Nghiên cứu phương pháp gia công bằng siêu âm ứng dụng để bóc tách hạt điều

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên : Trần Minh Thông MSHV: 1570819 Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại hoc, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao h

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC

BÁCH KHOA-ĐHQG Tp.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thiên Phúc

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày……tháng……năm……

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

TRẦN MINH THÔNG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM ỨNG DỤNG ĐỂ BÓC TÁCH

HẠT ĐIỀU

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TPHCM, năm 2017

CÔNG TRÌNH ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA –ĈHQG –HCM

Cán bӝ hѭӟng dүn khoa hӑc :

(Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) Cán bӝ chҩm nhұn xét 1 :

(Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) Cán bӝ chҩm nhұn xét 2 :

(Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) Luұn văn thҥc sƭ ÿѭӧc bҧo vӋ tҥi Trѭӡng Ĉҥi hӑc Bách Khoa, ĈHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phҫn Hӝi ÿӗng ÿánh giá luұn văn thҥc sƭ gӗm: (Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ cӫa Hӝi ÿӗng chҩm bҧo vӋ luұn văn thҥc sƭ) 1

2

3

4

5

Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch Hӝi ÿӗng ÿánh giá LV và Trѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұn văn ÿã ÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có) CHӪ TӎCH HӜI ĈӖNG TRѬӢNG KHOA…………

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Thực nghiệm trên hạt điều với kích cỡ A1 và A2 sau khi đã hấp

- Đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số như: vận tốc cắt (m/phút), góc cắt ( o) và

khoảng cách giữa lưỡi cắt trên với lưỡi cắt dưới (mm) đến tỉ lệ hạt không cắt được (%)Khi thực hiện cắt bằng siêu âm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài).06/02/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)18/06/2017

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin cảm ơn Thầy TS NGUYỄN THANH HẢI và Thầy PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này Trong thời gian thực hiện luận văn, Thầy đã cố vấn cho tôi những những lời khuyên thiết thực giúp tôi tháo gỡ những khó khăn trong quá trình nghiên cứu để kịp thời hoàn thành luận văn này đúng thời hạn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Công ty TNHH Mỹ-Anh-An, Công ty TNHH VietSonic, Công ty Gia Lợi Long An, Công ty TNHH Trường Hưng… , đã luôn giúp đỡ

và tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm trong quá trình thực hiện luận văn

Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn quý Thầy/Cô trong khoa Cơ Khí đã tham gia giảng dạy chương trình Thạc sĩ trong thời gian tôi theo học ở trường Thầy/Cô đã trang bị cho tôi những kiến thức để tôi có thể hoàn thành luận văn của mình

Cuối cùng, tôi biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình, bạn bè tôi đã luôn thông cảm, giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường đại học Bách khoa TP.HCM

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Trần Minh Thông

TÓM TẮT

Công nghệ cắt siêu âm là một trong số những phương pháp gia công tiên tiến, đã

và đang được ứng dụng nhiều trong gia công cắt gọt Tìm hiểu về lý thuyết, sau đó ứng dụng vào thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao năng suất gia công để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao về cung cấp nhân hạt đều, không chỉ trong nước mà còn xuất khẩu đi nước ngoài

Với kiến thức đã học kết hợp với khoa học máy tính, ta có thể đưa ra phương án ứng dụng sóng siêu âm vào gia công Sau đó, ta sử dụng quy hoạch thực nghiệm để phân tích kết quả thu được và đưa ra mối liên hệ cho các thông số nghiên cứu, từ đó làm cơ sở cho việc đánh giá năng suất khi thực hiện cắt bằng phương pháp siêu âm sau này

ABSTRACT

Ultrasonic vibration cutting is one of conventional machining processes, have been applied a lot in material removal processes From the theoretical studies, the applying in large-batch production to enhance machining capacity to meet the needs of vendor cashew kernels, not only in Vietnam but also for the exportation to foreign countries

With the knowledge and technical computing, we could use ultrasonic waves method in machining And then, we use an experimental design to analyze the result received and introduce the correlation of data, hence using it to assess the capacity by applying the ultrasonic vibration cutting

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên : Trần Minh Thông

MSHV: 1570819

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại hoc, Đại

học Bách Khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài “NGHIÊN CỨU

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM ỨNG DỤNG ĐỂ BÓC TÁCH HẠT ĐIỀU” dưới sự hướng dẫn của Thầy TS NGUYỄN THANH HẢI và Thầy PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học của riêng tôi, số liệu trong luận văn là thực Tôi đã thực hiên luận văn đúng theo quy định của phòng Đào tạo sau đại học

và theo hướng dẫn của Thầy TS NGUYỄN THANH HẢI và Thầy PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

MỤC LỤC

MỤC LỤC 6

DANH MỤC HÌNH 8

DANH MỤC BẢNG 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11

1.1 GIỚI THIỆU VỀ HẠT ĐIỀU 11

1.2 LỢI ÍCH CỦA HẠT ĐIỀU 12

1.2.1 Nhân điều 12

1.2.2 Dầu vỏ hạt điều (CNSL) 13

1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT ĐIỀU 13

1.3.1 Phân cỡ hạt sơ bộ 14

1.3.2 Làm sạch 14

1.3.3 Ẩm hóa 14

1.3.4 Xử lý nhiệt 15

1.3.5 Xử lý nhiệt bằng rang 16

1.3.6 Xử lí nhiệt bằng hấp hơi nước : 18

1.3.7 Làm nguội và ủ 18

1.3.8 Cắt và tách vỏ 18

1.3.9 Sấy nhân 19

1.3.10 Bóc vỏ lụa 19

1.3.11 Phân loại sản phẩm 19

1.3.12 Thanh trùng 19

1.3.13 Đóng gói 19

1.4 NHU CẦU THỊ TRƯỜNG 19

1.5 THIẾT BỊ BÓC TÁCH VỎ 20

1.5.1 Sản phẩm trong nước 20

1.5.2 Sản phẩm nước ngoài 22

1.5.3 Thiết bị hiện có ứng dụng trong đề tài 25

1.6 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG SIÊU ÂM 26

1.6.1 Nguyên lý cắt siêu âm 26

1.6.2 Ưu điểm của phương pháp gia công bằng siêu âm 28

1.6.3 Ứng dụng phương pháp gia công bằng siêu âm 28

1.6.4 Tính cấp thiết của đề tài 37

1.6.5 Kết quả nghiên cứu sơ khởi 38

1.6.6 Mục tiêu của luận văn 38

1.6.7 Ý nghĩa khoa học của luận văn 38

1.6.8 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn 38

1.6.9 Nội dung(Liệt kê và mô tả chi tiết nội dung nghiên cứu) 39

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 40

2.1 GIỚITHIỆU 40

2.2 CẮTSIÊUÂM 41

2.2.1 Cắt siêu âm 1D 44

2.2.2 Cắt siêu âm 2D 46

CHƯƠNG 3 TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 49

3.1 MÔHÌNHTHÍNGHIỆM 49

3.1.1 MÁY 49

3.1.2 CỤM ĐỒ GÁ - ĐẦU SIÊU ÂM – DAO CẮT 50

3.1.3 ĐỐI TƯỢNG THỰC NGHIỆM 54

3.1.4 QUÁ TRÌNH CẮT HẠT 55

3.2 CHỌNTHÔNGSỐTHÍNGHIỆM 56

3.3 PHƯƠNGPHÁPTHỰCNGHIỆM 56

3.4 CÁCBƯỚCXÂYDỰNGPHƯƠNGTRÌNHHỒIQUY 56

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 57

4.1 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY BẬC 2 DẠNG MÃ HÓA 59

4.1.1 Xác định các hệ số phương trình hồi quy theo công thức công thức ma trận 59 4.1.2 Mức ý nghĩa các hệ số và tính thích hợp PTHQ 61

4.2 PHƯƠNG TRÌNH DẠNG TỰ NHIÊN 64

4.3 GIÁ TRỊ HÀM Y THỰC TẾ 64

5.1 KẾTLUẬN 71

5.2 HƯỚNGNGHIÊNCỨUTƯƠNGLAI 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 73

Danh mục hình

Hình 1.1: Cấu tạo hạt điều 11

Hình 1.2 Quy trình chế biến hạt điều 14

Hình 1.3: Thiết bị đang sử dụng trong thực tế, việc bóc tách vỏ hạt điều được thực hiện chủ bằng cơ 21

Hình 1.4 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE 22

Hình 1.5 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE 23

Hình 1.6 Máy tách vỏ hạt điều HX002 24

Hình 1.7 Sơ đồ hoạt động của máy 25

Hình 1.8 Ứng dụng siêu âm trong công nghiệp 27

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cắt siêu âm 28

Hình 1.10 Máy cắt thịt đông lạnh bằng siêu âm 29

Hình 1.11 Sơ đồ cắt bằng siêu âm của phát minh 31

Hình 1.12 Máy cắt thực phẩm siêu âm model 30C của Ermatec 31

Hình 1.13 Máy cắt thực phẩm siêu âm Dukane 32

Hình 1.14 Máy cắt thực phẩm siêu âm Newtech, Anh 33

Hình 1.15 Máy cắt thực phẩm siêu âm Sonics, Mỹ 33

Hình 1.16 Sơ đồ khối mạch điều khiển siêu âm [1] 34

Hình 1.17 Sơ đồ khối hệ thống siêu âm dùng chip FPGA [2] 35

Hình 1.18 Sơ đồ khối nguồn phát siêu âm [3] 35

Hình 1.19 Thiết bị thí nghiệm cắt thực phẩm siêu âm [4] 36

Hình 1.20 Mô hình thiết bị cắt bơ siêu âm [5] 36

Hình 1.21 Thiết bị thí nghiệm cắt thực phẩm siêu âm [6] 37

Hình 2.1: Quá trình của phương pháp cắt siêu âm đơn hướng 41

Hình 2.2: Xem xét nguyên nhân hình thành phoi trong cắt siêu âm 42

Hình 2.3: Phân bố của ứng suất lên dụng cụ phân tích bằng phương pháp phần tử hữu 43 Hình 2.4: Tọa độ 44

Hình 2.5: Cắt siêu âm 1D 44

Hình 2.6: Biểu đồ chu kỳ cắt 46

Hình 2.7: Cắt siêu âm 2D 47

Hình 2.8: : Vòng lặp cắt siêu âm 2D với HSR và d/B đối với đường elip có A=11μm và B=2μm 48

Hình 3.1 a) Máy cắt tách hạt đều; b) Bảng thông số máy 49

Hình 3.2 a) Máy phay CNC Baron-Max, model : VM-18; b) Bảng thông số máy CNC Baron-Max, model : VM-18 50

Hình 3.3 Gia công chi tiết thuộc cụm đồ gá 50

Hình 3.4 Đầu siêu âm 51

Hình 3.5 Dao cắt hạt điều (với góc dao 45o ) 51

Hình 3.6 Cụm dao cắt siêu âm đƣợc lắp lên máy 54

Hình 3.7 Hạt điều với kích cỡ A1, A2 54

Hình 3.8 Quá trình cắt hạt 55

Hình 4.1 Vị trí đúng của hạt điều khi vào cụm dao cắt tách 67

Hình 4.2 Vị trí sai của hạt điều khi vào cụm dao cắt tách 67

Hình 4.3 Hình dáng hạt mong muốn (hạt no) 67

Hình 4.4 Hình dáng hạt không mong muốn (hạt lép) 68

Danh mục bảng

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g hạt điều 12Bảng 1.2: So sánh chỉ số năng lượng cung cấp bởi nhân điều và các loại sản phẩm khác12Bảng 1.3Thông tin bằng sang chế EP 0783399 B1 30Bảng 4.1 Thể hiện mối tương quan giữa giá trị của thông số thực tế và thông số quy đổi 57Bảng 4.2 Bảng kết quả thực nghiệm 58Bảng 4.3 Bảng giá trị kết quả phương sai 61Bảng 4.4 Bảng giá trị kết quả phương sai 2 

i

s b 62

Bảng 4.5 Bảng giá trị ti 63Bảng 4.6 Bảng thể hiện giá trị Y thực tế 65Bảng 4.7 Bảng thể hiện giá trị  2

Y  Y 65

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về hạt điều

Hạt điều có chiều dài trung bình 2,5 - 3,2 cm, dày 1,3 - 1,6 cm, rộng 1,9 - 2,2 cm, trọng lượng trung bình 5 - 40g, nó tùy theo những vùng khác nhau Năng suất hạt của cây điều lâu năm vào khoảng 20 - 30 kg hạt/cây 10 tuổi tương ứng với 200 - 300 kg quả/cây Sản lượng còn tùy thuộc vào điều kiện đất đai, chăm sóc, phân bón và điều kiện khí hậu

Phần vỏ hạt dày khoảng 0,4 cm, chiếm 70% trọng lượng hạt vỏ điều gồm 3 lớp:

- Lớp vỏ ngoài nhẵn, dai và láng, màu xám hoặc nâu

- Lớp vỏ giữa dày nhất, xốp, cấu trúc tổ ong có chứa một chất lỏng có tính nhựa,

màu nâu đỏ Khi tiếp xúc với không khí nó bị sậm màu đi rất nhanh, chất lỏng này

có tên là dầu vỏ hạt điều Dầu vỏ có vai trò là chất bảo vệ tự nhiên cho hạt chống lại côn trùng

- Lớp vỏ trong rất cứng

Hình 1.1: Cấu tạo hạt điều

Phần vỏ lụa bao quanh nhân chiếm khoảng 3,5% trọng lượng hạt nhân

Nhân điều chiếm khoảng 30% trọng lượng quả điều là phần có giá trị kinh tế cao nhất của quả điều

1.2 Lợi ích của hạt điều

1.2.1 Nhân điều

- Hạt điều chứa 47% chât béo trong đó có tới 82% là các acid béo không bão hòa

Chất béo không bão hòa này không những loại bỏ nguy cơ làm tăng cholesterol trong máu mà còn góp phần làm cân bằng hay làm giảm bớt mức cholesterol

- Hạt điều chứa 21% protein, 22% carbohydrate và một sự phối họp hợp lý các

amino acid, chất khoáng và vitamin với thịt, trứng, sữa sẽ loại trừ các bất lợi của các nguồn thức ăn từ động vật này

- Lượng đường hòa tan trong hạt điều ít hơn 1% Vì vậy, chúng ta có thể ăn hạt điều

mà không phải lo lắng về lượng calori vượt mức Việc sử dụng hạt điều cũng không gây ra bệnh béo phì và tiểu đường

- Thành phần chất xơ trong hạt điều giúp làm giảm sự hấp thụ cholesterol từ thực

phẩm ăn vào, chửa trị bệnh táo bón ngoài ra chất xơ còn giúp bảo vệ cơ thể tránh bệnh ung thư, viêm ruột thừa

Loại thực phấm Năng lượng calo/lkg

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g hạt điều

Loại thực phấm Năng lượng calo/lkg

Bảng 1.2: So sánh chỉ số năng lượng cung cấp bởi nhân điều và các loại sản phẩm khác

- Các vitamin nhóm B đặc biệt là B , có tác dụng kích thích ngon miệng, nhân điều

còn có vitamin E giúp chống suy nhược, thiếu máu Nhân điều còn là một nguồn giàu các chất khoáng (Ca, Mg, Zn, p, Cu, Fe) giúp bảo vệ sức khỏe và hệ thống thần kinh con người

- Dầu nhân điều thu được từ quá trình ép nguội, nhân điều có chứa các thành phần

acid béo như: Palmitic (8,2%), Palmitoleic (0,4%), Stearic (4,2%), Oleic (67,4%), Linoleic (19,8%); dầu nhân điều vượt trội các loại dầu khác như dầu Oliu, dầu bắp, dầu đậu nành

- Dầu nhân là loại dầu quí, màu vàng tươi, dịu sử dụng trong thực phẩm và y học

Bánh dầu hạt điều có chứa nhiều chất dinh dưỡng, là nguyên liệu tốt cho ngành công nghiệp bánh kẹo

1.2.2 Dầu vỏ hạt điều (CNSL)

- Dầu vỏ có chứa một hỗn họp các alkyl phenol tự nhiên, một chất lỏng nhớt màu nâu hơi đỏ, độc hại với da người khi tiếp xúc Dầu vỏ có trong thành phần hạt điều (18-23% trọng lượng hạt) để bảo vệ nhân điều khỏi bị côn trùng phá hoại Dầu vỏ

là một sản phẩm phụ có giá trị kinh tế và kỹ thuật cao

- Vecni dầu điều có cấu trúc không gian bền với nước, nhiệt và hoá chất Và sau khi khô có thể mài bóng được

- Sơn cardanol trùng hợp: Sơn này giống sơn dầu trùng hợp nhưng vì cardanol có nhân thơm và không có liên kết ester như trong dầu nên rất bền nhiệt, bền hóa, cứng hơn và đàn hồi kém

- Keo dán epoxy – cardanol: keo epoxy có nhiêu đặc tính tôt được xem như là keo vạn năng nhưng rất giòn Keo này dán được các chi tiết kim loại, cao su kim loại trong điều động rất tốt

- Các chế phẩm khác từ dầu vỏ hạt điều như: thuốc trừ sâu và thuốc nhuộm

1.3 Quy trình công nghệ chế biến hạt điều

Mục đích của công nghệ chế biến hạt điều là tách nhân điều ra khỏi vỏ, tạo nên nhân điều có chất lượng cao, đảm bảo tỉ lệ bể vỡ nhân thấp, nhân vẫn giữ nguyên dinh dưỡng

và màu trắng, không bị vàng bị nhiễm dầu

Quy trình chê biên hạt điều qua các công đoạn sau (hình 1.2): phân cỡ hạt lần 1 và làm sạch, làm ẩm, xử lý nhiệt, làm nguội và ủ, phân cỡ hạt lần 2, cắt tách vỏ, sấy nhân, bóc vỏ lụa, phân loại sản phẩm, hồi ẩm, thanh trùng, đóng thùng sản phẩm

Hình 1.2 Quy trình chế biến hạt điều

1.3.1 Phân cỡ hạt sơ bộ

Phân cỡ sơ bộ ra làm 3 loại: loại lớn, loại trung bình, loại nhỏ để có chê độ âm hoá thích hợp cho mỗi cỡ hạt sao cho khi ẩm hoá xong tất cả các cỡ hạt có cùng độ ẩm theo yêu cầu

Ở giai đoạn này người ta cũng có thể phân chính xác ra các cỡ hạt cụ thể là 4 - 5 kích

cỡ hạt

1.3.2 Làm sạch

Công việc này rất cần thiết đặc biệt khi áp dụng công nghệ chao dầu Sự lắng đọng của đất cát gây quá nhiệt cục bộ và làm hư hỏng thiết bị (chao dầu), cản trở dầu vỏ thoát ra ngoài, gây khó khăn cho quá trình tinh lọc dầu và làm tăng chi phí sản xuất Các hạt điều thô có thế được sàng bằng máy sử dụng lưới sàng ¾ inch

1.3.3 Ẩm hóa

Đây là giai đoạn làm cho vỏ hạt ngấm nước băng cách ngâm hoặc tưới nước nhiều lần lên hạt, hoặc kết hợp giữa tưới và ngâm, hoặc có thể xử lý hạt bằng hơi nước (hấp hạt) để đạt độ ẩm cần thiết 15 - 25% (thường 15 - 18%) Việc làm thấm nước là để chuẩn bị cho công việc xử lý nhiệt

Tác động quan trọng của ẩm hóa:

Nước thấm vào bên trong vỏ hạt điều sẽ tạo ra hỗn hợp dầu vỏ và nước, khi chao dầu hạt gặp nhiệt độ cao (180°-200°C) đột ngột nước trong hỗn hợp chuyển sang trạng

thái hơi tăng áp phá vỡ các tế bào chứa dầu dễ dàng chảy thoát ra và làm cho vỏ hạt phồng lên tạo ra khoảng hở giữa vỏ và nhân

Nhờ tăng ẩm nhân sẽ dẻo hơn, trong quá trình chao nhân không bị xém vàng và

bể vỡ khi đưa qua công đoạn cắt bóc vỏ tiếp theo

Có thế ẩm hóa theo một trong các cách sau :

 Tưới nước: chất hạt điều thành đống hoậc cho vào bể có lỗ thoát nước rồi tưới nước đẫm nhiều hơn (thường cách 1 giờ tưới 1 lần) giữa các lần tưới đậy hạt bằng bao bố ẩm số lần tưới nhiều ít phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu, kích cỡ hạt, độ dày mỏng của vỏ và thời gian lưu kho của hạt Ẩm hóa theo cách tưới nước mất nhiều thời gian nhưng ít bị dư ẩm

 Ngâm nước : Hạt được ngâm vào bể nước lã tới khi đạt độ ẩm theo yêu cầu thì vớt

ra ( hoặc tháo hết nước để ráo nước) Thời gian ngâm cũng phụ thuộc vào các điều kiện của hạt như ở cách tưới Ấm hóa theo cách ngâm rút ngắn được thời gian ẩm hóa so với tưới nhưng dễ bị quá ẩm

 Kết hợp vừa ngâm vừa tưới hạt: ngâm hạt trong nước lã 1 giờ rồi tháo nước để ráo tưới thêm một số lượt để điều chỉnh độ ẩm của hạt đúng yêu cẩu

 Xử lí hạt bằng hơi nước (hấp hạt) trong thời gian 10-15 phút

Khi ẩm hóa cần chú ý :

Nước dùng ẩm hóa không được chứa ion sắt

Nhiệt độ của nước không quá 30°C

Không để nước thấm qua vỏ lụa vì nếu trong nước có chứa ion sắt sẽ xảy ra nội phản ứng với các polyphenol của vỏ lụa tạo thành những phức chất có màu hơi xanh, có thể gây loang lổ trên bề mặt nhân màu trắng

1.3.4 Xử lý nhiệt

Hiện nay ở nước ta cũng như ở các nước khác (Ấn Độ, Brazil ) thì công nghệ xử lý nhiệt hạt điều được dựa trên hai phương pháp chủ yếu: hấp bằng hơi nước và chao dầu Mục đích là làm cho vỏ hạt điều dòn và sau khi xử lý nhiệt thì giữa nhân và vỏ cứng có khe hở để việc cắt bóc vỏ lấy nhân được dễ dàng

1.3.5 Xử lý nhiệt bằng rang

Dùng nhiệt làm cho vỏ hạt điều phồng lên, nứt ra để dầu vỏ bên trong thoát ra đồng thời tạo ra khoảng hở giữa vỏ và nhân, khi bóc nhân không bị bể vỡ và không bị dính bẩn dầu vỏ Có 2 cách rang :

Rang trực tiếp đơn giản - còn gọi là phương pháp đốt (Drum roasting) Cho hạt điều vào thùng quay rồi đốt nóng đỏ bằng dầu ngọn lửa hờ vừa quay thùng, dầu trong vỏ xì ra

và bốc cháy Nhờ sự bốc cháy của dầu vỏ mà giữ được nhiệt độ của thùng quay không đổi Thùng quay được quay bằng tay trong 2-4 phút sau đó khi hạt vẫn còn đang cháy dùng tro bếp phủ lên để dập lửa và hấp thụ dầu vỏ còn dính trên bề mặt vỏ hạt rồi đưa qua cắt bóc vỏ Phương pháp đốt có ưu điểm tốc độ cắt bóc vỏ và ti lệ nhân nguyên vẹn cao nhưng có khuyết điểm: tổn thất không thu hồi về được dầu vỏ, môi trường làm việc

bị ô nhiễm do khói của dầu cháy làm cay mắt, rát cổ họng và kém an toàn lao động, chất lượng sàn phẩm thấp vì nhân thường bị xém vàng ờ phía đầu Hiện nay phương pháp đốt

ít được sử dụng

Rang trong dầu vỏ CNSL ( cashew nut shell liquid) - còn gọi là chao dầu (Oil bath roasting):

Công nghệ chao dầu được sử dụng phổ biến Hạt điều sau khi được ẩm hóa được đưa

vào thùng có chứa dầu vỏ CNSL đã gia nhiệt tới 180° - 200°C Thời gian hạt điều nằm

trong dầu (thời gian chao) kéo dài từ 1-3 phút tùy thuộc vào kích cỡ hạt, trong quá trình chao dầu vỏ hạt phồng lên, nứt chân chim do hơi nước trong vỏ bốc ra, nhờ các vết nứt này dầu trong vỏ thoát ra làm cho mức dầu CNSL trong thùng tăng lên và được lấy ra liên tục trong quá trình chao dầu Sau khi chao dầu, hạt được đưa qua máy li tâm để tách hết lớp dầu vỏ còn dính trên bề mặt vỏ hạt rồi để nguội đưa qua khâu cắt bóc vỏ Trường hợp do dầu CNSL dùng để chao đã quá đặc qua vẩy li tâm dầu vẫn còn bám dính trên vỏ hạt có thể trộn tro bếp vào để tro bếp hấp thụ hết lớp dầu còn dính này

Quá trình chao dầu được xác định là đạt yêu cầu kĩ thuật khi lấy được ít nhất là 50% lượng dầu trong vỏ, bề mặt của hạt sau khi chao khô không dính dầu, quan sát bề mặt vỏ thấy các vết nứt chân chim, cầm hạt có cảm giác nhẹ và khi lắc có cảm nhận được giữa

vỏ và nhân có một khoảng hở

Để hạt điều chao có chất lượng tốt cần đảm bảo các thông số kĩ thuật sau :

- Độ ẩm của hạt khi đua vào chao là 15-18%

- Dầu CNSL dùng để chao phải có chất lượng tốt (lỏng), không lẫn tạp chất cơ học

tỷ lệ dầu/hat từ 20/1 đến 50/1 (tốt nhất là 50/1) nghĩa là để chao lkg hạt điều cần phải dùng 50kg dầu vỏ để giữ nhiệt độ chao ổn định trong suốt quá trình chao

- Nhiệt độ chao từ 180° - 200°C, thời gian chao từ 1-3 phút tùy theo độ ẩm của hạt

đưa vào chao

Tuy vậy các thông số kĩ thuật này có tác động qua lại với nhau nên cần phải điều chỉnh

và phối hợp một cách hợp lí trong khi chao mới thu được sản phẩm sau khi chao có chất lượng tốt Chẳng hạn khi hạt điều thiếu ẩm nếu không điều chỉnh nhiệt độ và thời gian chao thì khi hạt chao ra nhân sẽ bị giòn (quá khô) và vàng, độ tróc của vỏ lụa kém, kết quả là khi cắt bóc vỏ và lột vỏ lụa thì tỉ lệ bể vỡ nhân sẽ tăng lên và chất lượng nhân thấp

dễ bị nhiễm dầu (nhiệt độ cao, độ ẩm lớn sẽ tạo điều kiện cho các quá trình hóa học xảy

ra như các phản ứng oxy hóa, thủy phân tạo ra các sản phẩm mới : các peroxit, các axit béo tự do trong thành phần của nhân) và có màu vàng nước, tỉ lệ nhân trắng bị giảm nhiều Hiện tượng nhiễm dầu sẽ nặng hơn nếu chất lượng của CNSL dùng để chao đã bị đặc (chất lượng kém)

Biện pháp xử lí khi xảy ra sự cố :

 Hạt thiếu ẩm : phải dùng dầu CNSL đảm bảo chất lượng để chao, giữ nguyên nhiệt

độ - rút ngắn thời gian chao hoặc hạ bớt nhiệt độ chao - giữ nguyên thời gian chao

- Hạt thừa ẩm : chỉ được sử dụng dầu CNSL đảm bảo chất lượng để chao, tăng nhiệt

độ - giữ nguyên thời gian chao hoặc giữ nguyên nhiệt độ - tăng thời gian chao

So với đốt chao dầu có ưu điểm:

- Thu hồi được dầu vỏ (ít nhất 50% lượng dầu vỏ có trong vỏ), chất lượng sản phẩm nhân thu được cao ( giữ nguyên được màu sắc vốn có và không bị dính dầu vỏ CNSL)

- Chao dầu có thể dùng thủ công nhúng từng mẻ hoặc cơ giới hóa và tự động hóa hoàn toàn

- Môi trường nơi làm việc không độc hại, sạch sẽ và an toàn lao động

Xử lí nhiệt thường tiến hành ở nhiệt độ cao nhưng cũng có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn 100° - 120°C nếu độ ẩm của hạt được điều chỉnh phù hợp có tên gọi là phương pháp đốt nhẹ (mild drum roasting) và phương pháp chao dầu nhẹ (mild oil bath roasting)

1.3.6 Xử lí nhiệt bằng hấp hơi nước :

Dùng hơi nước bão hòa để hấp hạt điều liên tục: Hạt điều thô chuyển động liên tục từ khi vào cho đến khi ra khỏi thiết bị hấp Chính sự chuyển động liên tục này tạo điều kiện cho các hạt điều được tiếp xúc liên tục với hơi nước bão hòa tương đối giống nhau về mức độ, cường độ và thời gian Như vậy đối với một loại nguyên liệu nhất định (có kích

cỡ, tỉ trọng, độ ẩm như nhau) thì độ ẩm thay đổi về cơ - lí hóa sau khi hấp là tương đương nhau, không có hiện tượng hạt mềm, hạt cứng như phương pháp hấp tĩnh, gián đoạn Sau khi hấp hạt điều được để nguội 24h, nhân bên trong sẽ co lại, tạo thuận lợi cho quá trình cắt tách lấy nhân với tỉ lệ bể vỡ thấp

So với phương pháp chao dầu phương pháp hấp có những ưu điểm là : tỉ lệ sản phẩm trắng cao hơn, hiện tượng nhân hạt điều nhiễm dầu gần như không có Thiết bị đơn giản, vận hành sửa chữa dễ dàng, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, chi phí sản xuất thấp Môi trường được bảo vệ tốt vì không có hơi dầu vỏ điều bốc ra môi trường Hệ thống được cơ giới hóa dễ dàng

1.3.7 Làm nguội và ủ

Đối với phương pháp hấp bằng hơi nước tuỳ theo thời tiết thì thời gian làm nguội và ủ

là 48 - 72 giờ Nếu ủ không đủ thời gian cần thiết hạt điều sẽ bị tươm dầu khó cắt, nếu ủ quá lâu khi cắt nên dễ bị vỡ

Đối với phương pháp chao dầu, chủ yếu là làm sạch dầu dính trên vỏ bằng cách cho hạt quay trên máy ly tâm, sau đó làm nguội bằng quạt gió Làm nguội càng nhanh vỏ hạt điều càng giòn và dễ cắt

1.3.8 Cắt và tách vỏ

Mục đích tách vỏ ra khỏi nhân, các yêu cầu được đặt ra là:

Cắt tách vỏ không được để dầu vỏ dính bám vào nhân điều và nhân không bị vỡ

Năng suất lao động cao

Các hình thức tách vỏ: tách vỏ thủ công, tách vỏ cơ giới kết hợp với thủ công và tách

vỏ bằng máy

1.3.9 Sấy nhân

Làm giảm độ ẩm trong nhân (còn khoảng 3%) và làm rộp vỏ lụa trên bề mặt của nhân

để việc bóc vỏ lụa đươc dễ dàng Thời gian sấy điều chỉnh trong khoảng 8-10 giờ, nhiệt

độ sấy 70°C-80°C Khảo sát sự thay đổi của độ ẩm của nhân điều ( độ ẩm của nhân điều khi đưa vào sấy thường là 7,5-9,5%) Trong quá trình sấy có 2 giai đoạn rõ rệt Giai đoạn đầu chiếm không quá 50% thời gian sấy đã giảm được 50% độ ẩm ban đầu của nhân

nhưng từ mức độ ẩm này sấy liên tục để tới độ ầm thuận lợi cho việc bóc vỏ lụa

(2,5-3,5%) đòi hỏi thời gian sấy dài có khi còn nhiều hơn cả thời gian sấy giai đoạn đầu Chính vì lí do này mà trong quá trình sấy luôn 1 đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ sấy đồng

đều trong toàn bộ buồng sấy Nếu để nhiệt độ cao cục bộ xảy ra ở một khu vực nào đó

trong buồng sấy sẽ làm cho nhân bị xém vàng và giảm chất lượng

là kiến, mọt, sâu bọ hoặc khí CO2 có thể hòa tan dầu điều

1.4 Nhu cầu thị trường

Tính từ đầu năm đến hết tháng 2, các doanh nghiệp (DN) đã xuất khẩu gần 31.500 tấn nhân điều, đạt kim ngạch hơn 286 triệu USD Mặc dù giảm 9,9% về sản lượng, nhưng theo Hiệp hội Điều Việt Nam (Vinacas), lại tăng 8,7% về trị giá so với cùng kỳ năm

2016, khi giá xuất bình quân hiện nay lên đến 9,5USD/kg, riêng với thị trường Trung Quốc là 11USD/kg nhân điều mã W320

Bên cạnh thị trường truyền thống và quan trọng là Trung Quốc, năm 2016, Mỹ trở thành thị trường nhập khẩu lớn nhất nhân điều của Việt Nam, với mức 1 tỷ USD trong số

3,2 tỷ USD kim ngạch xuất khẩu của ngành điều Việt Nam Giải thích về điều này, ông Nguyễn Đức Thanh, Chủ tịch Vinacas, cho rằng sau các kỳ kiểm tra nhà máy, các nhà nhập khẩu Mỹ nhận thấy Việt Nam là nước cung cấp nhân điều đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm so với các nước khác như Ấn Độ, Brazil (còn sử dụng lao động chân tay ở nhiều khâu, như Việt Nam trước đây) Trong tổng sản lượng điều thô thế giới khoảng 7 triệu tấn, Việt Nam chế biến 1,5 triệu tấn (năm 2016), chiếm khoảng 50% sản lượng và

12 năm liền là nước xuất khẩu nhân điều đứng đầu thế giới sau khi vượt qua Ấn Độ Vì vậy, các nước có nhu cầu nhập khẩu nhân điều đều nghĩ đến Việt Nam

1.5 Thiết bị bóc tách vỏ

1.5.1 Sản phẩm trong nước

Ngành điều Việt Nam có khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới là do các DN làm chủ được công nghệ chế biến Đây có lẽ là ngành hàng duy nhất mà Việt Nam có thể xuất khẩu được thiết bị và công nghệ Đó là kết quả của việc liên kết giữa DN chế biến nhân điều với các DN cơ khí hơn 20 năm qua, từng bước tạo dựng “thương hiệu” về công nghệ chế biến điều Mặc dù Việt Nam không là nước chế biến đầu tiên thế giới như với Brazil hay đầu tiên ở châu Á như Ấn Độ, nhưng DN Việt Nam đã nhanh chóng tiếp thu, cải tiến để nâng cao và từng bước hoàn chỉnh công nghệ Nhiều thiết bị do DN cơ khí Việt Nam sản xuất ở hầu hết các công đoạn chế biến (phân loại, hấp, tách, bóc vỏ lụa…) đều được đánh giá là ngang bằng hay ưu thế hơn so với thiết bị nhập khẩu; đặc biệt là khâu cắt tách vỏ điều thô, thiết bị đã được các nước nhập khẩu thay vì mua từ các hãng chế biến nổi tiếng thế giới như Oltremare của Ý

Cụ thể như các DN: Cty TNHH TMDV kỹ thuật cơ khí Thành Phát, Cty TNHH

SX - TM - DV Mỹ Anh An, CTy TNHH Đầu Tư và Phát Triển Công Nghệ Mê Kông (gọi tắt là MK Tech Co.LTD)….đã đang nghiên cứu và phát triển dòng sản phẩm này Nhưng nhìn chung kết cấu, kiểu dáng và nguyên lý hoạt động tương đối giống nhau Nên xin đơn cử thiết bị của Cty TNHH SX - TM - DV Mỹ Anh An để phân tích

Hình 1.3: Thiết bị đang sử dụng trong thực tế, việc bóc tách vỏ hạt điều được thực hiện

chủ bằng cơ Thiết bị đang sử dụng trong thực tế, việc bóc tách vỏ hạt điều được thực hiện chủ bằng cơ

Năng suất của máy 60 – 80 kg/h, kích thước máy D 1.300 x R 920 x C 1.580mm, Nguồn điện cung cấp: 3 phase - 380V, Tổng công suất: 1Hp, tuổi thọ dao cắt 2 tuần

Nguyên lý hoạt động: Được trình bày ở hình 1.7

1.5.2 Sản phẩm nước ngoài

- Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE, Ý

Hình 1.4 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE Được nghiên cứu và sản xuất bởi công ty OLTREMARE, Ý Dùng để tách và phân loại nhân hạt Máy có 3 đường cắt như nhau và có thể cắt được hầu hết các hạt có kích thước khác nhau

Nguyên lý hoạt động: Hạt điều sao khi chao (hoặc hấp) sẽ được đưa vào phểu (1), qua các cụm dẫn hướng đến băng tải, băng tải có nhiệm vụ vận chuyển hạt điều đến các thanh V, thanh V sẽ có nhiệm vụ định dạng hạt khi trước khi đi vào cụm dao cắt và tách (3) Cuối cùng cụm dao cắt tách (3) thực hiện cắt và tách hạt điều

Ưu điểm của máy này là kết cấu nhỏ gọn, linh động dễ duy chuyển

Nhược điểm của máy là do số đường cắt hạt chế và chuyển động cắt của máy vẫn

là chuyển động cơ, nên năng suất còn thấp

Máy tách vỏ hạt điều Devi, Ấn Độ

Hình 1.5 Máy tách vỏ hạt điều của hãng OLTREMARE Đặc tính của máy: kích thước máy D 45inch – R 21inch - C 50inch, trọng lượng máy 180kg, Động cơ - 220v, 0.5hp, động cơ một pha ac, 1440 vòng / phút, năng suất 25-

30 kg / giờ, thành phẩm 80-90%

Máy Oltremare nguyên liệu hạt điều được cắp vào một hệ thống phễu, chuyển hạt điều bằng xích vào cụm dao cắt tách trong máy, cụm dao được thiết kế đựa trên hình dáng hạt Các hạt được đẩy vào giữa các dao sau đó tiến hành dao sẽ thực hiện việc cắt, tách các phần cứng để lấy hạt nhân

Ưu điểm của máy này là kết cấu nhỏ gọn, linh động dễ duy chuyển, dễ lắp đặt Nhược điểm của máy là do số đường cắt hạt chế và chuyển động cắt của máy vẫn

là chuyển động cơ, nên năng suất còn thấp, khó khan cho việc vệ sinh

Máy tách vỏ hạt điều HX002, Shanghai Huanxin Machinery, Trung Quốc

Hình 1.6 Máy tách vỏ hạt điều HX002 Đặc tính của máy: kích thước máy 130mm – 90mm - 70mm, trọng lượng máy 140kg, năng suất 50 kg / giờ, thành phẩm 90% - 95%, tỉ lệ vở hạt 5% - 10%

Dựa trên đặc tính chuyển động và điều khiển bằng khí nén, máy có 6 đường cắt Hạt điều được đưa vào phễu, sao đó được vận chuyển đến dao cắt nhờ chuyển động xoắn của dao, thực hiện việc cắt hạt tách nhân

Ưu điểm của máy này là kết cấu có tích hợp nhiều đường chạy dao Đảm bảo năng suất khi cần

Nhược điểm của máy là chuyển động cắt của dao là chuyển động cơ, nên tuổi thọ dao còn thấp, điều này sẽ ảnh hưởng đến năng suất khi gia công

1.5.3 Thiết bị hiện có ứng dụng trong đề tài

Thiết bị được sử dụng trong đề tài thuộc sáng chế và chế tạo của Cty TNHH SX -

TM - DV Mỹ Anh An như hình 1.3 đã đề cặp ở phần trên Nguyên lý hoạt động của máy như sau

Hình 1.7 Sơ đồ hoạt động của máy Cách thức hoạt động của thiết bị: Hạt điều sau khi hấp hoặc chao và phân loại, được cấp vào phễu (1) đặt bên trên máy Nhờ rulo quay làm hệ thống băng tải (2) chuyển động, sau đó băng tải sẽ mang hạt điều xuống phểu định hướng (3) tại đây hạt điều sẽ rơi vào đúng rãnh của các thanh V (7), (nhiệm vụ của thanh V này là định vị hạt điều đúng với vị trí mong muốn để cắt hạt) Để hạt điều di chuyển đến dao cắt thì nó nhờ các thanh

gạt (4) được gắn cố định trên xích (8) Sau đó sẽ được cố định tại cụm (5) trước khi đi

vào cắt tách ở cụm (6)

 Ưu điểm của máy này là:

- Nhờ tự động hóa nên chi phí nhân công giảm xuống và năng suất lao động tăng lên, năng suất của máy 60 – 80 kg/h

- Khả năng tách vỏ thông minh khiến lượng hạt điều vỡ sau tách chỉ chiếm khoảng 10%

- Độ an toàn khi làm việc tốt,vận hành máy dễ dàng, không đòi hỏi phải tốn nhiều sức lực

- Máy có kết cấu nhỏ gọn dễ vận chuyển

Tuy nhiên môi trường làm việc của thiết bị rất khắc nghiệt ( lực lớn, nhiệt lớn và môi trường hóa học ), dẫn đến bộ phận thường hư hỏng và làm việc không ổn định là dao cắt, tỉ lệ bóc tách chưa cao Do vậy cần có một giải pháp để khác phục vấn đề này

1.6 Phương pháp gia công siêu âm

1.6.1 Nguyên lý cắt siêu âm

Siêu âm (ultrasonic, supersonics) đề cập đến các sóng dao động trong chất rắn, lỏng và khí với tần số lớn hơn 16KHz, vượt quá ngưỡng nghe của con người Siêu âm được nghiên cứu từ khi nhà khoa học người Pháp Paul Langevin phát minh ra bộ chuyển đổi siêu âm thạch anh năm 1917 Từ đó, ứng dụng của công nghệ siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm nhằm tạo ra những đường cắt chính xác và không gây biến dạng đối với thức ăn Ngoài ra, dụng cụ cắt siêu âm còn được sử dụng để cắt những vật liệu cứng như ứng dụng vào y tế để giải phẫu, đặc biệt được sử dụng để cắt xương như xương sọ, cột sống

Khi ngành công nghệ vật liệu phát triển, những sản phẩm có độ bền, độ cứng cao hình thành dẫn đến nhu cầu tất yếu về việc ra đời những dụng cụ cắt có thể gia công được những sản phẩm đó Dụng cụ cắt cần phải đạt yêu cầu về độ mài mòn và độ biến dạng của phôi sau khi gia công phải thấp nhằm nâng cao năng suất và hiệu quả

Phương pháp ứng dụng siêu âm vào dụng cụ cắt là phương pháp cắt, trong đó lưỡi cắt được rung động theo hướng chính trong dải tần số siêu âm, tốc độ cắt của dụng cụ sẽ nhỏ hơn tốc độ dao động ( , với là biên độ dao động, và là tần số) Phương pháp cắt này có đặc tính là làm gián đoạn quá trình cắt, ở đây cụ thể là dụng cụ cắt tiếp

xúc với phôi để thực hiện quá trình cắt sau đó do rung động, lưỡi cắt rời khỏi vị trí cắt do dao động, rồi lại trở lại vị trí cắt Kumabe và Taniguchi đã giải thích những ưu điểm của phương pháp cắt này trong “insensitive vibrating cutting mechanism” [2], độ chính xác gia công đạt được nhờ giảm sự biến dạng dẻo của phôi và dụng cụ cắt, và hạ nhiệt độ do bám dính của phôi và dụng cụ cắt trong quá trình gia công

Trong ngành hàng không và vũ trụ, có rất nhiều chi tiết phải được gia công với độ chính xác cao Không những đòi hỏi về mặt chính xác hình học mà còn đòi hỏi về ứng suất dư nhỏ, đây là vấn đề nan giải đối với dụng cụ cắt thông thường do những đặc tính giới hạn của chúng.Shamoto và Moriwaki đã giới thiệu kỹ thuật cắt mới vào năm 1994, khác với các phương pháp thông thường Đó là kỹ thuật cắt rung động siêu âm theo hình elip (Ultrasonic elliptical vibration cutting (UEVC hay 2D UVC)) Phương pháp này được ứng dụng vào để gia công những vật liệu rất cứng Khi so sánh với phương pháp rung động siêu âm thông thường (rung động theo hướng dọc trục) thì tuổi thọ của dụng

cụ khi áp dụng kỹ thuật mới cho tuổi thọ dao cao hơn và độ chính xác gia công tốt hơn Nhờ vậy giảm chi phí bảo dưỡng và năng suất được tăng (Suzuki và các cộng sự, 2003,

2004, 2007; Shamoto và Moriwaki, 1994; Moriwaki và Shamoto, 1995)

Trong công nghiệp, siêu âm được ứng dụng chủ yếu trong 03 lĩnh vực chính: xử lý (processing), kiểm tra không phá hủy (nondestructive testing) và đo đạc – điều khiển (measurement and control), như hình 1.8

Hình 1.8 Ứng dụng siêu âm trong công nghiệp

Cắt thực phẩm siêu âm là công nghệ tương đối mới, dùng để cắt gỗ, thực phẩm như cá – thịt đông, kẹo Trong cắt bằng siêu âm, điện áp vào 220V/50Hz được chuyển hóa thành điện áp cao (hơn 600V) với tần số siêu âm (hơn 15KHz) nhờ nguồn phát siêu

âm (ultrasonic generator) Tín hiệu điện này (electric signal) được bộ chuyển đổi thạch anh (piezoelectric transducer) chuyển hóa thành dao động cơ cùng tần số Các dao dộng

cơ này này được khuyếch đại nhờ bộ khuyếch đại siêu âm (ultrasonic amplifier), rồi truyền đến dao cắt (cutting tool), làm cho các phân tử bề mặt của dao cắt dao động cùng tần số với 1 lượng dịch chuyển nhất định (displacement) Khi đó, tác động một lực ép cơ

học vào thì sản phẩm được cắt rời, Hình 6

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cắt siêu âm

1.6.2 Ưu điểm của phương pháp gia công bằng siêu âm

- Cho phép gia công với những vật liệu cứng, giòn

- Cho phép gia công được những vật liệu phi kim

- Lực cắt cơ học và nhiệt sinh ra nhỏ hơn nhiều so với phương pháp cắt truyền thống

- Có thể tự động hóa dễ dàng

1.6.3 Ứng dụng phương pháp gia công bằng siêu âm

- Máy cắt thực phẩm (thịt – cá đông lạnh) (20Khz Ultrasonic Food Cutting Equipment 800W , Professional Meat Slicer Machine)

Hình 1.10 Máy cắt thịt đông lạnh bằng siêu âm Máy thực hiện cắt thực phẩm (thịt đông lạnh) thành những lát nhỏ, với công suất 800W, tầng số siêu âm cắt 20kHz, dòng điện vào 110-220V, 50 – 60Hz

Các bộ phận chính trong máy cắt thực phẩm siêu âm gồm: nguồn phát sóng siêu

âm, bộ chuyển đổi dao động điện thành dao động cơ, dao cắt và hệ thống điều khiển

Đồng thời được xuất bản dưới dạng DE69514111D1, Nhiều hơn 4 >>

Phân loại (10), Sự kiện pháp lý (40)

Các liên kết bên ngoài: Espacenet, Đăng ký bằng sang chế châu Âu

Bảng 1.3Thông tin bằng sang chế EP 0783399 B1 Sáng chế này liên quan đến quy trình cắt các sản phẩm thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm thực phẩm giòn như cá đông lạnh

Hình 1.11 Sơ đồ cắt bằng siêu âm của phát minh Quy trình cắt thực phẩm (3), đặc biệt là các sản phẩm thực phẩm giòn như cá đông lạnh Quá trình này bao gồm gắn một lưỡi cắt (2) vào hệ thống siêu âm theo cách sao cho lưỡi dao (2) rung song song với mặt cắt và hướng di chuyển của siêu âm xuống lưỡi dao (2) xấp xỉ 90 ° tới cạnh cắt của lưỡi dao (2) Việc cắt được thực hiện, ít nhất một phần, bằng cách gia nhiệt cục bộ của sản phẩm thực phẩm (3) Quá trình này cho phép cắt các sản phẩm thực phẩm giòn thành các phần với mức tiêu giảm tiêu hao tối thiểu Sự đứt gãy cũng giảm vì vậy cho phép kiểm soát chính xác kích cỡ của các phần

- Máy cắt thực phẩm siêu âm model 30C của hãng Ermatec, Anh

Hình 1.12 Máy cắt thực phẩm siêu âm model 30C của Ermatec

Máy Ermatec 30C dùng để cắt các thanh thực phẩm thành các lát cắt nhỏ Phôi đƣợc cấp tự động nhờ băng tải và các lát cắt cũng rơi ra băng tải Các đặc tính của máy nhƣ: tần số dao động 20 KHz, điện áp 380V, có màn hình cảm ứng, phôi thanh dài 60cm, rộng 20cm, cao 14cm, tốc độ cắt tối đa 120 lần/phút

- Máy cắt thực phẩm siêu âm của Dukane, Mỹ

Hình 1.13 Máy cắt thực phẩm siêu âm Dukane Các đặc tính của máy cắt nhƣ: tần số cắt 20 KHz, công suất 180 – 4800W, biên độ dao động 100μm, tốc độ cắt tối đa 100 lần/phút, điều khiển PLC, màn hình cảm ứng

- Máy cắt thực phẩm siêu âm Newtech, Anh

Hình 1.14 Máy cắt thực phẩm siêu âm Newtech, Anh Các đặc tính của máy cắt như: tần số siêu âm 20 KHz, đường kính sản phẩm tối đa 300mm, tốc độ cắt tối đa 80 lần/phút, điều khiển PLC, màn hình cảm ứng

- Máy cắt thực phẩm siêu âm Sonics, Mỹ

Hình 1.15 Máy cắt thực phẩm siêu âm Sonics, Mỹ

Các đặc tính cơ bản: công suất 2KW, nguồn 220V-50Hz, tần số siêu âm 20KHz, điều khiển PLC, dao cắt làm bằng hợp kim titan

Các bộ phận chính trong máy cắt thực phẩm siêu âm gồm: nguồn phát sóng

siêu âm, bộ chuyển đổi dao động điện thành dao động cơ, dao cắt và hệ thống điều khiển

Các công trình nghiên cứu tiêu biểu ở nước ngoài liên quan đến đề tài:

- Năm 2008, Yu Tao [1] thử nghiệm mạch lọc cộng hưởng LC và mạch tạo xung

vuông tần số 35KHz

Tác giả đã dùng P-spice để mô phỏng và chứng minh tính khả thi của mạch cộng hưởng LC và dùng chip DSP TMS 320F2812 để tạo xung vuông tần số 35 KHz Sơ đồ

khối tổng quát của mạch điều siêu âm (hình 1.16):

Hình 1.16 Sơ đồ khối mạch điều khiển siêu âm [1]

Năm 2009, Kai-Hsing Ma [2] trình bày phương pháp theo dõi tần số cho hệ thống siêu âm dùng chip FPGA Mạch phản hồi dùng kỹ thuật số này có khả năng theo dõi được tần số cộng hưởng và thay đổi các thông số cho phù hợp khi đặc tính của transducer thay đổi (hình 1.17)

Hình 1.17 Sơ đồ khối hệ thống siêu âm dùng chip FPGA [2]

Năm 2011, Chen-Wei [3] đã tính toán chi tiết thông số mạch điều khiển siêu âm,

Ưu điểm là tác giả đã thiết kế chi tiết từng khối trong mạch điều khiển siêu âm, tuy nhiên, thiết kế này dựa trên nền tảng mạch tương tự nên có nhiều nhược, điểm đặc biệt là không tính toán chính xác tần số cộng hưởng của mạch siêu âm (hình 1.18)

Hình 1.18 Sơ đồ khối nguồn phát siêu âm [3]

- Năm 2006, Zahn [4] nghiên cứu ảnh hưởng của độ lớn nguồn phát và vận tốc cắt đến việc cắt thực phẩm siêu âm

Theo đó, vận tốc cắt giảm khi tăng độ lớn của nguồn phát Thiết bị cắt thực phẩm gồm a – dao cắt titan, b – booster, c – bộ chuyển đổi, d – đầu dịch chuyển ngang, e – transducer lực, f – bàn kẹp phôi (hình 1.19)

Hình 1.19 Thiết bị thí nghiệm cắt thực phẩm siêu âm [4]

- Năm 2009, Arnold [5] nghiên cứu ảnh hưởng thành phần thực phẩm và năng lượng đến việc cắt bơ bằng siêu âm Mô hình thiết bị như (hình 1.20)

Hình 1.20 Mô hình thiết bị cắt bơ siêu âm [5]