hiện nay trên Thế giới đang tồn tại hai phương pháp tách vỏ cứng hạt điều
Trang 1Ứng dụng phương pháp phay chép hình
chế biến nhân điều xuất khẩu
1 Tình hình chế biến hạt điều nhân
xuất khẩu và nguyên công tách vỏ
cứng hạt điều hiện nay
Hiện nay, trên thế giới đang tổn tại hai phương pháp
tách vỏ cứng hạt điều, đó là:
- Cất từng hạt theo phương pháp dùng dao định hình;
- Dùng nguyên lý va đập
Phương pháp đầu tiên hiện được ứng dụng tại các nước,
như: Việt Nam, Indonesia, Thái Lan, Ấn Độ và một số
nước châu Phi Thiết bị cắt gồm hai lưỡi dao mỏng được
mai theo biég dang cia hạt điều (hạt điều đã được phân
loại trước, Hình 1) Hạt điểu được gá đặt bằng tay vào giữa
hai dao Người công nhãn dùng chân tác động vào bàn đạp,
thông qua hệ thống đòn bẩy sẽ đưa lưỡi dao tiến vào cắt
lớp vỏ cứng Công nhân tiếp tục tác động chân vào bàn đạp
thứ hai, dao số 1 sẽ quay một góc khoảng 900, lớp vỏ cứng
sẽ được tách khỏi nhân Sau khi cắt, người công nhân dùng
một con đao nhỏ tách nhân ra khỏi vỏ
,
Hình 1: Tách vỏ cứng từng hạt bằng dao đinh hình thao
tác thủ công Phương pháp tách vỏ cứng hạt điều như trên có những
ưu điểm và nhược điểm như sau:
- Uu điểm:
+ Thiết bị đơn giản, rẻ tién;
+ Không cần công nhân có trình độ cao
- Nhược điểm:
(*) PGS.TS TRẦN DOAN SON
- Năng suất thấp ( khoảng 40 - 60 kg/ca);
- Điều kiện lao động nặng nhọc, không an toàn;
- Tỉ lệ bể vỡ nhân phụ thuộc trình độ tay nghề công
nhân
Ngoài phương pháp trên, hiện nay, một số nước còn dùng phương pháp va đập Trong đó, người thợ dùng một búa nhỏ, đập trực tiếp lên hạt điều Nhờ lực va đập, hạt điều sẽ vỡ ra và công nhân lấy nhân ra khỏi vỏ Phương pháp này đơn giản hơn phương pháp trên, tuy nhiên, tỉ lệ
bể vỡ rất cao và tỉ lệ bể vỡ này tùy thuộc vào trình độ người công nhân,
2 Cắt sơ bộ bằng phương pháp phay
chép hình
2.1 Mô hình động học
Trong phương pháp này, người thợ sử dụng biên dạng hạt điều làm dưỡng chép hình Mô hình động học thể
hiện như Hình 2 Cặp dao phay đĩa'(3) quay với tốc độ
vòng n (vòng/phút), cữ (4) luôn luôn ti sát vào biên dạng
hạt diéu (5) nhờ lò xo (2) có độ cứng là k Hạt điều (5)
chuyển động tịnh tiến đi vào giữa hai đao phay với vận tốc v (m/phút) nhờ băng tải trên đó có gắn kim găm
1} 1 - Cần
2-LO xo
2 3 -.Dao phay dia
4- Cữ
3 vú 5 - Vỏ cứng hạt điều
“ 6 - Khe hở
7 - Nhân
yo,
6 @ NA
7 ~~
Hình 2: Mô hình động học
(*) Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh
TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM SỐ 149 (Tháng 5 năm 9009) EEE]
Trang 2NGHIEN CUU - TRAC DO
& 2.2 Mé hinh dinh vi và kẹp chặt
Hạt điều được định vị giữa hai băng tải có hình dạng
chữ V (Hình 3) và được kẹp chặt nhờ lò xo (4) và các đinh
găm Con lăn (3) lăn không trượt trên trên băng tải, nhằm
giảm lực ma sát Hạt diéu dude băng tải đưa vào vùng cắt,
lực kẹp của lò xo phải đủ lớn, để các đinh găm xuyên vào
vỏ hạt điều và băng tải ép vào bề mặt hạt điều Trong quá
trình cắt, hạt điều được giữ cố định so với băng tải
1 Dao pha
tải y đa
2 Bảng tật có hậnh dang khỏi V
3 - Con lần
⁄£\ 4-Lòxe _-Á 5) 5 Hat đều
Hình 3: Mô hình định vị và kẹp chặt
2 3 Một số kế quả tính toán
Liên quan đến nội dung tính toán thiết kế các yếu tố
cần thiết phục vụ cho quá trình chế tạo, dưới đây, tác giả
xin trình bày tóm tắt các kết quả tính toán một số thông số
quan trọng:
- Xác định các thông số của dụng cụ cất
Vỏ hạt điều là một dạng gỗ có cấu tạo hợp chất hữu cơ
tự nhiên, lớp vỏ ngoài cùng dẻo, lớp giữa xốp, lớp trong
cứng và giòn
Ta có thể ứng dụng tài liệu [10, trang 240] theo mô
hình xẻ gỗ, đẩy phôi bằng băng tải để tính toán Ta có kết
quả:
Dmmn = 2 (H+r + 10) = 2 (3,4 +5 +10) = 36,8mm
H- Chiều sâu cắt
Dao phay dia
Chiểu rộng dao: B=2
(ở đây giá trị B
lấy lớn hơn tài liệu
[7] vì muốn tạo ra rãnh cắt lớn để thuận lợi cho quá trình tách bằng chêm sau này)
Hình 4: Mô hình tính toán tương đương
(chiều dày vỏ hạt điều), được xác định bằng khảo sát thực
nghiệm
r - Bán kính lỗ của dao phay đĩa Ở đây chọn r = 5mm
Chọn đường kính dao:
D =40mm Tra bảng trang 334 của tài liệu [7], ta có:
Số răng dao đĩa: z = 64 răng
Hình 5: Dao phay đĩa tính toán Vật liệu gia
công là gỗ, ta chọn
vật liệu dụng cụ cắt là thép hợp kim 9XC Có độ cứng 39
- 40 HRC
Tra bang 12 [9, trang 44], ta chọn thông số hình học cơ
bản của dao như sau:
Góc trước y =20/, Géc sau a =30°,
Góc sắc B = 40°,
Chiều cao răng h = Imm
- Xác định chế độ cắt
Từ mô hình cắt tương đương, tra bảng 15 [9, trang 53], chọn tốc độ cắt như sau: v = 10,5m/s
Tra bảng 64 [10, trang 254] chọn lượng chạy dao răng:
uz = 0,5 mm/s, TY cdc số liệu trên, ta có tốc độ vòng:
ạ= 60.1010 0.1000.105 _ 0 + vòng,
phút
- Kết quả tính lực và công suất cắt Chiêu dày cắt trung bình (theo công thứg14.30 [5, trang 192]
ỠŨ [t=05 [24 =
Trong đó: t = 3,4mm - chiéu sâu cắt Công cắt riêng được xác định từ công thức :
K =K,a,a,a„ =3,14.1,8.1,72.1,21=12,8kg / mm? [9, trang 36] Trong đó:
K, « trị số công suất riêng; phụ thuộc vào chiều dầy
trung bình a„ của phoi và trị số góc tiếp xúc ø(=17°) Tra bang 10 [9, trang 37]:
ag- hé số kê đến ảnh hưởng của gỗ
aa - hệ số kể đến mức độ cùn của dao khi làm
việc trong một giờ Tra bảng 8 [9, trang 36]:
a; - hệ sô kế đến ảnh hưởng của góc cắt và góc gặp Tra bảng 9 [9, trang 37]
Lực cắt:
P = K.fm = K.ay.b.m = 12,8.0,14.1.6 = 10,75kg
Với m = 6 là số răng
FETs] TAP CHI CO KHÍ VIỆT NAM SỐ 149 (Tháng 5 năm 2009)
Trang 3NGHIEN CUU - TRAO ĐỎI
Công suất cắt được xác định từ lực và vận tốc cắt theo
công thức:
~ 60 102 60.102
- Xác định điều kiện ăn phôi
Để quá trình cắt bắt đầu, cần có điễu kiện ăn phôi (hạt
điểu) và điều kiện này xảy ra khi có ngoại lực đẩy phôi
vào đao (Hình 6) Áp lực ép hạt điều vào vùng cắt do lực
đẩy của băng tải tạo ra Vì sự tổn tại của lực ép, trên bể
mặt tiếp xúc giữa hạt điểu và cử dao xuất hiện lực pháp
tuyến và lực ma sát, ngoài ra còn có xuất hiện lực cắt Sau
đây, ta xét quá trình ăn phôi khi cắt giữa hai đao phay đĩa
kiện cân bằng của phôi (Hình 6), để quá trình
ăn phôi xảy ra thì tổng các lực thành phan
ngang (phương
Hình 6: Điều kiện ăn phôi
X) phải cân bằng hoặc lớn hơn lực cẩn:
R,+(7,+ P)cosa, +(T, + P) cosa, 2(N, + Q)sina, +(N,+Q)sina,
Áp dụng quy luật ma sát Amonton - Culong T = f.N (f
là hệ số ma sát)
Ngoài ra xem phôi dao là cơ cấu cam cần đẩy đáy con
lăn cam chuyển động tịnh tiến với vận tốc là u (m/s) Lực
tác dụng lên cần Trong đó:
+ Fix và F'lx là lực lò xo theo phương đứng, nhằm để
cho con lăn (dao) luôn luôn tiếp xúc với cam (biên dạng
hạt điều)
+ Lực tác dụng từ hạt diều lên cần gồm lực cắt P, T1,
T2 theo phương tiếp tuyến của biên dạng hạt điều và áp
lực N1, N2 và lực Q (do lực cắt tạo ra) theo phương pháp
tuyến của biên dạng hạt điều
+ Lực tác dụng từ giá lên cần bao gồm: áp lực NI', N2?
vuông góc với phương trượt và lực ma sát T1”, T2ˆ dọc theo
phương trượt ngược chiểu với chiêu chuyển động của cần
+ Điều kiện để cần chuyển động được là hợp lực tác
dụng lên cần theo phương thẳng đứng phải lớn hơn hoặc
bằng lực lò xo và lực ma sát T1', T2”:
Xétcầnl: -
(N, +Q) cosa, +(P+T7,)sina, 2 Fi, +7,
Và hợp lực theo phương thẳng đứng phải bằng không,
suy TaN, 2 AP x — P.sin(@, -ø))—Ø
Trong đó:
cos(@— ø +øØ)
Tương tự đối với cần 2 ta có:
N, > B(T;„ — P.sin(œ, — ø))— @
Trong đó:
cos(p—a,+@)
P là góc ma sát giữa dao và vỏ hạt điều
ý là góc ma sát giữa cần và giá
Ta xét trong trường hợp góc áp lực và lớn nhất và cùng bằng tức là: khi ấy lực đẩy cần thiết là:
min = sa@-a.xø) 12 —-sin(~ Ø) ]
Tuy nhiên do cấu trúc hat diéu có 3 lớp: lớp ngoài cùng mỏng và dai, lớp giữa xốp và dày, lớp trong cùng cứng và mỏng Khi cắt dưới lực tác dụng của phản lực N1 và N2 làm cho vỏ hạt điểu bị biến dạng Như vậy, ta xem vỏ hạt
điều như là một lò xo có độ cứng là Kđ Dưới tác dụng của
áp lực N1 và N2 làm cho vỏ hạt điều bị biến dạng Như vậy
ta xem vỏ hạt điều như là một lò xo có độ cứng Kđ Dưới tác dụng của áp lực NI, N2 vỏ hạt điều bị biến dạng một
lượng:
Al=kéN với N=max(NI, N2)
Để dao cắt không bị lem vào nhân thì độ biến dạng phải nhỏ hơn khe hổ giữa nhân và vỏ hạt điều
AI <Àz với Áz là khe hở giữa nhân và vỏ Trường hợp áp lực lớn nhất khi:
Nao
max k ?
Với yêu cầu trên thì lực đẩy lớn nhất:
T me =2(2+ Q) sina ~ 9) _ cos@ ®) 2P.cosa@
- Xác định cơ cấu định vị Qua khảo sát, ta xác định kích thước trung bình của hạt điều như sau:
=— Fe x= 1,52 ig 2)
Chiều dài hạt điểu: L = 28mm Chiéu rong hat diéu: A = 21mm Chiéu day hat diéu: B = 17mm
TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM SỐ 149 (Tháng 5 năm 9009) EK]
>
Trang 4>
NGHIEN CUU - TRAO BO
Tiết diện ngang của hạt diểu có hình dạng elip trục lớn
2a = 21, trục nhỏ 2b = 17
Bằng phương pháp giải tích, ta có vị trí điểm tiếp xúc
của hạt điều với khối V như sau :
Hình 7: Mô hình định vị hạt điều
Từ đó ta có bảng quan hệ giữa góc nghiêng á của khối
a | x Jy L=|2x| | H=|2y|
V véi x,y va L-chiéu rong kep:
Ta chọn &= 90” do do có L và H phù hợp
- Xác định lực kẹp
Để cho hạt điều không có sự chuyển động tương đối so
với không V khi cắt thì lực ma sát (T) phải lớn hơn lực cắt
=2ƒ Fic > R,
sin(Z)
<-> K,, = R
2/
sinc~) n¿2
Với Fkc- Lực kẹp cắt
B - Góc nghiêng khối V
3 Kết luận
Từ những nội dung đã phân tích trên, chúng tôi thấy, công đoạn tách vỏ hạt điều hiện đang được thực hiện bằng phương pháp thủ công Việc nghiên cứu thiết kế để chế tạo thiết bị tách hạt điểu bán tự động có ý nghĩa rất lớn trong thực tế sản xuất Nguyên lý chọn lựa theo nguyên lý sử dụng dao phay đĩa và dưỡng chép hình là bể mặt biên dạng
của hạt điều mang tính sáng tạo và độc đáo Quá trình cắt
được thực hiện liên tục đảm bảo năng suất cao Quá trình cấp liệu được thực hiện tự động, hạn chế điều kiện làm việc không an toàn như phương pháp thủ công Công trình nghiên cứu đã mở ra một hướng mới cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa của ngành điều Việt Nam hiện nay Lì
Tài liệu tham khảo:
[1] Bành Tiến Long, Trần Thế Lực, Trần Sĩ Túy (2005), Thiết kế dụng cụ công nghiệp, _
NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
[2] Bành Tiến Long, Trần Thế Lực, Nguyễn Chí Quang (2004), Công nghệ tạo hình các bể
mặt dụng cụ công nghiệp, NXB Khoa học Ky
thuật, Hà Nội
[3] Đính Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (2006)
Nguyên Lý Máy, NXB Giáo dục, Hà Nội
[4] Lại Khắc Liễm (2005), Cơ học máy, NXB
Đại học Quốc Gia TP HCM
[5] Trần Văn Địch (2005), Nguyên lý cắt kim
loại, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
[6] Trần Văn Địch (2004), Đồ gá, NXB Khoa
học Kỹ thuật, Hà Nội
[7] Nguyễn Đắc Lộc (chủ biên, 1999), Số tay công nghệ chế tạo máy tập 1, NXB Khoa học
Kỹ thuật, Hà Nội
[8] Hồ Viết Bình, Lê Đăng Hoàng, Nguyễn
Ngọc Đào (2000), Đồ gá gia công cơ khí, NXB
Đà Nẵng
[9] Phạm Quang Đẩu, Phạm Quốc Phúc
(1982), Máy gia công gỗ, NXB Công nhân kỹ
thuật, TP HCM
[10] Hoàng Nguyên (1983), Máy thiết bị gia công gỗ, NXB Nông nghiệp, TP HCM
[11] Phạm Đình Thanh (2003), Hạt điều sản xuất và chế biến, NXB Nông nghiệp TP
HCM năm
[12] Robert - Norton (2002), Design of machinery, Mc Graw - Hill series in Mechanical Engineering
FeT=] TAP CHi CO KHi VIET NAM SO 142 (Thang 5 nam 2009)
