Luận văn Nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy cắt võ cứng trái ca cao (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy cắt võ cứng trái ca cao (Phần 1)

1. 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 0 4 8 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016
2. 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 chỉ liên lạc: 41/9, Cầu Xây 2, tổ 2, kp 6, phường Tân Phú, Q 9, Tp. HCM. Điện thoại cơ 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 toán và chế tạo máy đóng gói cà chua bán tự động bằng túi lưới. Ngày và nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 07/2013 tại Khoa Cơ Khí Máy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. Giáo viên hướng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Đại Học Sư Phạm 2015 đến nay Trợ giảng Kỹ Thuật TP. HCM i
3. 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 này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Tác giả (Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN ĐĂNG KHOA ii
4. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ rất nhiều từ nhà trường, quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS. TS. TRƯƠNG NGUYỄN LUÂN VŨ và ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG. Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm bài đến khi hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và khích lệ tinh thần tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Tác giả (Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN ĐĂNG KHOA iii
5. TÓM TẮT Ngày nay, các sản phẩm từ hạt ca cao như: sô cô la, bột ca cao, được sử dụng rất phổ biến trên toàn thế giới. Trong quy trình chế biến hạt ca cao, cắt vỏ cứng trái ca cao là công đoạn chiếm rất nhiều thời gian và sức lao động. Tuy nhiên, việc cắt vỏ cứng trái ca cao ở Việt Nam thường được thực hiện bằng tay. Cho nên năng suất thấp và có thể xảy ra tai nạn lao động. Bên cạnh đó, các máy cắt vỏ cứng trái ca cao có trên thị trường còn tồn tại nhiều hạn chế như: năng suất thấp, cắt chưa đạt yêu cầu, Trong nghiên cứu này, một máy cắt vỏ cứng trái ca cao dựa trên nguyên lý cắt bằng cặp dao đĩa và ru lô dẫn hướng được phát triển. Mục đích là để cắt đôi trái ca cao theo chiều dọc mà không làm vỡ vụn vỏ hay cắt phạm vào hạt . Kết quả thử nghiệm cho thấy máy cắt vỏ cứng trái ca cao hoạt động tốt. Trái ca cao được cắt làm đôi theo yêu cầu, hạt không bị đứt cũng như không làm vỡ vụn vỏ, máy cho năng 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
6. 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 1. MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.2.1. Ý nghĩa khoa học 2 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3 1.3.1. Mục tiêu tổng quát 3 1.3.2. Mục tiêu cụ thể 3 1.4. Đối tượng nghiên cứu 4 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu 4 1.6. Giới hạn nghiên cứu 4 1.7. Phương pháp nghiên cứu 4 1.7.1. Cơ sở phương pháp luận 4 1.7.2. Các phương pháp nghiên cứu 5 1.8. Kết cấu của đề tài 5 Chương 2. TỔNG QUAN 7 2.1. Tổng quan về cây ca cao 7 v
7. 2.1.1. Nguồn gốc cây ca cao 7 2.1.2. Đặc điểm của cây ca cao 7 2.1.3. Vùng trồng ca cao. 8 2.1.4. Phân loại các giống ca cao. 9 2.1.5. Công dụng của cây ca cao 11 2.1.6. Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao trên thế giới. 11 2.1.7. Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao ở Việt Nam. 13 2.1.8. Quy trình sản xuất hạt ca cao thô. 15 2.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 21 2.2.1. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước 22 2.2.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước. 29 Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32 3.1. Ca cao nguyên liệu 32 3.2. Khảo sát đặc tính của quả ca cao [13] 32 3.2.1. Mục đích 32 3.2.2. Loại ca cao được khảo sát 33 3.2.3. Khảo sát kích thước cơ bản của quả ca cao 33 3.2.4. Xử lý số liệu khảo sát 34 3.3. Các bộ phận chính của máy tách hạt ca cao cần có 38 3.4. Các công thức tính toán cho máy 40 3.4.1. Tính toán công suất động cơ 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 4. Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 43 4.1. Các yêu cầu thiết kế 43 4.2. Nguyên lý làm việc của 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
8. 4.3.2. Phương án dẫn và sửa hướng trái 49 4.3.3. Lựa chọn phương án thiết kế 52 Chương 5. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN MÁY 54 5.1. Trình tự thực hiện công việc 54 5.2. Nguyên lý hoạt động của 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 của hệ thống ru lô dẫn. 55 5.3.2. Tính toán hệ thống ru lô dẫn 60 5.4. Thiết kế cụm dao cắt trái ca cao 69 5.4.1. Nguyên lý hoạt động của cụm dao cắt 69 5.5. Tính toán năng suất cho máy 78 5.6. Mô hình thiết kế máy cắt vỏ cứng trái ca cao 79 5.7. Kiểm nghiệm bền một số chi tiết quan trọng. 82 Chương 6. 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 của 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 quả đạt được 88 6.1.4. Thực nghiệm xác định năng suất máy 89 Chương 7. 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
9. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ khối của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 3 Hình 2.1: Cây ca cao. [12] 7 Hình 2.2: Các nước trồng ca cao trên thế giới.[19] 8 Hình 2.3: Các khu vực trồng ca cao ở Việt Nam. [11] 9 Hình 2.4: Các loại ca cao trồng phổ biến ở Việt Nam. [4] 10 Hình 2.5: Biểu đồ diện tích trồng ca cao ở các tỉnh tính đến 11/2013. [10] 14 Hình 2.6: Quy trình sản xuất hạt ca cao thô. [5] 15 Hình 2.7: Quá trình tách hạt ca cao bằng tay. 17 Hình 2.8: Quá trình tách hạt ca cao bằng 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 trên máy tách hạt ca cao Cobre - PI20071690 26 Hình 2.14: Máy tách vỏ trái ca cao của Brazil. 27 Hình 2.15: Máy tách vỏ trái ca cao NACDA. 28 Hình 2.16: Máy tách hạt ca cao tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. 30 Hình 2.17: Máy tách hạt ca cao tại 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 quả ca cao. 33 Hình 3.3: Đo chiều dài L của quả ca cao. 34 Hình 3.4: Biểu đồ phân phối xác xuấc chiều dài L của quả ca cao. 35 Hình 3.5: Đo chiều rộng B của quả ca cao. 35 Hình 3.6: Biểu đồ phân phối xác xuấc chiều rộng B của quả ca cao. 36 Hình 3.7: Do chiều dày T của quả ca cao. 36 Hình 3.8: Biểu đồ phân phối xác xuấc chiều dày T của quả ca cao. 37 Hình 3.9: Các bộ phận chính của máy tách hạt ca cao. 38 Hình 3.10: Các bộ phận chính của máy tách hạt ca cao dạng cắt. 38 viii
10. Hình 3.11: Sơ đồ khối máy tách hạt ca cao hoàn chỉnh. 39 Hình 3.12: Sơ đồ khối của 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 của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 44 Hình 4.2: Phương án cắt bằng cặp ru lô có lắp các lưỡi dao cắt. 45 Hình 4.3: Phương án cắt ca cao bằng dao đĩa và cặp bánh xe dẫn hướng. 46 Hình 4.4: a) Phương án cắt bằng dao đĩa có lắp đĩa răng; b) Cấu tạo của dao cắt. . 47 Hình 4.5: Kết hợp nhiều cụm dao cắt song song. 48 Hình 4.6: Cơ cấu dẫn và sửa hướng bằng hai cặp bánh xe. 49 Hình 4.7: Cơ cấu dẫn và sửa hướng cặp ru lô. 50 Hình 4.8: Kết hợp nhiều cặp ru lô với nhau 51 Hình 4.9: Kết hợp cơ cấu dẫn hướng và cơ cấu cắt. 52 Hình 4.10: Kết hợp nhiều cụm cắt và dẫn hướng. 53 Hình 5.1: Trình tự công việc thực hiện 54 Hình 5.2: Nguyên lý hoạt động của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 55 Hình 5.3: Mô hình phân tích lực trái ca cao tác dụng lên cặp ru lô dẫn. 57 Hình 5.4: Phân tích thành phần lực tạo ra rung động giữa ca cao và ru lô. 59 Hình 5.5: Nguyên lý di chuyển của trái ca cao theo chiều trục ru lô. 60 Hình 5.6: Vị trí giữa trái ca cao và các cặp ru lô có đường kính khác nhau. 61 Hình 5.7: Mô hình rút gọn của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 65 Hình 5.8: Mô hình xác định hệ số ma sát trượt. 66 Hình 5.9: Nguyên lý truyền động xích cho các cặp ru lô đặt song song nhau. 69 Hình 5.10: Cấu tạo của 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 răng có 15 răng; b) Đĩa răng có 20 răng; c) Đĩa răng có 25 răng. 72 Hình 5.13: Kích thước và các góc độ của răng. 72 Hình 5.14: Ảnh hưởng của khoảng cách giữa dao cắt và răng đến vết cắt. 73 ix
11. Hình 5.15: Mô hình rút gọn của máy cắt vỏ cứng trái ca cao 76 Hình 5.16: Thực nghiệm xác định lực cắt cho máy. 76 Hình 5.17: Mô hình hoàn chỉnh của máy cắt vỏ cứng trái ca cao 80 Hình 5.18: Cụm ru lô dẫn. 80 Hình 5.19: Cụm đĩa sửa hướng. 81 Hình 5.20: Cụm dao trên 81 Hình 5.21: Cụm dao dưới. 82 Hình 5.22: Ứng suất trung bình của trục trên. 82 Hình 5.23: Ứng suất trung bình của thanh đỡ. 83 Hình 5.24: Chuyển vị của thanh đỡ. 83 Hình 5.25: Ứng suất trung bình và chuyển vị của khung khi chịu tải tĩnh. 84 Hình 6.1: Khung máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 85 Hình 6.2: Máng dẫn ca cao đã cắt vào bộ phận sàng tách hạt. 85 Hình 6.3: Một số chi tiết khác. 86 Hình 6.4: Máy cắt vỏ cứng trái ca cao hoàn chỉnh. 87 Hình 6.5: Bộ phận cắt của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 87 Hình 6.6: Bộ phận dẫn và sửa hướng của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 88 Hình 6.7: Trái ca cao sau khi cắt trên máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 88 x
12. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần cơ bản của ca cao. [6] 11 Bảng 2.2: Sản lượng hạt ca cao của thế giới (1.000 tấn). [21] 12 Bảng 2.3: Tiêu thụ ca cao trên thế giới (1.000 tấn). [21] 13 Bảng 3.1: Kích thước của các giống ca cao trồng ở Việt Nam. [4] 32 Bảng 3.2: Phân phối xác xuất chiều dài L của quả ca cao. 34 Bảng 3.3: Phân phối xác xuất chiều rộng B của quả ca cao. 36 Bảng 3.4: Phân phối xác xuấc chiều dày T của quả ca cao. 37 Bảng 5.1: Kết quả thực nghiệm , n, v. 63 Bảng 5.2: Trọng lượng của các mẫu ca cao. 67 Bảng 5.3: Thực nghiệm hệ số ma sát của quả ca cao và thép. 67 Bảng 5.4: Kết quả thực nghiệm góc răng α. 75 Bảng 5.5: Thực nghiệm giá trị lực cắt. 77 Bảng 6.1: Kết quả thực nghiệm năng suất máy 89 Bảng 6.2: Các thông số của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 90 xi
13. Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay, các sản phẩm như sô cô la, bột ca cao, là các mặt hàng được sử dụng nhiều và phổ biến trên toàn thế giới [4]. Nguyên liệu chính để tạo ra các sản phẩm này chính là hạt ca cao thô. Quy trình chế biến hạt ca cao thô gồm các công đoạn sau: Thu hoạch, trữ trái, cắt vỏ cứng, tách hạt, ủ lên men hạt, phơi, sấy và bảo quản. Trong đó, cắt vỏ cứng trái ca cao là công đoạn chiếm nhiều thời gian, sức lao động và khó tự động hóa do trái ca cao có nhiều hình dạng khác nhau như: Hình bầu dục, hình trụ, hình cầu, [4], vỏ trái ca cao tương đối cứng đặc biệt là những trái vừa chuyển sang giai đoạn chín, đồng thời hạt ca cao lại khá mềm và rất dễ bị tổn thương. Bên cạnh đó, yêu cầu của quá trình cắt vỏ cứng trái ca cao là không cắt phạm vào hạt và không tạo ra nhiều vỏ vụn lẫn vào hạt gây khó khăn cho quá trình tách lấy hạt cũng như lên men hạt ca cao [5]. Do đó, công đoạn này đã khó lại càng khó hơn và là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất và lợi nhuận của các doanh nghiệp sản xuất hạt ca cao thô. Với nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ ca cao ngày càng tăng [10], đồng nghĩa với lượng hạt ca cao thô cần được sản xuất nhiều hơn. Tuy nhiên, việc cắt vỏ cứng trái ca cao ở nước ta và một số nước khác hầu hết được thực hiện bằng tay [9]. Cho nên, năng suất thường thấp và không ổn định, đồng thời với tính chất công việc lặp đi lặp lại nên tạo sự nhàm chán, mất tập trung và có thể xảy ra tai nạn lao động. Do đó, công đoạn này cần phải được cơ khí hóa và tự động hóa để khắc phục các hạn chế nêu trên. Nhận thấy được những khó khăn trong việc cắt vỏ cứng trái ca cao bằng tay, nhiều thiết bị máy móc với nhiều nguyên lý hoạt động khác nhau đã ra đời và được ứng dụng vào sản xuất. Tuy nhiên, với nhiều kích cỡ và hình dạng trái khác nhau [4], cũng như những yêu cầu khắc khe trong quá trình cắt vỏ cứng trái ca cao nên 1
14. hầu như các máy hiện nay chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất: Năng suất thấp, kết cấu máy cồng kềnh, khi cắt bị phạm vào hạt và lượng vỏ vụn lẫn vào hạt cao. Căn cứ vào các vấn đề trên, tác giả quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy cắt vỏ cứng trái ca cao”. Trong nghiên cứu này, tác giả sẽ thực hiện thiết kế, chế tạo một máy cắt vỏ cứng trái ca cao với nguyên lý cắt mới, có năng suất và chất lượng cao hơn các sản phẩm hiện có nhằm góp phân giảm tải thời gian, sức lao động và có thể đáp ứng tốt được nhu cầu của thị trường. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.2.1. Ý nghĩa khoa học - Đề xuất được phương án cấp phôi và cắt vỏ ca cao với năng suất và hiệu quả cao hơn các máy hiện có. - Đề xuất được đường kính dao cắt, đĩa răng và các góc độ của dao. - Xác định được lực cắt vỏ quả ca cao, và các thành phần lực khác để cung cấp thông số đầu vào cho việc tính toán, thiết kế. - Đề xuất được kích thước và độ lớn lực kéo của lò xo để quá trình cắt vỏ quả ca cao không bị bể. - Xác định được kích thước ru lô dẫn hướng, và các thông số của ru lô dẫn. - Nghiên cứu, xác định hệ số ma sát giữa trái ca cao và thép CT3. 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn - Đây cũng sẽ là tiền đề cho các cải tiến, phát triển sản phẩm và ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác có liên quan. - Giúp việc cắt vỏ cứng trái ca cao thực hiện nhanh chóng, đạt năng suất và chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu hiện tại của thị trường. - Giảm tải sức lao động của người công nhân, đồng thời giúp tránh các tai nạn lao động không đáng có khi cắt vỏ cứng trái ca cao. 2
15. - Cải thiện đời sống kinh tế cho các hộ gia đình và các doanh nghiệp sản xuất hạt ca cao thô. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1.3.1. Mục tiêu tổng quát Thiết kế, tính toán, chế tạo máy cắt vỏ cứng trái ca cao dựa trên nguyên lý mới có năng suất, chất lượng cao hơn và giá thành thấp hơn các sản phẩm hiện có nhằm góp phần giảm tải thời gian, sức lao động và có thể đáp ứng tốt được nhu cầu của thị trường. 1.3.2. Mục tiêu cụ thể - Khảo sát, phân tích nhu cầu thị trường đồng thời tìm hiểu các máy sẵn có để xác định các thông số mong muốn cho máy như: Năng suất máy, kích thước máy, Bên cạnh đó, khảo sát các đặc tính của các giống ca cao trồng ở Việt Nam để từ đó đề xuất và so sánh các phương án cắt có thể. Lựa chọn phương án phù hợp và khả thi nhất để làm phương án thiết kế cho máy cắt vỏ cứng trái ca cao. - Tiến hành thiết kế, tính toán máy cắt vỏ cứng trái ca cao. Thiết kế phần cơ khí của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. Dựa vào các đặc điểm của trái ca cao, các bộ phận của máy được thiết kế sao cho phù hợp với các đặc điểm đó. Máy cắt vỏ cứng trái ca cao gồm các bộ phận chính như sau: Ca cao Ca cao nguyên liệu Bộ phận dẫn Bộ phận đã cắt và sửa hướng cắt Máy cắt vỏ cứng trái ca cao Hình 1.1: Sơ đồ khối của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. Xác định công suất động cơ và kiểm nghiệm bền các chi tiết quan trọng nhằm giúp cho máy hoạt động tốt và ổn định trong suốt thời gian làm việc. 3
16. - Chế tạo máy cắt vỏ cứng trái ca cao và tiến hành thực nghiệm với nhiều giống ca cao khác nhau để xác định các thông số tối ưu cho máy như: Tốc độ quay của dao cắt, tốc độ hệ thống dẫn - sửa hướng và năng suất thực tế của máy, Đồng thời điều chỉnh các thông số kỹ thuật của máy để cho phù hợp với thực tế làm việc. 1.4. Đối tượng nghiên cứu - Các giống ca cao trồng phổ biến ở Việt Nam: TD1, TD2, TD3, TD5, TD6, TD8, TD10, TD14. - Cách thức cắt vỏ cứng trái ca cao. - Quy trình tách hạt ca cao. - Máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lý thuyết. - Phân tích làm rõ bản chất, quy luật của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. - Chế tạo máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 1.6. Giới hạn nghiên cứu Do thời gian có hạn và khối lượng nghiên cứu lớn nên đề tài chỉ tiến hành nghiên cứu, xác định các thống số cần thiết để thiết kế máy cắt vỏ cứng trái ca cao tự động cho các loại ca cao trồng ở Việt Nam có: - Chiều dài trung bình: 15 ÷ 20 cm. - Đường kính trung bình: 7 ÷ 9 cm. - Khối lượng trung bình: 200 ÷ 1000g. 1.7. Phương pháp nghiên cứu 1.7.1. Cơ sở phương pháp luận - Các phương pháp cắt vỏ cứng trái ca cao thủ công truyền thống phụ thuộc chủ yếu vào người lao động nên năng suất chưa cao và dễ xảy ra tai nạn lao động. 4
17. - Các máy cắt vỏ cứng trái ca cao trên thị trường vẫn chưa đáp ứng tốt được yêu cầu sản xuất. Máy cồng kềnh, năng suất thấp, tỉ lệ phế phẩm cao, giá thành chưa hợp lý. 1.7.2. Các phương pháp nghiên cứu 1.7.2.1. Phương pháp phân tích lý thuyết - Tham khảo các tài liệu có liên quan để phục vụ cho đề tài như: báo, tạp chí và các nguồn thông tin trên internet. - Nghiên cứu ưu nhược điểm của các phương pháp tách hạt ca cao từ các công trình trong và ngoài nước cũng như các đặc tính của trái ca cao. Từ đó đề xuất giải pháp thiết kế máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 1.7.2.2. Phương pháp thực nghiệm - Tiến hành thí nghiệm xác định hệ số ma sát của vỏ quả ca cao và vật liệu làm ru lô để từ đó xác định được công suất cần thiết cho hệ thống ru lô dẫn. - Thí nghiệm để xác định số vòng quay và góc nghiêng của ru lô để có được tốc độ di chuyển lớn nhất của quả ca cao. - Thí nghiệm xác định lực cắt cần thiết để tính công suất động cơ cho bộ phận cắt. - Tiến hành thử nghiệm máy để xác định công suất thực của máy cắt vỏ cứng trái ca cao. 1.8. Kết cấu của đề tài Đề tài “Nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy cắt vỏ cứng trái ca cao” gồm 7 chương: - Chương 1: Mở đầu. - Chương 2: Tổng quan. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết. 5
18. - Chương 4: Ý tưởng và phương án thiết kế. - Chương 5: Thiết kế, tính toán máy cắt vỏ cứng trái ca cao. - Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá. - Chương 7: Kết luận và kiến nghị. 6
19. Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về cây ca cao 2.1.1. Nguồn gốc cây ca cao Cây ca cao (tên khoa học là Theobroma cacao) là loại cây thuộc thứ Theobroma cacao L, họ sterculiaceae. Thứ Theobroma bao gồm hơn 20 loài, trong đó chỉ có loài Theobroma cacao được trồng rộng rãi còn các loài khác thường là hoang dại hoặc rất ít được trồng. [6] Nông dân Maya là những người đầu tiên trồng cây ca cao ở Trung Mỹ và chủ yếu ở Mêhicô. Sử của người Astèque xác minh rằng, từ thế kỷ XIV cây ca cao đã được trồng ở Mêhicô. Ở đây, gieo trồng và thu hoạch vào những dịp tổ chức các lễ bái tôn giáo. [6] Hình 2.1: Cây ca cao. [12] Ở Việt Nam, cây ca cao theo chân người Pháp đến Nam Bộ vào đầu thế kỷ XIX. [6] 2.1.2. Đặc điểm của cây ca cao Ca cao là loài cây thân gỗ nhỏ có thể cao từ 10 ÷ 20m nếu mọc tự nhiên trong rừng. Trong sản xuất, cây thường có chiều cao trung binh 5 ÷ 7m. đường kính thân 7
20. 10 ÷ 18cm. Ca cao có thể trồng xen với một số loài cây kinh tế khác. Thời kỳ kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 ÷ 40 năm. [6] Quả của ca cao có chiều dài từ 10 ÷ 30 cm, đường kính từ 7 ÷ 9cm. Cân nặng từ 200 ÷ 1000 g. Tùy theo từng loại, hình dạng thay đổi nhiều từ hình dài và nhọn, hình trứng, Màu sắc của quả khá đa dạng. Ca cao có vỏ cứng và giòn. Chiều dày vỏ trái ca cao từ 8 ÷ 20mm. [6], [23], [13]. 2.1.3. Vùng trồng ca cao.  Trên thế giới: Mặc dù gần 60 quốc gia nhiệt đới trồng ca cao nhưng Ghana, Cote d'Ivoire, Nigeria, Indonesia và Brazil chiếm 79% sản lượng ca cao của thế giới. Ca cao cũng được trồng ở Colombia, Togo, Trinidad, Venezuela, Việt Nam. [18] Hình 2.2: Các nước trồng ca cao trên thế giới.[19] 8
21.  Trong nước: 01 - HÀ NỘI 41 - GIA LAI 02 - HÀ TÂY 42 - KONTUM 03 - VĨNH PHÚC 43 - DAK LAK Đông Bắc Bộ 04 - BẮC NINH 44 - LÂM ĐỒNG 05 - HƯNG YÊN 45 - ĐAK NÔNG 06 - HÀ NAM 07 - HẢI DƯƠNG 46 - TP . HỒ CHÍ MINH 08 - HẢI PHÒNG 47 - BÌNH DƯƠNG 09 - THÀI BÌNH 48 - BÌNH PHƯỚC 10 - NAM ĐỊNH 49 - TÂY NINH Tây Bắc Bộ Đồng Bằng 11 - NINH BÌNH 50 - ĐỒNG NAI Sông Hồng 51 - BÀ RỊA VŨNG TÀU 12 - LAI CHÂU 13 - LÀO CAI 52 - LONG AN 14 - ĐIỆN BIÊN 53 - ĐỒNG THÁP Bắc Trung Bộ 15 - YÊN BÁI 54 - TIỀN GIANG 16 - SƠN LA 55 - BẾN TRE 17 - HÒA BÌNH 56 - AN GIANG 57 - CẦN THƠ 18 - HÀ GIANG 58 - VĨNH LONG 19 - CAO BẰNG 59 - TRÀ VINH 20 - TUYÊN QUANG 60 - KIÊN GIANG 21 - BẮC KẠN 61 - HẬU GIANG 22 - LẠNG SƠN 62 - SÓC TRĂNG 23 - THÁI NGUYÊN 63 - BẠC LIÊU 24 - BẮC GIANG 64 - CÀ MAU 25 - QUẢNG NINH 26 - PHÚ THỌ Tây Nguyên Nam Trung Bộ 27 - THANH HÓA 28 - NGHỆ AN 29 - HÀ TĨNH 30 - QUẢNG BÌNH Đông Nam Bộ 31 - QUẢNG TRỊ 32 - THỪA THIÊN HUẾ 33 - ĐÀ NẴNG 34 - QUẢNG NAM 35 - QUẢNG NGÃI 36 - BÌNH ĐỊNH 37 - PHÚ YÊN 38 - KHÁNH HÒA Đồng Bằng Sông Cửu Long 39 - NINH THUẬN 40 - BÌNH THUẬN Hình 2.3: Các khu vực trồng ca cao ở Việt Nam. [11] Ở nước ta, ca cao được trồng chủ yếu ở: Đồng Bằng Sông Cửu Long: Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long. Đông Nam Bộ: Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu. Tây Nguyên: Đắc Lắc, Đắc Nông. Tùy theo vùng sinh thái mà sẽ trồng các giống khác nhau. [4] 2.1.4. Phân loại các giống ca cao. Ở Việt Nam, các giống được du nhập từ nước ngoài về và được lai tạo lại để cho phù hợp nhất với điều kiện sinh thái ở Việt Nam. Trong đó, có 13 dòng nhân giống vô tính đã được trồng thử nghiệm ở nhiều vùng khác nhau và có 8 dòng đã 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4