Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy phân loại và làm sạch dừa tự động

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu về trái dừa

1.1.1 Nghiên cứu đặc tính trái dừa

Dừa là nguồn cung cấp đa dạng sản phẩm hữu ích, từ thực phẩm hàng ngày như nước dừa, nước cốt dừa, và giấm dừa, đến các sản phẩm giá trị cao như cơm dừa nạo sấy, dầu dừa tinh khiết, và rượu mật hoa dừa Ngoài ra, dừa còn cung cấp probiotic và prebiotic cho ngành chăn nuôi, cùng với các mặt hàng thủ công mỹ nghệ phục vụ xuất khẩu Với những giá trị này, cây dừa xứng đáng được gọi là “cây của cuộc sống” và “cây trăm công dụng”.

Hình 1.1: Mặt cắt ngang của trái dừa (nguồn Internet)

Theo nghiên cứu của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bến Tre, trái dừa được phân loại là quả hạch với nhân cứng, bao gồm ba phần chính: ngoại quả bì (vỏ bên ngoài có lớp cutin), trung quả bì (xơ dừa) và nội quả bì (gáo, nước và cơm dừa) Vỏ dừa có độ dày từ 1 cm trở lên.

Vỏ dừa có cấu trúc bao gồm 30% xơ dừa và 70% bụi xơ dừa, với bụi xơ dừa có khả năng hút ẩm cao từ 400-600% so với thể tích của nó Gáo dừa có độ dày từ 3-6mm và hình dạng khác nhau tùy theo giống Sau bốn tháng thụ phấn, gáo dừa bắt đầu hình thành và chuyển sang màu nâu, trở nên cứng hơn khi trái được 8 tháng tuổi Nước dừa xuất hiện từ tháng thứ ba sau khi thụ phấn, đạt thể tích lớn nhất ở tháng thứ tám và giảm dần khi trái khô Thành phần chính của nước dừa bao gồm đường và muối khoáng.

Cơm dừa bắt đầu hình thành sau 5 tháng thụ phấn và có thể thu hoạch để uống nước vào tháng 7-8 Thời gian từ khi hoa cái thụ phấn đến khi trái khô kéo dài 12 tháng Nếu thu hoạch trái ở giai đoạn 10 tháng, năng suất có thể giảm do trái chưa phát triển đầy đủ, nhưng từ 11 tháng trở đi, trái có thể được dùng làm giống Trọng lượng cơm dừa khô dao động từ 100-350 g/trái, chứa khoảng 65-74% dầu dừa tùy thuộc vào giống Kích thước và hình dạng trái dừa rất đa dạng theo từng giống.

Dừa xiêm lục, một giống dừa phổ biến tại Bến Tre, được nhiều người trồng trong và ngoài tỉnh gọi tên Một số nơi còn gọi là dừa xiêm chu do phần dưới trái hơi nhô lên, hoặc dừa xiêm lùn Mặc dù giống dừa này đã xuất hiện từ lâu, nhưng tên gọi "dừa xiêm lục" chỉ mới được sử dụng gần đây để phân biệt với các loại dừa xiêm khác như dừa xiêm xanh và dừa xiêm dứa.

Dừa xiêm lục có màu xanh nhạt hơn dừa xiêm xanh, với sắc xanh lục đặc trưng Giống dừa này cho năng suất cao hơn, trung bình mỗi buồng có hơn 12 trái, thường từ 20 đến 30 trái, trong khi dừa xiêm xanh thường ít trái hơn Trọng lượng và đường kính của trái dừa xiêm lục nhỏ hơn so với dừa xiêm xanh, và nếu buồng chỉ có từ 10 đến 16 trái thì trái cũng sẽ nhỏ hơn.

Nếu buồng sai trái (trên 30 trái/buồng) thì trọng lượng trái chỉ từ 1,1Kg đến 1,3Kg.

Vỏ trái dừa xiêm lục rất mỏng, chỉ từ 1,2 cm đến 1,4 cm ở phần giữa, dẫn đến lượng nước bên trong tương đương với dừa xiêm xanh, khoảng 220-280ml, đủ cho một người bình thường uống Đặc biệt, nước dừa xiêm lục rất ngọt, và nếu được bón phân đầy đủ, thu hoạch sớm hơn 5-7 ngày vẫn giữ được vị ngọt mà không có vị chua như dừa xiêm xanh Lúc này, cơm dừa bên trong chỉ vừa.

Nước dừa có độ Brix từ 6% trở lên sẽ có vị ngọt thanh, trong khi nếu độ Brix đạt 8%, nước dừa sẽ rất ngọt.

Dừa xiêm lục, thuộc nhóm dừa lùn, cho trái sớm với năng suất cao và nước ngọt phù hợp với khẩu vị người tiêu dùng Tuy nhiên, do vỏ trái mỏng, cần thu hoạch đúng thời điểm để tránh nứt, bể trong quá trình vận chuyển Khi xuất khẩu hoặc vận chuyển xa, dừa xiêm lục không cần gọt vỏ, giúp tiết kiệm diện tích và đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng, vì họ có thể yên tâm hơn khi mua trái còn nguyên vỏ, tránh lo ngại về chất tẩy trắng và chất bảo quản không an toàn đang được sử dụng trên thị trường.

1.1.2 Tiêu chuẩn xuất khẩu dừa

Dừa tươi không có tiêu chuẩn xuất khẩu chính thức, nhưng vẫn cần tuân thủ các tiêu chuẩn cơ bản giống như các loại trái cây tươi khác Theo tiêu chuẩn ASEAN cho trái dừa, dừa nguyên trái (có vỏ xanh) phải đáp ứng các yêu cầu tối thiểu nhất định.

- Phải được cắt tỉa cuống, hoặc đánh bóng

- Không có vết nứt ở vỏ.

- Vẻ bề ngoài tươi tắn, sạch sẽ.

- Sản phẩm không bị ảnh hưởng bởi sự thối rửa hoặc hư hỏng.

- Sạch sẽ, thực tế không có bất kỳ vấn đề bề ngoài có thể nhìn thấy.

- Không có sâu bệnh ảnh hưởng đến hình thức chung của sản phẩm.

- Không có thiệt hại do sâu bệnh gây ra.

- Không có độ ẩm bên ngoài bất thường.

- Không có mùi hoặc vị bên ngoài.

Dừa nên được bảo quản ở nhiệt độ từ 32 °F đến 35 °F và độ ẩm tương đối khoảng 80% - 85% Độ chín của dừa ảnh hưởng đến khả năng hư hỏng, với dừa non dễ bị tách hơn so với dừa già Thời hạn sử dụng của dừa tươi, tùy thuộc vào điều kiện bảo quản và các yếu tố khác, khoảng 1-2 tháng.

1.1.3 Phương pháp làm sạch trái dừa thủ công

Dừa thường bị bẩn do bụi bẩn và sâu bọ bám vào, chủ yếu ở phần cuống và vỏ Tại các cơ sở sản xuất dừa xuất khẩu, quy trình vệ sinh bao gồm việc sử dụng bàn chải để làm sạch cuống dừa với nước, sau đó dùng khăn ẩm lau xung quanh Để đạt năng suất 400 trái dừa mỗi giờ, cần từ 4 đến 6 công nhân tham gia vào quá trình làm sạch.

Hình 1.3: Công nhân làm sạch dừa thủ công tại Công ty TNHH MTV

Nông Hải Sản Hoa Mai

1.1.4 Phương pháp đánh giá chất lượng trái dừa.

Trái dừa bị loại thường là những trái không có nước hoặc ít nước, và có thể bị nứt Để kiểm tra, người ta so sánh trọng lượng của trái dừa với các trái khác và dùng tay vỗ vào trái dừa để nghe âm thanh Nếu trái dừa nhẹ hơn và âm thanh phát ra trầm hơn, khả năng cao đó là trái dừa bị loại Theo các thợ kiểm tra dừa tại cơ sở sản xuất dừa xuất khẩu, phương pháp này có độ chính xác khoảng 60%.

Trái dừa bị nứt thường xảy ra ở phần cuống, nơi mỏng và yếu nhất của quả dừa Khi bị va đập mạnh, nước trong trái dừa dễ dàng rò rỉ ra từ cuống, sau đó thấm qua sơ dừa và mụn dừa Để phát hiện trái dừa bị nứt, người ta thường dùng tay kiểm tra độ ẩm ở phần cuống.

1.1.5 Các tác nhân gây hại cho trái dừa

1.1.5.1 Hiện tượng dừa không có nước

Hình 1.5: Trái dừa không có nước (dừa điếc)

Hiện tượng dừa không có nước thường xảy ra trên cây dừa, dân gian hay gọi là

“dừa điếc” (hình 1.5) Dừa điếc có nhiều nguyên nhân:

Tất cả các trái trên buồng thường bị điếc, mặc dù thỉnh thoảng có buồng không bị điếc, nhưng hiện tượng này rất hiếm và xảy ra trong suốt quá trình phát triển của cây Khi gặp tình trạng này, nên xem xét việc đốn và trồng lại cây khác.

Tính cấp thiết của đề tài

Theo Hiệp hội Dừa Châu Á - Thái Bình Dương (APCC) và Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), cây dừa được trồng ở hơn 90 quốc gia vùng nhiệt đới, với tổng diện tích đạt 12,02 triệu ha vào năm 2010 và tăng lên 12,2 triệu ha.

Tính đến năm 2016, diện tích trồng dừa tại khu vực Châu Á – Thái Bình Dương đạt 11 triệu ha, chiếm 85% tổng diện tích dừa toàn cầu Ba quốc gia dẫn đầu trong sản xuất dừa là Indonesia, Philippines và Ấn Độ, chiếm tới 75% sản lượng dừa trên toàn thế giới.

Hình 1.8: Biểu đồ diện tích dừa của thế giới (2016)

Hiện nay, các nhà cung cấp dừa hàng đầu thế giới đang nỗ lực theo kịp mức tăng trưởng tiêu thụ toàn cầu sản phẩm dừa Mặc dù phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt từ các nông sản tương tự, ngành công nghiệp dừa vẫn tiềm năng mang lại lợi nhuận cao trong tương lai Để phát triển bền vững và đáp ứng nhu cầu thị trường, các nhà cung cấp cần học hỏi từ tình hình thực tế hiện tại và có những hành động phù hợp.

Hình 1.9: Các quốc gia có sản lượng dừa lớn nhất thế giới (theo World

Bến Tre, tỉnh có diện tích trồng dừa lớn nhất Việt Nam với hơn 71.000 ha, chiếm hơn 40% tổng diện tích dừa cả nước, sản xuất gần 600 triệu trái dừa mỗi năm Nổi bật là các giống dừa uống nước như dừa Xiêm, nổi tiếng với chất lượng ngon và ngọt, đạt độ brix cao.

Dừa Bến Tre có hàm lượng đường 7%, protein 2,32g/100ml và béo 6,31g/100ml, khiến giá dừa nguyên liệu tại đây luôn cao gấp đôi so với dừa của Indonesia và Philippines trong suốt 10 năm qua.

Hiện nay, các cơ sở và doanh nghiệp sản xuất dừa tại Việt Nam vẫn sử dụng phương pháp thủ công để làm sạch dừa và đánh giá chất lượng dựa trên kinh nghiệm Nhu cầu tiêu thụ dừa trong và ngoài nước rất cao, dẫn đến việc các doanh nghiệp phải tuyển dụng nhiều công nhân có kinh nghiệm trong lĩnh vực này Do đó, giá thành sản phẩm dừa cũng tăng lên đáng kể.

Quá trình khảo sát cho thấy hiện tại Việt Nam chưa có hệ thống làm sạch và phân loại dừa Tuy nhiên, việc nghiên cứu các hệ thống phân loại nông sản tự động và bán tự động hiện có cho thấy khả năng thiết kế và chế tạo một hệ thống tương tự cho dừa là hoàn toàn khả thi.

Do yêu cầu của thị trường và người sử dụng nên hệ thống làm sạch và phân loại dừa được nghiên cứu thiết kế và chế tạo.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng máy móc kỹ thuật cao trong sản xuất nông sản thực phẩm không chỉ giảm bớt sức lao động và chi phí mà còn đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm cao, đáp ứng yêu cầu của các thị trường khó tính.

Công đoạn làm sạch và đánh giá chất lượng dừa thường đòi hỏi nhiều công nhân có kinh nghiệm, dẫn đến chi phí sản xuất cao Việc áp dụng hệ thống làm sạch và phân loại thông minh không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất và chi phí nhân công mà còn nâng cao mức độ tự động hóa cho dây chuyền sản xuất, mang lại ưu điểm về độ ổn định và thời gian làm việc không giới hạn.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu hệ thống làm sạch vỏ và cuống trái dừa nhằm loại bỏ bụi, đất và sâu bọ trong quá trình thu hoạch và vận chuyển Mục tiêu là giảm sức lao động và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao năng suất cho các cơ sở sản xuất và xuất khẩu dừa Ứng dụng công nghệ cao để đánh giá chất lượng trái dừa giúp loại bỏ những trái không đạt tiêu chuẩn xuất khẩu, như trái không có nước, ít nước hoặc bị nứt Điều này giúp các công ty sản xuất và xuất khẩu dừa giảm thiểu sự phụ thuộc vào yếu tố con người trong việc đánh giá chất lượng sản phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là làm sạch và phân loại dừa xiêm Đây là loại dừa được trồng chủ yếu ở Bến Tre và được xuất khẩu rất nhiều sang các nước nhưHàn Quốc, Nhật Bản,…

Hình 1.10: Dừa xiêm (Nguồn Internet)

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nghiên cứu như trên, nhóm đã tiến hành một số nội dung nghiên cứu như : Khảo sát thực tế hoạt động làm sạch và phân loại dừa tại các cơ sở thuôc khu vực chợ nông sản Thủ Đức, khảo nghiệm để xác định một số thông số cơ bản của dừa, thống kê kích thước cân nặng, kích thước và thể tích phổ biến của dừa,khảo nghiệm nguyên lý phương pháp phân loại dừa khả thi nhất,… Qua đó nhóm đề xuất hệ thông làm sạch và phân loại dừa gồm có các giai đoạn như: Làm sạch bên ngoài vỏ dừa, xử lý ảnh để tính thể tích và cân khối lượng để xác định tỷ trọng nhằm phân loại dừa theo chất lượng.

Phương pháp tiếp cận

- Khảo sát cách thức làm sạch và phân loại dừa tại các cơ sở và doanh nghiệp khu vực chợ nông sản Thủ Đức.

- Nghiên cứu tìm hiểu các hệ thống phân loại nông sản đang được sử dụng hiện nay trong nước và nước ngoài.

- Tìm hiểu tiêu chuẩn đánh giá và phân loại dừa ở các cơ sở và doanh nghiệp sản xuất dừa.

- Tiến hành đánh giá phân tích các phương án phù hợp, các phương pháp ít sai số và đem lại hiệu quả cao nhất.

- Xác định vấn đề nghiên cứu từ đơn đặt hàng của các cơ sở và doanh nghiệp khu vực chợ nông sản Thủ Đức.

- Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước cũng như khảo sát phương án nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống làm sạch và phân loại dừa.

- Xây dựng phương pháp phân loại, sắp xếp các giai đoạn phân loại cho phù hợp dựa trên các khảo sát thực tế.

- Thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại nhằm đáp ứng mục tiêu yêu cầu đặt ra.

- Xây dựng thuật toán, phương pháp tính toán sao cho sai số thấp và hiệu quả cao.

- Bắt đầu thực hiện chế tạo, đánh giá thực nghiệm.

Nghiên cứu tình hình ngoài nước

Ngày nay, sản xuất nông sản đã trở thành ngành kinh tế mũi nhọn ở nhiều quốc gia như Mỹ, Anh và Nhật, mang lại lợi nhuận cao cho nông dân và doanh nghiệp Thành công này đến từ việc áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào sản xuất Sử dụng máy móc thay thế sức lao động không chỉ nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm mà còn giúp nông dân tiết kiệm chi phí.

Nghiên cứu phân loại trái dừa thông qua phân tích âm thanh đã được thực hiện trên toàn cầu, sử dụng thiết bị ghi âm để thu lại âm thanh khi trái dừa va chạm với bề mặt đá hoa cương Dữ liệu âm thanh sau đó được giải mã và phân tích bằng Matlab Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác, người nghiên cứu cần duy trì các điều kiện như môi trường yên tĩnh, cơ chế ghi âm không thay đổi, và thả dừa từ độ cao một feet lên bề mặt đá Phương pháp này có khả năng xác định các trạng thái khác nhau của trái dừa, bao gồm độ chín và độ dày của phần cơm.

Hình 1.11: Phân tích dãy âm thanh trong matlab

Nghiên cứu tình hình trong nước

Để nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm, việc ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất là điều cần thiết cho doanh nghiệp tại Việt Nam Đặc biệt, tự động hóa trong ngành sản xuất và chế biến nông sản là yếu tố quan trọng, tuy nhiên hiện tại, hầu hết các doanh nghiệp trong nước chưa áp dụng do chi phí nhập khẩu thiết bị còn cao Việc tích cực ứng dụng công nghệ tự động hóa vào quy trình sản xuất nông sản sẽ giúp doanh nghiệp tiếp cận các thị trường quốc tế với yêu cầu kỹ thuật khắt khe.

ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Phương án làm sạch vỏ trái dừa

Hiện nay, nhiều cơ sở và công ty sản xuất, xuất khẩu sản phẩm từ dừa tươi vẫn sử dụng phương pháp thủ công để làm sạch, dẫn đến chi phí cao và hiệu suất thấp Bề mặt vỏ dừa thường bị bám bụi, đất và côn trùng, do đó cần có tác động cơ học trực tiếp để loại bỏ các vết bẩn và sâu bọ Chúng tôi sẽ phân tích 5 ý tưởng hiệu quả cho chức năng làm sạch vỏ dừa.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lau trái dừa dựa trên việc làm ướt bề mặt trái dừa và di chuyển nó giữa hai trục rulo lau Hai trục lông quay ngược chiều nhau, tạo lực từ trên cuống trái dừa xuống, giúp loại bỏ các vết bẩn và sâu bọ bám trên vỏ Đồng thời, lông quay cũng tác động vào trục chắn để tách nước và vết bẩn khỏi lông trục rulo lau Hệ thống này có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt và thay thế.

Nhược điểm: Bộ truyền cho 2 trục rulo lau quay ngược chiều nhau sẽ phức tạp, nên giá thành cao.

Hình 2.2: Làm sạch vỏ trái dừa bằng rulo lau

2.1.2 Cơ cấu trục vít- rulo

Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch trái dừa bắt đầu khi trái dừa được cắt cuống và di chuyển đến bộ phận làm sạch bằng trục vít Bộ phận này gồm hai phần chính: trục vít và trục lông Trục vít có nhiệm vụ di chuyển trái dừa theo rãnh vít, trong khi trục lông quay ngược chiều với trục vít, giúp trái dừa quay trong rãnh Quá trình này cho phép trái dừa vừa di chuyển vừa quay, đồng thời được lau sạch trong suốt quá trình di chuyển.

Hình 2.3: Làm sạch dừa bằng cơ cấu trục vít (Phần mềm Inventor) Ưu điểm: Làm sạch đồng thời được nhiều trái dừa.

Trái dừa non có nhược điểm là dễ bị dao động, dẫn đến lực lau không tập trung vào cuống, làm cho cơm dừa mỏng và trong dễ bị tách ra Khi xảy ra dao động nhiều, phần cơm này có thể hòa lẫn với nước dừa, gây ra tình trạng nước dừa bị chua.

2.1.3 Sử dụng nhiều đầu khí nén

Nguyên lý của quá trình làm sạch trái dừa bắt đầu bằng việc cắt cuống và di chuyển trái dừa đến bộ phận phun khí nén Nhiều đầu khí nén được đặt xung quanh trái dừa, tác động trực tiếp vào bề mặt vỏ Áp lực từ khí nén sẽ đẩy bay bụi, đất và sâu bọ bám trên vỏ, giúp trái dừa sạch sẽ hơn.

Hình 2.4: Sơ đồ làm sạch vỏ dừa bằng khí nén Ưu điểm: Cơ cấu khí nén dễ dàng lắp đặt, dễ điều chỉnh.

Nhược điểm của việc sử dụng khí nén là cần phải xả liên tục từ nhiều đầu khí, điều này đòi hỏi phải có bình chứa và động cơ có công suất lớn Hơn nữa, khi khí nén tác động lên bề mặt cong của vỏ dừa, bụi bẩn và sâu bọ có khả năng sẽ bị khuếch tán xung quanh trái.

2.1.4 Sử dụng nhiều đầu phun nước

Nguyên lý hoạt động dựa trên việc sử dụng nước thay vì khí nén để làm sạch vỏ trái dừa Nước sẽ tác động mạnh mẽ, giúp loại bỏ các vết bẩn và sâu bọ bám trên bề mặt vỏ trái dừa một cách hiệu quả.

Hình 2.5: Sơ đồ làm sạch dừa bằng nhiều đầu phun nước Ưu điểm: Hệ thống dễ dàng lắp đặt và rẻ hơn so với hệ thống nén khí.

Nhược điểm: Lượng nước phun ra rất lớn, phần cuống và các vết trầy trên vỏ có thể dễ bị thấm nước vào sơ của trái dừa.

2.1.5 Lau xung quanh bằng cơ cấu bánh răng hành tinh

Nguyên lý hoạt động của bộ phận làm sạch dừa là sử dụng trục lau và kẹp trên, kẹp dưới để giữ cố định trái dừa trong quá trình làm sạch Kẹp trên tiếp xúc với đầu trái dừa, trong khi kẹp dưới nâng dừa lên đúng vị trí, cho phép trục lau quay xung quanh trái dừa mà không gây dao động Ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo trái dừa được làm sạch hiệu quả mà không bị ảnh hưởng bởi sự rung lắc.

Hình 2.6: Làm sạch xung quanh trái dừa bằng cơ cấu bánh răng hành tinh

Phương án làm sạch phần cuống

Phần cuống trái dừa có nhiều khe và rãnh khuyết, tạo điều kiện cho côn trùng, sâu bọ và bụi bẩn bám chặt Do đó, cần thực hiện tác động cơ học trực tiếp vào cuống để loại bỏ bụi bẩn ra khỏi các khe rãnh của trái dừa.

Nguyên lý của quá trình xử lý trái dừa bắt đầu khi trái dừa được cắt cuống và di chuyển đến bộ phận phun khí nén Tại đây, nhiều đầu khí nén sẽ tác động trực tiếp vào phần cuống, giúp loại bỏ các vết bẩn và sâu bọ bám chặt Áp lực của khí nén sẽ đẩy bay những tạp chất này ra khỏi cuống trái dừa.

Hình 2.7: Làm sạch cuống dừa bằng khí nén (Phần mềm Inventor) Ưu điểm: Cơ cấu khí nén dễ dàng lắp đặt, dễ điều chỉnh.

Nhược điểm: Khí nén phải xả liên tục, chính vì vậy phải cần bình chứa và động cơ công suất lớn.

2.2.2 Sử dụng đầu phun nước

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun nước là sau khi cắt cuống trái dừa, trái dừa sẽ được đưa đến bộ phận phun nước với hai đầu phun có khả năng quay 360 độ Nhờ vào áp lực nước, các vết bẩn và sâu bọ sẽ bị loại bỏ hiệu quả.

Hệ thống làm sạch cuống dừa bằng đầu phun nước quay 360 độ, được thiết kế bằng phần mềm Inventor, có ưu điểm nổi bật là dễ dàng lắp đặt và chi phí thấp hơn so với hệ thống nén khí.

Nhược điểm của trái dừa là phần cuống và các vết trầy trên vỏ có thể dễ dàng thấm nước vào sơ dừa Để khắc phục tình trạng này, cần giảm thời gian phun nước và lượng nước sử dụng.

2.2.3 Sử dụng đầu chổi lau

Nguyên lý hoạt động của chổi lau dừa là di chuyển dừa đến hai đầu chổi quay ngược chiều nhau Nhờ lực li tâm, nước sẽ được tách ra khỏi lông đầu làm sạch Trái dừa lớn sẽ nâng đầu làm sạch lên nhờ tính đàn hồi của lò xo.

Làm sạch cuống dừa bằng đầu chổi lau là một phương pháp hiệu quả, cho phép tác động trực tiếp vào phần cuống của trái dừa Phương pháp này có cơ cấu đơn giản và dễ dàng lắp ráp, mang lại sự tiện lợi trong quá trình sử dụng.

Nhược điểm: Trục lau dài rất dễ bị đảo trục.

Sau khi phân tích các phương án, nhóm đã quyết định chọn phương án phun nước với đầu phun quay 360 độ cho việc làm sạch trái dừa Tuy nhiên, để hạn chế lượng nước thấm vào bên trong trái dừa, cần giảm thời gian phun và lượng nước được phun ra từ đầu phun.

2.2.4 Làm sạch phần cuống bằng cách hút chân không

Nguyên lý hoạt động của phương pháp này dựa trên việc sử dụng áp suất chân không để loại bỏ bụi bẩn và sâu bọ tích tụ tại phần cuống dừa, nơi thường có nhiều kẽ rãnh Việc áp dụng nguyên tắc hút chân không giúp làm sạch hiệu quả hơn các bụi bẩn và sâu bọ bám vào cuống, đảm bảo sản phẩm dừa được vệ sinh và an toàn hơn.

Hình 2.10: Sơ đồ làm sạch phần cuống bằng cách hút chân không Ưu điểm: Cơ cấu đơn giản, dễ dàng lắp đặt

Nhược điểm: Hút chân không không thể làm sạch hết phần bụi bẩn, sâu bọ bám chặt trong các khe rãnh ở phần cuống.

Bài viết phân tích các phương pháp làm sạch vỏ và cuống trái dừa, kết hợp ba ý tưởng để tối ưu hóa quy trình làm sạch bề ngoài trái dừa, như minh họa trong hình 2.11.

Hình 2.11: Sơ đồ làm sạch vỏ và cuống trái dừa

Trái dừa được làm sạch cuống bằng cách sử dụng đầu phun nước áp lực cao, giúp ướt bề mặt vỏ Tiếp theo, trái dừa được chuyển qua rulo lau để loại bỏ bụi bẩn và phân tách nước còn lại trên bề mặt Cuối cùng, nước còn động lại sẽ được đánh bay ra khỏi các rãnh trên cuống bằng đầu chổi lau.

Đánh giá chất lượng

Đánh giá chất lượng trái dừa là quá trình kiểm tra nội dung bên trong, nhằm xác định xem trái dừa có nước, ít nước hay không có nước Hiện nay, nhiều cơ sở sử dụng phương pháp thủ công, trong đó người thợ đập tay vào vỏ trái dừa và lắng nghe âm thanh phát ra Âm thanh trong trẻo cho thấy trái dừa đạt chất lượng, tức là có nước và không có vết nứt bên trong, trong khi âm thanh bất thường có thể chỉ ra rằng trái dừa bị nứt hoặc thiếu nước Tuy nhiên, phương pháp này phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thợ, dẫn đến độ chính xác không cao Để cải thiện tính chính xác trong việc đánh giá chất lượng trái dừa, nhóm chúng tôi đã đề xuất một số ý tưởng mới.

Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng thống kê để phân tích khối lượng đạt chuẩn của trái dừa Bằng cách so sánh khối lượng thực tế của trái dừa với khối lượng chuẩn đã được xác định trước, chúng ta có thể đánh giá chất lượng của trái dừa một cách chính xác.

Hình 2.12: Sử dụng Loadcell để đánh giá chất lượng trái dừa Ưu điểm: Đơn giản, chi phí thấp.

Nhược điểm: Độ chính xác rất thấp, vì trái dừa có khối lượng chênh lệch nhau theo mùa, theo tháng và theo vùng.

2.3.2 Hệ thống thị giác máy tính

Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng thống kê phân tích thể tích để xác định thể tích chuẩn của trái dừa Công nghệ hệ thống thị giác máy tính được áp dụng để tính toán thể tích trái dừa Cuối cùng, việc so sánh giữa thể tích tính toán và thể tích chuẩn sẽ giúp đánh giá chất lượng của trái dừa.

Hình 2.13: Sử dụng hệ thống thị giác máy tính để đánh giá chất lượng trái dừa Ưu điểm: Lắp đặt dễ dàng

Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, độ chính xác không cao.

2.3.3 Ý tưởng sử dụng tỷ trọng Để nâng cao độ chính xác, chúng tôi kết hợp cả hai ý tưởng sử dụng cân và hệ thống thị giác máy tính Khi đó, chúng tôi sẽ đánh giá trái dừa dựa vào việc so sánh tỷ trọng của trái.

Trái dừa có hình dạng giống như elip quay quanh trục dài nhất, vì vậy cần đo kích thước dài nhất và ngắn nhất của trái dừa Dựa vào các kích thước này, ta có thể áp dụng công thức tính thể tích tròn xoay của hình elip quanh trục dài nhất (2a).

Thể tích tính toán dừa:

Dừa có khối lượng m và thể tíchVtt, nên tỷ trọng dừa sẽ là: t

Đánh giá chất lượng dừa được thực hiện bằng cách so sánh tỷ trọng của nó với tỷ trọng chuẩn thông qua phương pháp thống kê Để nâng cao độ chính xác, chúng tôi phân loại dừa thành ba loại: loại 1 (trái dừa đạt chất lượng), loại 2 (cần kiểm tra lại) và loại 3 (trái dừa không đạt chất lượng).

Dựa trên kinh nghiệm của thợ lâu năm, chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát và thu thập âm thanh phát ra khi dùng tay đánh vào trái dừa Sau đó, chúng tôi sẽ phân tích và phát triển thuật toán xử lý tín hiệu âm thanh tương tự Việc ứng dụng công nghệ cao vào xử lý tín hiệu sẽ đòi hỏi chi phí đầu tư lớn Hơn nữa, quá trình thu thập dữ liệu âm thanh từ việc đánh vào trái dừa rất khó khăn và phụ thuộc nhiều vào yếu tố con người.

Hình 2.14: Sử dụng âm thanh để đánh giá chất lượng trái dừa

Siêu âm là phương pháp hiệu quả để kiểm tra vết nứt trong ống nước và kết cấu thép, đồng thời cũng được ứng dụng để kiểm tra bên trong trái dừa Bằng cách sử dụng thiết bị thu phát sóng siêu âm, chúng ta có thể phát hiện các vết nứt bên trong sọ trái dừa Tuy nhiên, việc đầu tư vào thiết bị này đòi hỏi chi phí lớn để có thể thực hiện kiểm tra toàn bộ trái dừa.

Hình 2.15: Sử dụng siêu âm để đánh giá chất lượng trái dừa

Chúng tôi đã quyết định sử dụng tỷ trọng để đánh giá chất lượng trái dừa, vì đây là phương án tối ưu nhất mang lại độ chính xác cao Tuy nhiên, việc thu thập và phân tích dữ liệu về khối lượng và thể tích trái dừa cần phải được thực hiện một cách chính xác.

Phân loại trái dừa

Sau khi đánh giá chất lượng trái dừa, quá trình phân loại sẽ được tiến hành Dựa trên cơ cấu phân loại của các loại nông sản như cam, chanh, chanh dây và bưởi, chúng tôi đã phát triển ba ý tưởng nhằm cải thiện hiệu quả phân loại dừa.

2.4.1 Băng tải và khí nén

Nguyên lý hoạt động của bộ phận đánh giá chất lượng trái dừa phân loại thành ba loại: loại 1 đạt chất lượng, loại 2 cần kiểm tra lại và loại 3 không đạt chất lượng Băng tải sẽ vận chuyển trái dừa đến các xi lanh 1, 2 hoặc 3, nơi có cảm biến NPN để xác định vị trí trái dừa Sau đó, bộ xử lý sẽ phát tín hiệu cho xi lanh để đẩy trái dừa vào giỏ phân loại theo sơ đồ hình 2.16.

Hình 2.16: Sơ đồ sử dụng băng chuyền và xi lanh để phân loại dừa Ưu điểm: Dễ dàng lắp đặt, thay thế và sửa chửa.

Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, vì phải lắp đặt thêm một băng tải riêng để phân loại.

2.4.2 Sử dụng tay gắp Ý tưởng sử dụng tay gắp để phân loại trái dừa dựa trên cơ cấu tay gắp hàng, tay gắp phân loại táo Nhận được tín hiệu của bộ xử lý, tay gắp sẽ di chuyển trái dừa đến đúng giỏ phân loại như hình Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho tay gắp sẽ lớn và nó sẽ làm cho không gian làm việc của hệ thống chiếm diện tích lớn.

Hình 2.17: Sơ đồ sử dụng tay gắp để phân loại dừa

Sử dụng cơ cấu mâm xoay quanh trục cố định để phân loại trái dừa là giải pháp tối ưu, nhờ vào không gian làm việc nhỏ gọn và cơ cấu truyền động đơn giản, dễ lắp đặt và sửa chữa.

Hình 2.18: Sơ đồ sử dụng mâm xoay để phân loại trái dừa

Nhóm chúng tôi sẽ lựa chọn và kết hợp các ý tưởng từ các bộ phận dựa trên các yếu tố như đặc điểm, khả năng vận hành, lắp đặt, bảo trì và tính kinh tế.

Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống làm sạch vỏ và kiểm tra chất lượng trái dừa

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Tính toán chọn động cơ

3.1.1 Động cơ băng truyền xích

Hình 3.1: Sơ đồ truyền động của băng chuyền dừa Ghi chú: 1: Động cơ

2: Đĩa xích 3: Đĩa chứa dừa

Trên băng chuyền chứa 10 trái dừa, trái dừa có khối lượng lớn nhất là 2 Kg.

Khối lượng của một đĩa chứa dừa là 0,5 Kg, trong khi băng chuyền có tổng cộng 26 đĩa Khối lượng xích RS 40 xấp xỉ 0,64 Kg/m, và xích này có cấu tạo 2 dãy với 800 mắt xích.

Tổng khối lượng băng chuyền là: tă t th đĩ í t 0 桴桴 3 桴3 㖋tⓗ (3.4)

Vậy lực kéo xích tải (băng chuyền) là: tă t th 桴 3 桴3 桴 3 桴 tⓗ (3.5) Vận tốc xích tải (băng chuyền) là:

(răng): Số răng đĩa chủ động ݐ 桴(mm): bước xích

(vòng/phút): Số vòng quay Công suất làm việc của băng chuyền là:

Công suất cần thiết trên động cơ điện là:

tt 0桴 : Hiệu suất của bộ truyền trục vít tự hãm

 䚨 0桴 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn

Số vòng quay sơ bộ là: t h 0 000 ò t ݐtú ⓗ (3.9)

Trong đó:h 0: Tỷ số truyền bộ truyền động trục vít

0 ò t ݐtú ⓗ Chọn hộp giảm tốc cốt âm NMRV 063 1/40

Thỏa mãn điều kiện: đ đt t (3.10)

Số vòng quay qua trục I: t h

Công suất trên trục I: đ  䚨tt 0桴 0桴 0桴 0桴㘰ⓗ (3.12) Momen trên trục I:

Thời gian để một trái dừa dịch chuyển:

Với 03桴 (mm): Khoảng cách của 16 mắt xích RS 40, khoảng cách tâm của hai trái dừa liên tiếp.

3.1.2 Động cơ bộ phận lau phần cuống và phần dưới trái dừa

Lực lau để tách nước và vết bẩn trên cuống là:

Công suất để làm sạch phần cuống trái dừa:

Vận tốc làm sạch của đầu lau: t 0000

Công cần thiết của động cơ để làm sạch phần cuống trái dừa:

tt 0桴 : Hiệu suất của bộ truyền trục vít tự hãm.

 䚨 0桴 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn.

Số vòng quay sơ bộ: t h 300 00 ò t ݐtú ⓗ (3.20)

Trong đó:h : Tỷ số truyền bộ truyền động trục vít.

0 ò t ݐtú ⓗ Chọn hộp giảm tốc cốt âm NMRV 040 1/5

Thỏa mãn điều kiện: đ đt t (3.21)

Số vòng quay qua trục lau: tà ht

Công suất trên trục lau: tà đ  䚨tt 0桴3 0桴 0桴 0桴㘰ⓗ (3.23) Momen trên trục lau: tà 桴 0 桴 0 0桴

Lực lau thực tế: tà t à t

Phần dưới của trái dừa dễ dàng làm sạch hơn so với phần cuống, vì vậy chúng ta nên lựa chọn động cơ cho phần dưới tương tự như động cơ được sử dụng để làm sạch phần cuống dừa.

3.1.3 Động cơ bộ phận lau xung quanh

Hình 3.2: Sơ đồ truyền động của bộ phận làm sạch Ghi chú: 1: Động cơ

2: Dây đai 3: Trục công tác

Vỏ trái dừa nhẵn bóng giúp việc tách nước và làm sạch vết bẩn trở nên dễ dàng hơn so với việc làm sạch cuống Lực lau cần thiết để loại bỏ nước và vết bẩn xung quanh trái dừa là rất quan trọng.

Công suất để làm sạch phần cuống trái dừa:

Vận tốc làm sạch của lau: t 0000

Công cần thiết của động cơ để làm sạch phần cuống trái dừa

0桴 0桴 0桴 0桴㖋 ⓗ (3.29)

t 0桴 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ

t 0桴 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn

 䚨 0桴 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn

Số vòng quay sơ bộ: t h 300 00 ò t ݐtú ⓗ (3.30)

Trong đó:h : Tỷ số truyền bộ truyền động bánh răng trụ

0 ò t ݐtú ⓗ Thỏa mãn điều kiện, đ đt t (3.31)

Số vòng quay qua trục lau: tà ht

Công suất trên trục lau: tà đ  䚨t t 0桴 0桴 0桴 0桴 0桴㘰ⓗ (3.33) Momen trên trục lau: tà 桴 0 桴 0 0桴

Lực lau thực tế: tà t à t

Tính toán băng chuyền xích

Vì tải trọng nhỏ và va đập nhẹ nên chọn xích con lăn

3.2.2 Chọn số răng đĩa xích

Số răng đĩa xích bị tải: h ă t 0 ă tⓗ (3.37)

3.2.3 Xác định số bước xích

Công suất tính toán, theo công thức 5.5, trang 83, sách [5]

Hệ số phân bố không đều tải trọng cho 2 dãy xích: 桴

Tính hệ số điều kiện sử dụng k

Theo công thức 5.4 và bảng 5.6, trang 81, 82, sách tính toán hệ dẫn động cơ khí

0 : Đường nối 2 tâm đĩa xích so với phương ngang < 60 0

: Khoảng cách trục a (30…50).p đ 桴 : Con lăn tăng xích t 桴 : Môi trường làm việc có bụi, bôi trơn không đủ (III) đ 桴 : Tải trọng va đập

桴 : Bộ truyền làm việc 2 ca

0 đ t đ 桴桴桴桴桴 (3.41)

Theo bảng 5.5, trang 81, sách [5], với 0 0 t ݐtⓗ chọn bộ truyền xích có bước xích p 12,7 (mm)

Thỏa mản điều kiện bền mòn Pt 2,2 (kW) ≤ [P] 35 (kW)

3.2.4 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích

Băng chuyền có 25 đĩa chứa dừa, mỗi đĩa cách nhau 16 mắt xích, vậy số mắt xích trên 1 dãy băng chuyền là:

Mỗi dãy xích sử dụng 1 đĩa xích 3 0 ă tⓗđể tăng xích.

Vì vậy khoảng cách trục giữa 2 đĩa xích và là ⓗ; khoảng cách trục giữa 2 đĩa và 3 là 3 00 ⓗ

3.2.5 Kiểm nghiệm số lần va đập của xích trong 1 giây

Theo công thức 5.14 và bảng 5.9 trang 85, [5] ྒ 3 桴

3.2.6 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền

Theo công thức 5.15, trang 85, sách [5]

㖋 đ 桴 : chế độ làm việc trung bình

: lực căng do lực ly tâm sinh ra

: lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra

Với q 1,9 Kg bảng 5.2, trang 78, sách [5] k : bộ truyền nằm ngang

Theo bảng 5.10, trang 86, sách [5] với 0 ò t ݐtú , chọn h

Vậy bộ truyền xích đảm bảo điều kiện bền.

3.2.7 Xác định thông số của đĩa xích và lực tác dụng

Xác định thông số của đĩa xích Đường kính vòng chia của đĩa xích được xác định theo công thức 5.17, trang

303桴 ⓗ (3.50) Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng xích phải nghiệm điều kiện công thức 5.18, trang 87, sách [5]:

00 ܯ ⓗ: Ứng suất tiếp xúc cho phép, tra bảng 5.11, trang 86, sách [5] tⓗ: Lực vòng đ: Lực va đập trên m dãy xích đ 3 0 ݐ3 3 0 3 桴桴3 0桴 tⓗ (3.52)

桴: Hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy

㖋 đ 桴 : Hệ số tải trọng động

0桴 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng xích

⇭ 桴 0 ܯ ⓗ: Mô đun đàn hồi

3 桴 ⓗ: Diện tích chiếu của bản lề (bảng 5.12, trang 87, sách [5])

0桴 0桴桴 0桴桴 0

Xác định lực tác dụng lên trục

Theo công thức 5.20, trang 88, sách [5]

桴 : Hệ số kể đến trọng lượng xích khi bộ truyền nằm ngang hoặc nghiêng một góc 00 tⓗ: Lực vòng Vậy

Thông số Ký hiệu Giá trị

Loại xích Xích con lăn

Số dãy xích 2 dãy Đường kính đường chia đĩa xích dẫn (mm) 303,27 Đường kính đường chia đĩa xích bị dẫn (mm) 303,27

Số răng đĩa xích dẫn 75

Số răng đĩa xích bị dẫn 75

Số răng đĩa tăng xích 3 50

Số mắt xích trên 1 dãy x 400

Khoảng cách trục và (mm) 1825

Khoảng cách trục và 3 3 (mm) 500

Lực tác dụng lên trục (N) 桴

Bảng 3.1: Bảng kết quả tính toán bộ truyền xíchTính toán trục

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Vật liệu làm trục là thép C45

Momen xoắn do động cơ tác động lên trục 78244 N.mm

Lực tác dụng của xích 569,25 N

Khoảng cách giữa ổ bi và động cơ 䚨 103 mm

Khoảng cách giữa ổ bi và đĩa xích 䚨 60 mm

Khoảng cách giữa 2 đĩa xích 䚨3 273 mm

Bảng 3.2: Bảng phân bố lực trên trục chủ động

Hình 3.3: Biểu đồ moment trên trục chủ động (Phần mềm AutoCAD)

Bảng 3.3: Bảng phân bố lực trên trục bị động

Hình 3.4: Biểu đồ moment trên trục bị động (Phần mềm AutoCAD)

Bảng 3.4: Bảng phân bố lực trên trục 3 (trục tăng dây xích)

Hình 3.5: Biểu đồ moment trên trục 3 (Phần mềm AutoCAD)

Tính toán lực đầu phun nước

Bộ phận phun nước có nhiệm vụ làm sạch trái dừa, loại bỏ bụi bẩn và sâu bọ bám chặt Phần cuống dừa là khu vực khó làm sạch nhất do tính mềm mại và sự tích tụ của bụi bẩn, sâu bọ trong các khe, rãnh.

Hình 3.6: Sâu bọ bám trên cuống trái dừa tại Công Ty TNHH MTV

Nông Hải Sản Hoa Mai

According to Science Direct, the adhesion strength of certain insect species, such as aphids, has been studied, revealing an average adhesion level of 2.3 Bar on surfaces.

Sử dụng đầu bơm áp lực nước 25 Bar qua 2 vòi phun để đẩy côn trùng, bọ,bụi,… ra khỏi bề mặt trái dừa.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN

Hệ thống điện

Hệ thống điện điều khiển động cơ trong quy trình xử lý dừa bao gồm băng truyền dừa, bộ phận lau, đầu chổi lau, động cơ bệ nâng loadcell và động cơ phân loại dừa Để đảm bảo hoạt động ổn định, hệ thống điện 3 pha cần được trang bị relay nhiệt để bảo vệ khi xảy ra quá tải.

Để đảm bảo các bộ phận khác hoạt động đồng thời, băng chuyền cần dừng lại trong 6 giây Việc này có thể thực hiện bằng cách sử dụng relay thời gian và công tắc hành trình; khi băng chuyền chạm vào công tắc, động cơ sẽ được relay thời gian ngắt trong 6 giây.

Hình 4.2: Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống làm sạch

Loadcell

Loadcell là cảm biến dùng để đo lực như khối lượng và mô-men xoắn, chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện Được gọi là "đầu dò tải" (load transducer), loadcell có khả năng biến đổi tải trọng thành tín hiệu điện Cấu tạo của loadcell gồm hai thành phần chính: "Strain gauge" và "Load".

Strain gauge là một loại điện trở mini, có kích thước tương đương với móng tay, hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở khi bị nén hoặc kéo dãn Thiết bị này cần được cấp nguồn điện ổn định và thường được gắn chặt lên bề mặt của "Load" để đo lường sự biến đổi lực tác động.

Hình 4.3: Một loại Strain gauge

R : Điện trở strain gauge (Ohm)

L : Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)

S : Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2)

: Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge

Khi dây kim loại chịu tác động của lực, điện trở của nó sẽ thay đổi Cụ thể, khi dây bị nén, chiều dài của strain gauge giảm và điện trở cũng giảm theo Ngược lại, khi dây bị kéo dãn, chiều dài tăng lên, dẫn đến điện trở tăng Sự thay đổi điện trở tỷ lệ thuận với lực tác động lên dây.

Load – một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.

Bốn cảm biến biến dạng (strain gauge) được kết nối thành cầu điện trở Wheatstone và dán vào bề mặt của Loadcell Điện áp kích thích khoảng 10V được cấp vào mạch cầu tại hai điểm, và điện áp đầu ra được đo tại hai điểm còn lại Trong trạng thái cân bằng (không tải), điện áp đầu ra gần bằng 0 khi bốn điện trở được gắn chính xác Khi có tải trọng tác động lên Loadcell, thân Loadcell bị biến dạng, dẫn đến sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại trong cảm biến Sự thay đổi này gây ra sự biến động điện áp đầu ra, thường rất nhỏ, khoảng 20 mV khi đạt tải tối đa.

Hình 4.5: Sự thay đổi điện áp của Loadcell khi có tải

Do trái dừa có khối lượng nhỏ, dao động từ 1,04 Kg đến 2,01 Kg, nhóm nghiên cứu đã chọn sử dụng Loadcell 5Kg với giới hạn đo nhỏ để nâng cao độ chính xác trong quá trình đo lường.

Thông số kỹ thuật của Loadcell sử dụng:

 Cảm biến vật cản hồng ngoại NPN E3F-DS30C4

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4

- Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.

- Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.

- Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

- Dòng kích ngõ ra: 300mA.

Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép tùy chỉnh điện áp ngõ ra linh hoạt Điện áp ngõ ra sẽ tương ứng với giá trị trở treo, tức là trở treo lên bao nhiêu thì điện áp ngõ ra sẽ đạt mức đó.

4.3 Xử lý ảnh tính thể tích

- Thống kê kích thước, thể tích thực tế của trái dừa.

- Tìm mối quan hệ giữa các kích thước và thể tích của trái dừa.

- Tìm kích thước trái thông qua camera.

4.3.1 Thống kê kích thước, thể tích thực tế của trái dừa.

Tại Công Ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai, chúng tôi tiến hành đo kích thước chiều dài và chiều rộng thực tế của trái dừa bằng thước kẹp 300mm, với độ chia nhỏ nhất 1mm và sai số 0.01mm Bên cạnh đó, nhóm cũng áp dụng nguyên lý tràn bình để thu thập thông số thể tích của trái dừa.

Nhóm chúng tôi khảo sát, thu thập và phân tích dữ liệu trái dừa tại Công Ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai như sau:

Bảng 4.1: Khảo sát kích thước và thể tích thực của trái dừa tại Công ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai (Tháng 4 năm 2020)

4.3.2 Tìm mối quan hệ giữa các kích thước và thể tích của trái dừa

Trái dừa có hình dạng giống như hình elip quay quanh trục dài nhất Để tính thể tích của trái dừa xiêm xanh, cần đo kích thước dài nhất và ngắn nhất của trái dừa Sau đó, áp dụng công thức tính thể tích tròn xoay của hình elip quanh trục dài nhất (2a).

(dm) Thể tích tính toán (lít)

Bảng 4.2: Thể tích tính toán (Số liệu tháng 4 năm 2020)

4.3.3 Tìm kích thước trái dừa thông qua camera.

Chúng tôi đã phát triển một thuật toán nhằm xác định chiều rộng và chiều cao của trái dừa bằng cách tính toán khoảng cách giữa các pixel theo cả chiều ngang và chiều dọc Thuật toán này sẽ tìm kiếm khoảng cách lớn nhất theo từng chiều để xác định kích thước của trái dừa tính theo pixel.

Hình 4.8: Cách chạy pixel xác định các điểm (ảnh chụp).

Để xác định kích thước của trái dừa, chúng ta sử dụng khung hình 640x480 pixel từ camera Bằng cách tách màu của trái dừa với màu nền xung quanh, thuật toán sẽ xác định đường viền của trái dừa Tiếp theo, thuật toán tìm hình chữ nhật có diện tích nhỏ nhất bao quanh trái dừa, từ đó xác định chiều rộng và chiều cao của trái dừa tính theo đơn vị pixel.

Hình 4.9: Giao diện xác định kích thước dừa(ảnh chụp)

Hình 4.10: Sơ đồ bố trí máy ảnh

Nguồn sáng chiếu trực tiếp vào trái dừa và máy ảnh, tạo ra ảnh ảo của trái dừa trên một màn chiếu trong không gian Kích thước của ảnh ảo này luôn lớn hơn kích thước thực của trái dừa.

Dựa vào hình, ta có:

Trong đó:䚨:Kích thước thực của trái dừa

: Kích thước của ảnh ảo trên màn chiếu do nguồn sáng chiếu vào trái dừa

: Khoảng cách từ nguồn sáng đến giữa trái dừa : Khoảng cách từ giữa trái dừa đến màn chiếu

: hệ số tỷ lệ giữa kích thước thực và kích thước ảo của trái dừa

Vì vậy, kích thước của trái dừa luôn bằng k lần kích thước của ảnh ảo trên màn chiếu do nguồn sáng chiếu vào trái dừa.

4.3.4 Tính thể tích trái dừa

Sau khi tìm được kích thước trái dừa thông qua camera, chúng tôi tiến hành áp dụng vào công thức thể tích toán vừa tìm được.

STT Thể tích thực V (lít) Thể tích tính toán (lít) Sai lệch thể tích

Trong bảng 4.3, số liệu tháng 4 năm 2020 cho thấy sai lệch giữa thể tích thực và thể tích tính toán đạt mức lớn nhất là 0,139.

Hình 4.11: Sai số thể tích thực và thể tích tính toán

Theo thiết kế, bộ phận đánh giá chất lượng được đặt trên băng chuyền dừa, do đó chỉ có thể chụp từ mặt đĩa của băng chuyền đến cuống trái dừa (hình 4.11) Chúng tôi tiến hành khảo sát để xác định mối liên hệ giữa chiều cao trái dừa và chiều cao từ mặt đĩa đến cuống trái dừa.

Hình 4.12: Trái dừa ở bộ phận đánh giá chất lượng Mối quan hệ giữa chiều cao trái dừa và chiều cao từ mặt đĩa đến cuống trái dừa:

Trong đó: H: chiều cao của trái dừa

: Chiều cao từ mặt đĩa đến cuống trái dừa Như vậy, thể tích trái dừa được tính:

Đánh giá chất lượng trái dừa

Để đánh giá chất lượng trái dừa, chúng tôi thu thập và phân tích dữ liệu trái dừa

Dựa vào bảng số liệu thống kê trên 110 mẫu dừa tại Công ty TNHH MTV Nông

Hải Sản Hoa Mai vào tháng 6 năm 2020, chúng tôi đánh giá độ sai lệch của tỷ trọng tính toán so với tỷ trọng thực tế biểu thị ở đồ thịhình 4.12.

STT Khối lượng Chiều rộngthực

Tỷ trọng toántính lệchSai trọngtỷ

Bảng 4.4: Sai lệch tỷ trọng thực và tỷ trọng tính toán của trái dừa tại

Công Ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai (Tháng 6 năm 2020)

Hình 4.13: Đồ thị sai lệch tỷ trọng tính toán so với tỷ trọng thực tế

Sau khi thực hiện quy hoạch thực nghiệm, chúng tôi đã nội suy được hàm số sai lệch giữa tỷ trọng thực và tỷ trọng tính toán là y = 1,0044x – 0,0003 Sai lệch này chủ yếu do độ sai số của cân và sai số trong quá trình xử lý ảnh Tuy nhiên, ảnh hưởng của sai lệch này đến giá trị đánh giá chất lượng là không đáng kể, như thể hiện trong bảng 4.4.

Loại đánh giá Tỷ trọng Số trái Khả năng phân loại

Loại 1 (Đạt chất lượng) 0桴 60 100%

Loại 2 (Kiểm tra lại) 0桴 0桴 44 Phụ thuộc con người

Loại 3 (Không đạt chất lượng) 0桴 6 100%

Bảng 4.5: Khả năng phân loại dừa (tháng 6 năm 2020)

Khả năng phân loại trái dừa loại 1 và 3 đạt 100%, trong khi trái dừa loại 2 gồm 41 trái loại 1 và 3 trái loại 3 cần được kiểm tra lại bởi công nhân Do nông sản, đặc biệt là trái dừa, không đồng nhất về hình dạng và kích thước, việc phân loại chính xác thành loại 1 và loại 3 gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi sự kiểm tra kỹ lưỡng từ người công nhân.

QUY TRÌNH CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Nguyên công 1: Tiện

Chọn máy tiện T616, công suất 4,5 kW, số vòng quay 0 ݐt ò ú t

5.1.1 Bước 1: Vạt mặt khoan tâm

Hình 5.1: Sơ gá đặt vạt mặt khoan tâm

Chi tiết định vị 5 bậc tự do

Chi tiết được kẹp chặt bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm

Tiện thô , tiện bán tinh 0桴

Theo máy chọn 0桴 ò t ݐtú ⓗ (4.1)

000 ݐtú ⓗ (4.3) ݐ ݐ ݐ ݐ ݐ 00 00桴 0桴 0 00桴㖋 ⓗ (4.4)

0 ݐ ݐ ݐ ݐ ݐ ݐ 0桴 0桴 0桴 0 桴3 㖋 (4.5)

Công suất tiêu thụ khi cắt t ݐ

So sánh với công suất của máy thỏa mãn

Theo máy chọn số vòng quay 0 ò t ݐtú ⓗ

Chế độ cắt theo máy

Hình 5.3: Sơ đồ gá đặt bước tiện bậc∅ bên A

Hình 5.4: Sơ đồ gá đặt bước vát cạnh 0 bên A

Hình 5.5: Sơ đồ gá đặt bước tiện bậc∅30bên B

Hình 5.6: Sơ đồ gá đặt bước tiện bậc∅ bên B

Hình 5.7: Sơ đồ gá đặt bước vát cạnh 0 bên B

Bước Lượng chạy dao s (mm/vòng)

Tốc độ cắt n (vòng/phút)

Bảng 5.1: Bảng chế độ cắt cho nguyên công tiện trục bậc

Nguyên công 2: Phay rãnh then

Hình 5.8: Sơ đồ gá đặt nguyên công phay rãnh then

KẾT QUẢ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

Kết quả thiết kế

Hình 6.1: Mô hình 3D hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng dừa

Sau khi cắt cuống, công nhân đặt dừa lên băng chuyền để chuyển đến bộ phận phun nước Băng chuyền sẽ di chuyển và dừng lại trong 6 giây, cho phép các bộ phận hoạt động đồng bộ.

Bộ phận phun nước có chức năng loại bỏ vết bẩn và sâu bọ trên cuống và xung quanh trái dừa Đầu phun tự động quay giúp tăng cường hiệu quả làm sạch Trong 6 giây hoạt động, bộ phận này chỉ phun ra 5ml nước, đảm bảo rằng lượng nước không đủ thời gian để thấm vào trái dừa.

Bộ phận làm sạch cơ học của trái dừa bao gồm hai phần: làm sạch xung quanh và làm sạch phần cuống Nhiệm vụ chính của bộ phận này là loại bỏ các vết bẩn và sâu bọ bám chặt trên cuống và vỏ dừa, đồng thời phân tách nước bên trong trái dừa Quá trình này giúp làm cho phần nước trong trái dừa mỏng hơn, từ đó thúc đẩy quá trình làm khô dừa nhanh chóng.

Bộ phận đánh giá chất lượng trái dừa có nhiệm vụ phân loại dừa có nước, không nước hoặc nứt bằng cách so sánh tỷ trọng của quả dừa với tỷ trọng chuẩn được lấy mẫu từ các cơ sở sản xuất dừa xuất khẩu Tỷ trọng chuẩn được phân tích theo tháng, và bộ phận này bao gồm cân động và xử lý ảnh, được đặt ở đầu băng chuyền Khi băng chuyền dừng lại, cơ cấu trục vít nâng phần cân động lên, giúp công nhân dễ dàng đặt trái dừa lên và hệ thống tự động thu nhận giá trị khối lượng Từ đó, bộ phận sẽ phân loại trái dừa thành loại 1 (đạt chất lượng), loại 2 (nghi ngờ) và loại 3 (không đạt chất lượng).

STT Đặc tính Thông số

1 Kích thước máy (Dài x Rộng x Cao) 2970x1070x1630mm

4 Động cơ băng truyền 1 Hp 3Pha 380v

5 Động cơ lau 1/2 HP 3Pha 380v

6 Thời gian hoạt động của máy 10 giờ/ ngày

7 Tốc độ di chuyển của băng truyền 0,6 m/s

Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật của hệ thống làm sạch và đánh giá chất lượng trái dừa

Hình 6.2: Hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng dừa

Khi đánh giá hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng trái dừa, cần chú ý hai vấn đề quan trọng: hệ thống phải có khả năng làm sạch hoàn chỉnh vỏ trái dừa và có khả năng phân loại trái dừa hư hay không hư thông qua việc đánh giá tỷ trọng của trái.

Kết quả thực nghiệm

6.2.1 Khả năng làm sạch trái dừa

Khả năng làm sạch trái dừa được đánh giá dựa vào một số tiêu chuẩn xuất khẩu ởmục 1.1.2 bao gồm:

- Sạch sẽ, thực tế không có bất kỳ vấn đề bên ngoài có thể nhìn thấy

- Không có vết nứt ở vỏ

- Không có độ ẩm bên ngoài bất thường, không bao gồm ngưng tụ sau khi loại bỏ khỏi kho lạnh.

Qua quá trình đánh giá thực tế, chúng tôi đã thu nhận kết quả từ hệ thống làm sạch Như đã đề cập ở chương 2, các chất bám trên trái dừa chủ yếu là đất, bụi, và sâu bọ, tập trung nhiều ở phần cuống và giảm dần về phía cuối trái dừa Để thực hiện thử nghiệm, chúng tôi đã chọn trái dừa có nhiều bùn đất và sâu bọ bám ở cuống và xung quanh vỏ, được lấy từ Công ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai.

Hình 6.3: Khả năng làm sạch của hệ thống: Trái dừa trước khi đưa vào hệ thống làm sạch (a), trái dừa sau khi được hệ thống làm sạch (b)

Hình 6.4: Trái dừa được làm sạch bằng hệ thống: Đầu phun nước (a);

Rulo lau và đầu chổi lau (b)

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống làm sạch hiệu quả loại bỏ hoàn toàn bùn đất và sâu bọ trên cuống và bề mặt vỏ trái dừa, như thể hiện trong hình 6.3 (b) Tuy nhiên, vẫn còn một lượng nước động lại trên vỏ và cuống trái dừa Để xác định chính xác lượng nước còn lại sau quá trình làm sạch, chúng tôi đã tiến hành cân khối lượng trái dừa trước và sau khi làm sạch, như minh họa trong hình 6.5 (a).

Trái dừa trước khi làm sạch có khối lượng 2,633 Kg, trong khi sau khi qua hệ thống làm sạch, khối lượng tăng lên 2,637 Kg Kết quả thực nghiệm cho thấy lượng nước còn lại trên bề mặt trái dừa là 0,004 Kg, tương đương với 4 ml nước Mặc dù lượng nước này rất nhỏ và có thể bốc hơi khi để ngoài môi trường, chúng tôi đã điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào đầu phun để tối ưu hóa quy trình.

Hệ thống làm sạch trái dừa đã đạt tiêu chuẩn xuất khẩu với năng suất 600 trái/giờ Mỗi 6 giây, trái dừa sạch sẽ được chuyển qua các bộ phận phun nước, rulo lau xung quanh và đầu chổi lau.

6.2.2 Khả năng phân loại trái dừa

Trong quá trình thực nghiệm, trái dừa được đánh giá thông qua việc so sánh tỷ trọng, bao gồm hai bước chính: cân khối lượng và xử lý ảnh.

Hình 6.7: Bộ phận xử lý ảnh: Buồng ảnh (a); Ảnh chụp từ camera (b)

Kết quả từ cân loadcell cung cấp giá trị khối lượng của trái dừa, trong khi bộ phận xử lý ảnh xác định kích thước dài và rộng của trái dừa ở dạng pixel (trên đĩa chứa dừa), như thể hiện trong hình 6.8 Các kích thước này cần được chuyển đổi sang đơn vị mm, với tỷ lệ 1 mm tương ứng với 0.378773545 pixel.

Hình 6.8 hiển thị kích thước của trái dừa sau khi xử lý ảnh, với W là chiều rộng và H là chiều cao tính từ mặt đĩa Công nghệ trí tuệ nhân tạo được ứng dụng trong việc suy đoán thể tích trái dừa dựa trên hai kích thước này từ hệ thống thị giác máy tính Kết quả xử lý, như thể hiện ở hình 6.9, cho thấy độ sai số bình phương tích lũy rất nhỏ, với giá trị trung bình chỉ 2%.

Hình 6.9: Sai lệch thể tích thực và thể tích tích toán trên Matlab

Bộ phận xử lý sẽ nhận giá trị khối lượng và thể tích của trái dừa, từ đó tính toán tỷ trọng và so sánh với giá trị tỷ trọng chuẩn được nêu ở mục 4.3 Sau khi phân tích, bộ xử lý sẽ gửi tín hiệu đến động cơ để phân loại trái dừa Đánh giá độ chính xác của hệ thống kiểm tra chất lượng trái dừa dựa vào khoảng giá trị tỷ trọng chuẩn (hình 6.10).

Vào tháng 6 năm 2020, Công ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai đã thực hiện thí nghiệm đánh giá chất lượng của 110 trái dừa, cho thấy độ sai lệch giữa tỷ trọng chuẩn và tỷ trọng tính toán Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng về chất lượng trái dừa trong thời gian nghiên cứu.

- Trái dừa loại 1: 61 trái dừa đạt chất lượng Độ chính xác đạt 100%.

- Trái dừa loại 2: 43 trái dừa, trong đó 3 trái bị hỏng cần được kiểm tra lại.

Phương pháp đánh giá chất lượng trái dừa loại 3 cho thấy 6 trái dừa không đạt tiêu chuẩn với độ chính xác 100% Điều này chứng tỏ rằng việc so sánh tỷ trọng là một cách hiệu quả để xác định chất lượng dừa Tuy nhiên, cần thiết phải thu thập thêm dữ liệu theo từng tháng để xác định giá trị tỷ trọng chuẩn, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá chất lượng dừa và giảm thiểu sự phụ thuộc vào yếu tố con người trong quá trình kiểm tra.

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	6,38 MB