Đồ án: tốt nghiệp thiết kế chế tạo và khảo nghiệm máy bóc vỏ thanh long

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế chế tạo và khảo nghiệm máy bóc vỏ thanh long, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Trần Văn Khánh
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Và Khảo Nghiệm Máy Bóc Vỏ Thanh Long
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Chế Tạo và Khảo Nghiệm

Đồ án tốt nghiệp là một phần quan trọng trong quá trình đào tạo ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy. Đây là cơ hội để sinh viên áp dụng toàn bộ kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực tế đã học trong suốt 4 năm đại học. Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy bóc vỏ thanh long là một ví dụ điển hình của đồ án tốt nghiệp tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Công việc này không chỉ đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu mà còn cần sự sáng tạo, khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn. Khảo nghiệm máy là giai đoạn cuối cùng nhưng vô cùng quan trọng, giúp xác minh hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị. Những đồ án như vậy góp phần phát triển công nghiệp nông nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực chế biến nông sản.

1.1. Khái niệm và Tầm Quan Trọng Đồ Án Tốt Nghiệp

Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học kết hợp thực hành, yêu cầu sinh viên phải có khả năng thiết kế, chế tạo các thiết bị máy móc. Tầm quan trọng của đồ án nằm ở việc giúp sinh viên phát triển tư duy kỹ thuật, nâng cao kỹ năng quản lý dự án. Qua quá trình này, học sinh có thể trực tiếp áp dụng công nghệ mới, hiểu rõ hơn về khảo nghiệm và kiểm định chất lượng sản phẩm trong sản xuất thực tế.

1.2. Vai Trò của Khảo Nghiệm trong Quá Trình Chế Tạo

Khảo nghiệm máy là bước không thể thiếu để đảm bảo hiệu suất hoạt động. Quá trình này bao gồm kiểm tra các thông số kỹ thuật, độ chính xác, hiệu suất làm việc của thiết bị. Khảo nghiệm giúp phát hiện những lỗi thiết kế, vấn đề trong quá trình chế tạo, từ đó có thể cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng. Các kết quả khảo nghiệm là cơ sở để xác định độ tin cậy và khả năng sử dụng lâu dài của máy.

II. Quá Trình Thiết Kế Máy Bóc Vỏ Thanh Long

Thiết kế máy bóc vỏ thanh long là một dự án thực tế nhằm giải quyết vấn đề tự động hóa trong xử lý nông sản. Thanh long được trồng phổ biến ở các tỉnh miền Tây và Đông Nam Bộ, nhưng quá trình bóc vỏ vẫn chủ yếu thực hiện thủ công. Thiết kế máy cần phải cân nhắc kỹ lưỡng về nguyên lý hoạt động, độ tinh tế của quả, và năng suất mong muốn là 1000 kg/ca (8 giờ). Quá trình thiết kế bao gồm nhiều bước: nghiên cứu nguyên lý, tính toán động lực học, lựa chọn vật liệu, và khảo nghiệm trên mô hình thực nghiệm trước khi sản xuất máy chính thức. Sự phối hợp giữa thiết kế lý thuyết và chế tạo thực tế là yếu tố quyết định thành công.

2.1. Phân Tích Nhu Cầu và Đặc Điểm Trái Thanh Long

Trước khi thiết kế, cần phải hiểu rõ đặc điểm của trái thanh long: kích thước, độ cứng của vỏ, độ mỏng của thịt. Phân tích nhu cầu thị trường cho thấy cần máy bóc vỏ có năng suất cao, bảo vệ thịt quả khỏi bị tổn thương. Các tỉnh miền Tây cần giải pháp tự động hóa để tăng hiệu suất sản xuất, giảm chi phí nhân công, nâng cao chất lượng sản phẩm chế biến.

2.2. Nguyên Lý Hoạt Động và Tính Toán Kỹ Thuật

Nguyên lý bóc vỏ dựa trên cơ chế quay với chất mài nhẹ hoặc con lăn cao su. Tính toán cần xác định tốc độ quay tối ưu, lực tác dụng, để vỏ được bóc mà không làm hư thịt. Thiết kế phải tính đến yếu tố an toàn, tiêu tốn điện năng, và khả năng điều chỉnh cho các kích cỡ quả khác nhau.

III. Giai Đoạn Chế Tạo và Lắp Ráp Thiết Bị

Chế tạo máy bóc vỏ thanh long là quá trình biến các bản vẽ thiết kế thành sản phẩm thực tế. Giai đoạn này đòi hỏi kỹ năng cao trong gia công cơ khí, lựa chọn vật liệu phù hợp, và sử dụng các công cụ hiện đại. Các chi tiết máy cần được chế tạo với độ chính xác cao để đảm bảo lắp ráp suôn sẻ. Chế tạo bao gồm gia công chi tiết, xử lý bề mặt, kiểm tra kích thước, và sau đó là lắp ráp các bộ phận. Giai đoạn này không chỉ kiểm tra độ chính xác kỹ thuật mà còn các khía cạnh về an toàn lao động, hiệu suất năng lượng, và tính bền vững của sản phẩm.

3.1. Lựa Chọn Vật Liệu và Gia Công Chi Tiết

Vật liệu chính cho chế tạo máy bao gồm thép, nhôm, và các loại cao su chuyên dụng. Các chi tiết quan trọng như trục quay, khung máy, bộ bóc vỏ cần được gia công với độ chính xác IT6-IT7. Gia công sử dụng xe CNC, máy phay, máy tiện để đảm bảo hiệu suất cao và lỗi thấp nhất. Mỗi chi tiết phải được kiểm tra kích thước, độ thẳng, độ vuông góc trước khi lắp ráp.

3.2. Quy Trình Lắp Ráp và Hiệu Chỉnh Ban Đầu

Lắp ráp máy theo thứ tự từ khung chủ, rồi các bộ phận con. Cần tuân thủ bản vẽ lắp chính xác, sử dụng công cụ chuyên dụng để đảm bảo độ căn chỉnh. Sau lắp ráp, tiến hành hiệu chỉnh các thông số như độ căn chỉnh trục, lực nén, tốc độ quay, đảm bảo máy hoạt động ổn định trước khi khảo nghiệm chính thức.

IV. Khảo Nghiệm Máy và Đánh Giá Kết Quả

Khảo nghiệm máy bóc vỏ thanh long là bước cuối cùng trong quá trình thiết kế, chế tạo. Đây là giai đoạn xác minh các chỉ tiêu kỹ thuật, hiệu suất, độ tin cậy của thiết bị. Khảo nghiệm gồm nhiều thử nghiệm: kiểm tra khả năng bóc vỏ với các kích cỡ quả khác nhau, đo lường tỷ lệ phế phẩm, xác định năng suất thực tế. Các dữ liệu từ khảo nghiệm được ghi nhận chi tiết, phân tích để đánh giá xem máy có đáp ứng yêu cầu ban đầu không. Nếu phát hiện vấn đề, tiến hành điều chỉnh, cải tiến thiết kế. Quá trình khảo nghiệm kéo dài vài tuần, với số lượng trái thử nghiệm lớn để đảm bảo tính tin cậy của kết quả.

4.1. Phương Pháp và Tiêu Chuẩn Khảo Nghiệm

Khảo nghiệm máy theo các tiêu chuẩn định sẵn: kiểm tra độ bóc vỏ sạch, tỷ lệ trái bị hư hỏng, năng suất (kg/giờ), mức tiêu hao điện năng, độ ồn. Tiêu chuẩn yêu cầu ít nhất 95% thanh long được bóc vỏ sạch, không hư hỏng thịt quả, năng suất đạt 125 kg/giờ trở lên. Khảo nghiệm được thực hiện trên nhiều loại thanh long khác nhau, từ kích cỡ nhỏ đến lớn, để đảm bảo máy hoạt động tốt trong mọi điều kiện.

4.2. Phân Tích Kết Quả và Đề Xuất Cải Tiến

Dữ liệu khảo nghiệm được phân tích để xác định hiệu suất thực tế máy. Nếu phát hiện lỗi, tiến hành điều chỉnh tốc độ, áp lực, hoặc thay đổi chi tiết bóc vỏ. Kết quả khảo nghiệm cuối cùng được ghi nhận trong báo cáo, kèm theo lời đề xuất về sử dụng, bảo dưỡng, và có thể cải tiến trong các phiên bản tiếp theo của máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Cơ sở lý thuyết - Chương 4: Các phương pháp bóc vỏ trái thanh long - Chương 5: Tính toán thiết kế máy bóc vỏ trái thanh long - Chương 6: Chế tạo thử nghiệm - Đánh giá - Chương 7: Kết luận – Kiến nghị 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Giới thiệu chung về cây thanh long 2. Nguồn gốc về cây thanh long Thanh long (Hylocereus undatus (Haw. et Rose) có tên tiếng Anh là Pitahaya hay còn gọi là Dragon fruit, thuộc họ xương rồng, có nguồn gốc ở các vùng sa mạc thuộc Mexico và Colombia, được người Pháp đem vào trồng ở Việt Nam trên 100 năm nay, nhưng mới được đưa lên thành hàng hóa từ thập niên 1980 [2].

Cây thanh long cũng được trồng thương mại ở Nicaragua và vùng khí hậu nhiệt đới ở một số nước, trong đó có Trung Quốc, Thái Lan, Đài Loan [3]. Thanh long có vị ngọt trung bình và ít calories, có ruột và nước ép thu hút với hương trái cây phảng phất. Trái thanh long có hình ovan, vỏ của nó có màu hồng của hoa vân anh hay màu vàng phụ thuộc vào giống loại. Nhu cầu sinh thái của cây thanh long Thanh long là cây nhiệt đới khô là loại cây thuộc họ xương rồng, chịu nắng hạn, dễ 0 0 trồng.

Nhiệt độ thích hợp cho cây thanh long tăng trưởng và phát triển là 14 C – 26 C và 0 0 tối đa là 38 C – 40 C. Trong điều kiện có sương gió nhẹ với thời gian ngắn sẽ gây ảnh hưởng cho thanh long. Cây thanh long chịu ảnh hưởng của quang kỳ, ra hoa trong điều kiện ngày dài, cây sinh trưởng và phát triển tốt ở các nơi có ánh sáng đầy đủ; thiếu ánh sáng thân cây ốm yếu, lâu cho quả. Tuy nhiên, nếu cường độ ánh sáng và nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng của thanh long.

1 Cây thanh long Thanh long có tính chống chịu cao với điều kiện môi trường không thuận lợi như chịu hạn giỏi, tuy nhiên khả năng chịu úng của cây không cao. Để cây phát triển tốt, cho nhiều trái và trái to cần cung cấp đủ nước, nhất là trong thời kỳ phân hóa mầm hoa, ra hoa và kết 5 trái. Nhu cầu về lượng mưa cho cây là 800 – 2.000 mm/năm, nếu vượt quá sẽ dẫn tới hiện tượng rụng hoa và thối trái. Thanh long trồng được trên nhiều loại đất từ đất khô cằn, đất cát, đất xám bạc màu, đất phèn đến đất phù sa, đất đỏ bazan, đất thịt, thịt pha sét.

Tuy nhiên, để trồng thanh long đạt hiệu quả cao, đất phải tơi xốp, thông thoáng, thoát nước tốt, đất phèn nhẹ hoặc đất phù sa phủ trên nền phèn có pH từ 5,5 đến 6,5 với hàm lượng hữu cơ cao, không bị nhiễm mặn [2]. Một số địa phương trong nước cũng trồng loại cây này nhưng xem ra thanh long phù hợp hơn cả với vùng đất Bình Thuận và Chợ Gạo (Tiền Giang). Đặc điểm chung của cây thanh long 2. Rễ Thanh long có hai loại rễ.

Rễ địa sinh là loại rễ chính phát sinh từ phần lõi của gốc hom, có nhiệm vụ bám vào đất và hút các chất dinh dưỡng nuôi cây, tập trung chủ yếu ở lớp đất mặt từ 0 đến 30 cm. Rễ khí sinh là loại rễ mọc từ phần đoạn thân cây trên mặt đất, có nhiệm vụ giữ cho cây bám chặt vào giá đỡ, góp phần vào việc hút nước, chất dinh dưỡng nuôi cây. Những rễ khí sinh mọc gần mặt đất thường đi vào trong đất và trở thành rễ địa sinh [4]. Thân, cành Thanh long trồng ở nước ta có thân, cành bò trên trụ đỡ.

Thân cành thường có ba cánh dẹp, xanh, hiếm khi bốn cánh. Mỗi cánh chia làm nhiều thùy có chiều dài 3 – 4 cm. Đáy mỗi thùy có từ 3 đến 5 gai ngắn. Mỗi năm cây có từ 3 đến 4 đợt cành, đợt cành thứ nhất là cành mẹ của đợt cành thứ hai và cứ thế cành xếp từng lớp trên đầu trụ.

Khoảng cách giữa hai đợt ra cành là 40 – 50 ngày. Số lượng cành trên cây tăng theo tuổi cây [2]. 3 Thân, cành cây thanh long Chiều dài cành thanh long đo ở cuối vụ thu hoạch được trình bày ở bảng 2.1 Tuổi vườn Trung bình (cm) Dài nhất (cm) Ngắn nhất (cm) 1 73 119 42 2 82 140 52 3 98 180 49 4 108 160 45 5 103 140 53 Bảng 2. 1 Chiều dài cành thanh long 2.

Hoa thanh long Sau khi trồng 1 – 2 năm, thanh long bắt đầu ra hoa. Từ năm thứ 3 trở đi, cây ra hoa ổn định. Hoa mọc từ các đoạn cành trưởng thành, là những cành có thời gian sinh trưởng khoảng 100 ngày tuổi, hoa tập trung chủ yếu ở các mắt đến ngọn cành [4]. Vào độ cuối tháng 3 Âm lịch hằng năm, thanh long ra hoa, đến tháng 5, những cây ra hoa sớm đã có quả chín và kéo dài đến cuối tháng 8.

Thanh long ra hoa đồng loạt theo từng lứa, sau khi thụ phấn sẽ hình thành trái. Trong vòng 10 ngày đầu, trái phát triển chậm sau đó tăng rất nhanh về kích thước và trọng lượng. Trong 2 giai đoạn 16÷18 ngày và 28÷34 ngày sau khi nở, sự gia tăng trọng lượng và đường kính của trái rất nhanh và đặc biệt là trong giai đoạn sau nên nông dân có tập quán giữ trái trên cây để trái có trọng lượng cao hơn. Nếu trong giai đoạn này tưới nước nhiều quá hoặc trời mưa lớn sẽ gây hiện tượng nứt quả.Trong khi chín độ cứng của trái giảm hẳn.

Độ cứng của trái giảm rất nhanh từ ngày thứ 16 đến ngày thứ 25 sau khi hoa nở và sau đó độ cứng tiếp tục giảm nhưng chậm hơn. 4 Hoa cây thanh long Hoa thanh long là hoa lưỡng tính, rất to, có chiều dài trung bình 25 – 35 cm. Hoa thường nở tập trung từ 20 đến 23 giờ đêm và đồng loạt trong vườn. Thời gian từ hoa nở đến tàn trong vòng 2 – 3 ngày, từ khi xuất hiện nụ đến hoa tàn khoảng 20 ngày.

Hoa xuất hiện rộ nhất từ tháng 5 – 8 dương lịch, trung bình có 4 – 6 đợt hoa rộ mỗi năm [2]. Trái thanh long Trái thanh long hình thành sau khi hoa được thụ phấn. Trong 10 ngày đầu trái lớn chậm, sau đó trái lớn rất nhanh. Thời gian từ khi hoa thụ phấn đến thu hoạch chỉ từ 22 đến 25 ngày.

Trái thanh long hình bầu dục có nhiều tai lá xanh do phiến hoa còn lại, đầu trái lõm sâu tạo thành “hốc mũi”. Khi còn non vỏ trái màu xanh, lúc chín vỏ chuyển sang màu đỏ tím rồi đỏ đậm [2]. Thịt trái màu trắng xen những hạt nhỏ màu đen như mè. Trọng lượng trái trung bình từ 200 đến 700 g, hiện nay do bà con nhà vườn thâm canh cao nên có nhiều trái lớn trên 1 kg.

Độ chua của trái giảm rất nhanh từ ngày thứ 22 đến ngày thứ 28 sau khi nở hoa và tiếp tục giảm nhưng không đáng kể (từ 1,5% xuống 0,04%). Để tiêu thụ thị trường trong nước, nông dân thích để trái trên cây lâu hơn vì người tiêu dùng thích trái có vị ngọt hơn. Quả thanh long có hình dạng giống quả su hào nhưng thon và dài, quả của nó có 3 dạng, trên quả có nhiều tai. Quả có chứa rất nhiều hạt giống như hạt vừng đen nằm lẩn lộn trong ruột, thành phần chủ yếu là celluloza, khi ăn vào không tiêu hóa.

Khi bổ quả ra có mùi thơm dịu. Quả có thể chế biến thành nước uống hay rượu vang và có thể phối hợp với các loại khác làm nước uống hỗn hợp. Hoa thanh long có thể ăn được hoặc ngâm vào nước để uống giống chè. 5 Trái thanh long lúc còn non và sau khi chín 2.

Phân loại Ở các nước, thanh long được trồng với các loại giống khác nhau: - Hylocereus undatus thuộc chi Hylocereus: có ruột trắng với vỏ hồng hay đỏ. Loại này được trồng rộng rãi ở các tỉnh Bình Thuận, Long An, Tiền Giang… - Hylocereus polyrhizus (hay Hylocereus costaricensis) thuộc chi Hylocereus:có ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ. Loại này được lai tạo từ giống thanh long ruột trắng Bình Thuận với giống ruột đỏ nhập từ Colombia. Được trồng ở Israel - Selenicereus megalanthus thuộc chi Selenicereus: ruột trắng với vỏ vàng có nguồn gốc ở Trung và Nam Mỹ, được trồng với diện tích giới hạn tại Colombia, quả được xuất khẩu sang châu Âu và Canada.

Một số kết quả nghiên cứu cho thấy vỏ và thịt trái thanh long ruột đỏ giàu polyphenol, chống oxi hóa rất tốt [6]. 6 Phân loại giống thanh long Giống thanh long trồng ở nước ta chưa phong phú về chủng loại; giống được trồng phổ biến hiện nay là thanh long ruột trắng (Hylocereus undatus) với hai giống là thanh long Bình Thuận và thanh long Chợ Gạo [7]. 7 Phân loại thanh long Bình Thuận và thanh long Chợ Gạo 2. Sản lượng sản xuất thanh long 2.

Tình hình sản xuất thanh long ở Việt Nam Trong những năm gần đây, thanh long xuất khẩu ra nhiều nước trên thế giới với số lượng ngày càng tăng đã thúc đẩy nhanh việc phát triển sản xuất và tiêu thụ thanh long trên cả nước. Diện tích thanh long trên cả nước năm 2009 đạt diện tích khoảng 14.595 ha tăng hơn so với năm 2008 là 6% (884 ha); năm 2010 ước đạt diện tích khoảng 16.096 ha tăng hơn so với năm 2009 là 10% (1.501ha); trong đó, Bình Thuận đứng đầu với 13.404 ha, kế đến là Tiền Giang: 1.896 ha và sau cùng là Long An: 1.200 ha; Năm 2011, diện tích thanh long ở Bình Thuận đã tăng lên hơn 16.500 ha và Tiền Giang là 2500 ha. Ngoài ra, Tây Ninh, Đồng Nai, Cà Mau, và một số tỉnh phía Bắc như Hà Nội và các tỉnh miền núi phía Bắc cũng đã trồng thanh long nhưng quy mô nhỏ, chưa nhiều. Sản lượng thanh long của Việt Nam cũng tăng lên qua từng năm, đặc biệt ước đạt cao nhất ở năm 2010 là 346.

Như vậy sau 7 năm (từ năm 2003 đến năm 2010), sản lượng thanh long đã tăng 270%. 8 Diện tích sản lượng thanh long Việt Nam từ năm 2003-2010 10 Diện tích và sản lượng TL của Việt Nam và các tỉnh năm 2013 Địa phương Diện tích (ha) % so VN Sản lượng (tấn) % so VN Việt Nam 28. 2 Diện tích và sản lượng TL của Việt Nam và các tỉnh năm 2013 Nguồn: Vinafruits và SởNN&PTNT các tỉnh BT, TG và LA năm 2013 [28] Sau 3 năm (từ 2010 đến 2013) sản lượng thanh long Việt Nam tăng thêm 150% nữa. Tình hình tiêu thụ thanh long ở Việt Nam Thanh long Việt Nam được tiêu thụ theo 2 phương thức: - Thị trường nội địa: chiếm khoảng 15-20% tổng sản lượng.