điểm Md với lực pháp tuyến N, cịn ở hình 3.9b và c thì lưỡi dao tác động vào vật cắt ở điểm Mr với lực pháp tuyến N = N’ nhưng ngược chiều. Vì phương chuyển động của điểm Md ở lưỡi dao (theo vectơ vận tốc V) không trùng với phương pháp tuyến vì τ ≠ o, cho nên lực pháp tuyến N’ có thể phân tích thành hai thành phần (hình 3.6a): lực p’ theo phương chuyển động V, và T’ theo phương của lưỡi dao AB. Ở đây chúng ta thấy ngay rằng lực T’ này có xu hướng làm cho điểm Md của lưỡi dao trượt (xuống phía dưới) trên vật cắt. Nhưng khi đó sẽ xuất hiện lực ma sát F’ giữa lưỡi dao và vật cắt hướng lên phía trên cản lại hiện tượng trượt đó, với trị số F’= T’. Cũng xét như vậy theo hình 3.9-b và c thì lực pháp tuyến do lưỡi dao tác động vào điểm Mr của vật cắt có thể phân tích làm hai thành phần: lực P theo phương chuyển động V và lực T theo phương của lưỡi dao AB. Ở đây đối với vật cắt, lực T có xu hướng làm cho điểm Mr của vật cắt
30
trượt theo lưỡi dao lên phía trên và cũng xuất hiện ma sát F giữa vật cắt và lưỡi dao (cũng bằng F’) hướng xuống dưới, cản lại hiện tượng trị số F = T.
Trên hình vẽ chúng ta thấy rằng góc trượt τ càng lớn thì lực T (hay T’) càng tăng, đồng thời lực ma sát F (hay F’) cũng vẫn có khả năng tăng theo, bằng T, khiến cho điểm Mτ của vật cắt không bị trượt theo lưỡi dao. Nghĩa là cắt với góc trượt τ ≠ 0, nhưng điểm Mτ của vật và Md của dao khi tiếp xúc với nhau vẫn không trượt đi, không rời nhau. Trái lại trong quá trình cắt, điểm Md của dao vẫn cứ bám chặt lấy điểm Mr của vật mà nén xuống với lực tác động P, T và F, nhưng F = T và hợp lực của chúng là lực P).
Nhưng chúng ta biết rằng khi T tăng, F sẽ tăng theo và chỉ đạt tới trị số lực ma sát cực đại Fmax mà thôi (theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát ). Trị số Fmax = N.tgφ’ = N.f’, trong đó φ’ là góc ma sát giữa lưỡi dao và vật cắt f’ = tgφ’ là hệ số ma sát. Có điều là trong trường hợp ma sát giữa lưỡi dao và vật cắt này (coi như ma sát giữa đường thẳng và bề mặt) thì trị số của góc ma sát φ’ khơng cố định như các trường hợp ma sát thông thường (giữa bề mặt với bề mặt). Trái lại, theo thực nghiệm, φ’ và f’ thay đổi trị số ít nhiều. Do đó, để phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao và vật cắt, Gơriaskin đề nghị gọi góc φ’ là góc trượt φ’, hệ số f’ = tgφ’ là hệ số cắt trượt.
Vậy khi T và F tăng lên trong giới hạn T = F ≤ Fmax nghĩa là T = F = Ntgτ hay τ ≤ φ’ thì q trình cắt chưa có hiện tượng “trượt tương đối” giữa các điểm của lưỡi dao tiếp xúc với các điểm của vật cắt (vì hiện tượng ma sát chống lại).
Nhưng khi T tăng lên nữa, do góc trượt τ tăng lên (vì T = Ntgτ), trong lúc đó lực ma sát không thể tăng lên thêm mà chỉ giữ ở trị số Fmax, nghĩa là khi T > Fmax hay τ > φ’, thì hiệu số lực T - Fmax sẽ có xu hướng làm cho Mr của vật cắt trượt đi, rời điểm Md của dao, lên phía trên, hay ngược lại. Khi đó q trình cắt mới thực sự