GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Phở là một món ăn truyền thống nổi tiếng và được yêu thích tại Việt Nam Năm 2014, phở đã được Huffington Post xếp hạng trong “Top 12 món ăn ngon nhất thế giới” và được tạp chí Bussiness Insider đưa vào “Top 40 món ăn tuyệt vời cần thử ít nhất một lần trong đời.”
Vào năm 2014, quy trình làm phở truyền thống tuy mang đậm bản sắc văn hóa nhưng lại tốn nhiều thời gian, công sức và không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Do đó, trong bối cảnh khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, việc sở hữu một thiết bị hiện đại để khắc phục những vấn đề này là vô cùng cần thiết.
Năm 2007, thầy Trần Doãn Sơn, PGS.TS từ khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Đại Học Bách Khoa TP.HCM, đã phát triển máy làm sợi Phở nhằm giải quyết vấn đề sản xuất Ngoài ra, công ty Hai Thiền cũng đã cho ra mắt máy làm sợi Phở, góp phần vào việc cải thiện quy trình chế biến món ăn truyền thống này.
Năm 2009, hai chiếc máy sản xuất sợi Phở chất lượng cao đã được giới thiệu, phục vụ xuất khẩu sang nhiều quốc gia như Mỹ, Canada, Nhật Bản, Úc, Đức, Nga và CH Séc Tuy nhiên, giá thành của mỗi máy vẫn còn cao, chưa phù hợp với khả năng tài chính của người tiêu dùng Việt Nam.
Nhóm đã xác định mục tiêu thiết kế và chế tạo máy làm sợi Phở có công suất 100kg phở mỗi giờ, với chi phí dưới 50 triệu đồng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài này mang tính ứng dụng cao, xuất phát từ thực tế, nhằm giải quyết vấn đề sợi Phở "bẩn" do việc ngâm formol của người làm thủ công Việc này không chỉ giúp bảo quản sợi Phở lâu hơn mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến giá trị món ăn truyền thống của người Việt Khi đưa đề tài vào thực tiễn, người sử dụng sẽ có cơ hội chứng kiến quy trình chế biến và thưởng thức sợi Phở tươi ngon ngay tại chỗ.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục đích của đề tài này là chế tạo máy làm sợi Phở tự hành, phục vụ nhu cầu thực phẩm của người Việt Nam Nhóm thực hiện cũng mong muốn tích lũy kinh nghiệm và áp dụng kiến thức đã học để thiết kế và chế tạo sản phẩm thực tế có tính ứng dụng cao.
Những mục tiêu chính mà đề tài sẽ nghiên cứu là:
- Nghiên cứu cơ cấu cấp bột
- Nghiên cứu nồi hấp bột thành bánh Phở
- Nghiên cứu cơ cấu cắt bánh Phở thành sợi Phở
- Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điện, cơ và điều khiển.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nhóm thực hiện đã chọn “Máy làm sợi Phở” làm đối tượng nghiên cứu, tập trung vào việc trình bày các vấn đề chính liên quan đến thiết bị này.
- Nồi hấp bánh Phở và giải thuật điều khiển các thông số liên quan đến nồi hấp
- Cơ cấu cấp bột lên băng tải
- Cơ cấu cắt bánh Phở thành sợi
- Sử dụng Adrunio để xử lý tín hiệu và điều khiển toàn bộ hệ thống
- Và một số thiết bị điện, cảm biến liên quan
1.5 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu:
- Khảo sát nhu cầu thực tế, tính cấp thiết của đề tài để đặt ra các yêu cầu cần phải nghiên cứu
- Sử dụng ma trận ý tưởng để lựa chọn ý tưởng tối ưu cho từng cơ cấu, bộ phận
- Sử dụng lý thuyết về cơ học, sức bền vật liệu để thiết kế và chế tạo khung cơ khí
- Sử dụng lý thuyết điều khiển tự động để đưa ra giải thuật điều khiển hệ thống
- Tham khảo kinh nghiệm và kiến thức của các thầy cô, bạn bè để phục vụ nghiên cứu
- Sử dụng phần mềm Inventor 2014 để thiết kế và mô phỏng
- Sử dụng phần mềm Adrunio để lập trình
- Sử dụng các giáo trình,sách báo và tài liệu từ internet
- Các trang thiết bị, máy móc gia công cơ khí như máy hàn điện, khoan, cưa, mài
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Đề tài nghiên cứu chuyển đổi quy trình sản xuất sợi Phở từ thủ công sang tự động hóa hoàn toàn bằng máy móc, nhằm tạo ra sản phẩm thực phẩm an toàn và chất lượng Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu quy trình chế biến sợi Phở thực tế, học hỏi kinh nghiệm từ những người chế biến trực tiếp, đồng thời nghiên cứu các máy làm sợi Phở hiện có để cải tiến, phát triển sản phẩm mới với giá thành hợp lý hơn Việc đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Quy trình chế biến sợi Phở thủ công
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình chế biến sợi Phở thủ công
Bước 1: Ngâm gạo: Chọn gạo ngon, ít nhựa, hơi cũ, xốp, khô ráo (như gạo Thái
Bình, Nam Định,…) rồi vo sạch, đem ngâm nước một đêm theo tỷ lệ 2 nước 1 gạo
Bước 2: Xay bột nước (tỷ lệ 1 gạo 1 nước) + cơm nguội, sao cho thật mịn Pha bột
Để chế biến món ăn, cần sử dụng muối và bột lọc (hoặc bột năng) Trong mùa nồm ẩm, nên pha bột đặc hơn so với mùa hanh khô Nếu sử dụng gạo mới nhiều nhựa, hãy tăng lượng cơm nguội trong công thức để đạt được hương vị tốt nhất.
20%) cho bánh có độ dai, xốp và mau se
Bước 3: Tráng bột như tráng bánh ướt, dày 2 mm
Người Hà Nội ưa chuộng bánh phở được cắt bằng tay, vì bánh cắt bằng máy thường phải chồng nhiều lớp và thoa thêm dầu, dẫn đến việc khi trụng nước, bánh sẽ bị ướt và không ngon bằng sợi cắt bằng tay.
“Theo tài liệu của www.setupnhahang.bepchien.com Đường dẫn: http://setupnhahang.bepchien.com/Quy-trinh-che-bien-soi-pho”
Quy trình chế biến sợi Phở bằng máy mà nhóm đang thiết kế và chế tạo
Nhóm nghiên cứu hiện đang tập trung vào việc công nghiệp hóa quy trình chế biến sợi Phở, đã hoàn thành giai đoạn 3 và 4, bao gồm các công đoạn "tráng bột" và "cắt bánh Phở".
Quy trình được chia thành 4 bước như sau: Cấp bột – Hấp chín – Làm nguội – Tạo sợi
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình chế biến sợi Phở bằng máy.
Ưu điểm của đề tài
- Sản phẩm từ nghiên cứu có tính ứng dụng cao
- Giá thành rẻ hơn sản phẩm cùng loại trên thị trường lên đến 50%
- Tự động hóa toàn bộ quy trình
- Sử dụng động cơ quay ở tốc độ thấp nên ít gây ồn trong quá trình hoạt động
- Có thể theo dõi quá trình hoạt động của máy thông qua màn hình LCD
- Công suất máy lên đến 100kg sợi Phở/giờ
- Các cơ cấu đơn giản và dễ dàng tháo lắp, thuận tiện cho việc bảo trì và sữa chữa.
Nhược điểm của đề tài
- Vì máy có công suất lớn nên kích thước máy hơi to để phù hợp với yêu cầu đó
- Sản phẩm chỉ mới công nghiệp hóa được 2 trong 4 quy trình làm sợi Phở
- Máy chưa có bộ phận cách nhiệt cho nồi hấp nên còn thất thoát năng lượng.
Các nghiên cứu liên quan tới đề tài
Hiện chưa có máy làm sợi Phở nào do người nước ngoài chế tạo, nguyên nhân là do họ chưa biết nhiều về món Phở của Việt Nam
Máy chế biến sợi Phở của Việt Nam, ra đời từ năm 2005, đã góp phần sản xuất và xuất khẩu nhiều sản phẩm sang châu Âu, châu Mỹ và châu Úc Sản phẩm chủ yếu phục vụ nhu cầu của người Việt Nam định cư nước ngoài, đồng thời giới thiệu món ăn truyền thống của Việt Nam đến bạn bè quốc tế.
Với đề tài này, nhóm thực hiện xin giới thiệu chiếc máy làm sợi Phở mà nhóm cho là tốt nhất và sử dụng nhiều nhất hiện nay
Máy làm sợi Phở của PGS.TS Trần Doãn Sơn:
Tiêu chuẩn: CE (tiêu chuẩn Châu Âu)
Website: www.maypho.com.vn
Email: tdsonbk@yahoo.com Hình 2.6.2 Máy phở PA2014A
Không tìm thấy kết quảTrang mà bạn yêu cầu không thể được tìm thấy Hãy thử làm mới tìm kiếm của bạn hoặc sử dụng điều hướng ở trên để tìm bài viết.Vì sao chọn OISP?
Phân tích đặc điểm của những sản phẩm hiện có trên thị trường
Hầu hết sản phẩm trên thị trường đã được thương mại hóa, mang lại tính năng và chất lượng sợi Phở tốt Tuy nhiên, giá thành của những sản phẩm này vẫn cao so với khả năng chi trả của người Việt Nam.
Máy làm bánh phở mini của công ty Hai Thiền, sử dụng khí gas và điện, có công suất 25-30kg phở/giờ, được bán với giá 90 triệu đồng Ngoài ra, máy cỡ vừa với công suất 50kg phở/giờ cũng có sẵn để đáp ứng nhu cầu sản xuất lớn hơn.
Mỗi giờ, công ty Hai của chị Nguyễn Thị Thanh Nguyên sản xuất 100kg phở với mức giá 175 triệu đồng, thấp hơn 20-30% so với các sản phẩm tương tự trên thị trường.
“Theo tài liệu của báo doanhnhansaigon.vn vào ngày 19/10/2009 Đường dẫn: http://www.doanhnhansaigon.vn/chuyen-lam-an/co-cu-nhan-va-bot-banh- pho/1038492/”
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mục tiêu thiết kế
Chế tạo mô hình phải thực hiện đầy đủ các cơ cấu chuyển động của máy làm thực tế
Mô hình được thiết kế với độ tin cậy, năng suất và tuổi thọ cao, đảm bảo công suất hoạt động 100kg/giờ Đồng thời, chi phí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và trang thiết bị cho máy được tối ưu hóa ở mức thấp nhất.
Máy cần phải có kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng, phát ra tiếng ồn thấp và có tính công nghiệp cao.
Phương tiện để thiết kế
Hình 3.2.1: Phần mềm Autodesk Inventor Professional 2014
Inventor là phần mềm chuyên dụng cho thiết kế 3D, cho phép người dùng tạo ra các chi tiết và xuất bản vẽ thiết kế Phần mềm này rất hữu ích cho các ngành kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế cơ khí.
Autodesk Inventor chủ yếu được sử dụng để thiết kế các bộ phận của máy móc và vật dụng trong không gian 3 chiều Sau khi hoàn thiện các bộ phận, người dùng có thể lắp ráp chúng thành sản phẩm, xoay và thay đổi góc nhìn, gán vật liệu và tô bóng bề mặt với chất lượng cao.
Khi các thông số thiết kế đáp ứng yêu cầu, Autodesk Inventor có khả năng xuất các chi tiết, cụm chi tiết và sản phẩm ra bản vẽ thiết kế 2D với các hình chiếu chuẩn mực.
Autodesk Inventor là phần mềm độc lập, cho phép người dùng chia sẻ và trao đổi bản vẽ cũng như cơ sở dữ liệu với AutoCAD và Mechanical Desktop Ngoài ra, phần mềm này hỗ trợ trao đổi dữ liệu từ các phần mềm khác thông qua các định dạng tập tin như *.sat, *.step và *.iges Đối tượng chính sử dụng Autodesk Inventor là các chuyên viên thiết kế cơ khí và các ngành liên quan, đặc biệt những người có xu hướng thiết kế trong môi trường 3D.
Tính năng nổi trội của Autodesk Inventor đó là một phần mềm thông minh, dễ sử dụng, ít lệnh nhưng hiệu quả
Ứng dụng của Autodesk Inventor vào đề tài nghiên cứu này:
Thiết kế bản vẽ cơ khí toàn diện và mô phỏng máy làm sợi Phở trên máy tính giúp đánh giá tính khả thi và sự thống nhất giữa các bộ phận của máy.
Xuất bản các bản vẽ gia công là cần thiết để hỗ trợ nhóm chế tạo trong việc thực hiện những bộ phận mà họ không thể tự sản xuất, chẳng hạn như bánh răng hoặc các chi tiết bằng inox cần phải cắt, dập, và gia công.
IDE (Integrated Development Environment) là phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương cho board Ardunio
Các chương trình Arduino được phát triển bằng ngôn ngữ C hoặc C++, sử dụng thư viện phần mềm "Wiring" đi kèm với Arduino IDE Thư viện này hỗ trợ người dùng thực hiện các thao tác nhận và xuất tín hiệu một cách dễ dàng Để tạo ra một chương trình có thể chạy, người dùng chỉ cần định nghĩa hai hàm cơ bản: hàm setup() để thiết lập các cài đặt khi khởi động chương trình, và hàm loop() sẽ được gọi lặp lại cho đến khi board mạch bị tắt nguồn.
Hình 3.2.2a: Cấu tạo 1 chương trình của Ardunio
Hệ điều hành: Arduino IDE phù hợp với nhiều hệ điều hành bao gồm Windown, Mac
Hệ điều hành có hai lựa chọn chính là Linux và Windows Đối với Windows, người dùng có thể chọn giữa hai tùy chọn: Windows installer (file exe) và Windows zip file cho việc cài đặt không cần quyền quản trị (file zip) Tùy chọn zip cho phép người dùng chỉ cần giải nén và chạy chương trình mà không cần cài đặt Tuy nhiên, hầu hết người dùng thường lựa chọn tùy chọn Windows installer.
Giao diện của Adrunio IDE:
Hình 3.2.2b: Giao diện của Ardunio IDE
Arduino Toolbar: có một số button và chức năng của chúng như sau:
- Verify: kiểm tra code có lỗi hay không button.
- Upload: nạp code đang soạn thảo vào Arduino
- New, Open, Save: Tạo mới, mở và Save sketch
- Serial Monitor: Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên máy tính
- File menu: Trong file menu chúng ta quan tâm tới mục Examples đây là nơi chứa code mẫu ví dụ như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor…
- Verify/ Compile: chức năng kiểm tra lỗi code
- Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu
- Add File: thêm vào một Tap code mới
- Import Library : thêm thư viện cho IDE
Vùng này sử dụng ngôn ngữ lập trình để viết code, và tên chương trình sẽ hiển thị ngay dưới dãy các biểu tượng Nếu tên chương trình có dấu “§”, điều đó có nghĩa là chương trình chưa được lưu.
Vùng debug:Đây là vùng thông báo quá trình xử lý, thông báo lỗi của code
Một trong những lợi ích nổi bật của Arduino là khả năng nạp mã dễ dàng Chỉ cần kết nối Arduino với máy tính qua dây cáp và sử dụng phần mềm IDE đã được cài đặt, người dùng có thể nhanh chóng nạp mã vào thiết bị.
Khi kết nối board Arduino với máy tính lần đầu, người dùng cần thực hiện cấu hình để thiết lập kết nối Quá trình này chỉ cần thực hiện một lần, vì máy tính sẽ tự động lưu lại cấu hình Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng một board Arduino khác, bạn sẽ cần thực hiện lại bước cấu hình này.
Bước 1: Vào menu Tools -> Board -> chọn Arduino( chọn Arduino UNO)
Bước 2: Chọn cổng Com: Vào menu Tools -> Serial Port -> chọn cổng Arduino
Hình 3.2.2d: Chọn cổng kết nối cho Ardunio
Sau khi thực hiện các bước trên xong, người dùng sẽ bắt tay vào việc lập trình
Arduino IDE cung cấp nhiều thư viện hỗ trợ giao diện người dùng và đáp ứng nhu cầu lập trình Để tìm hiểu thêm về các thư viện và thông tin liên quan, người dùng có thể truy cập trang web https://www.arduino.cc/.
UNO là một bo mạch vi điều khiển dựa trên Atmega328P, với 14 chân kỹ thuật số có thể sử dụng cho đầu vào/đầu ra, bao gồm cả đầu ra PWM, cùng với 6 đầu vào analog Bo mạch này được trang bị thạch anh tinh thể 16MHz, kết nối USB, jack cắm điện, ICSP tiêu đề và nút reset Nó cung cấp mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, chỉ cần kết nối với máy tính qua cáp USB hoặc cấp nguồn bằng bộ chuyển đổi AC-DC hoặc pin để bắt đầu sử dụng.
Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit) Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Bảng 3.2.3: Các thông số Ardrunio UNO
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168,
ATmega328 là một vi điều khiển mạnh mẽ, có khả năng thực hiện các tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, và tạo ra một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm với khả năng hiển thị thông tin trên màn hình LCD.
“Đường dẫn: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno”
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V qua cổng USB hoặc nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng từ 7-12V DC và giới hạn từ 6-20V Sử dụng pin vuông 9V là lựa chọn hợp lý khi không có nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá giới hạn này, Arduino UNO có thể bị hỏng.
YÊU CẦU VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
Yêu cầu của đề tài
Thiết kế máy sản xuất bánh phở liên tục với các số liệu:
+ Chiều rộng: b= 25-35cm + Chiều dày: δ = 1 ÷ 2 mm
Các tính năng cần đạt của thiết bị:
Thiết kế máy cần đáp ứng các tiêu chí quan trọng như tính liên tục và liên hoàn trong quá trình sản xuất, khả năng đa dạng hóa sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, hiệu quả kinh tế cao, cùng với việc đảm bảo an toàn thực phẩm và môi trường lao động.
Cấu trúc máy bao gồm các bộ phận như cấp bột hồ, hấp, làm nguội và cắt xén phải hoạt động liên hoàn, tương tác lẫn nhau để tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn về chất lượng và năng suất.
Sản phẩm được sản xuất liên tục và đồng đều, nhờ vào việc khâu đầu vào của thiết bị hoạt động một cách đồng bộ Bột được cung cấp liên tục và đều đặn qua bộ phận cấp bột lên băng hấp, sau đó được tách ra và chuyển sang băng tải để làm nguội.
Tất cả các bộ phận cơ khí như trục, băng tải hấp, băng tải làm nguội và trục cắt hoạt động đồng bộ và liên tục Động cơ điện kết hợp với các bộ giảm tốc và bộ điều tốc giúp máy hoạt động liên tục theo yêu cầu.
- Tính đa dạng sản phẩm:
Sản phẩm được thiết kế với khả năng điều chỉnh kích thước linh hoạt, chiều rộng từ 250mm đến 350mm và độ dày từ 0.5 đến 2mm Chúng tôi cung cấp sản phẩm với độ dày, mỏng và kích thước dài ngắn theo yêu cầu của khách hàng, đảm bảo mỗi sợi được cắt ra có kích thước đồng nhất.
Nguồn năng lượng cung cấp cho máy làm việc chủ yếu là năng lượng điện, được sử dụng để vận hành các động cơ điện, quạt làm mát và làm nóng các thanh điện trở trong nồi hấp.
Thiết bị sử dụng nhiệt, như nồi hấp, cần được cách nhiệt và tính toán nhiệt điện trở chính xác để chọn công suất phù hợp, nhằm giảm thiểu tổn thất năng lượng Việc vận hành máy móc và các thiết bị phụ tải phải tuân thủ đúng quy trình để hạn chế lãng phí năng lượng và tiết kiệm chi phí Sản phẩm có giá thành thấp hơn 50% so với các sản phẩm tương tự trên thị trường Hệ thống cơ giới hóa và tự động hóa cao giúp giảm thiểu số lượng lao động trực tiếp tham gia vào quá trình sản xuất.
- Tính an toàn thực phẩm và môi trường lao động:
- Máy được làm ra phải tạo ra được sợi Phở chất lượng ngang bằng với các sản phẩm khác đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm
- Máy phải hoạt động tốt, không gây ồn và an toàn tuyệt đối với điện và nhiệt
- Máy hoạt động bền bỉ và dễ dàng bảo trì khi cần thiết.
Băng tải
Yêu cầu của băng tải:
Máy được trang bị hai loại băng tải riêng biệt: một băng tải chuyên chở bột lỏng vào nồi hấp và một băng tải khác vận chuyển bánh Phở từ lò hấp đến dao cắt, đồng thời làm nguội bánh.
Phở trong quá trình di chuyển Từ hai yêu cầu đó, nhóm đã chọn ra 2 loại băng tải có đặc điểm như sau:
Tên gọi Băng tải vải Poli Soa Băng tải Inox Ưu điểm Vải không thấm bột, ít thấm nước
Bề mặt vải trơn, bánh Phở không bị dính và dễ gỡ Được sử dụng nhiều trong thực tế ở các nối hấp bánh ướt, bánh phở…
Dễ tìm mua ở các tiệm bán vải
Vải ít co giãn, giúp quá trình lắp đặt được dễ dàng
Có nhiều khoảng trống giúp bánh Phở nhanh nguội
Inox hấp thụ nhiệt tốt Đánh giá Phù hợp với yêu cầu của máy Phù hợp với yêu cầu của máy
Bảng 4.2a: Yêu cầu của băng tải
Hình 4.2b: Bảng vẽ thiết kế trục tang
Hình 4.2c: Bảng vẽ thiết kế các trục.
Cơ cấu cấp bột lên băng tải – hình thành bánh Phở
Thiết kế bộ phận cấp bột:
Cấp bột là quy trình chuyển bột từ thùng chứa lên máng dẫn, tạo ra màng bột liên tục cung cấp cho băng hấp Độ dày của lớp bột và kích cỡ dòng bột có thể được điều chỉnh linh hoạt nhờ vào bộ phận điều chỉnh.
Phương pháp cấp bột này sử dụng máng dẫn bột trung gian để cung cấp bột, tạo thành dòng có lưu lượng yêu cầu Dòng bột này di chuyển với vận tốc dài tương đương với vận tốc của băng hấp.
4.3.1 Cấp bột bằng máng có thể điều chỉnh lưu lượng
Hình 4.3.1: Cấp bột bằng máng có thể điều chỉnh lưu lượng
Bột được chuẩn bị cho quá trình sản xuất sẽ được đưa vào thùng chứa, nơi bột được khuấy đều bằng cánh khuấy Cánh khuấy này được vận hành bởi một động cơ điện, đảm bảo quá trình trộn diễn ra hiệu quả.
Thùng chứa bột được đặt cao hơn băng tải hấp để tạo ra độ chênh lệch áp suất thuỷ tĩnh, giúp bột được cấp xuống băng vải qua máng dẫn hình hộp Lưu lượng bột được điều chỉnh bằng van, và khi bột đổ xuống băng vải, nó được tập trung trong hộp nhờ thiết kế ba mặt tiếp xúc Mặt còn lại của hộp có thể điều chỉnh khe hở giữa băng và thanh gạt, cho phép điều chỉnh độ dày của dòng bột Khi băng tải chuyển động, thanh gạt sẽ gạt bột thành lớp mỏng đều đặn.
4.3.2 Hệ thống cấp bột bằng trục:
Hình 4.3.2: Cấp bột bằng trục
Bột được chuẩn bị cho quá trình sản xuất và cho vào thùng chứa, nơi nó được khuấy trộn đều bởi cánh khuấy được dẫn động bởi động cơ điện Sau khi đạt trạng thái đồng nhất, bột chảy qua van chặn vào máng cấp bột, tràn vào tấm gạt được giữ bởi lò xo và đổ xuống bề mặt băng tải hấp Dòng bột được phân bố đều trên băng tải với bề rộng đúng bằng bề rộng tấm gạt, trong khi độ dày của bánh được điều chỉnh theo tốc độ của trục cấp bột, được dẫn động bởi động cơ điện thông qua bộ truyền đai răng.
Trong quá trình cấp bột , lượng bột dư trong máng được xả qua van tràn (11) xuống bộ phận gom bột tràn phía dưới
Phân tích lựa chọn kết cấu cho bộ phận cấp bột:
Phương án cấp bột bằng máng tự chảy có van điều chỉnh: Ưu điểm:
- Dễ chế tạo và lắp đặt và vận hành
- Khó điều chỉnh lưu lượng chính xác
- Không thuận lợi cho việc bố trí tự động
Phương án cấp bột bằng trục: Ưu điểm:
- Năng suất cấp bột cao
- Bột cấp liên tục đều đặn
- Có thể điều chỉnh lưu lượng, dày mỏng
- Người vận hành thao tác dễ dàng
- Thuận lợi cho việc bố trí tự động
- Đòi hỏi chế tạo trục tương đối chính xác
- Giá thành tương đối cao
Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế:
Qua việc phân tích ưu nhược điểm của hai phương án trên, ta chọn hệ thống cấp bột bằng van vì:
- Dễ chế tạo là lắp rắp
- Dễ dàng thao tác điều chỉnh lưu lượng , độ dày mỏng của bánh theo yêu cầu
- Giá thành tương đối thấp.
Thiết kế bộ phận hấp
Quá trình hấp là phương pháp làm chín bột bằng hơi nước hoặc bề mặt nóng từ điện trở Để đạt hiệu quả tối ưu, cần đảm bảo thời gian hấp, duy trì nhiệt độ ổn định và kiểm soát vận tốc băng tải, giúp băng tải hoạt động liên tục và đồng đều.
Hình 4.4a: Thiết kế nắp nồi hấp
Hình 4.4b: Thiết kế thân nồi hấp
Hình 4.4c: Chi tiết cụm tráng-hấp
Hình 4.4d: Hệ thống cấp-thoát nước của nồi hấp
Hệ thống hấp bằng tủ hấp có hơi cấp từ nồi hơi nhỏ:
Hình 4.4e: Hệ thống hấp bằng tủ hấp có hơi cấp từ nồi hơi
Hơi được sản xuất từ nồi hơi nhỏ với công suất vài chục đến vài trăm kilogam hơi mỗi giờ, sử dụng nhiên liệu như than hoặc củi Hơi bảo hoà ẩm sẽ được tách ẩm thành hơi bảo hoà khô qua thiết bị tách ẩm và dẫn qua van cấp hơi vào khoang hấp Tại đây, bột được băng tải kéo vào khoang hấp để trao đổi nhiệt, với tốc độ băng tải phụ thuộc vào chiều dài thiết bị và thời gian hấp Sau khi ra khỏi thiết bị hấp, bột sẽ chín, trong khi hơi bảo hoà sau khi trao đổi nhiệt sẽ ngưng tụ và chảy xuống đáy tủ, được xả ra ngoài qua van nước ngưng định kỳ.
Truyền động cho băng tải là động cơ điện (7) thông qua hộp giảm tốc và bộ truyền đai răng (8), tang dẫn động (9) và tang đuôi (10)
Hệ thống hấp bằng hơi nước từ nồi hấp sử dụng năng lượng điện:
Hình 4.4f: Hệ thống hấp bằng hơi nước từ nồi hấp sử dụng năng lượng điện
Bột từ hệ thống cấp bột được dẫn qua máng và đổ xuống băng tải, tạo thành màng bột mỏng Băng tải này kéo màng bột vào khoang hấp, nơi chứa hơi nước bão hòa với nhiệt độ khoảng 100 độ C, được tạo ra từ nước sôi nhờ các thanh điện trở Tại đây, màng bột được hấp nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định để được làm chín Tốc độ chuyển động của băng tải phụ thuộc vào thời gian hấp và chiều dài nồi hấp, với động cơ điện truyền động qua hộp giảm tốc, bộ truyền đai răng, tang dẫn và tang đuôi.
Phân tích lựa chọn kết cấu cho bộ phận hấp:
Phương án hấp dùng tủ hấp có hơi cấp từ nồi hơi nhỏ Ưu điểm:
- Lượng hơi và nhiệt độ hơi cấp ổn định
- Do có lò hơi riêng nên dễ dàng nâng công suất hơi
- Năng suất hấp cao có thể mở rộng
- Do có nồi hơi riêng công suất vừa nên giá thành cao
- Kết cấu chiếm nhiều diện tích mặt bằng
- Tốn chi phí vận hành và bảo dưỡng thiết bị
- Dễ gây ô nhiễm môi trường
Phương án hấp bằng hơi nước từ nồi hấp sử dụng năng lượng điện Ưu điểm:
- Đơn giản dễ chế tạo
- Dễ vận hành sử dụng
- Đáp ứng tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm
- Lượng hơi tiêu tốn trên đơn vị vật liệu khá cao
- Khó mở rộng hoặc cải tiến cho mục đích khác
Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế:
Sau khi phân tích ưu, nhược điểm của hai phương án giới thiệu, chúng tôi quyết định chọn phương án hấp bằng hơi nước từ nồi hấp sử dụng năng lượng điện Phương án này không chỉ đảm bảo hiệu quả hấp thụ mà còn thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.
- Đơn giản dễ chế tạo
Dễ vận hành sử dụng
- Đáp ứng tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm
Yêu cầu của nồi hấp:
Nồi hấp chín bột cần được làm từ vật liệu chịu nhiệt độ cao dưới 150°C, không gỉ sét theo thời gian, bền với nước và an toàn cho sức khỏe Vì vậy, nhóm đã quyết định chọn inox 304 làm vật liệu chính cho nồi hấp.
Nồi hấp cần đảm bảo giữ nhiệt hiệu quả, hạn chế thất thoát nhiệt ra bên ngoài Nắp nồi phải dễ dàng đóng mở để thuận tiện cho việc vệ sinh bên trong Để đáp ứng những yêu cầu này, nhóm thiết kế đã chia nồi hấp thành hai phần chính: khoang hấp và nắp khoang hấp.
- Làm bằng vật liệu thép tấm dày 1,5mm không rỉ ( inox 304)
- Kích thước: cao 80mm, rộng 500mm, dài 2500mm
- Gia công bằng phương pháp dập, kết hợp hàn TIG
- Làm bằng vật liệu thép tấm dày 1,5mm không rỉ ( inox 304)
- Kích thước: cao 155mm, rộng 500mm, dài 2500mm
- Gia công bằng phương pháp dập, kết hợp hàn TIG
Cơ cấu cắt bánh
Khi mảng bánh phở đi qua băng tải lưới inox sẽ qua bộ phận cắt, kích thước sợi phở phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 đỉnh răng cắt
Hình 4.5a: Bản vẽ dao cắt bằng nhôm Ưu điểm: Cắt chính xác, vết cắt đẹp
Nhược điểm: Giá thành để làm dao cắt khá cao
Gồm 4 phần: Lưỡi cắt, vòng lót trong và vòng bao
Lưỡi cắt: gồm 53 lưỡi cắt kích thước 4x4x390
Hình 4.5c: Vòng lót trong Hình 4.5d: Vòng bao
Hình 4.5e: Lắp ráp dao cắt Ưu điểm: bánh cắt đạt yêu cầu đề ra, giá thành rẻ
Nhươc điểm: Vết cắt không đẹp, phải có miếng đỡ trợ lực, dao dễ gãy
Sau khi đánh giá kỹ lưỡng ưu và nhược điểm của các phương án, nhóm đã quyết định chọn phương án dao cắt bằng mica Lý do là vì sợi phở cắt ra vẫn đảm bảo chất lượng và chi phí thực hiện thấp hơn nhiều so với việc sử dụng dao cắt bằng nhôm.
Giải pháp điều khiển điện
Máy sử dụng các thiết bị tiêu tốn nhiều năng lượng như động cơ điện dung để kéo băng tải và 4 điện trở gia nhiệt Để phù hợp với điều kiện hộ gia đình, máy cần sử dụng dòng điện 1 pha, vì vậy các thiết bị điện phải đáp ứng yêu cầu này.
Máy làm sợi Phở hoạt động hoàn toàn tự động nhờ vào ứng dụng vi điều khiển, sử dụng bộ điều khiển với điện áp 5VDC Các thiết bị như máy bơm nước, động cơ kéo và điện trở nhiệt yêu cầu nguồn điện 220VAC Để kết nối và điều khiển những thiết bị này, nhóm đã sử dụng rơ le 5VDC-220VAC làm thiết bị trung gian.
Giải thuật lập trình
Sơ đồ khối của toàn bộ hệ thống:
Hình 4.7: Sơ đồ khối hệ thống.
Trình tự công việc thực hiện
STT CÔNG VIỆC THỜI GIAN
3 Chế tạo trục băng tải
5 Chế tạo băng tải hấp
6 Lắp đặt nồi hấp và chạy thử nghiệm, chỉnh sửa
7 Chế tạo băng tải làm nguội
8 Lắp đặt bộ phận làm nguội và chạy thử
9 Chế tạo bộ phận cấp bột
10 Chế tạo bộ phận cắt bánh
11 Lắp đặt hệ thống điện-điều khiển
13 Chạy thử nghiệm, đánh giá kết quả và chỉnh sửa
Bảng 4.8: Trình tự công việc thực hiện.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Tính toán kích thước nồi hấp
5.1.1 Tính toán chiều dài nồi hấp:
Chiều dài nồi hấp được tính theo công thức sau:
V: vận tốc băng tải t: thời gian hấp bột thành bánh phở
Vận tốc băng tải được tính theo công thức :
G2: Năng suất đầu ra của máy trong 1 giờ b: Chiều rộng của bánh trên băng δ: Chiều dày của bánh phở trên băng
Với thông số G2 = 100kg/h, b = 0,2 m, δ = 0,001 m, ta có thể tính toán khối lượng riêng của bánh phở thành phẩm Khối lượng riêng này được xác định bằng công thức ρb2 = ρb.(1 – ωb) + ρn.ωb, trong đó ωb là độ ẩm cuối của bánh phở, được cho là 40% Với ρb = 950kg/m³ (khối lượng riêng của bột khô) và ρn = 1000kg/m³ (khối lượng riêng của nước), ta suy ra ρb2 = 950.(1 – 0,4) + 1000.0,4 = 970kg/m³.
3600.0,2.0,001.970= 0.143 / Hấp bằng hơi nước bão hoà ở nhiệt độ 100 o C thời gian hấp là : t = 16s
5.1.2 Tính toán chiều rộng nồi hấp:
Chiều rộng nồi hấp được xác định bằng công thức:
B t : Chiều rộng băng tải hấp (m)
Với: b = 0,2m là bề rộng của bánh trên băng. a = 0,13m là khoảng cách từ mép bánh đến mép băng tải
B t = 0,2 + 2.0,13 = 0,46m c: Khoảng cách giữa mép băng tải tới biên nồi hấp, nơi hơi nước bốc lên trên bang tải c = 0,02 (Chọn)
Tính toán và chọn băng tải
Do yêu cầu về nguyên vật liệu hấp, chúng ta cần chọn băng vải, vì băng vải không chỉ có chức năng vận chuyển mà còn đảm nhận nhiệm vụ hấp Hơn nữa, vật liệu vận chuyển có dạng bảng mỏng, vì vậy băng vải nên có dạng phẳng và trơn.
Hình 5.2a Kết cấu băng tải
(1) Tang dẫn động (2) Băng tải bằng vải(3)Tang bị động b Tính bộ phận dẫn động
Ta chia chu tuyến thành các đoạn như hình vẽ
Hình 5.2b.Sơ đồ tính toán băng tải vải
Hệ số cản chuyển động của băng: = 0,022 Đường kính con lăn:
Khối lượng phần quay của 2 con lăn có tải:
Khoảng cách giữa hai con lăn có tải:
Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở nhánh có tải
l Tải trọng trên 1 đơn vị chiều dài băng q b = 1,1.B.δ (kg/m) (trong đó B là bề rộng băng = 380mm, δ chiều dày băng 0.2mm) q b = 1,1.0.38.0.2.10 -3 = 8,36.10 -5 (kg/m)
Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở nhánh có tải
Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở nhánh không tải
Bắt đầu tính tại điểm 1 Ta có S1 nhỏ nhất, lực căng tại nhánh ra của tang dẫn động
Lực cản băng đổi hướng đoạn 1-2:
W q q L q H q b : trọng lượng băng trên một mét dài, (kg/m) qkt : trọng lượng phần quay của con lăn ở nhánh không tải
Trọng lượng bánh trên một mét băng không tải được tính bằng thể tích bánh trên 1 mét vải, cụ thể là 0,4 x 0,2 x 10^-3 = 8 x 10^-5 m³ Theo thực tế, 1 lít bột nặng 1,5 kg, do đó 0,4 lít bột sẽ nặng 0,6 kg Kết quả là qv = 0,6.
Lực kéo tại điểm số 3 :
Lực cản băng đổi hướng 3-4
Lực cản băng đổi hướng tại điểm 5-6
Lực cản băng đổi hướng tại điểm 7-8:
S 10 = S 1 , tra bảng sách kỹ thuật nâng chuyển tập 2, ta lấy : = 210 0 , f = 0,2 ;
Hình 5.2c Biểu đồ lực kéo căng băng tải vải
Xác định lực kéo: lực cản của tang đãn động không tính đến cản trong ổ trục xác định theo công thức:
Lực kéo theo công thức
Công suất cần thiết của động cơ theo công thức
N= × ×ƞ ×ƞ ⌃ = , × , × , × , ⌃ =1,7.10 -3 kw = 0,94 hiệu suất giảm tốc Ƞkh = 0,95 hiệu suất ở các khớp nối
Số vòng quay của tang trong một phút:
Trong đó: v = 0,143 (m/s) vận tốc của bộ phận kéo
Chọn động cơ có số vòng quay trên phút là 1460 vòng/phút Khi đó tỷ số truyền của bộ dẫn động: i = = 58,4
Vậy ta chọn hộp giảm tốc có i = 60.
Tính toán và chọn động cơ
Hình 5.3 Kích thước cánh khuấy
Có số vòng quay : n = 20v/p ( chọn trước)
Giả sử chất bột hồ chiếm 0,75 thể tích bình chứa
Xác định đường kính cánh khuấy: d = (0,1 0,4).D = 0,4.0,5 = 0,2m
Xác định công suất khuấy
Xác định chế độ khuấy theo công thức :
Khối lượng riêng của bột lỏng được tính bằng kg/m³, với thành phần khối lượng nước đạt 80% (ωbột = 80%), tương ứng với khối lượng riêng là 990 kg/m³ Thông số n đại diện cho số vòng quay (vòng/phút) và d là đường kính cánh khuấy (m).
: Độ nhớt động học của bột lỏng, [Ns/m 2 ]
n = 0,8937Ns/m 2 – độ nhớt động học của nước
b: nồng độ pha rắn của hỗn hợp bột
Xác định chuẩn số công suất của cánh khuấy:
Công suất cánh khuấy được xác định theo công thức:
N p = k N b.n 3 d 5 = 50.990.20 3 0,2 5 = 0,126kW Công suất khởi động của động cơ:
N = (2 3).Np = 2Np = 2.0,126 = 0,252kW Công suất động cơ khi hiệu suất = 0,95 và lấy dự trữ công suất là 20%
Vậy động cơ khuấy có : N đ = 0,3kW n = 120v/p
Tính toán chọn điện trở nhiệt
Tính toán nhiệt cung cấp cho hệ thống:
Mục đích của việc tính toán nhiệt hấp là thiết lập phương trình cân bằng nhiệt, nhằm xác định tổng nhiệt lượng tiêu hao và lượng hơi tiêu hao hấp trong một giờ Qua đó, có thể lựa chọn điện trở gia nhiệt với công suất phù hợp.
Phương trình cân bằng nhiệt cho hộp hấp :
Q cb = Q hi + Q mt ( W) Trong đó :
Qcb: Tổng nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình hấp ( W)
Q hi : Nhiệt lượng hữu ích hấp chín bột ( W)
Q mt : Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ( W)
Xác định nhiệt lượng có ích:
G b : Lưu lượng khối lượng bột vào trong một giờ (kg/h)
Vt = 0,143 m/s: Vận tốc băng tải ρb: Khối lượng riêng của bột hồ, kg/m 3 ρb = 970kg/m 3 b: Chiều rộng của lớp bột trên băng , b = 0,2 m δ: Chiều dày của lớp bột trên băng tải, δ = 0,001 m
Cpbột: Nhiệt dung riêng của bột lỏng, J/kg*độ
Cbôt:Nhiệt dung riêng của bột khô, Cbôt = 1460 J/kg*độ
Cn: Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4200 J/kg*độ ωb: Độ ẩm của bột lỏng trước khi đưa vào lò hấp ωb = 70%
= 1460.( 1-0,7 ) + 4200.0,7 = 3378 J/kg*độ tb0: Nhiệt độ của bột đầu vào hộp hấp, o C t b1 : Nhiệt độ cho phép hấp chín bột, o C
Xác định nhiệt tổn hao do tỏa ra môi trường xung quanh:
Nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Diện tích tiếp xúc của nguồn nhiệt với môi trường xung quanh
- Hệ số tỏa nhiệt của vật liệu ngăn cách giữa nồi hấp và môi trường, ở đây là inox
- Lượng hơi nước từ nguồn nhiệt thoát ra ngoài
Nhóm đã tiến hành thí nghiệm bằng cách đun sôi nước với ấm đun siêu tốc inox để xác định lượng nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh.
Với ấm nước công suất 2000W đun 1,7 lít nước từ nhiệt độ 30 o C lên 100 o C trong thời gian 276s
Theo lý thuy ết (điều kiện lý tưởng l à không có t ổn hao nhi ệt):
- Vậy hệ số thất thoát nhiệt ra môi trường là:
- Hệ số thoát nhiệt = (thực tế - lý thuyết)/lý thuyết = (276 – 250)/250 = 10,4%
- Vậy nhiệt lượng thoát ra môi trường được chọn bằng 20% nhiệt lượng hữu ích
Vậy nhiệt lượng cần cung cấp là:
=> chọn công suất của điện trở nhiệt là 9KW
Từ đó, nhóm thực hiện chọn mua 4 điện trở nhiệt 220V-2700W và có tổng công suất là:
Thiết kế cơ khí trên phần mềm Autodesk Inventor:
Hình 5.5a: Thiết kế cơ khí trên phần mềm Autodesk Inventor
Hình 5.5b: Chế tạophần cơ khí
Hình 5.5c: Ghép nối bộ phận truyền động
Hình 5.5d: Truyền động từ hộp giảm tốc đến băng tải vải
Hình 5.5e: Truyền động từ hộp giảm tốc đến băng tải inox.
Hình 5.5f: Trục tang dùng để căng băng tải vải
Hình 5.5g: Băng chuyền lấy sản phẩm
Hình 5.5.i: Bộ phận cấp bột và cấp nước vào nồi hấp.
Thiết kế mạch điện
Hình 5.6.1a: Sơ đồ nguyên lý mạch relay 1 kênh Tín hiệu DC từ Arduino gửi tới:
- Khi DC = 0; Q4 mở, không có dòng chạy qua cuộn hút Relay “DC CHINH”
Khi DC = 1 và Q4 đóng lại, dòng điện từ VCC sẽ qua khóa Q4 để cung cấp năng lượng cho cuộn hút của relay DC CHINH Mạch cũng sử dụng Diode D1 được mắc vào hai đầu cuộn dây để đảm bảo hoạt động ổn định.
Relay D1 có tác dụng xả dòng cho cuộn hút khi nó không hoạt động
Sơ đồ nguyên lý mạch relay 4 kênh
Hình 5.6.1b: Sơ đồ mạch relay 4 kênh
Mạch thực tế relay 4 kênh:
Hình 5.6.1c: Mạch relay 4 kênh thực tế
Sơ đồ nguyên lý mạch LCD:
Hình 5.6.2a: Mạch nguyên lý LCD 16x2
Hình 5.6.2b: Mạch LCD thực tế
5.6.3 Mạch cảm biến hồng ngoại:
Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến hồng ngoại:
Hình 5.6.3a: Mạch nguyên lý cảm biến hồng ngoại
Mạch cảm biến hồng ngoại thực tế:
Hình 5.6.3b: Mạch cảm biến hồng ngoại thực tế.
