Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp trồng nấm ngày càng phát triển, việc nâng cao năng suất và tự động hóa quy trình sản xuất đóng vai trò then chốt. Theo báo cáo của ngành, năng suất đóng bịch phôi nấm thủ công hiện nay còn thấp, gây tốn kém nhân công và không đồng đều về chất lượng sản phẩm. Mục tiêu của luận văn là thiết kế cải tiến máy đóng phôi bịch nấm nhằm tăng năng suất lên 1000 lọ/giờ, đồng thời nâng cao mức độ tự động hóa, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các cơ cấu cơ khí cồng kềnh và phức tạp hiện có. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ và vừa tại Việt Nam, với thời gian thực hiện trong 12 tháng năm 2017.

Ý nghĩa của đề tài thể hiện rõ qua việc cải tiến bộ phận định lượng và bộ phận đóng bịch phôi nấm sử dụng hệ thống khí nén, giúp tăng năng suất và tính ổn định trong sản xuất. Việc áp dụng công nghệ khí nén thay thế cơ cấu cơ khí truyền thống không chỉ giảm kích thước máy mà còn nâng cao hiệu quả vận hành. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất nấm, góp phần thúc đẩy công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành nấm Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về cơ học khí nén, truyền động xích tải và định lượng thể tích trong sản xuất tự động. Hai mô hình nghiên cứu chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết piston - xy lanh khí nén: Tính toán lực tác động, áp suất làm việc và lưu lượng khí qua xy lanh, đảm bảo piston vận hành ổn định và hiệu quả trong quá trình nén phôi nấm.

  • Mô hình truyền động xích tải: Xác định các thông số kỹ thuật của xích con lăn, bao gồm bước xích, số mắt xích, lực căng và công suất truyền động, nhằm đảm bảo băng tải vận hành bền bỉ, chịu tải tốt và giảm ma sát.

Các khái niệm chính bao gồm: áp suất làm việc của xy lanh, lực uốn cho phép của cần piston, hệ số ma sát trong truyền động, và định lượng thể tích nguyên liệu trong ống côn tương ứng với thể tích lọ phôi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp phân tích lý thuyết và thực nghiệm:

  • Phân tích lý thuyết: Thu thập và tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước về các loại máy đóng bịch phôi nấm hiện có, đánh giá ưu nhược điểm, từ đó đề xuất phương án cải tiến sử dụng khí nén thay cho cơ cấu cơ khí. Tính toán thiết kế chi tiết các bộ phận chính như bộ phận định lượng, băng tải xích và piston.

  • Thí nghiệm thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm xác định ảnh hưởng của số lần nén piston và độ ẩm mùn cưa đến chiều cao nguyên liệu trong lọ phôi. Sử dụng mẫu mùn cưa với độ ẩm 55%, 60%, 65%, thực hiện 10 lần thí nghiệm cho mỗi điều kiện. Đo chiều cao nguyên liệu sau mỗi lần nén để đánh giá mức độ nén và đề xuất số lần nén tối ưu.

  • Chế tạo và chạy thử: Hoàn thiện thiết kế, chế tạo mô hình máy đóng bịch phôi nấm cải tiến, chạy thử nghiệm với năng suất đạt 1000 lọ/giờ, đánh giá hiệu quả vận hành và điều chỉnh thiết kế.

Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 9 mẫu mùn cưa với 3 mức độ ẩm, mỗi mẫu được nén 1-3 lần piston. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của nguyên liệu và điều kiện sản xuất thực tế. Phân tích số liệu sử dụng thống kê mô tả và so sánh trung bình chiều cao nguyên liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng số lần nén piston đến chiều cao nguyên liệu: Kết quả thí nghiệm cho thấy chiều cao nguyên liệu trong lọ phôi giảm khi tăng số lần nén piston. Ví dụ, với độ ẩm 55%, chiều cao trung bình giảm từ 116.44 mm (1 lần nén) xuống 115.22 mm (2 lần nén) và 114.33 mm (3 lần nén). Tỷ lệ giảm tương ứng là 1,14% từ lần 1 đến lần 2 và 0,23% từ lần 2 đến lần 3.

  2. Ảnh hưởng độ ẩm mùn cưa: Độ ẩm cao hơn làm giảm chiều cao nguyên liệu sau nén. Ở 65% độ ẩm, chiều cao trung bình sau 3 lần nén là 114.13 mm, thấp hơn so với 116.44 mm ở 55% độ ẩm với 1 lần nén. Điều này cho thấy độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng nén chặt của nguyên liệu.

  3. Thiết kế bộ phận định lượng và băng tải xích: Tính toán thiết kế ống côn định lượng với thể tích tương đương thể tích lọ phôi (khoảng 435.8 cm³), đảm bảo định lượng chính xác. Băng tải xích con lăn được thiết kế với bước xích 12.7 mm, số mắt xích 92, khoảng cách trục 236 mm, đạt hệ số an toàn 22.46, vượt xa yêu cầu tối thiểu 7.

  4. Hiệu suất máy cải tiến: Mô hình máy đóng bịch phôi nấm sử dụng hệ thống khí nén đạt năng suất 1000 lọ/giờ, cao hơn so với các máy hiện có trong nước (700-900 lọ/giờ) và tương đương máy nhập khẩu. Động cơ công suất 0.04 kW với tốc độ trục 1280 vòng/phút được lựa chọn phù hợp với yêu cầu vận hành.

Thảo luận kết quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy số lần nén piston và độ ẩm nguyên liệu là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nén và chiều cao nguyên liệu trong lọ phôi. Việc chọn 2 lần nén piston là tối ưu, cân bằng giữa độ nén chặt và hiệu suất sản xuất. So sánh với các nghiên cứu trong nước và máy nhập khẩu, thiết kế cải tiến sử dụng khí nén giúp giảm kết cấu phức tạp, tăng tính tự động và năng suất.

Phân tích kỹ thuật truyền động xích tải và piston khí nén cho thấy các thông số thiết kế đều đảm bảo độ bền, an toàn và hiệu quả vận hành. Việc sử dụng xích con lăn với hệ số an toàn cao giúp băng tải hoạt động ổn định, giảm hao mòn và bảo trì. Các biểu đồ lực tác dụng lên trục và áp suất piston có thể minh họa rõ ràng sự ổn định của hệ thống.

Kết quả này phù hợp với xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong sản xuất nấm, đồng thời mở ra khả năng chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ và vừa, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng hệ thống khí nén trong bộ phận định lượng và đóng bịch: Khuyến khích các cơ sở sản xuất chuyển đổi từ cơ cấu cơ khí sang khí nén để tăng năng suất và tự động hóa, giảm chi phí bảo trì. Thời gian thực hiện trong 6-12 tháng, do các đơn vị kỹ thuật và sản xuất phối hợp.

  2. Tối ưu số lần nén piston ở mức 2 lần: Đề xuất vận hành máy với 2 lần nén piston để đảm bảo độ nén chặt của phôi nấm, nâng cao chất lượng bịch phôi và giảm hao hụt nguyên liệu. Chủ thể thực hiện là nhà vận hành máy và kỹ thuật viên bảo trì.

  3. Sử dụng băng tải xích con lăn với bước xích 12.7 mm và số mắt xích 92: Đảm bảo băng tải vận hành ổn định, chịu tải tốt và giảm ma sát, tăng tuổi thọ thiết bị. Các nhà thiết kế và kỹ sư cơ khí cần tuân thủ thông số này trong thiết kế và chế tạo.

  4. Đào tạo kỹ thuật vận hành và bảo trì máy mới: Tổ chức các khóa đào tạo cho công nhân và kỹ thuật viên về vận hành máy đóng bịch phôi nấm cải tiến, đặc biệt là hệ thống khí nén và băng tải xích. Thời gian đào tạo dự kiến 1-2 tháng.

  5. Nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện và thương mại hóa sản phẩm: Khuyến khích các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp để hoàn thiện thiết kế, thử nghiệm thực tế và phát triển sản phẩm thương mại, phục vụ rộng rãi thị trường trong nước và xuất khẩu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ sở sản xuất nấm quy mô nhỏ và vừa: Luận văn cung cấp giải pháp nâng cao năng suất đóng bịch phôi nấm, giúp các cơ sở này cải thiện hiệu quả sản xuất, giảm chi phí nhân công và tăng tính đồng bộ sản phẩm.

  2. Doanh nghiệp chế tạo máy và thiết bị tự động hóa: Thông tin chi tiết về thiết kế khí nén, truyền động xích và định lượng thể tích giúp các doanh nghiệp phát triển sản phẩm máy đóng bịch phôi nấm cải tiến, đáp ứng nhu cầu thị trường.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành cơ khí và công nghệ thực phẩm: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng kỹ thuật khí nén và truyền động trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời cung cấp phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển ngành nấm: Các cơ quan này có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành nấm, thúc đẩy chuyển giao công nghệ và nâng cao năng lực sản xuất trong nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy đóng bịch phôi nấm cải tiến có năng suất như thế nào so với máy hiện có?
    Máy cải tiến đạt năng suất 1000 lọ/giờ, cao hơn khoảng 10-30% so với các máy trong nước hiện nay có năng suất 700-900 lọ/giờ, đồng thời tương đương máy nhập khẩu.

  2. Tại sao sử dụng hệ thống khí nén thay cho cơ cấu cơ khí?
    Hệ thống khí nén giúp giảm kết cấu phức tạp, tăng tính tự động hóa, nâng cao năng suất và giảm chi phí bảo trì so với các cơ cấu cơ khí truyền thống.

  3. Số lần nén piston ảnh hưởng thế nào đến chất lượng phôi nấm?
    Số lần nén piston ảnh hưởng đến độ chặt của phôi nấm trong lọ. Thí nghiệm cho thấy 2 lần nén là tối ưu, đảm bảo phôi nén chặt mà không làm giảm chiều cao nguyên liệu quá nhiều.

  4. Băng tải xích con lăn có ưu điểm gì trong máy đóng bịch?
    Băng tải xích con lăn có độ bền cao, chịu va đập nhẹ, giảm ma sát và hao mòn, giúp vận hành ổn định và tăng tuổi thọ thiết bị.

  5. Máy có thể áp dụng cho quy mô sản xuất nào?
    Máy phù hợp với các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ và vừa, có thể nâng cao năng suất và tự động hóa trong điều kiện sản xuất hiện tại.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công máy đóng phôi bịch nấm cải tiến sử dụng hệ thống khí nén, đạt năng suất 1000 lọ/giờ.
  • Thí nghiệm xác định số lần nén piston tối ưu là 2 lần, cân bằng giữa độ nén chặt và hiệu suất sản xuất.
  • Thiết kế băng tải xích con lăn với các thông số kỹ thuật đảm bảo độ bền và an toàn vận hành.
  • Kết quả nghiên cứu có khả năng chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ và vừa, góp phần hiện đại hóa ngành nấm.
  • Đề xuất các giải pháp áp dụng và đào tạo kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và phát triển sản phẩm thương mại.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở sản xuất và doanh nghiệp chế tạo máy nên phối hợp triển khai áp dụng thiết kế cải tiến này, đồng thời tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để mở rộng ứng dụng. Để biết thêm chi tiết kỹ thuật và hỗ trợ chuyển giao công nghệ, vui lòng liên hệ với Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.