TỔNG QUAN
Giới thiệu về cây hành tây (Allium cepa L.)
Tên khoa học: Allium cepa L
Hầu hết các cây thuộc chi hành (Allium) đều được gọi là hành tây, nhưng thuật ngữ "hành tây" thường chỉ một loại cây cụ thể mang tên khoa học là Allium cepa.
Củ hành là một loại cây thảo sống dai, có thân nhẵn và phình to, chứa nhiều vẩy thịt giàu chất dinh dưỡng Củ hành thường có hình dạng tròn đều, hơi dẹp hoặc bầu dục, với các màu sắc phổ biến như vàng, tím và trắng Thân chính nằm dưới mặt đất, phát triển nhiều rễ nhỏ, trong khi lá của cây dài, hình trụ, nhọn và rỗng ở giữa.
Hoa họp thành tán giả có hình dạng ống trơn, phình ở giữa, với màu trắng và cuống dài Quả hạch của hoa có màng, hình 3 góc với 3 ngăn, và bên trên vẫn còn núm nhụy Hạt của hoa có cánh dày, màu đen nhạt và ráp.
Hình 2 1 Hoa và củ hành tây
2.1.3 Đặc điểm sinh học và phân bố [18]
Hành tây, có nguồn gốc từ Trung Á, đã được trồng từ thời cổ đại Loại cây này có khả năng chịu lạnh tốt ở nhiệt độ dưới 10°C, nhưng để phát triển tối ưu, nhiệt độ không khí trong quá trình trồng cần duy trì trong khoảng 15-25°C.
Hành tây thường được nhân giống bằng hạt, với thời gian nảy mầm từ 7-15 ngày, có thể kéo dài đến 20 ngày, nhưng nếu gieo hạt vào mùa nóng, tỷ lệ nảy mầm sẽ cao hơn Cây hành tây ưa ánh sáng dài, với thời gian chiếu sáng lý tưởng từ 12-14 giờ, đặc biệt trong giai đoạn hình thành và phát triển củ Cây không chịu được úng, tuy nhiên, nếu đất khô hạn cũng sẽ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng củ Độ ẩm cần thiết cho giai đoạn cây con và củ đang lớn là khoảng 80-85%, và khi củ già, độ ẩm nên giảm xuống còn 70% Do bộ rễ phát triển kém, đất trồng hành tây cần tơi xốp, pha cát, giàu dinh dưỡng và có độ pH từ 6-6,5.
Thời gian trồng và thu hoạch cây trồng dao động từ 4 đến 5 tháng Vụ chính thường được gieo vào tháng 9-10 và thu hoạch vào tháng 1-2 năm sau Trong khi đó, vụ nghịch được gieo vào cuối tháng 3 hoặc đầu tháng 4, với thời gian thu hoạch vào tháng 8-9.
Hiện nay, hành tây chủ yếu tại Việt Nam được trồng từ hai giống Grano và Granex, nhập khẩu từ Pháp và Nhật Giống Grano có củ hành tròn cao, vỏ màu vàng đậm và thịt trắng, trong khi giống Granex có hình tròn dẹt, vỏ màu vàng nhạt và cũng có thịt trắng Cả hai giống này đều có chất lượng ngon và thích hợp với nhiều vùng trồng lớn, bao gồm đồng bằng sông Hồng, duyên hải miền Trung và vùng Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng.
Hành tây được trồng rộng rãi trên toàn cầu, với sản lượng đạt 73.231.830 tấn vào năm 2009, theo thống kê của FAO Trung Quốc dẫn đầu về sản xuất hành tây, tiếp theo là Ấn Độ và Mỹ.
Bảng 2 1Bảng thống kê sản lượng hành tây của 10 nước có sản lượng lớn nhất thế giới hiện nay.[12]
2.1.4 Tính vị và công dụng [18]
Hành tây, với hương vị cay nồng đặc trưng, là nguyên liệu lý tưởng cho nhiều món ăn như xào, hấp, nấu canh, hầm và nấu súp Không chỉ làm tăng hương vị cho món ăn, hành tây còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe và hỗ trợ hiệu quả trong việc làm đẹp cho phụ nữ.
Từ thời kỳ Ai Cập cổ đại, hành tây đã được xem là một phần quan trọng trong chế độ ăn uống lành mạnh và được sử dụng như một loại thuốc tự nhiên Ngày nay, giá trị dinh dưỡng và khả năng chữa bệnh của hành tây vẫn tiếp tục được công nhận Tại nhiều quốc gia châu Âu và châu Mỹ, hành tây được tôn vinh là "nữ hoàng của các loại rau."
Hành tây, với đặc tính cay và hăng, là nguyên liệu phổ biến trong nhiều món ăn Sau khi lột vỏ và cắt thành múi, hành tây có thể được trộn với rau răm, thịt gà, cà rốt và nước mắm chua ngọt để tạo ra món gỏi gà hấp dẫn Mặc dù hành tây sống có vị cay nồng, nhưng khi chế biến, nó trở nên ngọt ngào và dễ ăn hơn, mùi hăng cũng giảm đi đáng kể Vì vậy, hành tây thường được ưa chuộng trong ẩm thực.
Mười nước đứng đầu về sản lượng hành tây — 2009 (Triệu tấn)
Hành tây là nguyên liệu linh hoạt, có thể sử dụng trong nhiều món ăn như xào, canh hay súp Với khả năng kết hợp dễ dàng với nhiều loại thực phẩm, hành tây phù hợp với thịt heo, bò, gà và các loại rau củ như dưa leo, ớt chuông, bông cải, xà lách, cà chua.
Củ hành tây chứa nhiều dưỡng chất thiết yếu như nước, kali, selen, vitamin C, protid, glucid và chất xơ, được coi là một vị thuốc có lợi cho sức khỏe Selen trong hành tây giúp cải thiện độ chắc khỏe cho da, móng tay và tóc, trong khi quexetin ngăn chặn quá trình oxy hóa và giảm nếp nhăn Khi chế biến món thịt nướng, hành tây thường được thêm vào để tăng hương vị nhờ đặc tính cay nồng, làm món ăn thêm hấp dẫn Với nhiều màu sắc như trắng, vàng, tím và xanh, hành tây cũng là nguyên liệu lý tưởng cho các món salad và trộn.
Hành tây không chứa chất béo, giúp giảm huyết áp và hỗ trợ giảm cân Ở nhiều quốc gia, hành tây được coi là một loại thuốc kháng sinh tự nhiên, có khả năng chữa trị các bệnh như ho khan, tiểu đường và xơ vữa động mạch Ngoài ra, nó còn được sử dụng để giảm các triệu chứng như nứt nẻ, mụn nhọt và đau nửa đầu Do đó, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến nghị các bà nội trợ nên thường xuyên sử dụng hành tây trong bữa ăn hàng ngày.
Gỏi cật heo hành tây là món ăn hấp dẫn với nguyên liệu chính là hai cật heo đã được làm sạch, khứa vảy rồng và cắt miếng vừa ăn Sau khi trụng cật heo trong nước sôi pha muối và rượu trắng cho đến khi các vết khứa nở ra, bạn vớt ra để ráo Hành tây được cắt mỏng theo chiều dọc, sau đó phi tỏi trong chảo cho thơm, nêm dầu hào, muối và đường cho vừa miệng Sử dụng nước xốt này để trộn đều cật heo với hành tây, thêm rau gia vị như hành lá, ớt, gừng cùng hành phi và tỏi phi Cuối cùng, trình bày ra đĩa, trang trí với rau ngò và vài lát ớt đỏ Món gỏi cật heo hành tây không chỉ ngon miệng mà còn có lợi cho sức khỏe nam giới trong chuyện phòng the.
Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, sản xuất máy bóc vỏ củ hành tây đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, đặc biệt tại các nước phát triển như Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc và Ấn Độ Tuy nhiên, giá thành của hầu hết các máy này rất cao, chủ yếu phục vụ cho các quy mô sản xuất chế biến lớn.
13 a Máy bóc vỏ hành tây MK3 Onion peeler [22]
Hình 2 5 Máy bóc vỏ hành tây Mk3 onion peeler của công ty M&P engineering
- Tùy thuộc vào hình dạng, đường kính máy Mk3 onion peeler có thể bóc vỏ lên đến 110 củ hành tây mỗi phút
- Máy có thể bóc vỏ củ hành tây có đường kính từ 45mm đến 115mm
- Máy sử dụng hệ thống khí nén
- Máy sử dụng cho công nghiệp
1 Thùng chứa phôi 2 Vị trí người điều khiển 3 Băng tải 4 Móc định vị
5 Tay đẩy 6 Dao cắt khía 7 Dao cắt đầu và rễ
8 Mâm quay 9 Vòi khí 10 Trục vít xoay 11 Thùng thành phẩm
Hình 2 6 Sơ đồ nguyên lý máy Mk3 onion peeler
Củ hành tây được chuyển từ kho vào thùng chứa phôi và sau đó được băng tải số 3 vận chuyển đến vị trí số 2, nơi người điều khiển chỉnh củ hành vào đúng vị trí trên bộ phận định vị Tiếp theo, củ hành di chuyển đến bộ phận dao cắt 6 và 7 để cắt phần đầu, phần rễ và khía một đường trên vỏ dưới tác dụng của tay đẩy số 5 Sau khi được cắt, củ hành được đưa vào mâm quay có vòi khí, giúp lớp vỏ bong ra nhờ lực xoáy Cuối cùng, củ hành được trục vít 10 đưa về thùng thành phẩm Máy bóc vỏ hành tây USM-S100 của công ty Sormac là thiết bị chính trong quy trình này.
Hình 2 7 Máy bóc vỏ hành tây USM-S100 của công ty Sormac
Tùy thuộc vào hình dạng, đường kính và chất lượng hành tây USM-S100 có thể bóc vỏ lên đến 4.800 – 6.000 củ hành tây mỗi giờ
- Áp suất không khí yêu cầu: 6 bar (không khí khô) (87 psi)
- Không khí yêu cầu: 1,2 Nm ³ / phút
- Kích thước (Lx Wx H): ± 5.600x 1.150 x 2.000 mm (220 "x 45" x 79 ")
- Máy sử dụng cho công nghiệp
1 Băng tải 1 2 Băng tải 2 3 phểu 4.Băng tải 4 5 Đĩa cƣa 6 Bộ phận thổi vỏ
Hình 2 8 Sơ đồ nguyên lý máy Sormac USM-S100
Củ hành tây được chuyển từ kho vào qua băng tải 1 và đưa vào phểu 3 Sau đó, băng tải 2 vận chuyển từng củ hành đến băng tải 4, nơi công nhân sắp xếp củ hành để băng tải 4 kéo chúng qua hai lưỡi cưa đĩa 5, cắt bỏ phần đầu và rễ Cuối cùng, củ hành được đưa vào bộ phận thổi vỏ và làm sạch 6 Máy bóc vỏ hành tây tự động của công ty Charlie’s Machine and Supply Inc đảm bảo quy trình này diễn ra hiệu quả.
Hình 2 9 Máy bóc vỏ hành tây tự động
Năng xuất máy khoảng 1,8 tấn mỗi giờ
- Tốc độ máy đƣợc điều chỉnh dễ dàng
- Máy đƣợc dùng trong công nghiệp
Nguyên lý hoạt động của máy
1 Phểu 2 Cơ cấu cấp phôi 3 Trục vít 4 Trục lăn 1 5 Trục lăn 2
Máy hoạt động dựa trên nguyên lý cho củ hành vào phễu 1, sau đó cơ cấu cấp phôi 2 xoay để di chuyển củ hành đến bộ phận bóc vỏ Bộ phận này bao gồm một trục vít và hai trục lăn, trong đó trục vít quay tạo ra chuyển động xoay tịnh tiến cho củ hành, đồng thời ma sát với trục lăn giúp vỏ hành được bóc ra.
Trên thế giới, có một số công ty sản xuất máy bóc vỏ hành tây, nhưng giá thành hiện tại vẫn còn rất cao Các máy nhỏ dành cho hộ gia đình có giá từ 45 triệu đồng trở lên, trong khi các máy lớn phục vụ cho sản xuất công nghiệp thường có giá từ 200.000 USD trở lên.
2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, tại Việt Nam, việc chế biến và cắt củ hành tây chủ yếu vẫn được thực hiện bằng tay hoặc phải nhập khẩu máy móc từ nước ngoài Điều này cho thấy rằng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ hành tây vẫn chưa được triển khai.
Ý TƯỞNG THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG ÁN
Phân tích đối tƣợng thiết kế
Hành tây thường có đường kính từ 4.5 inch (115mm) trở xuống, ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt có kích thước lớn hơn Các loại hành tây phổ biến trên thị trường có đường kính từ 2 inch (50mm) đến 3.75 inch (95mm).
Bảng 3 1 Phân loại kích cỡ hành tây STT Kích thước sử dụng (mm) Loại hành tây (màu)
1 Cỡ siêu đại từ 100mm trở lên Hành vàng, đỏ, trắng
2 Cỡ đại 75-100mm Hành vàng, đỏ , trắng
3 Cỡ lớn 65-75 mm Hành vàng, đỏ, trắng
4 Cỡ trung bình 45-65 mm Hành vàng, đỏ , trắng
5 Cỡ đóng gói 45-75 mm Hành vàng, đỏ, trắng
6 Cỡ nhỏ 30-45mm Hành vàng, đỏ , trắng
7 Cỡ trung tiểu 25-30 Hành vàng, hành trắng
8 Cỡ tiểu 35mm trở lại Hành vàng, hành trắng
Hình 3 1 Kích thước hành tây
Sử dụng hành tây trong thực phẩm
Hành tây hiện nay được sử dụng phổ biến trong nhiều món ăn hàng ngày và các sản phẩm khác như dưa hành, gia vị và snack.
Quy trình chế biến hành tây bao gồm nhiều bước quan trọng như thu hoạch, vận chuyển, bóc vỏ, làm sạch, cắt nhỏ và chế biến sản phẩm Mỗi bước đều có những công đoạn cụ thể ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất sản phẩm Trong đó, khâu bóc vỏ củ hành được xem là một trong những khâu quyết định nhất, ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng, an toàn thực phẩm và giá thành sản phẩm Hiện nay, có hai phương pháp bóc vỏ hành tây phổ biến: bóc vỏ bằng tay và bóc vỏ bằng máy.
3.2.1 Quy trình bóc vỏ hành tây bằng tay
Chế biến bằng tay là phương pháp truyền thống bao gồm các bước như bóc vỏ, cắt nhỏ và đóng gói, tất cả đều được thực hiện thủ công Phương pháp này chỉ thích hợp cho việc chế biến một lượng hành tây nhỏ.
Để bắt đầu, bạn hãy đặt củ hành lên thớt và dùng tay trái giữ chặt củ hành, lưu ý cầm khoảng 2/3 củ để tránh bị dao cắt vào tay và củ hành không bị trượt khi cắt Tiếp theo, dùng tay phải cầm dao và cắt phần đầu củ hành khoảng 2cm, sau đó lật củ hành lại và tiếp tục cắt phần góc của củ hành.
Sau khi cắt bỏ đầu, rễ và các rãnh dọc của củ hành, tiến hành lột vỏ Dùng tay trái giữ củ hành và tay phải cầm dao, kết hợp với ngón tay trỏ để kẹp chặt vỏ hành trong quá trình lột Lưu ý lột vỏ theo thứ tự từ trong ra ngoài để đảm bảo hiệu quả.
Hình 3 3 Quy trình bóc vỏ hành tây bằng tay Ưu Điểm:
Dễ thực hiện, dụng cụ đơn giản chỉ cần dao và thớt
- Thực hiện lâu, không thực hiện đƣợc với số lƣợng lớn, mất nhiều thời gian
- Không đảm bảo an toàn cho người đầu bếp, công nhân bóc vỏ như dễ bị đứt tay, cay mắt
- Không thể áp dụng đối với những người bị dị ứng với hành
- Không đảm bảo an toàn vệ sinh
3.2.2 Quy trình Bóc vỏ bằng máy
Sau khi thu hoạch, củ hành tây được vận chuyển đến nơi sản xuất và tiến hành bóc vỏ trước khi chế biến Quy trình bóc vỏ bằng máy bắt đầu khi phôi được đưa vào bộ phận cấp liệu, nơi chuyển phôi đến bộ phận cắt để loại bỏ các phần không sử dụng Tiếp theo, phôi được chuyển đến bộ phận tách vỏ, nơi lớp vỏ bên ngoài được bóc ra Cuối cùng, củ hành đã được bóc vỏ sẽ được chuyển đến bộ phận thành phẩm.
Hình 3 4 Quy trình bóc vỏ hành tây bằng máy
- Hiệu suất bóc vỏ cao
- Chi phí sản xuất không quá cao
- Tỉ lệ phế phẩm thấp
- Lƣợng vỏ bóc đi còn khá nhiều, lãng phí còn ở mức độ cao
- Giá thành hiện nay còn khá đắt tiền.
Phân tích và chọn phương án khả thi
3.3.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế
Hành tây đang được ưa chuộng trên thị trường hiện nay là loại hành tây đạt chỉ tiêu về chất lƣợng sản phẩm nhƣ sau :
- Củ lớn đều, tròn đều, đường kính mặt cắt ngang lớn nhất 50 – 100 (mm)[18]
- Trọng lƣợng: 150 - 250 g/củ, không sâu bệnh
Để bóc hết lớp vỏ bên ngoài của hành tây, cần cắt chiều sâu lớp vỏ khoảng 0.5-2 mm, tùy thuộc vào tình trạng và độ tuổi của củ hành Kích thước cần cắt cho phần đầu của củ hành là khoảng 10-20 mm, trong khi phần rễ cũng cần cắt từ 10-20 mm với độ sâu từ 5-10 mm.
Hình 3 6 Các phần của củ hành sau khi bóc vỏ
3.3.2 Đề xuất quy trình công nghệ bóc vỏ bằng máy
Hiện nay, việc bóc vỏ bằng tay gặp nhiều khó khăn và không đáp ứng được nhu cầu về chất lượng cũng như số lượng trên thị trường Để cải thiện tình hình này, chúng tôi đề xuất quy trình bóc vỏ bằng máy nhằm nâng cao hiệu quả và đáp ứng tốt hơn nhu cầu cung ứng.
Phôi được đưa vào bộ phận định vị và kẹp chặt, giúp giữ củ hành tây ở vị trí chính xác trong suốt quá trình cắt, đảm bảo độ chính xác và an toàn.
Bộ phận cắt của máy bao gồm nhiều loại dao như dao cắt phần rễ, dao khía xung quanh và dao cắt phần chóp hành Chức năng chính của bộ phận này là loại bỏ các phần không cần thiết và tạo ra các rãnh cắt giúp việc bóc vỏ dễ dàng hơn ở bước tiếp theo.
Sau khi qua bộ phận cắt phôi, củ hành được chuyển đến bộ phận tách vỏ, nơi có các chi tiết chuyên dụng để tách lớp vỏ bên ngoài Khi củ hành đã được bóc vỏ hoàn toàn, chúng sẽ được chuyển ra ngoài và đưa vào thùng thành phẩm.
Hình 3 7 Quy trình chi tiết bóc vỏ bằng máy
3.3.3 Phương án thiết kế máy bóc vỏ Để bóc sạch vỏ hành tây bằng máy ta cần đưa ra các phương án bóc vỏ cụ thể, các phương án này phải thỏa điều kiện, thông số thiết kế như sau:
- Chiều sâu lớp cắt: 0,5-2 mm
- Kích thước phần đầu hành (chóp hành) cắt bỏ có đường kính từ 10-20mm, cao 5mm
- Kích thước phần rễ củ hành cần khoét bỏ có đường kính từ 10-25mm, sâu 5- 10mm
- Công suất khoảng 300-400kg/ca, ca 8 giờ
- Tiết kiệm, tỷ lệ phế phẩm thấp, giảm tỉ lệ hao hụt
- Máy hoạt động bán tự động
- Máy có công suất đáp ứng quy mô chế biến vừa và nhỏ
- Đảm bảo an toàn người sử dụng
- Đảm bảo vệ sinh thực phẩm
- Giá thành hợp lý với người tiêu dùng trong nước a Bộ phận định vị và kẹp chặt
Phương Án 1: Kẹp bằng lò xo
1 Lò xo kẹp 2 Tay kẹp 3 củ hành Hình 3 8 Sơ đồ nguyên lý kẹp bằng lò xo
Tay kẹp 2 sử dụng lực lò xo để giữ chặt củ hành, có khả năng di chuyển lên xuống theo trục lò xo Quá trình kẹp bắt đầu bằng việc kéo tay kẹp lên, sau đó đặt củ hành tây 3 vào vị trí và thả tay kẹp ra, lò xo sẽ tạo ra lực nén để kẹp củ hành tây một cách chắc chắn Ưu điểm của thiết bị này là giúp việc kẹp củ hành trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Có thể kẹp được nhiều kích thước khác nhau
Lực kẹp không đều, không điều chỉnh đƣợc
Phương Án 2: Kẹp bằng khối v
Hình 3 9 Sơ đồ nguyên lý kẹp bằng khối v
Cơ cấu kẹp chặt bao gồm hai khối V và một xi lanh kẹp, trong đó khối V4 được cố định và khối V2 di động nhờ tác động của xi lanh 1 Khi củ hành được đặt giữa hai khối V, xi lanh 1 sẽ hoạt động để giữ chặt củ hành tây Ưu điểm của hệ thống này là khả năng kẹp chặt hiệu quả, đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình thao tác.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Khó điều chỉnh khoảng cách kẹp
- Lực kẹp lớn làm củ hành bị dập
So sánh các phương án
Bảng 3 2 Bảng so sánh các phương án định vị và kẹp chặt
TT Tiêu chí so sánh
Các phương án Phương án sử dụng lò xo kẹp
Phương án sử dụng khối v kẹp
1 Cấu tạo Đơn giản Đơn giản
2 Thao tác vận hành Đơn giản Phức tạp
3 Mức độ ổn định Cao Thấp
4 Bảo trì Đơn giản Đơn giản
5 Giá đầu tƣ Thấp Cao
6 Năng suất Cao Trung bình
26 b Bộ phận cắt rễ và cắt chóp hành
Phương Án 1: Dùng dao phay ngón và dao cắt ngang
1 Dao phay ngón 2 củ hành tây 3 Tấm trƣợt 4 Dao cắt ngang 5 xilanh
Hình 3 10 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng dao phay ngón và dao cắt ngang
Bộ phận cắt rễ và chóp hành bao gồm dao phay ngón 1, tấm trượt 3, dao cắt 4 và xi lanh 5 Khi củ hành tây được kẹp chặt, dao phay ngón số 1 sẽ di chuyển xuống để cắt rễ, trong khi tấm trượt 3 mang dao cắt 4 di chuyển ngang dưới sự điều khiển của xi lanh 5 để cắt chóp hành Ưu điểm của hệ thống này là hiệu quả trong việc cắt tỉa củ hành tây một cách chính xác và nhanh chóng.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Mức độ an toàn cho người sử dụng cao
- Có thể cắt được nhiều kích thước khác nhau
Chiều dài hành trình cắt lớn
Phương Án 2: Dùng 2 dao cưa đĩa
1 Củ hành tây 2 Trục dao 3,4 Lƣỡi cƣa 5 Động cơ 6 Xilanh
Hình 3 11 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng cƣa đĩa
Cơ cấu cắt của thiết bị bao gồm hai lưỡi cắt đĩa 3,4, được truyền động xoay bởi động cơ 5 và chuyển động tịnh tiến nhờ xi lanh 6 Củ hành được đặt nằm ngang, khi động cơ quay, hai lưỡi cắt sẽ quay và xi lanh 6 kéo cụm động cơ tiến lên để cắt đi phần rễ và chóp hành Ưu điểm của thiết bị này là hiệu quả cắt cao và giảm thiểu tổn thất cho củ hành.
- Kết cấu tương đối đơn giản
- Khó điều chỉnh khoảng cách cắt
- Kết cấu không an toàn
So sánh các phương án
Bảng 3 3 Bảng so sánh các phương án bộ phận cắt phần rễ và chóp hành
TT Tiêu chí so sánh
Các phương án Phương án sử dụng l dao phay ngón và dao cắt ngang
Phương án sử dụng 2 lƣỡi cƣa đĩa
1 Cấu tạo Đơn giản Đơn giản
2 Thao tác vận hành Đơn giản Phức tạp
3 Mức độ ổn định Cao Thấp
4 Độ an toàn Cao Thấp
5 Bảo trì Đơn giản Đơn giản
6 Giá đầu tƣ Thấp Thấp
8 Năng suất Cao Thấp c Bộ phận khía vỏ
Phương Án 1: Dùng 4 tay cắt lắp dao
1 Củ hành tây 2 Dao cắt rãnh dọc 3 bánh xe 4 lò xo 5 tay cắt
Hình 3 12 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tay cắt
Bộ phận khía vỏ bao gồm 4 tay cắt được đặt cách nhau 90°, mỗi tay cắt gắn 4 dao và 4 bánh xe Khi tay cắt di chuyển xuống theo phương thẳng đứng, dao sẽ cắt vào củ hành tây, trong khi bánh xe ôm sát biên dạng củ hành dưới lực ép của lò xo, giúp tay cắt mở ra Quá trình này cho phép dao cắt tạo ra 4 rãnh dọc theo biên dạng với chiều sâu cắt không đổi, nhờ vào sự hỗ trợ của bánh xe và lực ép từ lò xo Ưu điểm của thiết kế này là đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc cắt hành tây.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Thao tác, điều chỉnh dễ dàng
- Chiều sâu cắt đồng đều
- Cắt đƣợc 4 rãnh dọc theo biên dạng củ hành
- Mức độ an toàn cho người sử dụng cao
- Có thể cắt được nhiều kích thước củ hành khác nhau cùng một lúc
Lực ép lò xo không đều
Phương Án 2: Dùng băng tải kéo
1 Củ hành tây 2 Dao cắt rãnh 3 Băng tải 4 Động cơ
Hình 3 13 Sơ đồ nguyên lý cắt rãnh bằng băng tải kéo
Hệ thống bao gồm ba băng tải, hai cụm dao và một động cơ Củ hành được đặt trên băng tải và khi động cơ hoạt động, băng tải sẽ di chuyển củ hành theo chiều dọc Hai dao cắt được lắp đặt dọc hai bên băng tải, tạo lực kéo giúp củ hành tiếp xúc với dao cắt Khi củ hành vượt qua cụm cắt, quá trình cắt hoàn tất Ưu điểm của hệ thống này là hiệu quả trong việc cắt củ hành một cách nhanh chóng và chính xác.
- Kết cấu tương đối đơn giản
- Khó điều chỉnh chiều sâu cắt
- Chỉ cắt đƣợc 2 rãnh dọc nên sẽ gây khó cho các bộ phận bóc tách tiếp theo
Bảng 3 4 Bảng so sánh các phương án bộ phận khía vỏ
TT Tiêu chí so sánh
Các phương án Phương án sử dụng l dùng
Phương án 2 sử dụng Băng tải
1 Cấu tạo Đơn giản Phức tạp
2 Thao tác vận hành Đơn giản Phức tạp
3 Mức độ ổn định Cao Thấp
4 Độ an toàn Cao cao
5 Chiều sâu cắt Đều nhau Không đều
6 Bảo trì Đơn giản Đơn giản
7 Giá đầu tƣ Thấp Thấp
8 Năng suất Cao Thấp d Bộ phận tách vỏ
Phương Án 1: Dùng các bánh côn chuyển động xoay
1 Củ hành tây 2.3 Trục 4 Bánh côn 5 Động cơ 6.7 Bộ truyền đai
Hình 3 14 Sơ đồ nguyên lý bóc vỏ bằng bánh côn
Bộ phận tách vỏ gồm 4 bánh côn lắp trên 2 trục, truyền động xoay qua động cơ Củ hành được đưa vào vị trí giữa nhờ bộ phận máng dẫn.
Bánh côn xoay cùng chiều nhau tạo ra ma sát trên củ hành, khiến lớp vỏ củ hành bong ra Sau đó, vòi khí 8 thổi đi phần vỏ bong, hoàn tất quá trình tách vỏ Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả và nhanh chóng trong việc loại bỏ vỏ củ hành.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Thao tác, điều chỉnh dễ dàng
- Năng suất bóc và độ sạch vỏ cao
- Có thể bóc vỏ được các củ hành với nhiều kích thước khác nhau
- An toàn cho người sử dụng
- Khó điều chỉnh củ hành khi rơi vào bánh côn
- Củ hành dễ bi văng ra
Phương Án 2: Dùng ma sát băng tải
1 Củ hành tây 2.3 Băng tải 4 Vòi khí Hình 3 15 Sơ đồ nguyên lý cắt rãnh bằng băng tải kéo
Hệ thống bao gồm các cụm băng tải, được vận hành bằng động cơ để truyền chuyển động xoay Sau khi được cắt, củ hành sẽ được đưa lên băng tải, nơi hai băng tải chuyển động cùng chiều giúp cuốn củ hành xoay tròn Ma sát giữa củ hành và băng tải là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
2 băng tải sẽ làm vỏ bong ra Sau đó đƣợc vòi khí 4 thổi sạch phần vỏ bong ra Ưu điểm:
- Kết cấu dễ chế tạo
- Độ ổn định tương đối tốt
- Khó điều chỉnh kích thước với nhiều củ hành khác nhau
Bảng 3 5 Bảng so sánh các phương án bộ phận bóc vỏ
TT Tiêu chí so sánh
Các phương án Phương án sử dụng l Dùng
Phương án 2 sử dụng Băng tải
1 Cấu tạo Đơn giản Phức tạp
2 Thao tác vận hành Đơn giản Phức tạp
3 Mức độ ổn định Cao Thấp
4 Độ an toàn Cao Thấp
5 Độ sạch vỏ Cao Thấp
6 Bảo trì Đơn giản Đơn giản
7 Giá đầu tƣ Thấp Thấp
3.3.4 Phương án thiết kế máy bóc vỏ
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BÓC VỎ HÀNH TÂY
Sơ đồ khối của máy
Dựa trên các phân tích về công nghệ bóc vỏ hành tây và các phương án đã đề xuất, sơ đồ khối của máy bóc vỏ hành tây được trình bày một cách chi tiết.
Hình 4 1 Sơ đồ khối máy bóc vỏ hành tây
- Bộ phận cắt phía trên
Hình 4 2 Sơ đồ bộ phận cắt phía trên
Bộ phận cắt phía trên bao gồm Xilanh I, có nhiệm vụ nâng Xilanh II, động cơ I và tay cắt Xilanh II giúp điều chỉnh độ cao của động cơ I và bộ phận cắt Động cơ I quay trục chính mang dao, kết hợp với Xilanh I và Xilanh II cùng tay cắt, thực hiện việc cắt rễ củ hành tây và tạo bốn rãnh dọc theo biên dạng củ hành.
Hình 4 3 Sơ đồ bộ phận tách vỏ
Bộ phận tách vỏ hoạt động nhờ động cơ II, sử dụng cơ cấu truyền động đai để làm cho các puly côn quay Củ hành tây sẽ được dẫn đến các puly côn, nơi chúng xoay tự do Khi các lớp vỏ bên ngoài bong ra, vòi khí sẽ làm sạch phần vỏ đã rụng Cuối cùng, xilanh VI sẽ tác động vào cơ cấu đẩy củ hành về thùng thu liệu.
Sơ đồ nguyên lý
1 Xilanh I 5 Tay cắt 9 Phễu 13 Vòi khí nén
2 Xilanh II 6 Củ Hành 10 Xilanh III 14 Xi lanh IV
3 Động cơ 7 Tấm định vị 11 Thung thành phẩm 15 Tấm lắp dao
4 Dao cắt 8 Dao cắt phía dưới 12 Cặp bánh côn 16 Cơ cấu kẹp
Hình 4 4 Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ hành tây phương án 1
Máy bóc vỏ hành tây hoạt động theo nguyên lý sau: Củ hành tây được định vị và kẹp chặt, sau đó bộ phận cắt phía trên di chuyển để cắt rễ và tạo 4 rãnh dọc theo củ hành Đồng thời, bộ phận cắt phía dưới sẽ cắt phần đầu củ hành Cuối cùng, củ hành tây được dẫn đến bộ phận tách vỏ, nơi lớp vỏ bên ngoài được bóc bỏ, và củ hành thành phẩm được chuyển đến thùng thu liệu.
Các công việc tính toán và thiết kế
- Tính toán cho bộ phận cắt phía trên
- Tính hệ thống kẹp định vị, kẹp chặt
- Tính toán cho bộ phận cắt phía dưới
- Tính toán cho bộ phận tách vỏ.
Tính toán thiết kế các bộ phận của máy
4.4.1 Tính toán và thiết kế dao cắt của Bộ phận cắt phía trên
1 Xilanh I 5 Động cơ 9 Trục dao 13 Chốt tay cắt
2 Xilanh II 6 Nối trục 10 Dao trụ 14 Đầu tay cắt
3 Tấm U lớn 7 Lò xo 11 Bánh xe 15.Gối đỡ
4 Tấm U nhỏ 8 Tay cắt 12 Dao cắt dọc 16 Bạc đồng
Hình 4 5 Bộ phận cắt phía trên
38 a Tính toán và thiết kế tay cắt và đầu nối tay cắt
- Mục đích: Tay cắt có tác dụng mang dao cắt dọc theo biên dạng của củ hành tây
Yêu cầu cho sản phẩm là 4 tay cắt với kích thước nhỏ gọn và khối lượng nhẹ Thiết kế của tay cắt phải ôm sát củ hành, đảm bảo đủ lượng mở để cắt các củ hành có kích thước khác nhau một cách hiệu quả.
- Hình dáng và kích thước: Để đảm bảo được yêu cầu và mục đích đề ra tay cắt được thiết kế với kích thước và hình dáng như sau :
Hình 4 6 Tay cắt và đầu nối tay cắt
- Tính toán biên dạng xoay của tay cắt
Từ yờu cầu của đầu vào mỏy cú thể búc vỏ được kớch thước từ ỉ55-ỉ100 (mm)
Hình 4 7 Sơ đồ tính toán độ mở tay kẹp
Xác định lƣợng mở: Ta tính toán độ mở lớn nhất Lmax và độ mở nhỏ nhất Lmin ứng với kích thước đầu vào
Đối với củ hành có kích thước D = 55 mm, lượng mở tối thiểu L min được xác định theo công thức Lmin = D - 2a, với Lmin dao động trong khoảng 51-54 mm Trong đó, a là khoảng cách từ đầu mũi dao đến đầu tay cắt, có giá trị từ 0.5 đến 2 mm.
Đối với củ hành có kích thước D 0 mm, lượng mở L min được tính theo công thức Lmin = D - 2a 0 - 2(a) = 96-99 mm, trong đó a là khoảng cách từ đầu mũi dao đến đầu tay cắt, với giá trị a dao động từ 0.5-2 mm Bên cạnh đó, cần thực hiện tính toán thiết kế cho dao cắt biên dạng dọc và dao cắt phần rễ.
Dao cắt biên dạng dọc
Dao cắt biên dạng dọc được thiết kế để cắt rãnh dọc theo biên dạng củ hành, giúp cho việc bóc vỏ củ hành trở nên dễ dàng hơn trong các giai đoạn chế biến tiếp theo.
- Yêu cầu: Dao phải sắc, vật liệu làm dao thép gió (HSS)
- Hình dáng kích thước dao: Từ yêu cầu và mục đích được đặt ra, dao được thiết kế với hình dáng và kích thước như hình 4.7
- Mục đích: Dao cắt trục chính có tác dụng cắt bỏ phần rễ của củ hành tây
- Yờu cầu: Dao phải cắt được hết phần rễ của củ hành với kớch thước ỉ20mm độ sâu 5-7 mm, dao phải cắt ngọt, tỉ lệ phế phẩm thấp
Khi lựa chọn dao phay, hình dáng và kích thước rất quan trọng, đặc biệt là đối với dao phay ngún 2 lưỡi cắt có đường kính 20mm được làm từ vật liệu HSS Việc xác định yêu cầu và mục đích sử dụng sẽ giúp bạn tìm được sản phẩm phù hợp trên thị trường.
Hình 4 8 Dao cắt phía dưới và dao cắt rễ
40 c Tính toán chế độ cắt và lực kẹp cần thiết
Hình 4 9 Sơ đồ định vị và kẹp chặt khi cắt hành tây + Đường kính cắt bỏ: ∅ = 20 mm
+ Chiều sâu cắt bỏ: 𝑙 = 5 ÷ 7 mm
Do chỉ cắt đi phần rễ sâu 5 ÷ 7 mm với dao, ta nên sử dụng chế độ cắt khi khoan để tính toán
+ Xác định momen xoắn và lực P 0
𝑃 0 = 10 𝐶 𝑝 𝐷 𝑞 𝑆 𝑦 𝐾 𝑝 Theo bảng 5.2 [5], t chọn theo vật liệu nền là Silumin và Duara
+ Xác định công suất động cơ
Công suất động cơ P được xác định khi khoan lỗ có đường kính ∅20 bằng hợp kim nhôm Trong thực tế, việc khoan lỗ ∅20 thường được thực hiện trên củ hành rất mềm, do đó chúng ta lựa chọn công suất sơ bộ P% để tính toán chế độ cắt khi khoan hợp kim nhôm.
Tính lực kẹp cần thiết
Từ sơ đồ gia công mục ( 4.4.1)
W ct f.a= K.M c [1] f: hệ số ma sát => 𝑓 = 0,3 ÷ 0,6 [13] wct
4.4.2 Tính toán và thiết kế dao cắt và bộ phận cắt phía dưới
1 Xilanh III 4.Thanh trƣợt III 7 Miếng kê
2 Thanh trƣợt I 5 Thanh trƣợt IV 8.Bánh xe lăn
3 Thanh trƣợt II 6 Tấm trƣợt 9 Dao cắt chóp hành
Hình 4 10 Bộ phận cắt phía dưới
Dao cắt Chóp củ hành
Dao cắt được chế tạo từ các mẫu dao cắt thực phẩm hiện có trên thị trường, với kích thước được điều chỉnh phù hợp với điều kiện làm việc và yêu cầu của kết cấu.
Hình 4 11 Dao cắt chóp hành
4.4.3 Tính toán và thiết kế bộ phận kẹp chặt
1 Tay kẹp 6 Bánh răng 11 Đế đỡ
2 Gối đở ổ lăn 7 Trục xoay 12 Thanh nôi nắp bật
3 Trục then hoa 8 Ổ lăn 13 Nắp bật
4 Gối đỡ trục 9 Thanh răng 14 Tay kẹp
5 Lò xo kẹp 10 Đế trục then hoa 15 Củ hành tây
Hình 4 12 Bộ phận định vị và kẹp chặt a Bộ truyền bánh răng, thanh răng
Sử dụng bộ truyền bánh răng thanh răng kết hợp với tay kẹp để giữ chặt củ hành tây Bánh răng được lắp trên trục, trục này được gắn trên hai gối đỡ và được kết nối chắc chắn.
43 với tay kẹp (hình 4.12) Thanh răng đƣợc nối với bạc then hoa, sẽ di chuyển lên xuống thông qua chuyển động của bánh răng
- Thông số của bộ truyền
Bảng 4 1Thông số bộ truyền Bánh răng, thanh răng
Stt Tên/Hình vẽ Thông số
1 Bánh răng - Vật liệu: Thép C45 tôi cải thiện HB$1-285
2 Thanh Răng - Vật liệu: Thép C45 tôi cải thiện HB$1-285
- Chiều dài thanh răng l(mm)
- Chiều rộng thanh răng : b (mm)
Cơ cấu kẹp hoạt động nhờ vào bộ truyền thanh răng và bánh răng Khi bánh răng xoay một góc nhất định, thanh răng sẽ di chuyển một đoạn, từ đó điều khiển cơ cấu kẹp một cách hiệu quả.
44 ta cần xác định góc xoay v sao cho phù hợp với khoảng dịch chuyển L của thanh răng.
Theo công thức tính toán hình học của thanh răng tài liệu [7]
+ L: Chiều dài dịch chuyển của thanh răng ( hành trình kẹp) L = 50mm
+ v: Góc xoay của bánh răng v < 90°
+ Z: Số răng của bánh răng tương ứng Z = 40 b Cơ cấu trượt
Cơ cấu trượt được thiết kế với một trục trượt then hoa và một bạc then hoa, trong đó bạc then hoa được hàn với thanh răng và lắp với đầu kẹp Bạc then hoa có chức năng kẹp và di chuyển trượt trên trục then hoa.
Hình 4 13 Cơ cấu trƣợt c Tính toán lò xo kẹp
Chọn vật liệu chế tạo: thép nhiều cacbon
Với tải trọng thay đổi [τ] = 0,3σb =0,3.1700 = 510MP a
- Chuyển vị của lò xo: x = 25mm
- Chọn chỉ số lò xo: c = D d = 8
- Đường kính dây lò xo: d= 1.6 max.
- Số vòng làm việc của lò xo: n=
G: modun đàn hồi trƣợt G=8.10 4 MP a
- Chọn dạng đầu dây lò xo:
Bảng 4 2 Thông số lò xo
Chiều cao ban đầu H o Pn+2d=H o =7,14.72+ 2.4,5(5,6
Chiều cao khi sít nhau H 3 d n o =4,5.429
Bước vòng lò xo khi chưa chịu tải:
Do đó cần mắc lò xo vào lõi
- Kiểm tra lò xo theo bị số an toàn
Theo công thức 15.13 và 15.4 tài liệu [2] max min 500 370
- Ứng suất trung bình xác định theo công thức 15.15 và 15.16 tài liệu [2]
- Hệ số an toàn theo độ bền mỏi:
Chỉ số an toàn cho phép 1,52,2 max
Nắp bật có vai trò quan trọng trong việc định vị củ hành tây, đồng thời tạo thành mặt phẳng để cắt phần chóp và rễ hành Ngoài ra, nắp bật còn là cơ cấu giúp chuyển tiếp củ hành đến các bộ phận khác trong quy trình chế biến.
Nắp bật cần được thiết kế linh hoạt để phù hợp với các kích thước củ hành khác nhau, đảm bảo có đủ bề mặt tì để cắt phần chóp hành một cách hiệu quả.
Nắp bật được thiết kế với hai bộ phận chính: một bộ phận cố định lắp trên khung máy và một bộ phận thay nhanh gắn trên bộ phận cố định Bộ phận thay nhanh có đường kính khác nhau, cho phép thay thế tùy theo kích thước củ hành cần gia công Phạm vi gia công của mỗi tấm thay nhanh cho phép cắt các củ hành có kích thước thay đổi trong khoảng 20mm.
Kích thước: tham khảo phụ lục
4.4.4 Tính toán và thiết kê bộ phận bóc vỏ
1 Đai răng 5 Động cơ 9 Thanh đỡ
2 Bánh côn 6 Puly 2 10 Gối đỡ
3 Đai thang 7 Trục 1 11 Puly răng
Hình 4 16 Bộ phận tách vỏ a Chọn động cơ
- Công thức tính động cơ
= 44g m trụ = ρ nhựaPA V trụ = ρ nhựaPA π r tr 2 h 1000
Vận tốc hệ làm việc ổn định với n= 600 vòng/phút
Chọn động cơ 1pha, công suất 1Hp có bán trên thị trường với các thông số ở bảng 4.3.
Bảng 4 3 Thông số động cơ
Kiểu động cơ Công suất Vận tốc ( v/ph ) (%)
Kw Mã lực 50 Hz 60 Hz
Loại B 0.75 1Hp 1420 1732 86 b.Thiết kế bộ truyền đai thang
Phân phối tỉ số truyền u lv dc n n = 1420
600 = 2.37 n dc số vòng quay của động cơ n lv số vòng quay của tải u = u d uđ tỷ số truyền đai
- Hệ thống tải đƣợc nối với động cơ thông qua bộ truyền đai
Pđc = 0,75 ( Kw ) nđc = 1420 ( v/ph ) momen xoắn : T 6
Bảng 4 4 Các Thông số tính toán bộ phận tách vỏ
Hình 4 17 Bộ truyền đai thang
Vậy ta chọn đường kính bánh đai 1 theo tiêu chuẩn [9] : D 1 mm
Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Động cơ Trục u 1 2.37 1 n ( v/ph ) 1420 600 600
Dựa vào bảng 4.13 [9] có thể dùng đai hình thang thường Từ dãy số đường kính bánh đai tiêu chuẩn ta chọn D 2 =(180÷ 224)mm
Bảng 4 5 Các thông bộ truyền đai CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐAI
Tiết diện đai ( b h ) ( mm ) bảng 4.13 [3] 13 8
Diện tích F ( mm 2 ) 81 Đường kính bánh đai nhỏ D 1 ( mm ) 90
Kiểm nghiệm vận tốc của đai
V max =(30÷35) m ̸s Đường kính bánh đai lớn D 2 ( mm )
Ta chọn lại đường kính D 2 224
T ừ D 1 , D 2 tiêu chuẩn ta tính lại tỉ số truyền u d 1
Sai lệch thoả yêu cầu
Dựa vào bảng (4.14 )[9] ta chọn A=1,5.D2
Xác định chiều dài đai theo công thức với A đã chọn và quy tròn theo bảng ( 4.13 )[9]
Kiểm tra đai về tuổi thọ
Tính lại khoảng cách trục A theo công thức ( 4 6 )[9]
Khoảng cách nhỏ nhất để mắc đai
Khoảng cách lớn nhất để căng đai
Tính góc ôm 1 trên bánh đai nhỏ theo công thức
P 1 là công suất trên bánh chủ động P 1 =0.75 kW
P 0 là Công suất cho phép, theo bảng (4.19)[7] ta chọn
C Hệ số ảnh hưởng đến góc ôm, theo bảng (4.15)[7]
C l Hệ số ảnh hưởng chiều dài đai, theo bảng (4.16)[7]
C u Hệ số ảnh hưởng đến tỉ số truyền, theo bảng (4.17)[7]
C z Hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai, theo bảng (4.18)[7] C z = 1
K đ Hệ số tải trọng động, theo bảng (4.7)[7] K đ = 1
Nhƣ vậy số đai Z ta chọn 1
Xác định bề rộng B của bánh đai
B = ( z-1 ) t + 2.e t , e tra bảng ( 4.21 )[9] vì số đai z=1
Xác định lực căng ban đầu F 0
Xác định lực tác dụng lên trục (4.21)[9]
) ( N ) 100,3 c Thiết kế bộ truyền đai răng
Hình 4 18 Bộ truyền đai răng
Tính toán các thông số của bộ truyền
- Chiều rộng nhỏ nhất của răng :
Theo bảng (4.11), [2] tài liệu chọn S = 4m
𝑉 𝑍 0 [𝑃] 𝑍 Trong đó 𝐶 𝑟 : hệ hố tải trọng động 𝐶 𝑟 = (1,3 ÷ 2,4)
𝜓: hệ số phân bố tải trọng không đều
𝐶 𝑐 : hệ số xét có sử dụng con lăn làm dẫn hướng
ℎ = 2.5 [𝑃] 𝑍 : áp lực cho phép theo bảng 4.15 [2]
Bảng 4 6 Thông số bánh đai răng
- Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b 600 ( MPa )
- Ứng suất xoắn cho phép là 12.20
- Xác định sơ bộ đ ƣờng kính trục theo công thức ( 10.9 ) d 3 T 0,2. mm
→ Do đó đường kính trục sơ bộ là d 1 ,8 (mm) d 2 ,7 (mm)
Hình 4 19 Sơ đồ phân bố lực
Ta có các khoảng cách trục là: l 11 = 42 (mm) l 12 = 58.5 (mm) l 13 = 59 (mm) l 14 = 58.5 (mm) l 15 = 39.8 (mm) l 21 = 58.5 (mm) l 22 = 59 (mm) l 23 = 58.5 (mm) l 24 = 39.8 (mm)
Khoảng cách giƣa các ổ lăn l = l 12 +l 13 +l 14 =l 21 +l 22 +l 23 = 176 (mm)Xác định lực tác dụng lên các chi tiết :
Do đường nối tâm từ động cơ sang trục I hợp với trục x 1 góc α = 30 o , nên ta có:
Do đường nối tâm từ trục I sang trục II trùng với trục x , nên ta có: r xd = r d 50 (N)
Lực tác dụng lên các bánh con rất nhỏ có thể bỏ qua
* Trục I Áp dụng pt cân bằng momen tại các ổ lăn ta tính đƣợc các lực sao
Biểu đồ nội lực trục I
Hình 4 20 Biểu đồ nội lực trục I
Hình biểu đồ tác dụng nội lực
* Trục II r xd = r d = 103 (N) Áp dụng pt cân bằng momen tại các ổ lăn, ta tính đƣợc r xd (l 21 +l 22 +l 23 +l 24 ) – F x21 ( l 12 +l 13 +l 14 ) = 0 r xd l 24 – F x20 ( l 12 +l 13 +l 14 ) = 0
Trục II chỉ chịu lực tác dung theo phương x
Biểu đồ nội lực trục II
Hình 4 21 Biểu đồ nội lực trục II Theo công thức ( 10.15) , ( 19.16 )[2]
- Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục
Xét mặt cắt nguy hiểm có M x = 3649,8 và M y = 2108,4
Ta tính đƣợc độ bền tại mặt cắt nguy hiểm là:
≤ [ ] → trục thỏa mãn điều kiện làm việc.
Thiết kế mạch điện
4.5.1 Yêu cầu thiết kế Đảm bảo thiết bị hoạt động đúng trình tự
Mạch điện đƣợc thiết kế với 2 phần: phần điều khiển động cơ truyền động và phần điều khiển các xilanh, vòi khí
- Phần điều khiển động cơ truyền động: Nhấn nút Start I khởi động 2 động cơ; nhấn nút Stop, 2 động cơ ngừng
Phần điều khiển các xilanh và vòi khí bắt đầu bằng việc nhấn nút Set xilanh 3 để đẩy ra, đưa máy về vị trí sẵn sàng làm việc Sau khi cấp liệu, nhấn nút Star II để xilanh 1 hạ xuống mang theo bộ phận cắt Khi xilanh 1 hoàn tất hành trình, xilanh 2 sẽ hạ xuống để phay phần gốc củ hành, trong khi xilanh 3 di chuyển để cắt ngọn củ hành Quá trình này mở nắp, cho củ hành lăn vào máng dẫn đến bộ phận bóc vỏ, và vòi khí được xả, bắt đầu đếm thời gian T Khi xilanh 3 hoàn thành hành trình, xilanh 1 và 2 sẽ nâng lên, và xilanh 3 sẽ đẩy ra Sau thời gian T giây, vòi khí ngắt, xilanh 4 đẩy củ hành qua máng dẫn vào khay chứa thành phẩm, kết thúc chu trình Chu trình tiếp theo sẽ bắt đầu với việc cấp liệu và nhấn nút Star.
+ Nguồn khí nén cung cấp: 6-7 bar
+ Nguồn điện cung cấp: 220 VAC
+ Nguồn điện điều khiển: 24 VDC.
4.5.2 Thiết kế mạch điều khiển
- Phần điều khiển động cơ:
Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4 22 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ.
Mạch hoạt động khi bật công tắc CB, đèn báo nguồn sáng cho biết mạch có điện Khi nhấn nút start, cuộn không có điện, dẫn đến các tiếp điểm thường mở không đóng lại, làm cho hai động cơ không có điện và không hoạt động Khi nhấn nút stop, cuộn mất điện, các tiếp điểm mở ra, khiến động cơ ngừng hoạt động Nếu nhấn nút E-Stop, mạch sẽ được ngắt điện hoàn toàn.
- Phần điều khiển và các xilanh vòi khí:
Sơ đồ trạng thái theo yêu cầu thiết kế
Hình 4 23 Sơ đồ trạng thái
Hình 4 24 Sơ đồ mạch khí nén và mạch điện điều khiển các xylanh và vòi khí
Nhấn nút Set (9) để cấp nguồn cho cuộn K4 (7), làm cho các tiếp điểm của cuộn K4 (1, 8, 14) chuyển trạng thái từ thường hở sang thường đóng và ngược lại Khi tiếp điểm K4 (1, 14) đóng, cuộn Y5 (12) được cấp điện, kích hoạt xilanh 3 hoạt động và đẩy ra.
Khi nhấn nút Start, cuộn K1 được cấp điện, khiến các tiếp điểm của nó chuyển từ trạng thái thường hở sang thường đóng Tiếp điểm K1(10) đóng, cung cấp điện cho cuộn Y1 và kích hoạt xilanh 1 Khi xilanh 1 hoàn thành hành trình, nó tác động vào Limit S2, làm S2(11) chuyển sang trạng thái đóng và cấp nguồn cho cuộn Y3, kích hoạt xilanh 2 Sau khi xilanh 2 hoàn tất hành trình và chạm vào Limit S4, S4(3) chuyển sang trạng thái đóng, cấp nguồn cho cuộn K2 Các tiếp điểm của K2 sau đó chuyển đổi trạng thái, và khi K2(15) đóng, nó cung cấp điện cho cuộn Y7 và timer T Khi timer T đạt thời gian quy định, tiếp điểm thường hở T(5) sẽ đóng, cấp nguồn cho cuộn K3 Các tiếp điểm của K3 cũng chuyển đổi trạng thái, và khi K3(16) đóng, nó cấp điện cho cuộn Y9, trong khi K3(13) cấp điện cho cuộn Y5 Cuối cùng, khi xilanh 4 hoàn thành hành trình, nó tác động vào Limit S8(7), làm S8(7) chuyển sang trạng thái đóng, cấp nguồn cho cuộn K4 và ngắt cuộn K3.
Kết thúc 1 chu trình hoạt động
CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM
Chế tạo các bộ phận máy tách vỏ Hành tây
5.1.1 Chế tạo cụm 1 bộ phận cắt phía trên
Thông số kỹ thuật : 505x191mm
Kích thước chi tiết (Phụ lục) , bộ phận cắt phía trên bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép lại
Hình 5.1 Bộ phận cắt phía trên
Bảng 5.1 Danh mục chi tiết chế tạo Bộ phận cắt phía trên
STT Tên chi tiết Số lƣợng Vật liệu
1 Đầu lắp tay cắt 01 CT3
5 Chốt lắp tay cắt 04 CT3
6 Bạc lắp chốt tay cắt 04 Cu
11 Bạc lắp Ti trƣợt 04 Cu
12 Gối đỡ ti trƣợt 02 Al
13 Bánh xe nhựa 04 Nhựa PA
5.1.2 Chế tạo cụm 3 bộ phận cắt phía dưới
Kích thước chi tiết (phụ lục) , bộ phận cắt phía trên bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép lại
Hình 5.2 Bộ phận cắt phía dưới
Bảng 5.2 Danh mục chi tiết chế tạo bộ phận cắt phía dưới
5.1.3 Chế tạo bộ phận định vị và kẹp chặt
Vật liệu chế tạo xem (bảng 5.3)
Hình 5.3 Bộ phận định vị và kẹp chặt
STT Tên chi tiết Số lƣợng Vật liệu
15 Chốt lắp ổ lăn xoay dài 04 CT3
16 Chốt lắp ổ lăn xoay ngắn 02 Hss
Bảng 5.3 Bộ phận định vị và kẹp chặt
STT Tên chi tiết Số lƣợng Vật liệu
21 Gối đỡ trục then hoa I 01 C45
22 Tấm đỡ gối trục then hoa 01 C45
30 Gối đỡ trục then hoa II 01 C45
32 Bạc lắp chốt nắp bật 02 Cu
5.1.4 Chế tạo bộ phận tách vỏ
Hình 5 4 Bộ phận cắt phía dưới
Bảng 5.4 Danh mục chi tiết chế tạo bộ phận tách vỏ
STT Tên chi tiết Số lƣợng Vật liệu
5.1.5 Chế tạo khung và hệ thống máng phễu khung
Hình 5.6 Máng Phểu Bảng 5.5 Danh mục chi tiết chế tạo khung và hệ thống máng phểu
STT Tên chi tiết Số lƣợng Vật liệu
Hình 5 7 Bảng điều khiển điệ
Hình 5 8 Tủ điện điều khiển
Hình 5 9 Cụm van điều khiển
Thực nghiệm
5.2.1 Thực nghiệm xác định lực cần thiết của lò xo a Mục đích thực nghiệm
Để đảm bảo quá trình cắt các rãnh dọc biên dạng củ hành tây đạt độ sâu yêu cầu mà không làm dập củ, cần xác định lực cần thiết của lò xo Việc này là rất quan trọng trong quá trình thực nghiệm.
Gồm 1 lực kế, 1 bộ phận cắt
Hình 5.10 Bộ phận cắt và lực kế
- Nguyên liệu: Củ hành tây được mua ngoài thị trường với đường kính Ф(55 –
Hình 5 11 Nguyên liệu thực nghiệm
72 c Chọn số mẫu thực nghiệm
Số lƣợng mẫu đƣợc tính theo công thức
+ n: số lƣợng mẫu thực nghiệm
+ Zα, Zβ: đơn vị độ lệch của phân phối chuẩn Zα=1,96, Zβ=1,04
Vậy ta đƣợc số lƣợng mẫu tối thiểu:
Ta chọn số mẫu thí nghiệm 40 mẫu d Mô tả quá trình thực nghiệm
Trong thí nghiệm, hành tây được đưa vào bộ phận cắt phía trên, và mỗi lần thí nghiệm, lực của lò xo được thay đổi Bắt đầu với lực lò xo 5N, sau mỗi đợt thí nghiệm, lực lò xo sẽ được tăng thêm 2N Kết quả thực nghiệm sẽ được ghi nhận và phân tích.
Bảng 5.6 Kết quả thực nghiệm xác định lực cắt lò xo SLTN Độ lớn lực lò xo (N) Kết quả sau khi cắt thử
1 5 Không đạt, Dao cắt không đủ chiều sâu
2 7 Không đạt, dao cắt không đủ chiều sâu
3 9 Không đạt, dao cắt không đủ chiều sâu
4 11 Không đạt, dao cắt không đủ chiều sâu
5 13 Không đạt, dao cắt không đủ chiều sâu
12 27 Không đạt ,củ hành bắt đầu vướng vào tay kẹp, do lực lò xo quá lớn
13 29 Không đạt ,củ hành bắt đầu vướng vào tay kẹp, do lực lò xo quá lớn
Từ kết quả thực nghiệm bản số liệu thống kê (5.6) cho ta thấy
- Khi lực lò xo nằm trong khoảng 5÷13N thì lực lò xo không đủ để cắt đúng chiều sâu mong muốn
Khi lực lò xo đạt từ 15 đến 25 N, quá trình cắt rãnh dọc lò xo sẽ đảm bảo độ sâu mong muốn, đồng thời cơ cấu hoạt động ổn định và củ Hành không bị dập.
Khi lực lò xo đạt 27N trở lên, quá trình cắt rãnh dọc sẽ đạt độ sâu yêu cầu Tuy nhiên, lực ép quá lớn có thể làm củ hành bị dập và giữ lại trong cơ cấu cắt, ngăn cản việc chuyển sang giai đoạn tiếp theo.
Từ kết quả thực nghiệm: Ta chọn lực lò xo nằm trong khoảng 15÷25N để chế tạo máy
5.2.2 Thực nghiệm xác định áp xuất và tốc độ vòng quay ảnh hưởng đến độ sạch vỏ a Mục đích
Nghiên cứu này nhằm xác định tác động của tốc độ vòng quay và áp suất đến chất lượng bóc sạch vỏ củ hành tây Để thực hiện thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng các trang thiết bị hiện đại và nguyên liệu củ hành tây tươi ngon, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình nghiên cứu.
+ Sử dụng máy nén khí hiệu Puma
+ Sử dụng đầu phun khí 2.5mm bán sẵn trên thị trường
Hình 5 12 Máy nén khí và vòi phun
Bảng 5.7 Bảng thông số máy nén khí
Lưu lượng (l/phút) 52 Điện áp sử dụng (V) 220
Tốc độ quay puly đầu nén (v/phút) 670
Số xi lanh đầu nén 1 Áp lực làm việc (kg/cm 2 ) 6 Áp lực tối đa (kg/cm 2 ) 7
+ Máy đo tốc độ vòng quay Photo/contact tachometer
+ Động cơ 3 Pha công xuất 1hp
Hình 5 13 Máy đo tốc độ vòng quay, biến tần, và động cơ 3 pha
- Nguyên liệu : Xem mục (5.2.1) c Phương pháp tổ chức thí nghiệm
Sau khi cắt bỏ phần trên và dưới của củ hành tây, chúng sẽ được thả từ phểu xuống bộ phận bóc vỏ, bao gồm một vòi khí và bốn puly côn Tốc độ quay của puly côn và áp suất khí có thể được điều chỉnh theo nhu cầu.
Hình 5.14 Sơ đồ bố trí thực nghiệm
76 d Phương pháp đánh giá cảm quan
Hiện nay ở nước ta việc đánh giá độ sạch của của hành tây chỉ dựa vào phương pháp cảm quang e Phương pháp tiến hành và thu thập số liệu
Tiến hành từng trái một, mỗi đợt thí nghiệm 5 củ hành tây Áp suất điều chỉnh
P =(3-5)bar, tốc độ vòng quay đƣợc điều chỉnh từ V=(400-600)vòng/phút f Kết quả thử nghiệm
Hình 5.15 Kết quả thử nghiệm Thử nghiệm 2
Hình 5.16 Kết quả thử nghiệm 2
Hình 5.17 Kết quả thử nghiệm 3 Thử nghiệm 4
Hình 5.18 Kết quả thử nghiệm 4 Thử nghiệm 5
Hình 5.19 Kết quả thử nghiệm 5
Bảng 5.8 Kết quả thực nghiệm mối liên quan giữa áp suất và tốc độ vòng quay ảnh hưởng đến độ sạch vỏ
(vòng/phút) Áp suất P(bar) Kết quả %
Hình 5 20 Biểu đồ ảnh hưởng tốc độ quay và áp suất khí đến độ sạch vỏ Nhận xét:
Từ 3 đường biểu diễn trên, ta thấy:
- Nếu cùng áp xuất 3 bar số vòng quay thay đổi 400, 600 vòng/phút thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau 50%, 70%
- Nếu cùng 5 bar số vòng quay thay đổi 400, 600 vòng/phút thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau 83%, 95%
- Nếu cùng số vòng quay 400vòng/phút nhƣng áp suất thay đổi 3 bar đến 5 bar thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau : 50%, 83%
- Nếu cùng số vòng quay 600vòng/phút nhƣng áp suất thay đổi 3 bar đến 5 bar thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau : 70%, 95%
Cả số vòng quay và áp suất đều ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả bóc sạch vỏ hành, như thể hiện qua đồ thị.
5.2.3 Xử lý kết quả thực nghiệm quá trình bóc sạch vỏ hành Để chọn áp suất và số vòng quay hợp lý ta chọn phương án thực nghiệm yếu tố toàn phần Hai yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là thời gian (Z 1 ) và áp suất (Z 2 ) Hàm mục tiêu cần đạt đƣợc là tỷ lệ bóc sạch vỏ từ củ hành là lớn nhất hay nói cách khác hiệu quả tách là cao nhất Để quy hoạch thực nghiệm toàn phần, ta đã tiến hành bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời các yếu tố, mỗi yếu tố đƣợc tiến hành ở 3 mức: mức trên, mức dưới và mức cơ sở để thí nghiệm ở tâm phương án
Mức trên, mức dưới, khoảng biến thiên được trình bày ở bảng 5.8, ma trận quy hoạch thực nghiệm đƣợc trình bày ở bảng 5.9
Bảng 5.9 Các mức thực nghiệm
Các yếu tố đầu vào Các mức Khoảng biến thiên
Mức dưới Mức cơ sở Mức trên
(vòng/phút) 400 500 600 100 Áp suất(bar) 3 4 5 1 a Lập ma trận quy hoạch
Với 2 yếu tố thời gian và áp suất (k = 2), mỗi yếu tố có hai mức là mức trên và mức dưới và 3 thí nghiệm trung tâm Vậy số thí nghiệm được tiến hành là:
Trong thí nghiệm N = 2 2 + 3 = 7, để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta chuyển đổi từ hệ trục tự nhiên Z1, Z2 có thứ nguyên sang hệ trục không thứ nguyên mã hóa Quá trình mã hóa này được thực hiện dễ dàng bằng cách chọn tâm của miền nghiên cứu làm gốc tọa độ.
Trong hệ mã hoá không thứ nguyên ta có đƣợc:
Mức trên Z max j : kí hiệu (+)
Mức cơ sở Z 0 j : kí hiệu (0)
Mức dưới Z min j : kí hiệu (–)
Ta có: Công thức chuyển từ hệ đơn vị thực qua đơn vị mã hoá không thứ nguyên [9] max min
Bảng 5.10 Ma trận quy hoạch thực nghiệm
TT Thí nghiệm Mã hóa Kết quả
7 4 500 + 0 0 77 b Thiết lập phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình nghiên cứu
Tính hệ số hồi quy: Các hệ số hồi quy đƣợc tính theo công thức toán học nhƣ sau [9]:
Từ số liệu thực nghiệm trên, áp dụng các công thức (3.75a) và (3.75b) xác định đƣợc giá trị b 0 , b 1 , b 2 nhƣ sau: b0 = 75.75, b1 = 13.25, b2 = 9.25
Với kết quả trên ta có phương trình hồi quy theo toán học:
Sự xuất hiện của các hệ số b1 và b2 trong phương trình hồi quy chỉ ra rằng thời gian và áp suất đều có tác động đáng kể đến quá trình bóc vỏ hành Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy để đảm bảo rằng mô hình hồi quy phù hợp với thực nghiệm.
Tìm phương sai lặp lại L 2 Do vậy, phải làm thêm 3 thí nghiệm ở tâm phương án và thu được ba giá trị Y u 0 và giá trị Y u 0
Bảng 5.11 Kết quả của 3 thí nghiệm làm thêm
Ta tính được phương sai lặp theo công thức (3.8) [3]:
(n 0 là số thí nghiệm ở tâm phương án)
Hệ số hồi quy đƣợc kiểm định theo tiêu chuẩn Student [3]: j j bj t b
Các hệ số hồi quy trong mô hình đều có ý nghĩa, do đó cần kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher.
Bảng 5 12 Các số liệu dùng để tính phương sai tương thích
* y i : giá trị từ phương trình hồi qui
Theo công thức (3.58) [3] ta tính đƣợc:
Trong đó: N: số thí nghiệm, E hệ số hồi quy (b 0 , b 1 , b 2 )
Theo công thức (3.57) [3] ta tính đƣợc:
Do F < F 1-p (f 1 ,f 2 ) nên phương trình tương thích với thực nghiệm e Tính hệ sô xác định
R 2 để đánh giá chính xác của phương trình hồi quy
Bảng 5.13 Các số liệu để tính hệ số xác định
Ta thấy R 2 tiến gần tới 1 Do đó, phương trình hồi quy có độ chính xác cao
Kết quả kiểm định cho thấy tốc độ vòng quay và áp suất đều có ảnh hưởng đến quá trình bóc Dựa trên kết quả thử nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm, chúng ta có thể tiến hành thiết kế và chế tạo bộ phận tách vỏ.
Hoàn chỉnh thiết kế
Sau khi chế tạo lắp ráp và thử nghiệm xác định các thông số ta tiến hành hoàn chỉnh máy
84 Hình 5.21 Sơ đồ máy hoàn chỉnh
Bảng 5.14 Bảng thông số máy
Stt Tên các thông số máy Thông số
