TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
Giới thiệu về cây dừa và quả dừa
1.1.1 Khái quát về cây dừa a) Đặc điểm chung
- Tên khoa học: Cocos nucifera
- Họ thực vật: Arecaceae (Cau)
- Nguồn gốc xuất xứ: Đông nam Châu Á,đảo Andaman, vịnh Bengan, Ấn Độ…
- Phân bố ở Việt Nam: Rộng rãi
- Dừa (danh pháp hai phần: Cocos nucifera), là một loài cây trong họ Cau (Arecaceae) Nó cũng là thành viên duy nhất trong chi Cocos
Nguồn gốc của loài thực vật này là một chủ đề gây tranh cãi, với một số học giả cho rằng nó xuất phát từ khu vực Đông Nam Á, trong khi những người khác lại cho rằng nguồn gốc của nó nằm ở miền tây bắc Nam Mỹ Các mẫu hóa thạch được tìm thấy ở New Zealand cho thấy rằng các loại thực vật nhỏ tương tự như cây dừa đã tồn tại ở khu vực này khoảng 15 triệu năm trước Hơn nữa, những hóa thạch có niên đại sớm hơn cũng đã được phát hiện tại Rajasthan và Maharashtra, Ấn Độ.
Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn, ưa thích những vùng có nhiều nắng và lượng mưa bình thường từ 750–2.000 mm hàng năm Điều này giúp dừa dễ dàng định cư ở các bờ biển nhiệt đới Để phát triển tối ưu, dừa cần độ ẩm cao từ 70–80% trở lên, giải thích lý do tại sao nó ít xuất hiện ở những khu vực có độ ẩm thấp.
Cây dừa, một loại cây phổ biến ở vùng nhiệt đới, được trồng trên diện tích hơn 11 triệu ha tại 93 quốc gia, trong đó 90% diện tích dừa nằm ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Đông Nam Á chiếm khoảng 61% tổng diện tích trồng dừa, với các quốc gia nổi bật như Indonesia, Philippines và Ấn Độ.
8 chiờ́m ắ tụ̉ng diờ ̣n tı́ch dừa thờ́ giới) Gần 20% ở Nam Á, phần cũn lại ở Chõu Đại Dương, Châu Mỹ La tinh và Caribbean
Mười quốc gia có diện tích trồng dừa lớn nhất thế giới bao gồm Indonesia, Philippines, Ấn Độ, Sri Lanka, Brazil, Thái Lan, Papua New Guinea, Malaysia, Việt Nam và Vanuatu Trong đó, ba quốc gia hàng đầu là Indonesia, Philippines và Ấn Độ, với tổng diện tích trồng dừa vượt quá 1 triệu ha, chiếm hơn 80% sản lượng dừa toàn cầu Mặc dù Indonesia và Philippines có diện tích trồng lớn, nhưng năng suất dừa của họ lại tương đối thấp, trong khi Ấn Độ, Sri Lanka và Việt Nam lại đạt năng suất cao hơn nhiều.
Diện tích dừa của Việt Nam khoảng 144.000 ha, chủ yếu phân bố ở miền Trung và Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) Trong đó, ĐBSCL chiếm hơn 78% tổng diện tích dừa cả nước, với khoảng 110.000 ha.
Thân dừa có đặc điểm mọc thẳng, không phân nhánh, với chiều cao trung bình từ 15 đến 20 mét Do cấu trúc của thân không có tầng sinh mô thứ cấp, các tổn thương trên thân dừa sẽ không thể phục hồi, và đường kính thân cũng không tăng trưởng theo thời gian.
Rễ dừa có đặc điểm là rễ bất định, liên tục phát triển từ phần đáy gốc thân mà không có rễ cọc Hệ thống rễ chủ yếu tập trung xung quanh gốc trong bán kính từ 1,5 đến 2 mét, và có khả năng ăn sâu xuống tới 4 mét Đặc biệt, 50% rễ dừa nằm trong lớp đất mặt sâu 50 cm.
Cây dừa trưởng thành có khoảng 30 – 35 tàu lá, mỗi tàu dài từ 5-6m Mỗi tàu lá bao gồm hai phần: phần cuống lá không mang lá chét, có mặt dưới lồi và mặt trên phẳng hoặc hơi lõm, với đáy phồng to bám chặt vào thân; khi rụng, phần cuống để lại vết sẹo trên thân cây Phần mang lá chét thường chứa từ 90 – 120 lá chét mỗi bên, không đối xứng hoàn toàn, với một bên có nhiều hơn khoảng 5 – 10 lá chét so với bên kia.
Hoa dừa là loại hoa đơn tính, với hoa đực và hoa cái nằm riêng rẽ nhưng cùng trên một gié hoa Mỗi phát hoa trung bình chứa từ 20 đến 40 hoa cái, tùy thuộc vào giống dừa Mỗi phát hoa có thể sản sinh từ 5 đến 10g phấn hoa, trong khi mỗi hoa đực chứa khoảng 272 triệu hạt phấn nhỏ Tuy nhiên, chỉ khoảng 40% số hạt phấn có khả năng thụ phấn cho hoa cái trong mỗi phát hoa Thời gian từ khi hoa cái đầu tiên nở đến khi hoa cái cuối cùng nở là một yếu tố quan trọng trong quá trình sinh sản của cây dừa.
Pha cái của hoa dừa kéo dài từ 5 – 7 ngày đối với giống dừa cao và từ 10 – 14 ngày đối với giống dừa lùn Thời gian từ khi hoa đực đầu tiên mở đến hoa đực cuối cùng mở được gọi là pha đực, kéo dài khoảng 18 – 22 ngày Quá trình thụ phấn của hoa dừa chủ yếu diễn ra nhờ gió và côn trùng.
Trái dừa là loại quả hạch với nhân cứng, bao gồm ba phần chính: ngoại quả bì (vỏ bên ngoài phủ cutin), trung quả bì (xơ dừa) và nội quả bì (gáo, nước và cơm dừa) Vỏ dừa có độ dày từ 1 – 5cm, và phần cuống có thể dày đến 10cm Vỏ dừa chứa 30% xơ dừa và 70% bụi xơ dừa, với bụi xơ dừa có khả năng hút và giữ ẩm cao từ 400 – 600% so với thể tích của nó.
• Đặc điểm sinh lý, sinh thái:
- Tốc độ sinh trưởng: Trung bình
- Phù hợp với: Cây ưa sáng, đất thịt pha cát có thoát thủy tốt b) Phân loại:
Dừa xiêm xanh là giống dừa uống nước phổ biến nhất tại đồng bằng sông Cửu Long, cho hoa sau 2,5 - 3 năm trồng Mỗi cây có năng suất trung bình từ 140-150 trái/năm, với vỏ mỏng màu xanh và nước ngọt thanh (7-7,5% đường), thể tích nước từ 250-350 ml/trái Giống dừa này có nhu cầu tiêu thụ cao trên thị trường.
Dừa xiêm đỏ là giống dừa uống nước phổ biến thứ hai tại đồng bằng sông Cửu Long, có khả năng ra hoa sớm chỉ sau 3 năm trồng Mỗi cây có năng suất trung bình từ 140-150 trái mỗi năm, với vỏ trái mỏng màu nâu đỏ và nước dừa có vị ngọt thanh, chứa 7-7,5% đường Thể tích nước đạt từ 250-350 ml mỗi trái, tạo ra nhu cầu tiêu thụ cao trên thị trường.
Dừa xiêm lục, giống dừa uống nước ngon nhất có nguồn gốc từ Bến Tre, ra hoa sớm chỉ sau 2 năm trồng Mỗi cây cho năng suất trung bình từ 150-160 trái/năm, với vỏ trái mỏng màu xanh đậm Nước dừa rất ngọt, chứa 8-9% đường và thể tích nước đạt 250-300 ml/trái, vì vậy rất được ưa chuộng trên thị trường.
Dừa Tam Quan là giống dừa uống nước nổi bật với màu sắc đẹp, có nguồn gốc từ Tam Quan, Bình Định Giống dừa này ra hoa sau khoảng 3 năm trồng, đạt năng suất trung bình từ 100 đến 120 trái mỗi cây mỗi năm Quả dừa có vỏ mỏng, màu vàng sáng, chứa nước ngọt thanh với độ đường từ 7,5 đến 8%, thể tích nước dao động từ 250 đến 350ml mỗi trái Theo dân gian, nước dừa Tam Quan có tính mát, thường được sử dụng để chữa bệnh Tuy nhiên, do năng suất không cao, giống dừa này hiện chỉ được trồng với số lượng hạn chế, chủ yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
Đặc tính của dừa
- Các hợp phần của quả dừa gồm: Vỏ xơ, Gáo, Nước dừa, Cơm dừa
Bảng 1.3: Tỉ lệ % các hợp phần của quả dừa
Chú thích: Theo kết quả khảo sát quả dừa Ta xanh
Nước dừa là một loại thức uống tự nhiên giàu khoáng chất, không chứa chất béo và có năng lượng thấp (chỉ 16,7 kcal/100 g) Đặc biệt, nước dừa non rất hữu ích trong việc bù điện giải cho cơ thể khi bị mất nước.
Bảng 1.4: Tỉ lệ % thành phần nước dừa
Nguồn: Pandalai, K M (1958) Nước dừa và cách sử dụng
-Cơm dừa loại tốt chứa 63 - 68% dầu, không quá 6% nước, dưới 1% acid béo.
Sản phẩm từ dừa
Quả dừa và cây dừa là nguồn tài nguyên quý giá, với tất cả các phần của chúng đều có thể được sử dụng Trong tiếng Mã Lai, dừa được biết đến với tên gọi "pokok seribu guna", nghĩa là "cây có cả ngàn công dụng".
- Nước dừa: thức uống giải khát, làm thạch dừa hay rau câu dừa
-Cơm dừa: sản xuất nước cốt dừa, kẹo dừa, kem dừa, rau câu trái dừa, mứt dừa…
- Trong tất cả các quy trình làm sản phẩm từ quả dừa thì công đoạn gọt vỏ rất quan trọng
- Công đoạn chiếm nhiều thời gian trong quá trình đó
- Công đoạn này cần được cơ khí hóa.
Các phương pháp gọt vỏ dừa
1.4.1 Phương pháp gọt bằng tay a) Nguyên lý
Sử dụng dao gọt dừa truyền thống để loại bỏ lớp vỏ xanh bên ngoài thường mang lại năng suất thấp Phương pháp này chủ yếu phù hợp với các hộ sản xuất nhỏ lẻ và những nơi có lao động nhàn rỗi.
Hình 1.11: Gọt dừa bằng tay
+ Gọt sạch 100% vỏ của quả dừa
+ Loại bỏ được phần hư hỏng
+ Có thể gọt được tất cả các loại dừa với kích thước khác nhau
+ Cần nhiều lao động nếu số lượng lớn
+ Dễ gây tai nạn nếu không chú ý
1.4.2 Phương pháp gọt bằng máy
Bảng 1.5: So sánh phương án gọt bằng máy
STT Các bước tiến hành Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Cơ cấu cắt gọt Vít me đai ốc Cần gạt,con trượt Xylanh,con trượt
-Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến quả dừa
- Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
- Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
Cơ cấu cắt gọt Vít me đai ốc Cần gạt,con trượt Xylanh,con trượt
- Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
-Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
- Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
Cơ cấu cắt gọt Cần gạt,con trượt Cần gạt,con trượt Xylanh, con trượt
-Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
-Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
- Cắt chính: quay quả dừa
- Chạy dao: Tịnh tiến dao
Cơ cấu phức tạp Lượng chạy đều và đẹp
Cơ cấu đơn giản, Chạy dao đều, không tốn nhiều thời gian
Dao đi ổn định hay không do nguồn khí Không có khí ngừng hoạt động
1.4.2.1 Phương án đạt yêu cầu:
19 a) Phân tích nguyên lý phương án 2
Dựa trên máy gọt vỏ dừa tươi của sinh viên Thái Lan và nghiên cứu các loại máy hiện có trên thị trường, hình 1.12 minh họa nguyên lý hoạt động của máy.
Hình 1.12: Nguyên lý cắt máy
Quả dừa được gắn vào chấu định vị trên máy, cho phép nó quay tròn quanh chốt định vị khi động cơ hoạt động Khi dao 2 được đưa vào quả dừa theo cơ cấu 2, lưỡi cắt sẽ tác động vào đỉnh quả dừa để cắt vỏ.
- Cơ cấu tịnh tiến 1 trượt đưa dao tác động vào bên hông quả dừa cắt đi một lớp vỏ nhất định
- Tương tự cho cơ cấu 3, dao tịnh tiến cắt đi phần đáy trên chốt định vị
- Sau khi hoàn tất, đưa các cơ cấu về trạng thái ban đầu b) Cấu tạo lưỡi cắt
- Lưỡi cắt là một lưỡi dao giống với các loại dao cắt thái, chặt bổ bên ngoài
TT SL Tên chi tiết
- Hình 1.13 và Hình 1.14 là các lưỡi dao được mô phỏng bằng phần mềm SolidWork 2014
Hình 1.13: Cấu tạo dao cắt hông dừa
Hình 1.14: Cấu tạo dao cắt đít dừa c) Ưu nhược điểm
- Có thể gọt sạch đến 90%
- Kết cấu máy đơn giản, gọn
- Giảm thời gian và lao động
- Có thể gọt nhiều dạng dừa
- An toàn và vệ sinh
- Hệ thống thoát vỏ dừa cắt ra chưa đảm bảo
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khảo sát kích thước quả dừa
- Tiến hành khảo sát các loại dừa ở chợ Thủ Đức (Hình 2.1) do một cửa hàng ở chợ Thủ Đức
Số liệu khảo sát trái dừa
Theo các chủ cửa hàng tại chợ, hiện nay thị trường chủ yếu cung cấp hai loại dừa là dừa Xiêm xanh và dừa Xiêm đỏ, hầu hết đều có nguồn gốc từ Bến Tre.
- Hình 2.2 và Hình 2.3 là kích thước đã được khảo sát:
Hình 2.2: Kích thước dừa xiêm xanh
Xác định cơ tính của quả dừa
Cơ tính của vật liệu bao gồm các yếu tố như lực cắt, kéo, nén, xoắn và uốn Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm để xác định độ dai của vỏ dừa thông qua lực cắt.
- Dùng cân để xác định thông số thực nghiệm cơ tính của quả dừa (Bảng 2.1)
Bảng 2.1: Bảng xác định cơ tính của quả dừa (N)
Thực nghiệm Lực cắt (N) Ghi chú
Các thông số hình học của dao
Trong quá trình cắt gọt, dao cụ đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra bề mặt gia công của sản phẩm Chất lượng dao cụ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và mức tiêu hao năng lượng Vì vậy, việc chế tạo dao cụ có chất lượng cao là điều cần thiết để đảm bảo hiệu quả trong sản xuất.
Hình 2.3: Kích thước dừa xiêm đỏ
Để đáp ứng các yêu cầu cơ bản, sản phẩm cần có năng suất gia công cao và chất lượng gia công tốt, bao gồm độ bóng bề mặt và độ chính xác Ngoài ra, khả năng chống mài mòn và mùi cắt cũng rất quan trọng để đảm bảo tuổi thọ lâu dài cả về số lần mài và thời gian sử dụng Sản phẩm nên dễ chế tạo, lắp ráp, đơn giản và gọn nhẹ.
Trong quá trình gọt vỏ, dao cắt cần đi qua bộ gá dao trung gian Khi thiết kế dụng cụ cắt, không chỉ lưỡi dao mà cả bộ gá cũng cần được chú trọng Do đó, bộ gá dao cần được thiết kế đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và đặc biệt là phải đảm bảo tính kinh tế.
- Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt:
Khi chọn kiểu dao cắt cho trái cây, cần xem xét tính chất của quả dừa và các loại trái khác Xoài có cấu trúc xơ và thớ giống như vật liệu gỗ, vì vậy lưỡi dao nên được chọn tương tự như dao dùng cho gỗ để đảm bảo cắt hiệu quả.
- Thông số hình học của dao cắt: a Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao:
Chính là chiều dày s của nó Độ sắc cực tiểu đạt tới
20 ữ 40 àm Đối với cỏc mỏy trong chế biến thực phẩm khụng vượt quỏ 100àm, nếu s quỏ 100 àm lưỡi dao coi như bắt đầu cùn và thái kém
Hình 2.4 Cạnh sắc lưỡi dao
Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng
Nếu gọi ứng suất cắt của vật cắt là σc thì : q = s σc b Góc cắt gọt α là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài dao σ: α = β + σ
- Vấn đề tính toán góc đặt daoβ sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của quả dừa, dạng cạnh sắc của lưỡi dao, vv
- Góc mài dao σ đã được Renznik N.E nghiên cứu và đề xuất (1975) công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt:
Qth = Pt + ctgσ , N (Sách Máy cắt rau quả) Trong đó: c - hệ số thứ nguyên, N/cm;
Qth - lực cắt tới hạn cần thiết
Góc mài dao σ thường nhỏ, nhưng do độ bền vật liệu làm dao có hạn, góc mài của máy cắt rau củ thường lớn hơn hoặc bằng 12 độ Đối với các máy thái củ quả, góc mài dao thường nằm trong khoảng từ 18 đến 25 độ.
Dao chất lượng bền sẽ giữ được độ sắc lâu hơn, giúp cắt hiệu quả và giảm thiểu công sức cần thiết Khi lưỡi dao hoạt động, công nén lên lớp vật liệu sẽ ít tốn kém hơn, đồng thời công cản trong quá trình gọt cũng được giảm thiểu Vận tốc cắt của dao (v) được tính bằng mét trên giây (m/s).
Vận tốc dao gọt đóng vai trò quan trọng trong quá trình cắt gọt, được thể hiện qua các đồ thị thực nghiệm cho thấy sự biến thiên của áp suất riêng q, lực cắt gọt Pt và công cắt gọt Act theo vận tốc dao cắt Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng của quá trình gia công.
Hình 2.6: Vận tốc dao cắt
Theo Renzik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:
Pt = 75.10 -0,0019 q.v 2,6 + 40 Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40 m/s
Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật cắt
Đường trượt dài của lưỡi dao trên vật cắt giúp giảm lực cản cắt Để minh họa hiện tượng trượt của lưỡi dao, chúng ta cần vẽ và phân tích hình vận tốc của một điểm M trên lưỡi dao khi nó tác động vào lớp vật cắt.
Hình 2.7: Phân tích vận tốc điểm M ở cạnh sắc lưỡi dao khi cắt
Vận tốc v của dao cắt được chia thành hai thành phần chính: thành phần vận tốc pháp tuyến vn, vuông góc với lưỡi dao, và thành phần vận tốc tiếp tuyến vt, theo cạnh sắc của lưỡi dao Vận tốc pháp tuyến vn thể hiện tốc độ của dao khi cắt sâu vào vật liệu, trong khi vận tốc tiếp tuyến vt gây ra chuyển động trượt giữa điểm M trên dao và điểm M trên vật cắt.
Theo Gơriaskin, góc trượt τ được xác định bởi vận tốc tuyệt đối v và thành phần pháp tuyến vn Hệ số trượt, được tính bằng tỷ số giữa vận tốc tiếp tuyến vt và vận tốc pháp tuyến vn, phản ánh mối quan hệ giữa hai loại vận tốc này.
Theo thực nghiệm của Gơriaskin, lực cắt thái giảm đáng kể không phải với bất kỳ góc trượt nhỏ nào, mà chỉ khi góc trượt đạt một trị số nhất định Thí nghiệm của viện sĩ Ziablôv V.A cũng cho thấy rằng lực cắt gọt giảm nhiều khi góc trượt τ ≥ 30° Điều này chỉ ra rằng để tối ưu hóa hiệu quả cắt, cần có một điều kiện chung cho góc trượt của dao nhằm giảm lực cắt một cách hiệu quả hơn.
Khi xem xét lực tác động giữa lưỡi dao và vật, nếu góc trượt τ = 0, lực tác động chỉ có một pháp tuyến cắt thẳng góc với lưỡi dao và theo phương vận tốc của nó Tuy nhiên, trong trường hợp góc trượt τ ≠ 0, lưỡi dao thẳng AB quay quanh một tâm O với khoảng cách p từ tâm, tạo ra tình huống phức tạp hơn cần được phân tích kỹ lưỡng.
27 chúng ta sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật cắt tác động vào dao và các lực do dao tác động vào vật.
Hình 2.8: Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật cắt
Thứ tự trái sang phải trên hình:
1 Các lực do vật cắt tác động vào dao
2 Các lực do dao tác động vào vật cắt với góc τ ≤ φ’;
3 Các lực do dao tác động vào vật căt với góc τ ≥ φ’;
Khi lưỡi dao cắt vào vật, điểm tiếp xúc M sẽ tạo ra lực pháp tuyến N theo nguyên lý “lực và phản lực” Ở hình 2.5, cuộn rau tác động vào lưỡi dao tại điểm Mđ với lực pháp tuyến N, trong khi ở các hình (2) và (3), lưỡi dao tác động vào vật cắt tại điểm Mr với lực pháp tuyến N = N’ nhưng theo hướng ngược lại.
Mđ ở lưỡi dao không trùng với phương pháp tuyến vì τ ≠0, dẫn đến lực pháp tuyến N’ có thể được phân tích thành hai thành phần: lực p’ theo phương chuyển động v và T’ theo phương lưỡi dao AB Lực T’ có xu hướng khiến điểm Mđ của lưỡi dao trượt xuống phía dưới trên vật cắt Tuy nhiên, lực ma sát F’ giữa lưỡi dao và vật cắt xuất hiện hướng lên trên, cản lại hiện tượng trượt với trị số F’=T’.
Khi vật cắt di chuyển đến điểm Mr, lực tác động có thể chia thành hai thành phần: lực P theo hướng chuyển động và lực T theo phương lưỡi dao AB Lực T có xu hướng khiến điểm Mr của vật rắn trượt lên trên lưỡi dao, đồng thời xuất hiện lực ma sát F giữa vật cắt và lưỡi dao, cản lại hiện tượng với trị số F’.
Khi góc trượt τ tăng, lực T cũng tăng theo, đồng thời lực ma sát F có khả năng tăng lên bằng T, giúp điểm Mτ của vật cắt không bị trượt theo lưỡi dao Điều này cho thấy rằng, khi cắt với góc trượt τ ≠ 0, điểm Mτ của vật và điểm Md của dao vẫn giữ nguyên vị trí tiếp xúc mà không bị trượt Trong quá trình cắt, điểm Md của dao bám chặt vào điểm Mr của vật, nén xuống với lực tác động P, T và F, trong đó F = T và hợp lực của chúng tạo thành lực P.
Nhưng chúng ta biết rằng khi T tăng, F sẽ tăng theo và chỉ đạt tới trị số lực ma sát cực đại
Fmax được xác định theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát, với công thức Fmax = N.tgφ’ = N.f’, trong đó φ’ là góc ma sát giữa lưỡi dao và vật cắt, và f’ = tg φ’ là hệ số ma sát Tuy nhiên, khác với các trường hợp ma sát thông thường, trị số của góc ma sát φ’ không cố định mà thay đổi theo thực nghiệm Để phân biệt hiện tượng ma sát giữa lưỡi dao và vật cắt, Gơriaskin đề xuất gọi góc φ’ là góc trượt φ’, và hệ số f’ = tg φ’ là hệ số cắt trượt.
Khi T và F tăng lên trong giới hạn T = F ≤ Fmax, tức là T=F=Ntgτ hay τ ≤ φ’, quá trình cắt không xảy ra hiện tượng “trượt tương đối” giữa các điểm của lưỡi dao và vật cắt do sự xuất hiện của ma sát chống lại.
Khi tăng lực T lên, góc trượt τ cũng tăng theo, do đó lực ma sát chỉ giữ ở mức tối đa Fmax Khi T vượt quá Fmax hoặc τ đạt giá trị φ’, hiệu số giữa T và Fmax sẽ khiến rau trượt khỏi điểm Md của dao, dẫn đến quá trình cắt thực sự có trượt Lúc này, dao sẽ phát huy khả năng "cưa" vật cắt, giúp giảm đáng kể lực cắt và làm cho việc cắt trở nên dễ dàng hơn.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
Yêu cầu thiết kế
- Máy phải dễ vận hành và sửa chữa
- Công suất động cơ ≤5HP để tránh máy quá lớn, nặng và cồng kềnh Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vệ sinh cắt gọt
- Có bộ phận bảo vệ an toàn cho người vận hành
-Máy phải gọt được hết vỏ ở bên và ở chóp trên đầu của trái dừa, cắt phần dưới quả dừa
- Có thể gọt được những trái dừa có nhiều kích thước khác nhau.
Phương hướng và phương pháp giải quyết
- Từ bảng so sánh ở Chương 1, ta chọn Máy gọt vỏ dừa tươi bằng cần gạt và con trượt vì phương án này đạt yêu cầu đưa ra
- Nguyên lý máy: Máy truyền chuyển động trực tiếp vào chấu định vị
Hình 3.1: Động cơ truyền chuyển động cho chấu định vị
+ Truyền động đơn giản, dễ chế tạo và thay thế
+ Kết cấu đơn giản và dễ vận hành
+ Dao đi đều hay không phụ thuộc vào lực đi tay
Hình 3.2: Nguyên lý điều khiển bằng con trượt
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY THỬ NGHIỆM
Lưỡi dao
- Thiết kế lưỡi dao: đúng góc độ và cắt tốt nhất
- Căn cứ vào bán kính cong của quả dừa từ đó đưa ra thông số chiều dài của lưỡi cắt Góc dao thì xác định bằng thực nghiệm
- Bản vẽ dao Hình 4.1 và Hình 4.2 được thể hiện dựa trên Phần mềm SolidWork 2014
Hình 4.1 Bản vẽ thiết kế lưỡi dao cắt đỉnh quả dừa
- Lưỡi dao đã chế tạo:
Hình 4.3 Bản vẽ thiết kế lưỡi dao cắt phần dưới quả dừa
Hình 4.2: Lưỡi dao cắt đỉnh quả dừa
Hình 4.4: Lưỡi dao cắt đáy dừa
Chế tạo chấu định vị
+ Đường kích lắp với trục động cơ phải đảm bảo đồng tâm
+ Rãnh then phải gia công chính xác
+ Chốt định vị phải phân bố đều
Để đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, cần thay thế chấu định vị bằng vật liệu Inox Trong quá trình sản xuất thử nghiệm, vật liệu thép CT3 được sử dụng.
Hình 4.5 Bản vẽ thiết kế chấu định vị
Hình 4.6: Chấu định vị Vật liệu Thép CT3
Chế tạo tấm đỡ trục
+ Dung sai kích thước lỗ lắp trục phải đảm bảo được tính lắp ghép
Hình 4.7 Bản vẽ chấu định vị
Các cụm máy được lắp ghép
- Các lưỡi dao, trục, tấm đỡ và động cơ được lắp đặt như hình sau:
Hình 4.5: Motor được lắp với tấm đỡ
Chế tạo máy thử nghiệm
+ Sau khi thực nghiệm thì tỉ lệ gọt sạch của quả dừa thành phẩm không cao và thời gian gọt dài
+ Vỏ dừa sau khi cắt không thoát ra được gây hiện tượng trượt khi cắt.
Thử nghiệm
- Xác định thông số đầu vào của máy để chọn ra một thông số tốt nhất, hiệu quả nhất
Với dao có biên dạng 1 ( vật liệu làm từ lữơi cưa gỗ CD )
Hình 4.6 Chế tạo đồ gá dao thử nghiệm
Hình 4.7 Dao cắt phần trên vật liệu lưỡi cưa gỗ CD
- Góc cắt α = 20 0 không đổi, thay đổi số vòng quay của trái dừa và công suất động cơ
- Thông số đầu vào :Công suất động cơ 0.35kW, n = 200 vòng/phút
- Dao khi ăn sâu hay không đều gây cho động cơ bị đứng
- Vỏ dừa không được gọt sạch
Hình 4.8: Thử nghiệm với n = 200 vòng/ phút
+ Góc cắt cắt α = 20 0 , thay đổi vật liệu làm dao (thép tôi và rèn tại Lò rèn xã Suối Nghệ, Châu Đức, Bà Rịa – Vũng Tàu)
+ Thông số đầu vào: Công suất động cơ 0.75kW, số vòng 300 vòng/phút
Hình 4.9: Dao cắt bên hông quả dừa
+ Vỏ dừa được gọt sạch tương đối
- Qua việc thử nghiệm và đánh giá kết quả ta chọn được thông số đầu vào là:
+ Công suất động cơ 1 ngựa
+ Số vòng quay của động cơ, n 00vòng/phút
+ Góc độ dao hợp lý
+ Dao làm bằng vật liệu thép, được tôi cứng, mỏng và góc cắt α = 20 0
Hình 4.10: Thử nghiệm với n00vòng/phút
THIẾT KẾ HOÀN CHỈNH MÁY GỌT VỎ DỪA TƯƠI
Các thông số thiết kế
Từ kết quả kiểm nghiệm ở chương 4, đã xác định được các thông số thiết kế máy như sau:
Số vòng quay của chấu định vị: n = 300 vòng/phút
Thông số hình học của góc cắt : α = 20 0
Hình 5.1: Góc độ lưỡi dao
Kết cấu máy
- Sau khi tính toán các ưu nhược điểm của từng phương án và thông số chọn kết cấu máy như sau:
- Khung máy chịu trách nhiệm đỡ toàn bộ hệ thống máy, trên khung bắt động cơ, động cơ nối với chấu quay
Các công việc tính toán
- Tính toán và chọn Motor
Tính toán
5.4.1 Tính toán và chọn Motor
Có nhiều loại động cơ như motor điện xoay chiều, motor điện một chiều, motor điện không đồng bộ và motor bước Tuy nhiên, trong thiết kế và ứng dụng thiết bị dân dụng, motor điện xoay chiều 3 pha khởi động bằng tụ điện được ưa chuộng hơn cả Động cơ 3 pha có cấu tạo đơn giản, đặc tính vượt trội so với động cơ 1 pha, dễ dàng đấu nối, kích thước nhỏ gọn và giá thành hợp lý.
Theo nguyên lý hoạt động, công suất của motor cần phải lớn hơn công suất làm việc thực tế Vì vậy, việc lựa chọn motor có công suất lớn hơn công suất làm việc là cần thiết để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.
- Giả thuyết đầu vào: n00 vòng/phút
Vchấu = 2πfr= 2 3,14 5 0,060 = 1,884 m/s do quả dừa định vị trực tiếp lên chấu quay nên Vchấu = Vdừa
+ Momen quay chấu định vị trái dừa:
Với: Ft = 58,836N : lực cắt cần thiết để cắt dừa (Lớn nhất) r : bán kính trung bình trái dừa a Momen động cơ:
, = 5945,53 (N.mm) Với: k: hệ số an toàn η= ηbr η 2 ol = 0,97.0,99 2 = 0,95: Hiệu suất chung (Tra bảng 2.3/19 TTTKHDĐCK Tập I ta chọn hôl=0,99 ; hbr= 0,97) + Công suất trên trục động cơ:
Theo nguyên lý hoạt động, công suất của motor cần phải lớn hơn công suất làm việc thực tế Do đó, việc lựa chọn motor có công suất vượt trội so với công suất làm việc là rất quan trọng Motor cần có các thông số kỹ thuật phù hợp để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
+ Số vòng quay của động cơ là 1450 vòng/phút
+ Sau khi qua hộp giảm tốc 1:5 thì số vòng quay của trục dẫn là 290 vòng/phút
- Thông số cấu tạo của động cơ :
Bảng 5.1: Thông số cấu tạo động cơ
Vỡ trục sử dụng là ỉ20 và ỉ18 nờn chọn vũng bị trượt theo trục đó cú
Bảng 5.2: Thông số con trượt LMK theo tiêu chuẩn
5.4.3 Vật liệu chế tạo a) Khung máy
- Khung máy phải được sử dụng lâu dài và chịu tải trọng toàn bộ máy
- Khung được làm bằng thép CT3, do chế tạo thử nghiệm nên không tránh được tình trạng rỉ sét ( Nếu làm sản xuất thì nên dùng INOX)
-Sử dụng thép hộp để chế tạo với độ dày 3mm và đem sơn chống rỉ sét b) Trục
- Sử dụng thép tròn mịn CT3 ( Nên dùng INOX)
- Vật liệu dễ rỉ sét nên cần bôi mỡ bò thường xuyên
- Trục được sử dụng lâu dài và đáp ứng yêu cầu trượt đểu của con trượt c) Tam giác đỡ trục
- Vật liệu sử dụng là thép lá CT3 dày 3mm
- Có tác dụng đỡ 3 trục phân bố đều giúp con trượt chạy ổn định
- Vật liệu có rỉ sét nên cần phải sơn chống rỉ d) Chấu định vị
- Tiếp xúc trực tiếp với quả dừa
- Truyền chuyển động trực tiếp lên quả dừa
- Vật liệu phải được sử dụng trong thực phẩm, chống rỉ sét và độ bền lâu (INOX)
- Trên thực tế chế tạo là thép C45 mạ Crôm e) Con trượt
- Tiếp xúc trực tiếp với trục
- Chịu được ma sát và mài mòn
- Thực tế chế tạo : sử dụng 3 con trượt bằng nhựa khối cứng và 4 con trượt LMK chất liệu là Steel Crom f) Dao
- Dùng để cắt gọt trực tiếp vỏ dừa
- Yêu cầu không được rỉ sét và phải đảm bảo tính cắt gọt tốt
- Vì vậy vật liệu chế tạo dao là thép từ vật liệu hợp kim phù hợp với việc cắt gọt rau củ quả
- Thực tế chế tạo là sử dụng thép được rèn và tôi cứng ở Lò Rèn Suối Nghệ-BRVT
Chế tạo máy hoàn chỉnh
- Tấm đỡ trục và ổ lăn
- Phải đảm bảo đúng kích thước bản vẽ
- Các chi tiết phải làm sạch bavia
Hình 5.4: Bản vẽ 2D – 3D khung máy
Hình 5.5: Bản vẽ 2D – 3D tam giác đỡ
Hình 5.7: Bản vẽ 2D-3D Chấu định vị
Hình 5.8: Bản vẽ 2D – 3D tấm đỡ trục
Hình 5.9: Bản vẽ 2D-3D tấm đỡ trục
Kết cấu hoàn chỉnh
Máy được chế tạo hoàn chỉnh với các thông số hoạt động như sau:
- Số vòng quay : 300 vòng/phút
- Điện thế xoay chiều: 380 V ( nhưng thực tế được đấu lại 220V)
Hình 5.11 Máy gọt vỏ dừa tươi
Sản phẩm máy gọt vỏ dừa tươi
Hình 5.13 Lát vỏ dừa được cắt
