Thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ cà rốt

Nội dung text: Thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ cà rốt

1. Hội nghị Toàn quốc Máy và Cơ cấu Tp. Hồ Chí Minh năm 2015 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BÓC VỎ CÀ RỐT Văn Hữu Thịnh1, Nguyễn Tiến Dũng2 1Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM- Số 1 Võ Văn Ngân, Phường Linh Chiểu, Quận Thủ Đức, TpHCM 2Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công Nghiệp TpHCM- Số 4 Nguyễn Văn Bảo, Phường 12, Quận Gò Vấp, TpHCM *Email : thinhvh@hcmute.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ cà rốt với công suất 1000 củ/giờ. Trước hết, bộ phận băng tải sẽ đưa cà rốt đến bộ phận làm việc với tốc độ ổn định. Tiếp đến, hệ thống các con lăn được thiết kế hiệu quả để tăng lực kéo cà rốt đi hết hành trình. Cuối cùng, hệ thống dao được tính toán và thiết kế tối ưu để bóc tách toàn bộ lớp vỏ. Hệ thống dao và con lăn được bố trí xen kẽ với khoảng cách tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo quá trình làm việc hiệu quả. Con lăn được dẫn động bằng truyền động đai răng nhằm bảo đảm sự đồng tốc giữa các cặp con lăn. Dao được tính toán thiết kế lệch nhau bảo đảm bóc tách hiệu quả nhất. Từ khóa : máy bóc vỏ cà rốt, thiết bị gọt cà rốt, máy bóc vỏ cà rốt bằng dao 1.GIỚI THIỆU Cà rốt (danh pháp khoa học: Daucus carota subsp. sativus) là một loại cây có củ, thường có màu vàng cam, đỏ, vàng, trắng hay tía. Phần ăn được của cà rốt là củ, thực chất là rễ cái của nó, chứa nhiều tiền tố của vitamin A tốt cho mắt. Cà rốt được trồng rộng rãi trên khắp thế giới. Cà rốt cũng được trồng nhiều ở nước ta, chiếm diện tích và sản lượng khá lớn trong cơ cấu giống rau trồng tại Đà lạt và tại các tỉnh đồng bằng sông Hồng : Hải Dương 1.300 - 1.500 ha/năm, Thái Bình trên 200 ha/năm, Nam Định trên 200 ha/năm Năng suất trung bình 35 - 40 tấn/ha, thu 100 - 150 triệu đồng/ha/vụ (Hải Dương). Hiện nay, cà rốt là mặt hàng xuất khẩu ra nhiều nước như Trung Quốc, Nhật Bản Cà rốt có hình thon dài. Tùy theo từng loại mà có kích cỡ khác nhau.Hiện nay các giống cà rốt được trồng ở Việt Nam thường có chiều dài từ 18-20 cm. Đường kính củ khoảng 3,5 - 6 cm. Thông thường củ có đường kính khoảng từ 4 - 5 cm ở phần thân trên, và nhỏ dần về phần dưới. Lớp vỏ thường nhẵn bóng, mịn. Trọng lượng trung bình của cà rốt khoảng từ 50 – 72g tùy theo chiều dài củ. Nhu cầu chế biến các món ăn hay các loại thức uống từ củ cà rốt hiện nay ở nước ta là khá lớn. Do đó việc thiết kế chế tạo máy bóc vỏ cà rốt là cần thiết nhằm góp phần làm tăng giá trị sử dụng cà rốt hiện nay. 1
2. Văn Hữu Thịnh, Nguyễn Tiến Dũng 2.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu và mẫu Vật liệu là củ cà rốt được trồng ở nước ta. Mẫu chạy thử nghiệm là loại cà rốt tươi, sau thu hoạch từ 1 đến 4 ngày, đã rửa sạch phần đất bám xung quanh. Cà rốt đã được cắt bỏ phần cuống lá, chiều dài khoảng từ 16-20 cm, đường kính củ khoảng 3,5 đến 6 cm. 2.2 Phương pháp Để đạt được năng suất mong muốn và độ tin cậy trong thiết kế, máy bóc vỏ cà rốt được dựa trên những chỉ tiêu thiết kế sau đây: Giá thành máy phù hợp với kinh phí đầu tư cùa các cơ sở sản xuất nhỏ. Bóc được củ với nhiều kích thước khác nhau. Năng suất bóc cao hơn so với bóc bằng tay: 10 lần Máy bóc vỏ cà rốt được thiết kế dựa trên nguyên lý kiểu chuốt, dùng lực cơ học bóc tách lớp vỏ của cà rốt nhờ tác dụng quay và kéo của các cặp con lăn và qua các bộ dao. Nhờ hệ thống truyền động đai răng giúp cho bộ phận con lăn chuyển động quay tròn, tạo lực đẩy giúp cà rốt chuyển động tịnh tiến đi qua cụm dao. Lưỡi dao đặt nghiêng 1 góc 22 tạo lực cắt, giúp bóc phần vỏ của cà rốt. Sơ đồ nguyên lý máy được thể hiện trong hình 1. 1- Con lăn 2- Dao 3- Động cơ băng tải 4- Động cơ chính 5- Hướng đi của cà rốt 6- Băng tải 7- Thành máy 8- Truyền động đai thang Hình 1: Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ cà rốt. 3. CẤU TẠO MÁY VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 3.1 Cấu tạo máy Máy gồm 4 cụm chính: băng tải, con lăn, dao, hệ thống dẫn động.
3. Hội nghị Toàn quốc Máy và Cơ cấu Tp. Hồ Chí Minh năm 2015 Băng tải được truyền động từ động cơ điện qua hộp giảm tốc (gearmotor) với số vòng quay 140 vòng/phút. Mỗi cụm con lăn gồm có 2 con lăn đặt song song cách khoảng, nối với trục truyền động chính nhờ tay quay. Máy gồm 4 cụm con lăn đặt song song cách đều nhau. Cụm dao gồm có 2 cặp dao bố trí vuông góc nhau, máy gồm 3 cụm dao. Các cụm dao bố trí song song cách đều nhau. Có tất cả 12 lưỡi dao bố trí xoay quanh đường tròn nhằm mục đích bóc hết phần vỏ của củ cà rốt. Hệ thống truyền động chính là hệ thống truyền động đai răng. Động cơ trục chính là động cơ điện đã giảm tốc có số vong quay 140 vòng/phút. Sử dụng truyền động đai răng để truyền động cho các con lăn. Cà rốt sau khi đi qua bộ phận làm việc sẽ vào khay chứa, vỏ cà rốt sau khi gọt sẽ chứa trong khay phía dưới buồng làm việc của máy. 3.2 Nguyên lý hoạt động của máy Hành trình của cà rốt bắt đầu từ hệ thống băng tải đi qua buồng làm việc và đến khay chứa. Cà rốt được đưa vào trong buồng làm việc nhờ hệ thống băng tải, băng tải được dẫn động nhờ động cơ của băng tải. Khi vào đến buồng làm việc, các con lăn sẽ tiếp tục đưa cà rốt đi qua hệ thống dao bố trí xen kẽ với các con lăn. Các con lăn được dẫn động nhờ động cơ chính thông qua truyền động đai răng. Các lưỡi dao được bố trí quanh tâm của củ cà rốt và sẽ tách hết lớp vỏ bên ngoài củ cà rốt. Sau cùng cà rốt sẽ đến khay chứa thành phẩm bố trí ở cuối cùng. 3.3 Mô phỏng các cụm máy Máy được mô phỏng theo từng cụm 3.3.1 Cụm băng tải Hình 2: Mô phỏng băng tải. 3.3.2 Cụm con lăn Hình 3 : Mô phỏng cụm con lăn và hệ thống dẫn động. 3
4. Văn Hữu Thịnh, Nguyễn Tiến Dũng 3.3.3 Cụm dao Hình 4 : Mô phỏng cụm dao. 3.4.4 Mô phỏng máy Hình 5 : Mô phỏng máy với các góc nhìn khác nhau. Hình 6: Mô phỏng tổng thể máy bóc vỏ cà rốt.
5. Hội nghị Toàn quốc Máy và Cơ cấu Tp. Hồ Chí Minh năm 2015 Hình 7: Máy bóc vỏ cà rốt đã chế tạo và chạy thử nghiệm. 4. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VÀ ỨNG DỤNG 4.1 Kết quả thử nghiệm bóc vỏ bằng tay và bằng máy Mẫu được sử dụng trong thử nghiệm được lựa chọn theo kích thước như đã đề cập ở trên. Quá trình thử nghiệm được thực hiện bằng tay và bằng máy mới chế tạo. Số đợt thử nghiệm là 3 đợt, đợt 1 và đợt 2 thử nghiệm cách nhau 30 phút, riêng đợt 3 thử nghiệm sau 60 phút. Với số lượng củ thử nghiệm cho đợt đầu là 50 củ cho mỗi phương thức, chia làm 3 lần với số liệu như trong bảng 1. Đợt 2 thử nghiệm với số liệu như đợt 1. Riêng đợt 3 thử nghiệm với cả 2 phương thức trong 5 phút. Kết quả thử nghiệm được ghi lại trong bảng 1. Bảng 1: Kết quả bóc vỏ bằng tay và bằng máy Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Phương thức Số lượng Thời gian Số lượng Thời gian Số lượng Thời gian thực hiện (củ) (phút) (củ) (phút) (củ) (phút) 10 2,5 10 2,5 Bằng dao 15 3,5 15 4 18 5 25 7 25 7 10 0,5 10 0,5 Bằng máy 15 0,8 15 0,8 100 5 25 1,5 25 1,5 Qua số liệu ghi nhận được cho thấy, thời gian gọt vỏ bằng tay với dao gọt mất trung bình khoảng 13 phút cho 50 củ cà rốt. Trong khi sử dụng máy cho thấy trong khoảng 5 phút máy thực hiện bóc được 100 củ. Khi thực hện bằng tay thì năng suất không đồng đều do khả năng thực hiện công việc khác nhau tùy theo từng thời điểm. Trong khi thực hiện bằng máy thì năng suất ổn định. Nếu thử nghiệm nhiều lần hơn kết quả sẽ rất khác biệt giữa sử dụng máy để bóc vỏ cà rốt và gọt bằng tay với dao gọt. Do kích thước và hình dạng của củ cà rốt không đồng đều nhau nên trong quá trình bóc bằng máy vẫn bị bỏ sót. Tuy nhiên, lượng củ bị bỏ sót không nhiều. Kết quả thực tế khi bóc bằng máy với gọt vỏ bằng tay được thể hiện trong hình 8,9. 5
6. Văn Hữu Thịnh, Nguyễn Tiến Dũng Hình 8: cà rốt gọt bằng tay với dao gọt thông thường Hình 9: a) cà rốt gọt bằng máy b) cà rốt gọt bằng tay c) cà rốt bị bỏ sót khi gọt bằng máy 4.2. Ứng dụng Máy bóc vỏ cà rốt thiết kế với công suất 1000 củ / giờ có thể sử dụng trong các hộ kinh doanh chế biến lương thực, thực phẩm. Máy cũng có thể dùng trong các nhà hàng, quán ăn, hoặc các cơ sở chế biến lương thực thực phẩm có quy mô trung bình và nhỏ. Nếu tăng năng suất máy lên có thể đáp ứng được trong các dây chuyền chế biến thức ăn trong các nhà máy.
7. Hội nghị Toàn quốc Máy và Cơ cấu Tp. Hồ Chí Minh năm 2015 5. KẾT LUẬN Đã thiết kế, chế tạo và chạy thử nghiệm thành công máy bóc vỏ cà rốt. Năng suất bóc trung bình khoảng 1000 củ/h. Hiệu suất bóc vỏ trung bình 85% với kích thước theo như đã giới thiệu ở trên. 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Máy gia công cơ học nông sản- thực phẩm, NXB giáo dục, 2000. [2] Cơ sở thiết kế máy sản xuất thực phẩm A.la. Xokolov, 1987 [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập I & II , NXB giáo dục, 2006. [4] Tôn Thất Minh, Máy và thiết bị chế biến lương thực, NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2006. ABSTRACT DESIGNING AND MANUFACTERING CARROTS PEELING MACHINE Văn Hữu Thịnh1,*, Nguyễn Tiến Dũng2 1Falculty of Mechanical Engineering, HCMC University of Technology and Education – 01Vo Van Ngan Str, Linh Chieu Ward, Thu Duc District, HCM city 2 Falculty of Mechanical Engineering, Industrial University of HCM city – 12 Nguyen Van Bao Str, Ward 4, Go Vap District, HCM city *Email :thinhvh@hcmute.edu.vn This paper presents the design and manufacturing of carrots peeling machine with small capacity. First, the belt conveyor carries carrots to working part with stable velocity.Next, the system of rollers is designed effectively to increase tensile force. Finally, the systems of knives is calculated and designed optimality to peel the cover of carrots. Knife and roller system are arranged alternately with the minimum distance, while ensuring the effective working results. Rollers are driven by toothed belt to ensure dynamic acceleration between pairs of rollers. Knives are designed and calculated to ensure the most effective pelling . Keywords: Carrot peeling machine, carrot knife peeler, carrot peeler machine, knife peeler 7
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ