Đồ án ngành Máy và thiết bị chế biến thủy sản Tính toán thiết kế máy cắt khúc cá công suất 1 tấngiờ

Trong quá trình sản xuất những sản phẩm trên không thể thiếu công đoạn cắt khúc cá, công đoạn này trước đây được thực hiện thủ công truyền thống nên năng suất cũng như thành phẩm không đ

LỜI NÓI ĐẦU

Thủy sản là nguồn nguyên liệu quan trọng của thực phẩm, công nghiệp, nông nghiệp và dược phẩm Động thực vật thủy sản bao gồm: tôm, cá, nhuyễn thể (mực, trai, sò, ) đang cung cấp cho con người một nguồn đạm thực phẩm khổng lồ và phong phú Theo thống kê thì thủy sản đang chiếm trên 20% nguồn đạm thực phẩm của nhân loại nói chung, chiếm trên 50% ở các nước phát triển

Nước ta có bờ biển dài 3260 km, một vùng thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn

cả bốn mùa Trữ lượng cá đáy, cá nổi của vùng biển Việt Nam rất phong phú ( theo

dự tính sơ bộ có khoảng 2000 loài, trong đó hơn 40 loài cá có giá trị kinh tế lớn)

Do khả năng nguồn lợi to lớn, ngành thủy sản có nhiệm vụ quan trọng là: chế biến nguồn lợi to lớn đó thành nhiều sản phẩm có giá trị cao cho sản xuất và đời sống con người

Nhu cầu của người tiêu dùng ngày càng cao, đòi hỏi các nhà máy, xí nghiệp chế biến thủy sản cần tạo ra những sản phẩm không chỉ ngon mà còn tiện dụng Vì vậy, các sản phẩm đóng hộp hay đông lạnh ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng Trong quá trình sản xuất những sản phẩm trên không thể thiếu công đoạn cắt khúc cá, công đoạn này trước đây được thực hiện thủ công truyền thống nên năng suất cũng như thành phẩm không đạt yêu cầu cao Chính vì điều này, sự xuất hiện của các loại máy cắt khúc cá đã giúp cho công đoạn cắt khúc cá nói riêng và quy trình sản xuất các sản phẩm trên nói chung được cải thiện không chỉ về chất lượng

mà còn về năng suất sản xuất

Được sự phân công của Thầy Nguyễn Văn Hiếu, tôi thực hiện đề tài “Tính toán, thiết kế máy cắt khúc cá, công suất 1 tấn/giờ”

Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ dẫn của thầy cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 4

Chương 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu 5

1.1.1 Nguồn lợi thủy hải sản ở Việt Nam 5

1.1.2 Giới thiệu về một loại cá thường được cắt khúc trong chế biến thủy sản 7

1.2 Mục đích của công đoạn cắt khúc cá 11

1.3 Các phương pháp cắt khúc cá 11

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt khúc cá 12

1.4.1 Độ sắc của lưỡi dao 12

1.4.2 Góc cắt thái 12

1.4.3 Độ bền của vật liệu làm dao 12

1.4.4 Vận tốc của dao thái 13

1.4.5 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật liệu 13

1.4.6 Quan hệ giữa lưỡi dao và tấm kê thái 16

1.4.7 Độ bền và chất lượng của vật thái 19

1.5 Giới thiệu một số thiết bị cắt khúc cá 19

1.5.1 Máy cắt khúc cá rotor 19

1.5.2 Máy cắt khúc cá gàu tải 20

1.5.3 Máy cắt khúc cá băng tải 21

1.5.4 Máy cưa cá 22

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KHÚC CÁ ROTOR 24

2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình cắt khúc 24

2.1.1 Tác dụng của dao cắt thái 24

2.1.2 Sơ đồ quá trình cắt thái 24

2.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản 24

2.3 Lý thuyết tính toán, thiết kế máy cắt khúc cá rotor, công suất 1 tấn/giờ 25

Chương 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

PHỤ LỤC 28

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số liệu xuất khẩu thủy sản tổng kết năm 2006 theo mặt hàng

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng trên 100g thịt cá basa

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng cá mòi

Bảng 1.4 Thành phần dinh dưỡng các loài cá ngừ trong 100g thịt

Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng trong 112g thịt cá thu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Góc cắt thái

Hình 1.2 Đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ thái sâu

Hình 1.3 Đồ thị phụ thuộc giữa áp suất cắt thái riêng và vận tốc dao thái

Hình 1.4 Vận tốc của điểm M trên cạnh sắc lưỡi dao

Hình 1.5 Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái

Hình 1.6 Đồ thị phụ thuộc của δ và N

Hình 1.7 Góc kẹp và điều kiện kẹp

Hình 1.8 Đồ thị phụ thuộc của q và W%

Hình 1.9 Máy cắt khúc cá rotor

Hình 1.10 Máy cắt khúc cá gàu tải

Hình 1.11 Máy cắt khúc cá băng tải

Hình 1.12 Máy cắt cưa cá

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu

1.1.1 Nguồn lợi thủy hải sản ở Việt Nam

Bắc có vịnh Bắc Bộ, phía nam giáp vịnh Thái Lan với cả một vùng thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn 1.000.000 km2 Vùng ven biển có nhiều cửa sông,

tạo thành một vùng nước lợ gần cửa sông giàu thủy hải sản

 Biển Việt Nam nằm trong vùng có nhiều dòng hải lưu giao nhau, có khí hậu nhiệt đới gió mùa, có khoảng 40000hecta diện tích eo vịnh, đầm phá, bải triều có khả năng nuôi trồng hải sản Do điều kiện địa lý thuận lợi, điều kiện thuỷ văn thích hợp cho sự sinh trưởng và sinh sản của tôm cá, nên nước

ta có nguồn lợi thủy sản đa dạng và phong phú Riêng cá có khoảng 2000 loài và hiện đã xác định được tên của 800 loài, với 40 loài có giá trị kinh tế cao

800.000 tấn cá (kể cả cá nước ngọt) Trong đó:

 Loài cá tầng đáy: cá hồng, cá mối, cá nhám, cá đục, cá chỉ vàng… chiếm khoảng 472000 tấn

 Vùng biển gần bờ là nơi tập trung nhiều loài cá biển có giá trị kinh

tế, song do áp lực khai thác lớn nên nguồn lợi cá biển ở khu vực này đã có dấu hiệu suy giảm Hiện nay, ngành thuỷ sản đang đẩy mạnh việc mở rộng phạm vi khai thác ra vùng biển xa bờ với các đối tượng khai thác có kích thước và giá trị cao hơn Đồng thời nghề nuôi cá biển cũng đang được phát triển Đã hình thành các mô hình nuôi công nghiệp phục vụ xuất khẩu đối với một số loài như cá song (cá mú), cá chẽm (cá vược), cá hồng, cá giò Một sô loài khác cũng đang được tiến hành nuôi thử nghiệm như cá tráp, cá chim biển, cá bơn, cá chình

khai thác chính là vụ cá Nam và vụ cá Bắc

khác nhau như: lưới kéo, lưới vây, lưới rê, câu, vó, mành v.v…

thường được nuôi dưới hình thức lồng bè trên biển hoặc trong các vịnh, đầm quanh đảo và các vùng ven biển trong cả nước

 Xuất khẩu: Hằng năm, các mặt hàng cá biển của Việt nam được xuất khẩu sang khắp các thị trường thế giới, tập trung ở Nhật Bản và các nước châu Á, Mỹ, châu Âu, và các nước châu Đại Dương

 Giá trị xuất khẩu các mặt hàng cá đông lạnh của Việt Nam chiếm khoảng 15- 20% tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản hằng năm Trong đó giá trị xuất khẩu các mặt hàng cá biển chiếm khoảng 40-50% tổng giá trị các mặt hàng cá đông lạnh

dạng sản phẩm khác nhau Các sản phẩm xuất khẩu thường được đông lạnh dưới hình thức đông block và đông IQF Các dạng sản phẩm có thể được phân thành các nhóm như sau:

 Hàng giá trị gia tăng

xuất khẩu thuỷ sản Kim ngạch do xuất khẩu thuỷ sản đứng hàng thứ 3 sau: dầu khí và dệt may Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu: tôm đông lạnh, cá ngừ đại dương, cá tra, cá basa,… Trong tương lai, Việt Nam sẽ đa dạng hóa các mặt hàng xuất khẩu, và đa phương hoá trong ngoại giao nhắm đến các thị trường tiềm năng như: Châu Âu, Nhật, trung Đông, Trung Quốc,… nhằm tạo ra thị trường mới cho ngành thủy sản và không bị lệ thuộc quá nhiều vào thị trường Hoa Kỳ Do đó tiềm năng phát triển của ngành thuỷ sản Việt Nam là rất lớn

Bảng 1.1 : Số liệu xuất khẩu thủy sản tổng kết năm 2006 theo mặt hàng

vật đứng thứ 2 sau nhóm thịt, trứng, sữa Riêng ở Việt Nam lại đứng vị trí hàng đầu, mặc dù sản lượng thuỷ sản thu hoạch được ở nước ta còn khá ít so với các nước trong khu vực Do đó, việc sử dụng có hiệu quả các nguồn nguyên liệu thuỷ sản luôn được đặt ra nhằm phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu

1.1.2 Giới thiệu về một loại cá thường được cắt khúc trong chế biến thủy sản 1.1.2.1 Cá basa

Nam, Campuchia và Thái lan Ở Thái Lan còn gặp cá ba sa ở sông Chaophraya Ở nước ta những năm trước đây khi chưa có cá sinh sản nhân tạo, cá bột và cá giống

ba sa được vớt trên sông Tiền và sông Hậu Cá trưởng thành chỉ thấy trong ao nuôi, rất ít gặp trong tự nhiên địa phận Việt nam, do cá có tập tính di cư ngược dòng sông

Mê kông để sinh sống và tìm nơi sinh sản tự nhiên

 Cá ba sa (còn gọi là cá bụng) là cá da trơn, có thân dài, chiều dài chuẩn bằng 2,5 lần chiều cao thân Ðầu cá ba sa ngắn, hơi tròn, dẹp bằng, trán rộng Miệng hẹp, chiều rộng của miệng ít hơn 10% chiều dài chuẩn, miệng nằm hơi lệch dưới mõm Dải răng hàm trên to và rộng và có thể nhìn thấy khi miệng khép Có 2 đôi râu, râu hàm trên bằng chiều dài đầu, râu mép dài tới hoặc quá gốc vây ngực Mắt

to, bụng to, lá mỡ rất lớn, phần sau thân dẹp bên, lưng và đầu màu xám xanh, bụng trắng bạc Chiều cao của cuống đuôi hơn 7% chiều dài chuẩn

dài 8-10,5 cm, sau 7-8 tháng đạt thể trọng 400-550 gam, sau 1 năm đạt 700-1.300 gam Nghiên cứu về tăng trưởng cá ba sa cho thấy trong 2 năm đầu tiên cá tăng

trưởng nhanh về chiều dài thân, càng về sau tốc độ này giảm dần Khi đạt đến một

đầu tốc độ tăng trưởng về thể trọng chậm nhưng tăng dần về sau Nuôi trong bè sau

2 năm có thể đạt tới 2.500 gam Trong tự nhiên đã gặp cỡ cá có chiều dài thân 0,5m

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng trên 100g sản phẩm ăn được

Thành phần dinh dưỡng trên 100g sản phẩm ăn được

chất béo

Tổng lượng chất béo

Chất béo bão hòa

1.1.2.2 Cá mòi

theo đàn lớn thuộc giống cá sống tầng mặt và tầng giữa, thường cư trú ở

khoảng 20 con

 Cá mòi trên lưng có màu xanh lục đậm, bên dưới lưng có 1 sọc dọc màu vàng nhạt, bụng có màu trắng nhạt, các vây hậu môn và vây bụng có màu trắng, vây ngực và vây đuôi có màu vàng nhạt

 Thân cá dài hẹp, đầu tương đối dài, mắt hơi to, màng mỡ mắt phát triển, miệng tương đối nhỏ trên hai hàm không có răng, có 1 vây lưng,vây ngực to, vây hậu môn dài, vây bụng nhỏ

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng Cá Mòi

Thành phần dinh dưỡng trong 100g thực phẩm ăn được Năng

Nước Protein Lipid Tro Ca P Fe Na K A B1 B2 PP C

166 70,5 17,7 10,6 1,2 64 174 2,8 - - 20 0,02 0,18 0,5 0

1.1.2.3 Cá ngừ

ngừ sống ở tầng nước nổi và tầng giữa, mùa vụ khai khác thác chính là mùa xuân và mùa hè Kích thước khai thác tương đối lớn (6 loài có kích thước lớn 70-200 cm, khối lượng 1,6 – 64kg)

vụ, vụ chính bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 8, vụ phụ từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau Cá ngừ thường tập trung thành đàn và di cư, trong đàn thường bao gồm một số loài khác nhau Nghề khai thác chủ yếu là lưới vây, rê, câu vầ đăng Nghề câu vàng mới du nhập từ những năm 1990 đã nhanh chóng trở thành một nghề khai thác cá ngừ quan trọng

ngừ vằn, cá ngừ mắt to, cá ngừ vây vàng…

Bảng 1.4 Thành phần dinh dưỡng các loài cá ngừ trong 100g thịt

Thành phần dinh dưỡng của các loài cá ngừ trong 100g thịt ăn được

Bình Dương, bờ Đông và bờ Tây châu Phi, vùng biển Trung Đông, vùng biển ven

bờ Bắc của Ấn Độ Dương, khu vực quần đảo Fiji Tây Nam Thái Bình Dương, 2 bờ Đông Tây nước Úc Nó cũng hiện diện ở vùng biển Trung Quốc và Nhật Bản Ở Việt Nam, cá thu có thể tìm thấy ở tất cả các vùng biển từ Bắc vào đến phía Nam của biển Đông và vùng biển Tây thuộc Vịnh Thái Lan nhưng nhiều nhất là các

vùng biển từ Quảng Bình đến Bà Rịa Vũng Tàu, Phú Quốc - Kiên Giang Cá thu sống ở vùng biển khơi, nơi có độ sâu thường trên 40 sải nước

gần các rạng, đá ngầm Trứng cá thu chứa nhiều giọt dầu nhỏ giúp chúng nổi ở tầng mặt nước biển, là nơi ấm áp, có nồng độ oxy hòa tan cao, nơi có nhiều phiêu sinh cung cấp cho ấu trùng cá khi trứng nở Khi còn nhỏ chúng sống thành bầy đàn không lẫn lộn với các nhóm cá khác cùng họ nhưng khi lớn lên chúng có thể được tìm thấy cùng bầy đàn với các loại cá khác cùng họ Theo một số nghiên cứu của các chuyên gia người Úc cho thấy cá cái thường có kích thước lớn hơn cá đực Một con cá cái trưởng thành sau 2 năm sinh trưởng, thông thường có chiều dài độ 80cm, cân nặng 5 kg Con cá thu lớn nhất được ghi nhận chính thức đến thời điểm hiện nay là con cá thu dài 2,4m nặng 70 kg

đến tháng 3 âm lịch năm sau Trong mùa này cá tụ về nhiều ở các vùng biển khơi Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu và Phú Quốc Ngư dân Việt Nam đánh bắt cá thu chủ yếu là lưới cản, lưới vây rút chì, câu dắt, câu bủa nổi Một số cần thủ câu cá giải trí đã câu được cá thu tại vùng biển Côn Đảo nhưng không nhiều Cá thu là một loài cá có tỷ lệ nạc cá rất lớn (nhiều thịt) ít xương, cơ thịt trắng, thơm, vị ngọt, có thể chế biến ra nhiều món ăn ngon Có lẽ cá thu là loại cá không ai có thể chê nên có giá trị kinh tế rất cao

Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng trong 112g thịt cá thu

1.2 Mục đích của công đoạn cắt khúc cá

 Chuẩn bị: cho quá trình vô hộp được thực hiện dễ dàng hơn vì kích thước cá được thu gọn lại phù hợp kích thước hộp hay cắt cá thành từng khúc cho công đoạn sản xuất cá cắt khúc đông lạnh

Cách tiến hành:

Cá từ thiết bị phân loại được vận chuyển bằng băng tải đến máy cắt cá

Cá theo băng tải chính giữa của máy cắt cá đi vào, được công nhân đứng 2 bên thiết bị xếp vào những ô trên băng tải ở hai bên cánh thiết bị, đưa đến dao cắt đầu cắt khúc và bỏ nội tạng

Các biến đổi:

cá Trọng lượng giảm so với con cá ban đầu

 Sinh học: Tăng diện tích tiếp xúc của cá với không khí nên tạo điều kiện vi sinh vật phát triển làm tăng số lượng vi sinh vật sau khi cá được cắt xong trên khúc cá

1.3 Các phương pháp cắt khúc cá

1.3.1 Phương pháp truyền thống

khúc cá thường thực hiện bằng tay

được rửa đến công đoạn cắt khúc Người công nhân sẽ đặt cá trên thớt dùng tay không thuận để cố định cá, còn tay thuận cầm dao đã được mài bén cắt cá thành từng khúc Số khúc tùy thuộc vào yêu cầu của quy trình sản xuất

 Nhưng việc thực hiện cắt khúc cá truyền thống này có rất nhiều nhược điểm:

khúc đường chắc bị lệch, xéo, không ngay và dứt khoác làm khúc cá bị nát ảnh hưởng đến cảm quan

nhân

1.3.2 Phương pháp hiện đại

các nhà máy chế biến cần áp dụng công nghệ kỹ thuật vào sản xuất Vì thế công đoạn cắt khúc cá cũng không ngoại lệ

 Có nhiều thiết bị cắt khúc cá trên thị trường và được các nhà máy chọn lựa nhằm khắc phục các nhược điểm của cách làm truyền thống, như:

 Máy cắt khúc cá rotor

 Máy cắt khúc cá băng tải

 Máy cắt khúc cá gàu tải

 Máy cắt khúc cá dạng lưỡi cưa

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt khúc cá

1.4.1 Độ sắc của lưỡi dao

Độ sắc của lưỡi dao chính là bề dày s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao Đối với các máy cắt thái s không vượt quá 100μ, nếu s quá 100μ lưỡi dao coi như bắt đầu cùn và thái kém Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng Nếu gọi ứng suất cắt của vật liệu là c thì qs.c

Hình 1.1 Góc cắt thái

1.4.3 Độ bền của vật liệu làm dao

Dao có độ bền cao thì lâu cùn, thái tốt Khi đó công nén lớp vật thái do lưỡi dao tác động lúc bắt đầu cắt sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái cũng nhỏ hơn Các lực và công này thể hiện bằng đồ thị phụ thuộc vào độ thái sâu λ của lưỡi dao vào vật thái

Hình 1.2 Đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ thái sâu

1.4.4 Vận tốc của dao thái

Vận tốc dao thái ảnh hưởng quá trình cắt thái, thể hiện cụ thể bằng đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q (hoặc lực cắt thái pt và công cắt thái Act) với vận tốc của dao thái vt (hình 3.7) Vận tốc tối ưu vt = 35÷40 m/s

Hình 1.3 Đồ thị phụ thuộc giữa áp suất cắt thái riêng và vận tốc dao thái

1.4.5 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật liệu

Khi đường trượt của lưỡi dao trên vật thái hay của vật thái trên lưỡi dao càng dài thì lực cản cắt càng giảm Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật thái, ta hãy vẽ và phân tích vận tốc v của một điểm M ở trên cạnh sắc lưỡi dao cong AB khi tác động vào lớp vật thái (hình 3.8):

Hình 1.4 Vận tốc của điểm M trên cạnh sắc lưỡi dao

Vận tốc v có thể phân tích làm 2 thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến vn (vuông góc với lưỡi dao) và thành phần vận tốc pháp tuyến vt (theo cạnh sắc lưỡi dao) Vận tốc pháp tuyến vn chính là vận tốc của dao thái gập sâu vào vật thái gây nên tác động cắt thái Vận tốc tiếp tuyến vt gây nên chuyển động trượt tương đối của lưỡi dao trên vật thái

Theo định nghĩa của Gơriatskin, góc hợp bởi vận tốc v 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 

t

n

v tg v

   

Theo thực nghiệm, Gơriatskin đã chứng minh rằng lực cắt thái bắt đầu giảm nhiểu ứng với góc trượt nhất định của dao Theo thí nghiêm của viện sĩ Ziablov V.A lực cắt thái sẽ giảm nhiều với góc trượt 0

30

  Như vậy có nghĩa là hiện tượng cắt của dao đối với vật thái sẽ có một điều kiện chung để phát huy thật sự mạnh mẽ tác dụng cắt trượt, để giảm lực cắt thái được nhiều hơn

Phát triển các lý luận nghiên cứu về cắt thái của Gơriatskin V.P, viện sĩ Giưligopski V.A đã phân tích bản chất vật lý và đi đến xác định điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái như sau:

Xét các lực tác động giữa lưỡi dao với vật thái (hình 3.9) Khi cắt thái chặt bổ, góc trượt τ = 0 thì lực tác động giữa lưỡi dao với vật thái chỉ có một lực pháp tuyến cắt thái (thẳng góc với lưỡi dao) theo phương vận tốc của lưỡi dao

Xét trường hợp  o.Trên hình vẽ ta thấy rằng góc trượt τ càng lớn thì lực T