NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA Mã số: T2014-02

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM

MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA

Mã số: T2014-02

Chủ nhiệm đề tài: GVC TS Võ Minh Trí

Cần Thơ, 12/2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM

MÁY GỌT VỎ NÂU CƠM DỪA

Mã số: T2014-02

Xác nhận của trường Đại học Cần Thơ Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)

Cần Thơ, 12/2014

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ix

TÓM TẮT x

ABSTRACT xi

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU xii

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS xiv

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.ĐẶT VẤN ĐỀ 2

2.LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2

2.1.Ngoài nước 2

2.2.Trong nước 6

3.GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 7

4.MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI 8

4.1.Mục tiêu của đề tài 8

4.2.Phạm vi của đề tài 9

PHẦN KẾT QUẢ 10

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

1.1 TÌNH HÌNH CÂY DỪA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 11

1.1.1 Tổng quan về cây dừa 11

1.1.2 Diện tích dừa 12

1.1.3 Năng suất và sản lượng 13

1.1.4 Tình hình sản xuất, chế biến và thương mại dừa ở Bến Tre 14

1.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 17

1.2.1 Đặc điểm 17

1.2.2 Nguyên tắc 17

1.2.3 Truyền dẫn cơ khí trong máy 18

1.2.4 Truyền động đai 21

1.2.5 Thông số biến tần LG SV022iG5 – 4 24

CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU 25

2.1 THU THẬP SỐ LIỆU CẦN THIẾT CHO ĐỀ TÀI 25

2.1.1 Tổng hợp và phân tích số liệu kích thước của cơm dừa khi chưa gọt bỏ vỏ nâu 25

2.1.2 Giả thuyết ban đầu 25

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CỦA MÁY 26

3.1 THIẾT KẾ CHẾ TẠO 26

3.1.1 Truyền động của cơ cấu: 26

3.1.2 Khâu cố định cơm dừa: 27

3.1.3 Khâu gọt vỏ nâu cơm dừa và điều chỉnh độ sâu cắt: 40

3.1.4 Tính toán chọn động cơ phù hợp 62

3.1.5 Tính toán chọn hộp giảm tốc 62

3.1.6 Thiết kế khung máy 67

3.2 BẢN VẼ LẮP CÁC CHI TIẾT 69

3.2.1 Bản vẽ lắp khâu cố định cơm dừa 69

3.2.2 Bản vẽ lắp khâu dao 70

CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 71

4.1 CÁC THÍ NGHIỆM 71

4.1.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm tìm lực gọt cần thiết 71

4.1.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm xác định tính khả thi của dao gọt 77

4.1.3 Thí nghiệm 3: Xác định khối lượng cơm dừa hao hụt sau khi gọt 79

4.1.4 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm gọt vỏ nâu cơm dừa tự động 80

4.2 Nhận xét kết quả các thí nghiệm 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

1.KẾT LUẬN 84

2.KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU KÍCH THƯỚC CƠM DỪA 87

PHỤ LỤC 2: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TÌM LỰC GỌT VỎ NÂU 93

PHỤ LỤC 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CỦA BIẾN TẦN 96 PHỤ LỤC 4: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN 98

PHỤ LỤC 5: KHỚP NỐI GIỮA TRỤC CỐI CỐ ĐỊNH VÀ HỘP GIẢM TỐC 99

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa COM30 của Malaysia 3

Hình 1.2 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa COM31 của Malaysia 4

Hình 1.3 Nguyên lý vận hành máy gọt vỏ nâu của Ấn Độ 5

Hình 1.3 Gọt vỏ nâu bằng tay của người lao động ở tỉnh Bến Tre 6

Hình 1.4 Nguyên lý máy gọt vỏ nâu cơm dừa của Ks Lê Nhất Thống 7

Hình 1.5 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa của Ks Lê Nhất Thống 7

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý gọt vỏ nâu cơm dừa 8

Hình 2.1 Diện tích canh tác dừa trên thế giới năm 2009 theo các vùng địa lý (%) 12

Hình 2.2 Diện tích dừa của 10 quốc gia canh tác dừa lớn nhất thế giới năm 2009 (%) 12

Hình 2.3 Phân bố sản lượng dừa trồng theo khu vực địa lý (%) 13

Hình 2.4 Biểu đồ diện tích và sản lượng dừa của một số tỉnh ĐBSCL 2012 14

Hình 2.5 Biểu đồ tương quan số lượng sản phẩm xuất khẩu của dừa ở 2 giai đoạn 2009 và từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2014 16

Hình 2.6 Tương quan giá trị USD một số sản phẩm xuất khẩu của dừa ở 2 giai đoạn 2009 và từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2014 17

Hình 2.7 Nguyên lý cấu tạo của bộ truyền đai 21

Hình 2.8 Một số loại đai 22

Hình 2.9 Cấu tạo dây đai thang [7] 22

Hình 2.10 Bảng chịu tải trọng của các loại đai thang [7] 22

Hình 2.11 Chọn tiết diện các loại đai 23

Hình 2.12 Truyền động đai tròn ( ∅ = φ) 23

Hình 2.12 Truyền động đai tròn ( ∅ = φ) 23

Hình 2.13 Biến tần LG được sử dụng để thí nghiệm 24

Hình 3.1 Sơ đồ động ban đầu của máy gọt vỏ nâu cơm dừa 26

Hình 3.2 Cối giữ cố định dừa 27

Hình 3.3 Thiết kế trục cố định cơm dừa 29

Hình 3.4 Phân bố lực trên trục cối 29

Hình 3.5 Phân bố lực trên mỗi đinh ghim 31

Hình 3.6 Kích thước đinh ghim 32

Hình 3.7 Kích thước dao chẻ dừa 32

Hình 3.8 Phân bố lực trên lưỡi dao chẻ 33

Hình 3.9 Kích thước đinh ghim 34

Hình 3.10 Đường sinh chén úp 35

Hình 3.11 Thiết kế chén úp 35

Hình 3.12 Bulong lắp lỏng chịu lực dọc trục 36

Hình 3.13 Sơ đồ khí nén 37

Hình 3.14 Chi tiết ép dừa 39

Hình 3.15 Hình 3D của xy lanh khí nén 39

Hình 3.16 Một số hình thiết kế 3D của khâu cố định cơm dừa 40

Hình 3.17 Sơ đồ truyền động của hộp giảm tốc gắn càng dao 41

Hình 3.18 Nguyên lý cơ cấu chuyển động của càng dao 41

Hình 3.19 Càng dao và sơ đồ nguyên lý 42

Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý khâu điều chỉnh độ sâu lớp gọt 42

Hình 3.21 Mô tả vị trí kích thước ban đầu 43

Hình 3.22 Hình dạng miếng cơm dừa 44

Hình 3.23 Kích thước và vị trí các lỗ gắn chi tiết của khâu 45

Hình 3.24 Kích thước hình dạng của gối đỡ càng dao 46

Hình 3.25 Chuyển vị của gối 46

Hình 3.26 Hình ảnh 3D gối đỡ càng dao 47

Hình 3.27 Hình dạng kích thước cữ chặn biên dạng 47

Hình 3.28 Vị trí trục tâm của cơm dừa lý tưởng 48

Hình 3.29 Cải tiến thêm một biên dạng nhỏ 48

Hình 3.30 Vị trí bố trí lò xo nén 49

Hình 3.31 Con lăn 50

Hình 3.32 Bạc trượt 50

Hình 3.33 Cơ sở chọn kích thước càng dao 51

Hình 3.34 Kích thước càng dao 52

Hình 3.35 Vị trí càng dao chịu uốn lớn nhất 52

Hình 3.36 Giả định mô hình càng dao 53

Hình 3.37 Phân tích lực 53

Hình 3.38 Chi tiết truyền chuyển động (khâu 4) 54

Hình 3.39 Quá trình làm việc của càng dao 54

Hình 3.40 Điều kiện quay toàn vòng của giá 55

Hình 3.41 Tay quay ( Khâu 2) 56

Hình 3.42 Dầm liên kết ( Khâu 3) 56

Hình 3.43 Mô hình hóa cơ cấu 4 khâu bản lề 57

Hình 3.44 Một số loại dao bán trên thị trường 58

Hình 3.45 Lưỡi dao được chọn để ứng dụng 59

Hình 3.46 Chi tiết 1 59

Hình 3.47 Chi tiết 2 60

Hình 3.48 Chi tiết gắn lưỡi dao 60

Hình 3.49 Lưỡi dao 61

Hình 3.50 Gối đỡ cố định trục dao 61

Hình 3.51 Hình ảnh 3D của hộp giảm tốc vô cấp 63

Hình 3.52 Motor DC giảm tốc 64

Hình 3.53 Cấu tạo motor DC giảm tốc 3 cấp 64

Hình 3.54 Bánh răng nón răng cong 65

Hình 3.55 Hai trục của bộ truyền bánh răng nón 66

Hình 3.56 Lắp ghép bánh răng với truyền động bánh răng nón 66

Hình 3.57 Khung đỡ hộp giảm tốc 67

Hình 3.58 Hình vẽ thiết kế khung máy 68

Hình 3.59 Hình ảnh 3D của khung máy 68

Hình 3.60 Sơ đồ thí nghiệm tìm lực cắt 71

Hình 3.61 Tiến hành thí nghiệm với dao tĩnh 72

Hình 3.62 Thí nghiệm với dao động 72

Hình 3.63 Đồ thị biểu diễn lực gọt vỏ nâu cơm dừa 74

Hình 3.64 lưỡi dao răng cưa 74

Hình 3.65 Biểu đồ biễu diễn lực cắt 74

Hình 3.66 Biểu đồ biễu diễn lực cắt của dao động (xoay tròn) 75

Hình 3.67 Tính tổng diện tích lực gọt trên miền thời gian 75

Hình 3.68 Diện tích phân bố lực của thí nghiệm b (dao động) 76

Hình 3.69 Bố trí dao gọt được gắn với động cơ DC 77

Hình 3.70 Bố trí thí nghiệm gọt vỏ nâu khi cầm miếng dừa trên tay 78

Hình 3.71 Kết quả khi gọt trên cối cố định (lưỡi dao chưa tự động di chuyển) 78

Hình 3.72 Thí nghiệm gọt vỏ nâu cơm dừa với dao hai lưỡi 79

Hình 3.73 Một số hình ảnh của thí nghiệm 4 81

Hình 3.74 Miếng cơm dừa sau khi đã được gọt vỏ nâu từ thí nghiệm 4 81

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số máy COM30 3

Bảng 1.2 Thông số máy COM31 4

Bảng 2.1 Diện tích và sản lượng dừa ở các tỉnh năm 2012 14

Bảng 2.2 Một số mặt hàng xuất khẩu từ dừa ở Bến Tre 2009 15

Bảng 2.3 Một số mặt hàng xuất khẩu từ dừa ở Bến Tre (Tháng 7 - 9/2014) 16

Bảng 2.4 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ 19

Bảng 2.5 Chỉ số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ 20

Bảng 3.1 Kích thước trung bình của cơm dừa đã qua phân tích (Đv: cm) 25

Bảng 3.2 Trị số E của một số vật liệu 30

Bảng 3.3 Cơ tính của thép làm các tiết máy có ren [1][3] 37

Bảng 3.4 Thông số xy lanh SCA2 theo đường kính [18] 38

Bảng 3.5 Trị số áp xuất [P] và tích số [Pv] của một số vật liệu [4] 51

Bảng 3.6 Thông số hộp giảm tốc 64

Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả và tính toán các thông số của thí nghiệm 1 73

Bảng 3.8 Số liệu có được khi gọt vỏ nâu cơm dừa bằng dao hai lưỡi 80

Bảng 3.9 Số liệu gọt vỏ nâu với dao chạy tự động 82

ĐBSCL – Đồng bằng Sông Cửu Long

HC – Hiệu chỉnh các chi tiết trong quá trình thử nghiệm

TÓM TẮT

Việt Nam là một nước đầy tiềm năng về sản xuất và xuất khẩu nông sản, trong đó đóng góp chủ yếu từ khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long Ngoài đóng góp về sản lượng lúa gạo cho xuất khẩu, Đồng Bằng Sông Cửu Long còn biết đến là vựa trái cây của cả nước, với nhiều loại trái cây nổi tiếng như cam, xoài, bưởi, sầu riêng,… trong

đó có cây dừa

Cây dừa là loại cây lâu năm đã gắn bó với người nông dân từ rất lâu đời, cây dừa có thể nói là một loại cây công nghiệp đặc biệt, nó được tận dụng hầu hết các bộ phận Đặc biệt là các sản phẩm, thực phẩm từ cơm của quả dừa Trong quá trình chế biến cơm dừa nạo sấy, thì phần vỏ nâu bên ngoài yêu cầu phải được bóc tách để phần cơm bên trong sau khi chế biến giữ được màu trắng tinh Qui trình bóc tách hiện nay hầu như vẫn thực hiện một cách thủ công

Mục đích của đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy gọt vỏ nâu cơm dừa” nhằm

từng bước tự động hóa qui trình chế biến cơm dừa nói chung, và giải quyết khâu bóc tách vỏ nâu nói riêng Bộ phận máy gọt vỏ nâu cơm dừa được nghiên cứu trong đề tài bao gồm bốn thành phần chính: bộ phận khung máy, hệ thống động lực, bộ phận cố định miếng cơm dừa khi gọt, và bộ phận gọt vỏ nâu cơm dừa Trong đề tài này, một nguyên lý hoạt động hoàn toàn mới được đề xuất: Khi hệ thống động lực được khởi động, bộ phận truyền động làm quay bộ phận cố định miếng cơm dừa và bộ phận gọt

vỏ nâu cơm dừa theo tỉ số truyền khác nhau, lưỡi dao sẽ di chuyển theo một cung tròn được tính toán từ trước và tiến hành gọt sạch vỏ nâu cơm dừa Trước đó, miếng cơm dừa đã được đính chặt trên một chày định vị thông qua cối ép bằng khí nén

Kết quả thử nghiệm cho thấy nguyên lý mới này có thể gọt được dừa miếng, là một loại nguyên liệu sơ cấp đầu vào cho máy rất đặt thù trong sản xuất cơm dừa hiện nay Máy gọt một cách tự động, tỷ lệ hao hụt cạnh tranh được với gọt thủ công Với kết quả thí nghiệm cho thấy độ hao hụt trung bình là 23 %, năng suất gọt khoảng 30 kg/giờ Hạn chế của đề tài là khoảng thời gian ngừng máy để cơm dừa được đưa vào cối cố định gây mất thời gian ảnh trực tiếp hưởng tới năng suất gọt của máy, vẫn còn tỉ lệ lỗi của cơm dừa sau khi gọt Ngoài ra do hạn chế kinh phí, nên đề tài chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu khả thi về nguyên lý mà chưa thể đưa ra một dây chuyền làm việc hoàn hảo với những cải tiến cần thiết

ABSTRACT

Viet Nam has an enormous potential for producing and exporting agricultural products, which mainly contributed by Mekong Delta Not only being a major supply to national rice production for export, it also known as the fruit basket of the country, with many well-known fruits such as oranges, mango, grapefruit, durian… and coconut

Coconut trees are perennial trees which have been close with farmers for a long time,

it is a very special industrial plants, which is fully ultilizied every parts Especially the products, food from the coconut meat In the process of making desiccated coconut, the outer brown skin of coconut meat required to be removed, so that the inner meat remains pure white after processing Today, the brown skin peeling and classifying is still handcrafted and rudimentary

The aim of the thesis "Reseach designing and manufacturing of brown skin peeling machine" to gradually automate the processing of copra in general and tackle the brown skin peeling stage Brown skin peeling machine was studied in this topic includes four major parts: the chassis, dynamic system, coconut fixing part, brown skin peeling component In this thread, an entirely new principle is proposed: After the dynamic system activated, actuator help to rotate the copra fixing part and brown skin peeling with different gear ratios, blades will move in a premeditated arc and clean the brown skin Beforehand, pieces of coconut meat are attached on a positioning pestle through a pneumatic pressing mortar

Test results showed that the new theory could peel coconut pieces, a primary input materials for machine which is very specific in copra production today This machine automatically peels, with loss ratio can compete with manual paring With the results

of experiments showed that average loss ratio is 23%, efficiency of 30kg/hour

Limitations of the study is the downtime for coconut meat to be taken to the fixing mortar, causing time-consuming which directly affects the productivity of the machine, still existing error of copra after peeling Beside, due to the budget limitation, this topic just study the feasible princible, could not reach an excellent production line with necessary improvements

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Đơn vị: Khoa Công Nghệ

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứuthiết kếchế tạomáy gọt vỏ nâu cơm dừa

- Mã số: T2014-02

- Chủ nhiệm: Ts Võ Minh Trí

- Cơ quan: Bộ môn Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ

- Thời gian thực hiện: từ 4/2014 đến tháng 12/2014

Nam đối với các nước trồng dừa trong khu vực Đông Nam Á

4 Kết quả nghiên cứu:

Kết quả nghiên cứu thử nghiệm bước đầu cho thấy nguyên lý mới này có thể gọt được

nửa trái dừa, hoàn toàn tự động, tỷ lệ hao hụt cạnh tranh được với gọt thủ công

5 Sản phẩm:

- Công nghệ: Sơ đồ nguyên lý, bảng vẽ, qui trình chế tạo thiết bị

- Khoa học: Gửi đăng 01 bài báo cho tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ

- Đào tạo: 01 Luận văn tốt nghiệp sinh viên đã hoàn thành

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Có đầy đủ cơ sở để thực hiện đề tài nghiên cứu cấp Tỉnh hoặc cấp Bộ với đề tài dự kiến là Dây chuyền phân loại và gọt vỏ nâu cơm dừa tự động

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Study of design and implement paring coconut’s brown skin machine

Code number: T2014-02

Coordinator: Vo Minh Tri

Implementing institution: Department of Automation, College of Technology Duration: from 4/2014 to 12/2014

2 Objective(s):

The research study and design a mechanical device capable of receiving and grinding coconut meat to remove brown skin automatically Expected rate of 30 kg/hour

3 Creativeness and innovativeness:

The project offer a new direction for Vietnam in general and the Mekong Delta in particular in applying industrialisation to paring brown skin of coconut to increase productivity, reduce dependence on skill of worker, bring competition in the production and export of products from coconut’s meat with countries in Southeast Asia

- Science: submission of 01 papers to Journal of Science, Can Tho University

- Training: 01 engineer thesis

6 Effects, technology transfer means and applicability:

There are comprehensive establishments to carry out a research projects at ministerial

or provincial level, which would be entitled Production line of shorting and paring

coconut’s brown skin

PHẦN MỞ ĐẦU

Phần này trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh vực liên quan tới đề tài Vấn đề khó khăn đang hiện diện và hướng giải quyết của đề tài sẽ được đề cập Từ đó, mục tiêu và phạm vi đề tài được xác định rõ

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối với xu thế xã hội ngày một phát triển thì tự động hóa là không thể thiếu trong sản xuất Tự động hóa đóng vai trò quan trọng cho một nền kinh tế giàu mạnh Việt Nam là một nước đang phát triển việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất là cấp thiết, muốn có lợi nhuận kinh tế cao trong sản xuất cần phải xét nhiều vấn đề nhưng quan trọng nhất là năng suất lao động và thời gian tạo ra sản phẩm Đối với một quy trình sản xuất thì khâu chuẩn bị nguyên vật liệu là khâu quan trọng hàng đầu

Việt Nam Còn không ít những quy trình sản xuất thủ công cần được giải quyết, trong số đó là công đoạn gọt vỏ nâu cơm dừa khô Việc gọt vỏ nâu cơm dừa hiện nay được thực hiện thủ công, người lao động dùng dao hai lưỡi để gọt vỏ nâu và không phải ai cũng có thể làm được vì nó là công việc đỏi hỏi phải khéo tay và tỉ mỉ (hình 1.4)

Lợi ích của dừa mang lại rất cao Cây dừa được tận dụng triệt để hầu hết các bộ phận của cây dừa đều có giá trị kinh tế [1] Đặc biệt là các sản phẩm từ trái dừa khô

2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

2.1 Ngoài nước

Nhận thấy được lợi ích mà dừa mang lại thì ở một số quốc gia có diện tích trồng dừa lớn ở Đông Nam Á như Philippines, Indonesia, Malaysia… đã nghiên cứu chế tạo thành công máy gọt vỏ nâu cơm dừa như máy Coconut Paring Machine model COM30 ( Hình 1.1) [2] , COM31 của Malaysia

Dưới đây là một vài thông số của một số của một số máy gọt vỏ nâu đang có trên thị trường thế giới

a) Coconut Paring Machine Model COM30

Nguyên lý: máy gọt vỏ nâu bằng 2 trục xoay vuông góc nhau, trục thứ nhất cố định miếng dừa và đưa xuống lưỡi dao, trục thứ hai là dao xoay với tiết diện hình trụ tròn để gọt vỏ nâu (Hình 1.1) [2]

Hình 1.1 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa COM30 của Malaysia

Bảng 1.1 Thông số máy COM30

Kích thước máy (dài x rộng x cao) 0,60 x 0,50 x 1,10 (m)

 Ưu điểm : máy cắt nhanh, gọt được miếng dừa nhỏ, vận hành đơn giản

 Nhược điểm: máy không điều chỉnh được độ ăn sâu của dao khi gọt vỏ nâu, máy cồng kềnh, khối lượng máy khá nặng (200kg)

b) Coconut Paring Machine model COM31

Nguyên lý: Máy mài vỏ nâu bằng đá mài gắn trên trục xoay (Hình 1.2)

Hình 1.2 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa COM31 của Malaysia

Bảng 1.2 Thông số máy COM31

Kích thước của máy (dài x rộng x cao) 1,2 x 0,50 x 0,7 (m)

 Ưu điểm: Máy có thiết kế đơn giản, giá thành rẻ

 Khuyết điểm: Máy mài thủ công nên năng suất thấp

Qua xem xét các thông số của hai máy gọt vỏ nâu cơm dừa từ Malaysia trên, ta thấy rằng cả hai máy đều sử dụng động cơ một pha, điều này thuận tiện cho người dùng trong việc cung cấp nguồn điện để hoạt động máy Thế nhưng, tổng khối lượng vẫn còn lớn (COM30 là 200kg, COM31 là 120kg) và kích thước khung máy vẫn còn lớn nên khiến máy chông cồng kềnh và khó di chuyển

c) Wet Coconut Testa (Brown Skin) Peeler

Theo bài báo “Development and Performance Evaluation of Wet Coconut Testa (Brown Skin) Peeler” của các tác giả Mr Mohankumarachar P, Mr Shivakumara K S,

Mr Bharath R S, MrPradeep Kumar A R & Dr B Vasudeva, thuộc Bộ môn kỹ Thuật

cơ khí Viện Công nghệ Siddaganga, máy có nguyên lý và các thông số chính như sau: Máy gọt một lúc nhiều trái dừa thông qua lưỡi dao được gắn phía dưới thùng làm việc của máy Động cơ truyền chuyển động cho đĩa lắp dao, trái dừa chuyển động và

va chạm vào lưỡi dao qua đó lớp vỏ nâu được loại bỏ được mô tả ở hình 1.3 dưới đây[3]

Hình 1.3 Nguyên lý vận hành máy gọt vỏ nâu của Ấn Độ

1 – Lưỡi dao; 2 – Đĩa gắn dao Theo nhóm tác giả năng suất của máy là 1600/ngày (8 giờ) công suất tiêu thụ của máy là 1kWh (1.34Hp), máy hoạt động tốt, năng suất lớn nhưng máy có một số nhược điểm[21]:

 Máy chỉ gọt được vỏ nâu đối với những trái dừa còn nguyên

 Máy mới thử nghiệm trên loại dừa Testa

 Không điều chỉnh được chỗ nào cần gọt vì trái dừa va đập tự do vào lưỡi dao

2

1 Đĩa dao xoay tạo chuyển

động cho trái dừa

2.2 Trong nước

Từ lâu dừa đã là nguồn sống chính cho biết bao nông dân, có khoảng 70% dân Bến Tre gắn bó với cây dừa [1] Các sản phẩm thực phẩm từ dừa như cơm dừa nạo sấy, bột sữa dừa, nước cốt dừa, bắt đầu phát triển ở các tỉnh ĐBSCL đã nâng giá trị sản phẩm

từ dừa và tạo khả năng xuất khẩu Trong đó, nguyên liệu chủ yếu dùng để chế biến các sản phẩm trên là thịt quả dừa khô được gọt sạch vỏ nâu[4] Tuy nhiên hiện nay, việc gọt vỏ nâu cơm dừa của người dân vẫn còn là quy trình thủ công, người lao động phải dùng dao hai lưỡi để gọt vỏ nâu Vì thế năng suất vẫn còn rất thấp và cũng phụ thuộc vào tay nghề của người lao động rất nhiều

Hình 1.3 Gọt vỏ nâu bằng tay của người lao động ở tỉnh Bến Tre

Tại hội chợ dừa Bến Tre 2011, Kỹ sư Lê Nhất Thống, Công ty Tribeco Bến Tre, cựu giảng viên ĐH BK TP HCM, hiện đang công tác tại Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ (Sở KH&CN TP HCM) đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy gọt vỏ nâu dừa (công suất 3Hp) với nguyên lý được thể hiện ở hình bên dưới.( Hình 1.4) [4]

Hình 1.4 Nguyên lý máy gọt vỏ nâu cơm dừa của Ks Lê Nhất Thống

Hình 1.5 Máy gọt vỏ nâu cơm dừa của Ks Lê Thống Nhất

 Ưu điểm:

+ Năng suất cao 100kg/h

+ Gọt được các miếng cơm dừa có độ dày khác nhau

+ Gọt được những miếng cơm dừa bị vỡ vụn

+ Vận hành đơn giản, không cần kỹ năng tay nghề

Khả năng của máy được chọn là gọt được cơm dừa của 1/2 trái Đề tài này chọn nguyên lý cơm dừa sẽ được cố định trên cối giữ, và được định hình bằng lực ép của xy lanh khí nén, cối giữ quay nhờ động cơ truyền động, tiếp theo càng dao chuyển động thông qua cơ cấu bốn khâu bản lề theo biên dạng cơm dừa Càng dao được gắn lưỡi

dao, lưỡi dao được thết kế quay quanh trục A Kết hợp hai dạng chuyển động của càng dao và lưỡi dao cơm dừa sẽ được gọt vỏ nâu (Hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý gọt vỏ nâu cơm dừa

1 – Càng cao; 2 – Dao; 3 – Cối cố định dừa; 4 – Đinh ghim;

5 – Lưỡi dao chẻ dừa; 6 – Cơm dừa khô; 7 – Khâu điều chỉnh độ sâu cắt;

8 – Lò xo điều chỉnh; 9 – Lực ép dừa Nguyên lý gọt vỏ nâu được chọn gần giống với quy trình cắt gọt của máy tiện, chỉ khác là lưỡi dao máy tiện đứng yên trên bàn dao còn của máy gọt thì quay để hạn chế lực tác động lên miếng dừa Lực ép dừa được tạo bởi xy lanh khí nén Lực này đủ lớn

để ép cơm dừa cố định trên cối nhưng không làm hỏng (vỡ vụn) miếng cơm dừa

4 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI

4.1 Mục tiêu của đề tài

Hướng tới việc chế tạo một mô hình thực nghiệm sau đó tiến hành thí nghiệm trên

cơm dừa thật và đạt được các tiêu chí sau đây:

 Gọt được vỏ nâu cơm dừa một cách tự động thông qua các cơ cấu được thiết kế

 Năng suất gọt được nâng cao biên bản thử nghiệm đặt ra là 30kg/h

 Giảm tỉ lệ hao hụt sau khi gọt ( hiện tại theo thí nghiệm 3 độ hao hụt khi sử dụng là 48.6g đối với lớp gọt dày 1mm)

 Vận hành đơn giản

 Mô hình để mọi người có đam mê khoa học tiếp tục nghiên cứu phát triển hoặc tham khảo

4.2 Phạm vi của đề tài

 Khảo sát và tổng hợp số liệu phục vụ cho tính toán thiết kế

 Thiết kế chế tạo bộ truyền động cho khâu gọt

 Thiết kế chế tạo khâu cố định cơm dừa

 Thiết kế chế tạo khâu gọt tự động

 Thiết kế chế tạo khâu điều chỉnh độ dày lớp gọt

 Thiết kế chế tạo truyền động cho khâu gọt

 Thiết kế chế tạo khung máy

 Kết nối hệ thống điện (động lực) cho mô hình thử nghiệm

 Dùng Solidworks 2013 để thiết kế cơ khí

Ngoài ra đề tài còn sử dụng một số phần mềm như Orcad 9.2, bộ phần mềm văn phòng Microsoft Office 2010 để tổng hợp số liệu và phân tích số liệu, phần mềm Solidworks 2013 để thiết kế cơ khí Phần mềm Graph 4.3 để khảo các số liệu liên quan

PHẦN KẾT QUẢ

 Chương 1: Cơ sở lý thuyết

 Chương 2: Tông hợp kết quả và phân tích số liệu

 Chương 3: Thiết kế chế tạo các chi tiết của máy

 Chương 4: Thí nghiệm và kết quả

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 TÌNH HÌNH CÂY DỪA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1.1 Tổng quan về cây dừa

a) Giới thiệu chung

Dừa có khoa học là Cocos nucifera, là một loài cây trong họ Cau (Arecaceae) Nó cũng là thành viên duy nhất trong chi Cocos và là một loại cây lớn, thân đơn trục

(nhiều khi gọi là nhóm thân cau dừa) có thể cao tới 30 m, với các lá đơn xẻ thùy lông chim 1 lần, cuống và gân chính dài 4–6 m các thùy với gân cấp 2 có thể dài 60–90 cm;

lá kèm thường biến thành bẹ dạng lưới ôm lấy thân; các lá già khi rụng để lại vết sẹo trên thân [13]

Cây dừa được di thực đến Việt Nam từ thế kỉ XIX, được trồng phổ biến vào đầu thế

kỉ XX chủ yếu ở các tỉnh Trung và Nam bộ đặc biệt là Bến Tre, do sự du nhập giống dừa từ các thương thuyền của những doanh nhân từ Malaysia và Philippines ra vào các cảng biển Việt Nam thời đó [14] Ngày nay, Việt Nam là một trong những quốc gia có diện tích trồng dừa cao trong khu vực Đặc biệt là ở các tỉnh ĐBSCL như Bến Tre, Vĩnh Long, Tiền Giang, Cần Thơ,

b) Phân loại cây dừa ở Việt Nam

Trong dân gian thường chia dừa thành hai tên gọi: dừa Ta và dừa Xiêm[15]

 Dừa Ta: là giống dừa bản địa trái to, cơm dừa là nguyên liệu chính

+ Dừa Dâu: Trái nhỏ, vỏ mỏng, sai trái, cơm dày, dừa dâu có thể khai thác làm nước giải khát như dừa Xiêm

+ Dừa Bung: Trái to, vỏ dày, gáo lớn, cơm dày

+ Một số giống dừa đặc biệt được lai tạo khác như dừa Dứa (nước có mùi thơm của lá dứa); dừa Sáp (Cơm dừa và cái dừa là một hỗn hợp như sáp)

 Dừa Xiêm: Là giống dừa có nguồn gốc nhập ngoại, trái nhỏ, vỏ xanh, chủ yếu dùng nước đề giải khát

Ngày nay, việc chọn giống dừa trồng được nông dân đặc biệt chú trọng , có nhiều giống rất phong phú như: dừa ta xanh, dừa ta vàng, dừa dâu xanh, dừa dâu vàng, dừa xiêm xanh, dừa xiêm vàng, dừa ẻo, dừa Tam Quan, dừa dứa, các giống dừa lai như PB121, PB141, JVA1, JVA2 Ngoài ra còn có một vài giống dừa như dừa bung, dừa sọc, dừa sáp, [16]

1.1.2 Diện tích dừa

a) Thế giới

Theo số liệu của FAO, thế giới có khoảng 11,86 triệu ha đất canh tác dừa Cây dừa phân bố khá rộng khắp ở khu vực nhiệt đới và cận xích đạo Tuy nhiên, dừa tập trung nhiều nhất ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Cây dừa được phân bố nhiều nhất

ở vùng Đông Nam Á (60,89%); kế đó là vùng Nam Á (19,74%); vùng Châu Đại Dương (4,6%) Sau đó là vùng Châu Mỹ La Tinh, mà chủ yếu là Brazil (2,79%) Các đảo quốc ở vùng biển Caribbean đóng góp 0,97%; Các vùng còn lại đóng góp 10,75% diện tích (Hình 2.2)[1]

Hình 2.1 Diện tích canh tác dừa trên thế giới năm 2009 theo các vùng địa lý (%)

Ở khu vực Đông Nam Á, các quốc gia có diện tích dừa đáng kể là Philippines, Indonesia, Thái Lan, Malaysia và Việt Nam (Hình 2.3) [1]

Hình 2.2 Diện tích dừa của 10 quốc gia canh tác dừa lớn nhất thế giới năm 2009 (%) Dừa là cây lâu năm, và chỉ thích nghi trên những vùng khí hậu nhất định Vì vậy, diện tích canh tác dừa khá ổn định, ít có sự thay đổi đáng kể Trong suốt giai đoạn 2000-2009, diện tích dừa thế giới chỉ tăng 10,36%; trong đó, diện tích tăng nhiều nhất

ở khu vực Đông Nam Á (12,72%) Ngược lại, hai vùng có diện tích dừa giảm đi là Caribbean và Châu Đại dương[1]

Độ tạo ra đến 76,8% tổng sản lượng dừa thế giới (Hình 2.4)[1]

Hình 2.3 Phân bố sản lượng dừa trồng theo khu vực địa lý (%)

b) Việt Nam

APCC (2011) ước đoán Việt Nam có 141 ngàn ha, hàng năm sản xuất được khoảng

813 triệu trái dừa năm 2009, tương đương 180 ngìn tấn cơm dừa quy đổi Theo Sở Nông nghiệp & Phát triển nông thôn Bến Tre (2011), trong năm 2010 Bến Tre có khoảng 51,560 ha dừa, trong đó diện tích cho trái là 41,535 ha, ước sản lượng là 420,212 triệu trái[1]

Bảng 2.1 Diện tích và sản lượng dừa ở các tỉnh năm 2012

Nguồn: VN Statistical yearbook 2011 & Vocarimex

Hình 2.4 Biểu đồ diện tích và sản lượng dừa của một số tỉnh ĐBSCL 2012

1.1.4 Tình hình sản xuất, chế biến và thương mại dừa ở Bến Tre

Khoảng 85% diện tích còn lại trồng các giống dừa chế biến công nghiệp hoặc đa dụng như nhóm dừa Ta (Ta xanh, Ta vàng, Ta đỏ), dừa Dâu (Dâu xanh, Dâu vàng, Dâu đỏ), giống lai PB121, JVA 2, và giống lai khác[21]

Hiện nay ngày càng có nhiều doanh nghiệp đầu tư vào chế biến dừa ở Bến Tre, kể

cả doanh nghiệp trong nước và doanh nghiệp đầu tư trực tiếp nước ngoài, kể cả doanh nghiệp tư nhân và doanh nghiệp nhà nước Đến cuối năm 2009, Bến Tre có 82 doanh nghiệp đăng ký và hoạt động trong lĩnh vực chế biến các sản phẩm từ dừa Con số này tăng 74,5% so với năm 2005 (Cục Thống Kê Bến Tre, 2011)

Các sản phẩm chế biến từ dừa ngày càng phong phú hơn, và các doanh nghiệp này

đã tận dụng hầu hết các khả năng chế biến trái dừa Các sản phẩm kẹo dừa, thạch

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000

0 50,000

Biểu đồ sản lượng và diện tích dừa

Sản lượng( triệu quả) Diện tích (ha)

dừa, sản phẩm từ cơm dừa có dầu dừa, cơm dừa nạo sấy, bột sữa dừa, chỉ xơ dừa, lưới

xơ dừa, than gáo dừa (than thiêu kết) và than hoạt tính Ngoài ra, còn rất nhiều mặt hàng thủ công mỹ nghệ được chế biến từ các bộ phận thân gỗ, trái, gáo, gân lá dừa, v.v

Hàng năm, kim ngạch xuất khẩu dừa trái và các sản phẩm dừa của Bến Tre đạt trên

70 triệu USD Các sản phẩm chính, lượng và giá trị xuất khẩu của dừa Bến Tre được tóm lược ở bảng 2.2 sau đây[1]

Bảng 2.2 Một số mặt hàng xuất khẩu từ dừa ở Bến Tre 2009

Nguồn: Báo cáo xuất nhập khẩu hàng năm, Cục Thống Kê Bến Tre, 2011

Đa phần các sản phẩm được chế biến từ cơm dừa khô theo bảng 2.2 ở trên giá trị xuất khẩu các mặt hàng đạt 23,96 triệu USD

Cùng với nhu cầu phát triển của xã hội và thị trường ngày được mở rộng như ngày nay Các sản phẩm của dừa cũng ngày càng đa dạng, lượng xuất khẩu ngày càng lớn, đóng góp một phần cho sự phát triển nền kinh tế của đất nước Các năm gần đây có sự tăng trưởng mạnh cả về số lượng và giá trị ( Hình 2.5 và Hình 2.6) Một cách trực quan nhất có thể nhận thấy rằng từ các biểu đồ tương quan, số lượng xuất khẩu tăng đồng nghĩa với giá trị USD tăng lên nhanh chóng Theo biểu đồ hình 2.6 thống kê 2009 các mặt hàng suất khẩu đạt gần 35 triệu USD, con số này tăng lên chỉ trong vòng 3 tháng (7 – 9/2014) đạt gần 20 triệu USD

Bảng 2.3 Một số mặt hàng xuất khẩu từ dừa ở Bến Tre (Tháng 7 - 9/2014)

Nguồn: Trung tâm xuất tiến thương mại Bến Tre 29/10/2014

Hình 2.5 Biểu đồ tương quan số lượng sản phẩm xuất khẩu của dừa ở 2 giai đoạn 2009

và từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2014

Hình 2.6 Tương quan giá trị USD một số sản phẩm xuất khẩu của dừa ở 2 giai đoạn

2009 và từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2014

1.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Theo “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí” tập 1 của tác giả Trịnh Chất – Lê Văn

Uyển thì việc thiết kế các chi tiết máy có các đặc điểm và nguyên tắc sau [5]

 Trong tính toán thiết kế thì ẩn số thường nhiều hơn phương trình

 Cùng một nội dung thiết kế có rất nhiều phương án giải quyết nên cần phải đồng bộ tính toán

Cơm dừa xấy khô

Bột sữa dừa

Thạch dừa

Chỉ xơ dừa

Giá trị (7 - 9/2014)

1.2.3 Truyền dẫn cơ khí trong máy

Máy móc và thiết bị được cấu tạo từ 3 bộ phận chính: động cơ, hệ thống truyền động và bộ phân công tác Thông thường vận tốc bộ phận công tác và động cơ không trùng nhau nên ta phải sử dụng các hệ thống truyền động để truyền chuyển động, công suất và biến đổi chuyển động từ động cơ sang bộ phận công tác Có rât nhiều loại truyền động như truyền động điện, truyền động cơ khí, truyền động thủy lực và khí nén[6], v.v

a) Một số yêu cầu khi lựa chọn các bộ truyền

Khi thiết kế máy cần thiết phải lựa chọn các bộ truyền động thích hợp, chọn dạng truyền động cho các khâu muốn chuyển động phụ thuộc vào yêu cầu đặt ra, và phải thỏa mãn một số yêu cầu sau

 Truyền động chính xác theo yêu cầu

 Thực hiện việc truyền động an toàn, thuận tiện dễ dàng

 Kích thước và khối lượng bộ truyền phù hợp

 Độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị

 Hiệu suất truyền động cao

b) Các thông số cơ bản trong truyền động cơ khí

Tốc độ chuyển động quay được đặc trưng bởi vận tốc góc ω (rad/s) và số vòng quay n (vòng/phút) Giữa chúng có mối liên hệ như sau

𝜔 =𝜋 𝑛30Vận tốc dài của một điểm trên vật quay V (m/s) xác định theo công thức:

𝑉 = 𝜔 𝑟

1000=

𝜋 𝑑 𝑛60.1000Công suất P (kW) liên hệ với momen xoắn M (N.mm) và số vòng quay theo công thức:

𝑃 = 𝑀𝑥 𝑛9,55 106

Công suất trên trục dẫn P1 (kW)

Công suất trên trục bị dẫn P2 (kW)

Hiệu suất của bộ truyền η

𝜂 =𝑃2

𝑃1 < 1 hay: η = 1 −

𝑃𝑚

𝑃1Trong đó Nm là công suất mất mát (kW)

Tỉ số truyền i:

𝑖 = 𝑛1

𝑛2Đối với tỉ số truyền nhiều cấp tỉ số truyền chung bằng tích các tỉ số truyền:

nct số vòng quay của bộ phận công tác; ndc số vòng quay của động cơ[6]

Tỉ số truyền là một thông số quan trọng cần tính toán chính xác để cho các cơ cấu chấp hành là việc hiệu quả đáp ứng được các yêu cầu đặt ra Dưới đây là bảng thông số tỉ số truyền nên dùng trong các bộ truyền [5]

Bảng 2.4 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ

- Pct là công suất cần thiết của trục động cơ

- Pt là công suất tính trên trục công tác

Để truyền chuyển động hay biến đổi chuyển động từ động cơ chính tới các bộ phận,

cơ cấu công tác thì cần sử dụng các bộ truyền chuyển động Trong quá trình tính toán công suất của máy, thì việc lựa chọn các bộ truyền chuyển động sẽ ảnh hưởng tới công suất làm việc của máy, vì sự thất thoát công suất khi làm việc của các bộ truyền Tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng làm việc của máy mà có sự lựa chọn hợp lý Dưới đây

là bảng thống kê chỉ số hiệu suất của các loại bộ truyền[1]

Bảng 2.5 Chỉ số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ

quay làm cho bánh bị dẫn quay theo [5][6]

Hình 2.7 Nguyên lý cấu tạo của bộ truyền đai

Ưu điểm :

 Có khả năng truyền động giữa hai trục xa nhau

 Làm việc êm dịu

 Giữ được an toàn cho các thiết bị máy móc khi quá tải

 Kết cấu đơn giản giá thành rẻ

Phạm vi ứng dụng:

 Truyền trục có khoảng cách xa

 Truyền với công suất 0,3 ÷ 50kW

 Chuyển động với vận tốc dài khoảng 5 ÷ 30 m/s

 Tỷ số truyền không quá 10

Hình 2.8 Một số loại đai

a) Đai thang [7]

Hình 2.9 Cấu tạo dây đai thang Outer cover – lớp vải cao su bao quanh đai; Compression side – lớp vải cao su chịu nén;Cords – Lớp sợi chịu tải chủ yếu; Rubber – Lớp vải cao su chịu kéo

Hình 2.10 Bảng chịu tải trọng của các loại đai thang [7]

Đai thang có 3 loại : đai thang thường đai thang hẹp và đai thang rộng [9] Đai thang thường có vận tốc làm việc ≤30 m/s, đai thang hẹp ≤ 40m/s, đây là hai loại đai được sử dụng phổ biến hiện nay.Ở đai thang thường tỉ số giữ chiều rộng tính toán bt và chiều cao h của tiết diện hình thang bt/h ≈ 1,4, đai thang hẹp là 1,05 ÷1,1, Đai thang rộng là 2 ÷ 4,5 Chọn tiết diện đai thông qua số vòng làm việc của bánh đai nhỏ và công suất truyền động[5]

Hình 2.11 chọn tiết diện các loại đai Hai hình 2.10 và 2.11 cho thấy được sự tương quan giữa công suất và số vòng quay của bánh đai trong quá trình làm việc qua đó chọn đai hợp lý

b) Đai tròn

Truyền động đai tròn được sử dụng truyền động với công suất nhỏ [18]

Hình 2.12 Truyền động đai tròn ( ∅ = φ) Hình 2.12 Truyền động đai tròn ( ∅ = φ)

(2.9)