Nghiên cứu thiết kế cân bằng tải để phân loại tôm xuất khẩu

Khảo sát tại các nhà máy chế biến tôm xuất khẩu hàng đầu Việt Nam tại tỉnh Sóc Trăng, công đoạn phân cỡ tôm chiếm tới 18,4% khối lượng công việc chế biến tôm thành phẩm, tuy nhiên, thực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐẶNG ĐỨC QUANG, MSHV: 12040471

Năm sinh: 28/07/1983, Nơi sinh: PHÚ YÊN Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy, Khóa: 2012

Đề tài luận văn:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÂN BĂNG TẢI ĐỂ

PHÂN LOẠI TÔM XUẤT KHẨU

PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Thái Thị Thu Hà

4 TS Nguyễn Văn Giáp

5 TS Lê Thanh Danh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

Chương 1: Mở đầu 8

1.1 Giới thiệu đề tài 8

1.2 Vai trò của con tôm trong nền kinh tế quốc dân 9

1.3 Kích cỡ của tôm và giá thành 10

1.4 Tình hình chế biến tôm trên thế giớivà Việt Nam 12

1.5 Tính cấp thiết của đề tài 17

Chương 2: Tổng quan về tình hình nghiên cứu 20

2.1 Các nghiên cứu, bằng sáng chế và bài báo 20

2.2 Các dây chuyền phân cỡđể phân loại tôm 23

2.3 Mục tiêu và nội dung luận văn 29

2.4 Phương pháp nghiên cứu 29

2.5 Ý nghĩa luận văn 29

Chương 3:Phân tích so sánh lựa chọn phương án 30

3.1 So sánh các nguyên lý làm việc của cân băng tải 30

3.2 Kết luận 34

Chương 4:Thiết kế hệ thống cân băng tải 35

4.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống phân loại tôm theo trọng lượng sử dụng nguyên lý cân bù lực điện từ 35

4.2 Thiết kế cụm cân bù lực điện từ 36

4.3 Thiết kế băng tải cân 50

4.4 Cơ cấu cân 51

4.5Thiết kế hệ thống điều khiển 51

Chương 5: Kết luận 60

5.1 Kết quả 60

5.2 Hướng phát triển 61

5.3Danh mục công trình khoa học 61

Tài liệu tham khảo 62

Phụ lục

Phụ lục A: Bài báo Viện cơ học và tin học ứng dụng

Phụ lục B: Bản vẽ hệ thống cân

CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đặc điểm máy phân cỡ Roller Grader (Thái Lan) 24

Bảng 2.2 Đặc điểm máy phân cỡ Shrimp grading machine (Trung Quốc) 25

Bảng 2.3 Đặc điểm máy phân cỡ CT-1014 (Denmark) 25

Bảng 2.4 Tính năng của cân băng tải DACS-G – S015 26

Bảng 2.5 Tính năng của cân băng tải Teltek C60 27

Bảng 2.6 Tính năng của cân băng tải SW-C320 28

Bảng 3.1 So sánh các công nghệ cân phân loại theo trọng lượng 33

Bảng 4.1 Các thông số cơ cấu cân bù lực điện từ 38

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Con tôm 9

Hình 1.2 Các sản phẩm xuất khẩu thủy sản chính năm 2013 của Việt Nam 9

Hình 1.3 Sản lượng tôm theo kích cỡ trung bình năm 2010 10

Hình 1.4 Xu hướng giá nhập khẩu tôm của Mỹ 11

Hình 1.5 Các loại tôm chính được nuôi trồng 13

Hình 1.6 Sản lượng tôm ở Châu Á 14

Hình 1.7 Giá trị xuất khẩu tôm 2009 – 2013 14

Hình 1.8 Tỷ trọng xuất khẩu tôm Việt Nam năm 2013 15

Hình 1.9 Thị phần của tôm Việt Nam tại Nhật Bản trong năm 2010 16

Hình 1.10 Thị phần tôm Việt Nam tại Hoa Kỳ trong năm 2010 16

Hình 1.11 Quy trình chế biến tôm 17

Hình 2.1 Patent US3770123 21

Hình 2.2 Patent US5064400 21

Hình 2.3 Patent US5367128 22

Hình 2.4 Băng tải cân 23

Hình 2.5 Máy phân cỡ Roller Grader (Hãng Patkol) 24

Hình 2.6 Máy phân cỡ Shrimp grading machine (Hãng Chenguang food machinery) 24

Hình 2.7 Máy phân cỡ CT-1014 (Hãng Carnitech) 25

Hình 2.8 Cân băng tải DACS-G – S015 26

Hình 2.9 Cân băng tải Teltek C60 27

Hình 2.10 SW-C320 check weigher 28

Hình 3.1 Loadcell 30

Hình 3.2 Cấu trúc strain gauge 30

Hình 3.3 Mạch cầu Wheatstone một phần tư 31

Hình 3.4 Cân bù lực điện từ 32

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống phân loại băng tải 35

Hình 4.2 Sơ đồ khối của hệ thống cân 36

Hình 4.3 Mô hình vật lý hệ thống cân 37

Hình 4.4 Hệ lò xo và giảm chấn 39

Hình 4.5 Khối lượng m, M 39

Hình 4.6 Mô hình toán học hệ thống cân bù lực điện từ 40

Hình 4.7 Lực F 40

Hình 4.8 Khoảng dịch chuyển của x 41

Hình 4.9 Khoảng dịch chuyển xL 41

Hình 4.10 Cơ cấu cân bù lực điện từ 42

Hình 4.11 Module Solidworks Simulation và Phân tích bài toán tĩnh (Static)43 Hình 4.12 Cụm cân 44

Hình 4.13 Gán vật liệu cho cụm cân 44

Hình 4.14 Vùng tiếp xúc hai chi tiết 45

Hình 4.15 Chia lưới cụm cân 45

Hình 4.16 Vị trí đặt lực F 46

Hình 4.17 Ngàm tại đế cân 46

Hình 4.18 Kết quả chuyển vị 47

Hình 4.20 Khoảng cách khe hở trên thân đỡ 47

Hình 4.20 Kết quả chuyển vị tại dầm cân bằng 48

Hình 4.21 Kết quả chuyển vị tại cuộn cảm 48

Hình 4.22 Khối lượng cơ cấu cân 49

Hình 4.23 Cụm cân 50

Hình 4.24 Cơ cấu cân bù lực điện từ 51

Hình 4.25 Lắp ráp hệ thống cân 51

Hình 4.26 Sơ đồ điều khiển hệ thống 52

Hình 4.27 Dao động và khử dao động 54

Hình 4.28 Giá trị khối lượng tôm 57

Hình 4.29 Sơ đồ thuật toán 58

Hình 4.30 Sơ đồ mạch điện tử 59

Hình 5.1 Lắp ráp cơ khí 61

CHỮ VIẾT TẮT

EU European Union

FAO Food Agriculture Organization of the United Nations

GOAL Global Outlook for Aquaculture Leadership

ISO International Standard Organization

VASEP Vietnam Association of Seafood Exporters and Producers

Chương 1:MỞ ĐẦU

Chương này giới thiệu đề tài luận văn, nêu bật vai trò của con tôm trong nền kinh

tế quốc dân và điểm qua tình hình chế biến tôm trên thế giới và Việt Nam Trình

bày tầm quan trọng của nhu cầu cơ khí hóa và tự động hóa quá trình phân cỡ tôm

xuất khẩu

iới thiệu đề tài

Trong những năm gần đây, chế biến và xuất khẩu tôm đã trở thành một bộ phận

quan trọng trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp Việt Nam, kim ngạch xuất khẩu đến

2013 chỉ đứng sau gạo trên cả cá tra, vươn lên thành quốc gia xuất khẩu tôm đứng

hàng thứ 3 thế giới Theo hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam

(VASEP), năm 2013, Việt Nam xuất khẩu thủy sản đạt gần 6,7tỷ USD, trong đó

xuất khẩu tôm thu về 3,1 tỷ USD Xuất khẩu tôm chiếm 46% kim ngạch xuất khẩu

thủy sản của cả nước Mười thị trường nhập khẩu tôm chính của Việt Nam gồm Mỹ,

Nhật Bản, EU, Trung Quốc, Australia, Canada, Đài Loan và ASEAN [1]

Xuất khẩu tôm tăng mạnh đặt ra yêu cầu rất lớn về nguồn nhân lực lẫn chất

lượng sản phẩm Khảo sát tại các nhà máy chế biến tôm xuất khẩu hàng đầu Việt

Nam tại tỉnh Sóc Trăng, công đoạn phân cỡ tôm chiếm tới 18,4% khối lượng công

việc chế biến tôm thành phẩm, tuy nhiên, thực tế hiện nay các nhà máy chế biến

tôm sử dụng chủ yếu nhân công để thực hiện việc phân cỡ tôm thì sự tăng nhanh

của sản lượng tôm sẽ kéo theo yêu cầu tăng số lượng nhân công và mức độ quản lý

chất lượng cao hơn, điều này sẽ rất khó thực hiện với giá nhân công ngày càng tăng

cao và nguồn nhân lực đang khan hiếm

Từ thực tế đó, đề tài nghiên cứu thiết kế máy phân cỡ tôm có khả năng thay thế con người trong quá trình phân cỡ được đặt ra để giải quyết vấn đề về nguồn lao

động trong qui trình chế biến tôm xuất khẩu nhưng vẫn đảm bảo cho năng suất cao,

đồng thời chất lượng cũng như an toàn vệ sinh thực phẩm trong công đoạn phân cỡ

tôm cũng được đảm bảo

1.2 Vai trò của con tôm trong nền kinh tế quốc dân

Những năm qua thủy sản liên tục là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của nước ta Trong đó chế biến thủy sản đóng vai trò quan trọng trong chiến lược

phát triển thủy sản nước nhà Lượng hàng thủy sản xuất khẩu của Việt Nam ra thị

trường ngày càng gia tăng cả số lượng cũng như chất lượng

Hình 1.1: Con tôm

Thống kê từ Hải quan cho thấy, năm 2013, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 88 thị trường trên thế giới, thu về 3,1 tỷ USD, tăng 39,1% so với năm 2012 Xuất khẩu

tôm tăng mạnh không chỉ bù đắp cho sự tăng giảm trong xuất khẩu những mặt hàng

thủy sản khác và còn giúp xuất khẩu thủy sản nói chung vượt mục tiêu 6,5 tỷ USD

đã đề ra và đạt trên 6,7 tỷ USD, tăng 9,7% so với năm 2012 Xuất khẩu tôm chiếm 46% kim ngạch xuất khẩu thủy sản của cả nước [1]

Nguồn: VASEP 2014

Hình 1.2: Các sản phẩm xuất khẩu thủy sản chính năm 2013 của Việt Nam

Về phía cơ quan quản lý nhà nước thì ngày 16/8/2013, tại Quyết định số 1445/QĐ-TTg, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển

thủy sản đến năm 2020, tầm nhìn 2030 Nội dung chủ yếu là thực hiện công nghiệp

hóa vào năm 2020, hiện đại hóa vào năm 2030 ngành chế biến thủy sản xuất khẩu

để đạt được mục tiêu là tăng trưởng 7-8%/ năm

1.3 Kích cỡ của tôm và giá thành

Tôm là một sản phẩm được giao dịch theo kích thước và chủng loại, sản phẩm

tôm dao động từ 20 con / kg đến 70 con / kg Tôm có kích thước lớn hơn sẽ cho giá

cao hơn Năm 2010, tôm với kích thước 31- 40 con / kg được nuôi nhiều nhất trên

thế giới với khoảng 23% Xếp hạng thứ hai là khoảng 41- 50 con / kg Tôm có kích

thước lớn hơn 26 - 30 con / kg chiếm khoảng 16% Kích cỡ tôm lớn của nhỏ hơn 20

con / kg ít nuôi do giá thành cao và ưu tiên cho xuất khẩu sang thị trường nhập khẩu nghiêm ngặt như Mỹ chiếm 18% khối lượng nhập khẩu (Hình 1.3)

Theo đó, kích thước của tôm nuôi phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng Sản xuất tôm theo kích cỡ của thế giới thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3: Sản lượng tôm theo kích cỡ trung bình năm 2010

Giá tôm trên thị trường thế giới đều dựa trên giá của ba thị trường nhập khẩu chính, cụ thể là Mỹ, Nhật Bản và EU

Ngoài các yếu tố khối lượng cung, giá tôm cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi tiền

tệ, tỷ giá hối đoái của các nước nhập khẩu, bệnh tôm và vấn đề môi trường trong

nước sản xuất, và các sự kiện bất ngờ như cuộc khủng hoảng kinh tế hay thiên tai

Ví dụ, giá tôm tại thị trường Mỹ đã giảm 39% từ 11,58 USD / kg vào tháng Tám năm 2007 còn 7,04 USD / kg vào tháng Tám năm 2009 (Hình 1.4) Việc tăng

thuế chống bán phá giá tôm Thái Lan đã làm cho giá nhập khẩu tôm vào Mỹ tăng

31% trong tháng Giêng năm 2009 (10,71 USD / kg) so với tháng 8 năm 2008 (7,38 USD / kg)

Từ năm 2010, cuộc khủng hoảng kinh tế dường như đã giảm bớt và nhu cầu tiêu thụ tôm đã tăng mạnh hơn Hiện tại, nguồn cung tôm cho thị trường thế giới bị giảm do sự việc giảm sản lượng trước đó của nhiều quốc gia do giá thấp trong năm

2008 và 2009 Giá tôm bắt đầu tăng trở lại trong tháng 10 năm 2010 (8,02 USD /

kg) và tháng Hai năm 2012 (8,37 USD / kg).[2]

Hình 1.4: Xu hướng giá nhập khẩu tôm của Mỹ

1.4 Tình hình chế biến tôm trên thế giới và Việt Nam

1.4.1 Tình hình chế biến tôm trên thế giới

Tôm là một trong những loại thủy sản phổ biến nhất trên thế giới Nuôi tôm

xuất hiện trên thế giới từ nhiều thế kỷ trước, nhưng loại hình sản xuất hiện đại của

nó chỉ bắt đầu vào những năm 1930 sau khi các nhà nghiên cứu Nhật Bản,

Motosaku Fujinaga, thực hiện nghiên cứu của ông trên ao nuôi từ ấu trùng tôm

kuruma (Penaeus japonicus) (Shigueno, 1975; Weidner và Rosenberry, 1992) Với

sự phát triển của công nghệ, sản xuất ấu trùng tôm được thực hiện đầy đủ vào năm

1964 để đáp ứng nhu cầu con giống cho tôm nuôi trong đó tạo ra một sự bùng nổ

trong sự phát triển của ngành vào những năm 1990 (Rosenberry, 1998) Do đó, các

trang trại nuôi tôm đang được xây dựng sau đó để đáp ứng nhu cầu tôm trên thế giới

với khoảng năm triệu tấn tôm sản xuất hàng năm (WFF, 2010) [2]

Có hai khu vực chính để nuôi tôm trên thế giới, phương Tây và phương Đông

Phương Tây bao gồm các nước Latin như Brazil và Ecuador Phương Đông bao

gồm các nước như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Philippines, Việt

Nam, Bangladesh và Ấn Độ

Trong khi phương Tây thống trị sản xuất tôm thẻ chân trắng (Penaeus

vannamei), còn phương Đông sản xuất cả tôm sú (P monodon) và tôm thẻ chân

trắng (Wyban, 2009) Theo FAO, tôm thẻ chân trắng là loại tôm được nuôi nhiều

nhất trên toàn thế giới với khoảng 39% Tôm sú đứng thứ hai với khoảng 17%

(Hình 1.5) Nuôi tôm là lĩnh vực sản xuất thực phẩm phát triển nhanh nhất trong

những năm gần đây, tôm bổ sung chất đạm cho người và bổ sung phong phú cho

nguồn động vật thủy sản hoang dã [2]

Theo Fuchs cùng các cộng sự (1999) và Rosenberry (1998), Châu Á dẫn đầu

trong lĩnh vực nuôi tôm, chiếm gần 80% sản lượng tôm thế giới Đa số tôm nuôi

được xuất khẩu sang Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu và Nhật Bản.Sự phát triển của sản

xuất tôm đã tạo ra thu nhập đáng kể cho các nước đang phát triển và phát triển, đặc

biệt là ở châu Á và châu Mỹ Tôm sẽ trở thành một sản phẩm xuất khẩu chiến lược

vì giá trị xuất khẩu cao của nó cho nhiều quốc gia như Việt Nam, Thái Lan,

Indonesia, Bangladesh và Ấn Độ

Hình 1.5: Các loại tôm chính được nuôi trồng

Bên cạnh những đóng góp to lớn của nó đến nền kinh tế thế giới, sự phát triển

nhanh chóng của ngành tôm cũng đã tạo ra nhiều tác động tiêu cực mà không có

giải pháp khắc phục như ô nhiễm nước, bệnh tôm, và các hộ gia đình bị mất kế sinh

nhai (Theo The Third World Network, năm 2012) [2]

1.4.2 Tình hình chế biến tôm ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước sản xuất tôm hàng đầu thế giới Sự phát triển của nghề nuôi tôm ở Việt Nam đã bị ảnh hưởng mạnh bởi sự mở rộng của tôm

nuôi trồng thủy sản trong khu vực ven biển châu Á trong những năm 1990 Ngoài

việc là một nước xuất khẩu gạo, Việt Nam cũng chuyển sang định hướng xuất khẩu

thủy sản và nhanh chóng thay đổi để trở thành một trong mười nhà xuất khẩu tôm

hàng đầu thế giới

Nuôi tôm đã đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam

Nó đứng thứ ba trong số các lĩnh vực kinh tế trọng điểm nông nghiệp của đất nước

sau gạo và cá tra.Tổng khối lượng xuất khẩu tôm đạt 240.985 tấn, trị giá 2,1 tỷ

USD vào năm 2010 So với năm 2005, khối lượng xuất khẩu trong năm 2010 tăng

51% và giá trị xuất khẩu tăng 53,6% Trong năm 2011, giá trị xuất khẩu đạt 2,4 tỷ

USD, tới năm 2013 đạt 3,1 tỷ USD (hình 1.7)

Hình 1.6: Sản lượng tôm ở Châu Á

Nguồn: VASEP 2014

Hình 1.7: Giá trị xuất khẩu tôm 2009 – 2013

Tôm được xuất khẩu sang 88 quốc gia trên thế giới trong năm 2013 Nhật Bản, Mỹ, EU, Canada, Trung Quốc, Australia, Đài Loan và Asian là những thị trường lớn đối với tôm xuất khẩu từ Việt Nam

Mỹ là thị trường lớn nhất đối với tôm xuất khẩu của Việt Nam với khoảng 26,7% Nhật Bản đứng thứ hai, chiếm 22,8% tổng kim ngạch xuất khẩu tôm của

Việt Nam Tiếp theo là EU với khoảng 13,1%, và Trung Quốc với 12,2%

Nguồn: VASEP 2014

Hình 1.8: Tỷ trọng xuất khẩu tôm Việt Nam năm 2013

Ở thị trường Nhật Bản nơi mà Việt Nam là nhà cung cấp lớn nhất trong năm

2011, khoảng 20,43% tôm được bán trên thị trường có xuất xứ Việt Nam (Hình

1.9) Giá trị của tôm xuất khẩu sang nước này khoảng 607 triệu USD trong năm

2011

Ở Mỹ, Việt Nam xếp hạng tư sau các nhà xuất khẩu tôm lớn nhất như Thái Lan, Indonesia và Ecuador Thị phần của tôm Việt Nam là khoảng 8,89% trong năm

2010 (Hình 1.10) Năm 2011, tôm xuất khẩu sang Mỹ đã đóng góp 558 triệu USD

cho nền kinh tế của đất nước So với năm 2010, khối lượng xuất khẩu tăng khoảng

1,3% Tăng nhẹ trong nhu cầu được thể hiện bằng sự gia tăng trong giá tôm tại thị

trường này mang lại giá trị cao hơn cho tôm Việt Nam

Hiện nay, có hơn 300 nhà máy chế biến tại Việt Nam liên quan đến kinh doanh tôm, trong đó 60 công ty lớn chiếm hơn 80% giá trị xuất khẩu Trong năm

2010, khoảng 100 nhà máy chế biến đạt giá trị xuất khẩu 2 triệu USD trong khi tổng

giá trị của các phần còn lại chiếm khoảng 78.460.000 USD và 15.212 tấn xuất khẩu (VASEP, năm 2011)

Hình 1.9: Thị phần của tôm Việt Nam tại Nhật Bản trong năm 2010

Hình 1.10: Thị phần tôm Việt Nam tại Hoa Kỳ trong năm 2010

Minh Phú, Quốc Việt, UTXI, STAPIMEX, CAMIMEX, FIMEX, Phương Nam, Việt Nam fishone, SEA Minh Hải là mười công ty xuất khẩu tôm hàng đầu tại

Việt Nam

1.5 Tính cấp thiết của đề tài

Nguồn: www.fimexvn.com

Hình 1.11: Quy trình chế biến tôm

Để có thể xuất khẩu được, tôm phải được phân loại theo trọng lượng thành 7 cỡ với trọng lượng khoảng từ 14 đến 80 g/con trước khi thực hiện công đoạn khác

Cho đến nay, việc chế biến tôm tại các nhà máy chế biến thủy sản hầu hết thủ công,

dựa trên sức người là chính đã gây ra nhiều hạn chế như: năng suất không cao, tỉ lệ

thu hồi thành phẩm không cao, chất lượng không cao, dễ gây nhiễm vi sinh, chi phí

sản xuất lớn, tốn nhiều công nhân và chi phí, tốn diện tích mặt bằng, môi trường

làm việc ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người lao động, tất cả các lý do trên

làm tăng giá thành sản phẩm dẫn đến không mang lại tính cạnh tranh cao cho sản

phẩm của các doanh nghiệp Việt Nam trên thị trường thế giới Trước tình hình này, chính phủ cũng đã có phê duyệt quy hoạch phát triển thủy sản Việt nam đến năm

2020 và tầm nhìn đến 2030, trong đó có nêu rõ những giải pháp về khoa học công

nghệ để cải thiện chất lượng thủy sản xuất khẩu, mà cụ thể là nghiên cứu thiết kế

chế tạo các máy móc mang tính cơ khí hóa và tự động hóa cao ứng dụng vào các

khâu của quy trình chế biến tôm nhằm tăng năng suất, giảm sức lao động, hạ giá

thành … đây là yêu cầu cấp thiết hiện nay để tạo lợi thế cho doanh nghiệp, giảm áp lực nhân công lao động khi mùa vụ đến ở các khâu trong quy trình chế biến như:

• Công ty CPTP Sao Ta : 3.000 người

• Công ty CP Thủy sản Sóc Trăng: 3.500

• Công ty CPTS Sạch Việt Nam: 2.500

• Công ty CP Thủy sản UT XI: 2.800

• Công ty Chế biến thủy sản Phương Nam: 1.000

• Công ty chế biến thủy sản Ngọc Thu: 800

• Công ty thủy sản Incomfish: 2.000

• Công ty thủy sản Minh Phú: 10.000

• Công ty thủy sản Camimex: 4.000

Do đó, vấn đề tiếp cận, làm chủ, tự thiết kế chế tạo cân băng tải để cân định lượng tôm là cần thiết và mang tính thực tiễn Mục đích của nghiên cứu này nhằm

thiết kế, chế tạo thử nghiệm cân băng tải để cân tôm với các yêu cầu sau:

- Cân được tôm với các kích thước từ 14 đến 80 gram,

- Độ chính xác (3σ): ± 0,2 g

- Năng suất của hệ thống có thể đạt đến: 150 con/phút

- Màn hình hiển thị trọng lượng từng con tôm

Tuy nhiên, việc thiết kế chế tạo cân băng tải để phân loại tôm hiện nay gặp nhiều khó khăn như sau cần đáp ứng: là hệ thống cân động, cân được những vật có trọng lượng nhỏ (từ vài gram trở lên) với độ chính xác rất cao và phải đạt năng suất cao

Trên thị trường hiện nay, đã có các máy phân cỡ tôm do nước ngoài sản xuất Tuy nhiên, giá thành máy nhập khẩu cao; chi phí phụ tùng nhập khẩu cao Rất khó

khăn cho doanh nghiệp nếu phải đầu tư máy trong tình hình kinh tế hiện nay

Ở Việt Nam, hiện tại cân băng tải chưa được sử dụng nhiều trong việc phân

cỡ tôm và cũng đã có nhiềucông trình nghiên cứu chế tạo cân băng tải tuy nhiên

năng suất chưa cao (30 con/phút) Do đó, để đáp ứng khả năng tự động hóa dây

chuyền phân loại tôm theo trọng lượng như hiện nay thì việc nghiên cứu và đưa vào

ứng dụng thực tế sẽ giảm chi phí nhân công và đẩy mạnh năng suất, từ đó giảm giá

thành của sản phẩm Cũng giống như các nước phát trên thế giới, tự động hóa đã dần như thay thế vai trò của lao động thủ công

Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu thiết kế cân băng tải để phân loại tôm xuất

khẩu với độ chính xác ± 0,2 gram” nhằm giải quyết những vấn đề hiện nay trong

lĩnh vực phân cỡ tôm xuất khẩu hiện nay

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Chương này nêu ra tổng quan tình hình nghiên cứu hệ thống phân cỡ tôm

trong và ngoài nước Phân tích các công trình liên quan đã được công bố Mục

đích và nội dung nghiên cứu cũng được làm rõ.Chương này cũng nêu ý nghĩa

khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Cân băng tải cân các sản phẩm đang di chuyển qua trên một dây chuyền sản xuất, là một phần của máy phân cỡ

Ưu nhược điểm của cân băng tải:

Hiện tại, cân băng tải được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực cân phân loại

như: xi măng, hộp sữa bột, thuốc y tế, … và cân phân loại tôm

2.1 Các nghiên cứu, bằng sáng chế và bài báo

2.1.1 Ở ngoài nước

Cho đến nay, đã có các công trình nghiên cứu phân loại tôm đã được công

bố Trong đó, một số tác giả sáng chế hệ thống phân loại tôm dựa theo kích thước

như các tác giả Joseph Mraz [7], Stipe [8]

Thiết bị phân loại tôm theo kích thước ở hình 2.1 sử dụng các cặp trục quay hình trụ với kích thước đường kính giảm dần Các cặp trục quay này được gắn song

song với nhau theo chiều dốc hướng từ trên xuống và được xoay theo hướng ngược

lại để tôm có thể di chuyển đến đúng khu vực có kích thước tương ứng Băng tải

cấp liệu điều chỉnh tỷ lệ cấp liệu tôm tới các trục quay

Hình 2.1: Patent US3770123 [7]

Hình 2.2: Patent US5064400 [8]

Cơ cấu phân loại tôm ở hình 2.2 sử dụng băng tải phân loại tôm Băng tải có thể phân loại tôm thành nhiều cỡ nhờ các rãnh di động có các khe hở bên dưới với

các kích thước phân loại từ nhỏ đến lớn Tôm nhỏ hơn so với một phạm vi kích

thước chọn trước sẽ rơi qua khe trong khi tôm với kích thước lớn hơn sẽ được giữ

chặt phần đầu và phần thân, sau đó được đưa đến các phân đoạn phân loại tiếp theo

của băng tải để tôm rơi vào đúng khe kích thước của nó

Tuy nhiên, các hệ thống phân loại tôm theo kích thước cho sai số lớn nên không đạt yêu cầu về việc phân loại tôm xuất khẩu

Năm 1990, các tác giả (Hideya Fujimoto, Kazuhiko Horikoshi, Kunio Kikuchi, Osamu Tanaka, Fumihiro Tsukasa) đã phát minh ra hệ thống cân bằng

điện tử đáp ứng nhanh và được thương mại hóa bởi công ty Anritsu Corporation

Theo đó, một hệ thống cân điện tử bao gồm một đĩa cân / đòn cân (15) có chức năng đối trọng vật thể cân đặt trên đĩa cân Một cuộn dây điện từ (9) tạo ra

một lực điện từ để bù đắp sự dịch chuyển của đòn cân (15) gây ra bởi trọng lượng

của vật thể cần cân Cảm biến vị trí (3, 4, 5) phát hiện sự dịch chuyển của đòn cân

(15) Một bộ chuyển đổi dòng điện (7) điều khiển điện áp để đáp ứng với các tín hiệu phát hiện truyền từ các cảm biến vị trí (3, 4, 5) Mạch chuyển đổi dòng điện

(20) tạo ra dòng điện để cung ứng cho thiết bị (7) và cho các cuộn dây điện từ (9) Máy tính (24) tính toán trọng lượng của các vật thể từ điện áp ra của mạch chuyển đổi dòng điện (20)

Hình 2.3: Patent US5367128 [9]

2.1.2 Ở trong nước

Ở Việt Nam đã có những nghiên cứu về hệ thống cân băng tải để phân loại tôm theo trọng lượng nhưng đang gặp phải nhiều khó khăn trong việc thiết kế, chế tạo, điển hình như các tác giả Trần Thanh Hùng, Nguyễn Huỳnh Anh Duy và Lý Thanh Phương [10] đã sử dụng loadcell trong mô hình phân loại tôm (năng suất 30con/phút) Tôm được di chuyển qua cảm biến ở tốc độ cao qua một băng tải ngắn

Toàn bộ băng tải, bao gồm cả khung và bộ phận động lực, được gắn lên một cảm

biến trọng lượng (gọi tắt là băng tải cân) (Hình 2.4) Một đầu cân (signal

conditioner and reader) được sử dụng để đọc số liệu từ cảm biến trọng lượng và

truyền về bộ điều khiển Để giảm thiểu sai số, toàn bộ băng tải và bộ phận động lực được thiết kế sao cho tổng khối lượng là nhỏ nhất

Hình 2.4: Băng tải cân (dài 445 mm, rộng 252 mm, tốc độ di chuyển 39 mm/s)

Tuy nhiên các tác giả khẳng định cần phải tìm một loại cảm biến khác mới

đạt yêu cầu

2.2 Các dây chuyền phân cỡđể phân loại tôm

Trên thị trường đã có rất nhiều dòng sản phẩm phân cỡ để phân loại tôm và điển hình là những dòng sau:

2.2.1 Hệ thống phân cỡ tôm phân loại theo kích thước

Hình 2.5: Máy phân cỡ Roller Grader (Hãng Patkol)

Bảng 2.1: Đặc điểm máy phân cỡ Roller Grader (Thái Lan) [19]

Công suất 2000 kg/giờ

Công suất 1200 – 1500 kg/giờ

Hình 2.7: Máy phân cỡCT-1014 (Hãng Carnitech)

Bảng 2.3: Đặc điểm máy phân cỡ CT-1014 (Denmark)

2.2.2 Hệ thống phân cỡ tôm phân loại theo trọng lượng

Hình 2.8: Cân băng tải DACS-G – S015

Bảng 2.4: Tính năng của cân băng tải DACS-G – S015 [16]

Khả năng cân 1500g

Thang đo tối thiểu 0.1g

Tốc độ cân* 440 items/min (max.)

Độ chính xác(3σ)* ±0.2g

Cảm biến khối lượng Double-beam load cell (high output)

Chiều dài 46 ~ 400 Chiều rộng 20 ~ 320 Kích thước vật thể cân

(mm)

Chiều cao 10 ~ 180 Tốc độ băng tải 120m/phút (max.)

Thiết kế Tiêu chuẩn : IP30

Hình 2.9: Cân băng tải Teltek C60

Bảng 2.5: Tính năng của cân băng tải Teltek C60 [17]

Khả năng cân 15 - 2500g hoặc 15 – 6000g

Tốc độ cân* 300 con/phút

Độ chính xác(3σ)* ±0.2g

Tốc độ băng tải 120m/phút (max.)

Thiết kế Tiêu chuẩn : IP66 hoặc thép không gỉ, hợp

Hệ thống điều khiển 7’ Siemens HMI và PLC

2.2.3 Nhận xét

 Hệ thống phân cỡ tôm theo kích thước có các đặc điểm sau:

- Năng suất phân cỡ cao (hơn 1.000kg/giờ)

 Hệ thống phân cỡ tôm theo trọng lượng có các đặc điểm sau:

- Năng suất phân cỡ thấp hơn phân cỡ theo kích thước (trung bình 150 con/phút)

- Độ chính xác cao (trung bình ± 1g)

Do đó, hệ thống phân cỡ tôm theo trọng lượng phù hợp với việc cân và phân

cỡ tôm xuất khẩu (đòi hỏi độ chính xác ±0,2 gram và năng suất 150 con/phút)

2.3 Mục tiêu và nội dung luận văn

Mục tiêu:

 Nghiên cứu thiết kế, tính toán cân băng tải

Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:

 Nghiên cứu tổng quan về cân băng tải hiện có trên thế giới và Việt Nam

 Cơ sở lý thuyết về cân băng tải điện tử

 Nghiên cứu cấu tạo cân băng tải

 Tính toán thiết kế và đánh giá một số cụm chi tiết

 Kết luận

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu đề tài này dùng các phương pháp sau:

 Tổng quan tài liệu, nghiên cứu liên quan đến cân bù lực điện từ

 Tài liệu, báo cáo về phân loại tôm, kích cỡ tôm, xuất khẩu tôm

 Cơ sở lý thuyết

 Ứng dụng các phần mềm Solidworks và Ansysđể hỗ trợ tính toán, thiết kế

2.5 Ý nghĩa luận văn

Ý nghĩa khoa học là xây dựng phương pháp luận để tính toán thiết kế cân băng tải

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn là thiết kế chế tạo một mô hình để nghiên cứu thực nghiệm quá trình phân cỡ để đáp ứng nhu cầu thực tiễn của sản xuất

Chương 3: PHÂN TÍCH SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Các nguyên lý cân băng tải được phân tích so sánh và lựa chọn

3.1 So sánh nguyên lý làm việc của cân băng tải

Với hệ thống phân loại băng tải có hai phương pháp thường được sử dụng để

đo trọng lượng tôm đó là: đo biến dạng và bù lực điện từ

3.1.1 Phương pháp đo biến dạng

Ở phương pháp đo này dùng loadcell kết hợp với strain gauge

Loadcell là cảm biến lực Khi lực được tác dụng lên loadcell, loadcell sẽ

chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện

Hình 3.1: Loadcell

Hình 3.2: Cấu trúc strain gauge

Strain gauge dùng để đo biến dạng của vật thể Strain gauge được nối vào vật

thể cần đo bằng một loại vật liệu gắn kết Khi vật thể cần đo bị biến dạng do tác

dụng của ngoại lực thì làm cho strain gauge bị biến dạng theo và làm thay đổi điện

trở

Hệ thống đo biến dạng bao gồm một loadcell, strain gauge, mạch điện cầu Wheatstone và bộ khuếch đại Mạch cầu Wheatstone được thiết kế để đo sự thay đổi

điện trở rất nhỏ Do biến dạng ở vật thể đo rất nhỏ cho nên cần phải có bộ khuếch

đại tín hiệu đo.[13]

Từ mối quan hệ giữa biến dạng và giá trị điện trở ở trên, strain gauge sử dụng mạch cầu Wheatsone (có 03 loại mạch cầu Wheatstone đó là cầu đủ, bán cầu

và một phần tư cầu) Nguyên lý hoạt động của cầu Wheatstone dựa trên việc đo

điện áp khác nhau giữa cầu Mạch cầu Wheatstone luôn bao gồm bốn điện trở có giá trị bằng nhau Ở mạch một phần tư cầu, ba điện trở có giá trị cố định với độ

chính xác cao, điện trở còn lại đóng vai trò là một phần tử strain gauge Hình 3.7

mô tả cấu trúc tổng quan của mạch cầu Wheatstone một phần tư

Hình 3.3: Mạch cầu Wheatstone một phần tư

Trong đó RSG là phần tử strain gauge, R1, R2, R3 có giá trị điện trở cố định, UM là

điện áp đo được và UEX là điện áp kích từ (DC) [13]

Nguyên lý hoạt động:

- Ở trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra bằng không

- Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell sẽ làm cho thân loadcell

bị biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi

kim loại của strain gauge dán trên thân loadcell làm thay đổi giá trị điện trở của

strain gauge Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra Sự thay đổi điện

áp này là rất nhỏ, do đó nó được khuếch đại bằng bộ khuếch đại Đo điện áp đầu ra

này sẽ tính được khối lượng vật thể cân

Ưu điểm

- Cân được các tải trọng lớn ( vài chục gram đến xấp xỉ 50 tấn)

- Thiết kế rất chắc chắn, khả năng chịu tải cao

- Vỏ ngoài bảo vệ chống ẩm và bụi bẩn, thiết kế bằng thép không gỉ để chống ăn

mòn

- Dễ dàng bảo trì (các bộ phận thay thế cho nhau đơn giản)

Nhược điểm

Nguyên tắc hoạt động của cân bù lực điện từ (1): Khi tải trọng cân 4 đặt trên bàn

cân 3 (được nối với đòn bẩy 9) làm cho đòn bẩy chuyển vị đi lên theo phương z một

đoạn x, đồng thời làm cho cuộn cảm 8 dịch chuyển đi lên một đoạn tương ứng

Dịch chuyển này được đo lại bởi cảm biến dịch chuyển 12 ghi nhận thay đổi vị trí

theo chiều dọc khi cân chịu tải, tín hiệu đo được chuyển vào bộ điều khiển 15, bộ

điều khiển tính toán tạo ra dòng điện bù để đưa vào cuộn cảm 8 nhằm tạo ra lực bù

tác dụng lên nam châm vĩnh cữu 5 để đưa đòn bẩy 9 về vị trí cân bằng (dòng điện tỷ

lệ thuận với trọng tải) Đồng thời từ tín hiệu dịch chuyển đo được bộ điều khiển tính

toán được khối lượng tải trọng 4

Ưu điểm

Bộ điều khiển

- Thích hợp khi dùng trong cân băng tải để cân các sản phẩm có khối lượng nhỏ với

3.1.3 So sánh các công nghệphân loại theo trọng lượng

Bảng 3.1: So sánh các công nghệcân phân loại theo trọng lượng

Nguyên lý phân

loại

Đo biến dạng Bù lực điện từ

Thời gian đáp ứng 1 giây < 1 giây

Phạm vi cân Vài gram ÷ vài tấn Từ 5 gram trở lên

 Phân loại theo nguyên lý cân bù lực điện từ:

Độ chính xác cao (± 0,2 g), Thiết kế phức tạp,

Năng suất cao (trung bình 150 con/phút)

 Phân loại theo nguyên lý biến dạng (sử dụng loadcell):

Độ chính xác cao (± 0,5 g), Thiết kế đơn giản,

Năng suất thấp (trung bình 30 con/phút)

3.2 Kết luận:

Qua phân tích so sánh ở phần trên và yêu cầu của hệ thống cân (150 con/phút với độ

chính xác ± 0,2 g), em chọn phương pháp cân trọng lượng sử dụng nguyên lý cân

bù lực điện từ

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN BĂNG TẢI

 Trình bày tính toán thiết kế các cụm máy và tính toán mô phỏng một

số cụm

 Trình bày sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống

Yêu cầu kỹ thuật hệ thống cân băng tải :

• Cân động, cân liên tục,

• Cân được các vật có khối lượng nhỏ (từ 14 gram trở lên)

• Độ chính xác cao (±0,2 gram),

• Năng suất ít nhất 150 con/phút

4.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống phân loại tôm theo trọng lượng sử dụng

nguyên lý cân bù lực điện từ

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống phân loại băng tải

Khi hệ thống hoạt động, tôm được đưa vào băng tải gia tốc để tách rời từng con tôm làm cho khoảng cách giữa hai con tôm kế tiếp tăng lên, đảm bảo không cho

hai con tôm cùng nằm trên băng tải cân, sau đó tôm sẽ được chuyển qua băng tải

cân định lượng Do vậy, trọng lượng tôm được đo bởi băng tải cân (cân bù lực điện

từ) Tôm sau khi đi qua băng tải cân sẽ qua băng tải phân loại, từ đó tôm được phân

loại thành 7 hoặc 12 cỡ phụ thuộc vào trọng lượng tôm

4.2 Thiết kế cụm cân bù lực điện từ

Yêu cầu thiết kế:

 Tốc độ cân 150 con/phút

 Độ chính xác ± 0,2g

Sơ đồ khối của hệ thống cân được mô tả ở hình 4.2

Hình 4.2: Sơ đồ khối của hệ thống cân

Trong đó: K1 là hệ số khuếch đại điện áp, để xuất điện áp cho cuộn cảm để tính

toán ra lực điện từ bù lại hệ thống

B là mật độ từ thông, l là chiều dài của cuộn cảm M: khối lượng tôm thực tế