Tổng quan nghiên cứu

Chanh dây là loại quả có giá trị dinh dưỡng cao và được trồng phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt ở các vùng như Lâm Đồng với năng suất trung bình đạt từ 45-50 tấn/ha, có thể lên tới 80-100 tấn/ha khi chăm sóc tốt. Nhu cầu sử dụng chanh dây ngày càng tăng, kéo theo yêu cầu về quy trình chế biến hiệu quả và an toàn. Hiện nay, công đoạn rút ruột chanh dây chủ yếu được thực hiện thủ công, dẫn đến năng suất thấp và chi phí lao động cao. Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp phôi dạng tròn cho máy rút ruột chanh dây tự động nhằm nâng cao năng suất, giảm sức lao động và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo thành công cơ cấu cấp phôi dạng tròn phù hợp với kích thước trung bình của trái chanh dây (50-70mm), đạt công suất từ 1600 đến 2000 kg/h, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế về an toàn thực phẩm. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại TP. Hồ Chí Minh và các vùng trồng chanh dây như Lâm Đồng, trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến 2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sản xuất chế biến chanh dây, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm chi phí sản xuất cho các doanh nghiệp chế biến thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về cơ khí tự động hóa, đặc biệt là hệ thống cấp phôi tự động trong sản xuất công nghiệp. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết hệ thống cấp phôi tự động: Bao gồm các loại cơ cấu cấp phôi rời như vít tải, băng tải, gầu tải, phễu rung và giá nâng. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng dạng phôi và yêu cầu sản xuất khác nhau.

  2. Lý thuyết truyền động khí nén: Sử dụng xy lanh khí nén làm cơ cấu truyền động chính cho hệ thống cấp phôi, tận dụng ưu điểm về độ ổn định, dễ điều khiển và vệ sinh trong môi trường thực phẩm.

Các khái niệm chính bao gồm: cơ cấu cấp phôi rời, cơ cấu giá nâng, xy lanh khí nén, bạc trượt, và nguyên lý hút chân không trong rút ruột chanh dây.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ thực tế sản xuất và các tài liệu kỹ thuật liên quan đến chanh dây và máy móc chế biến. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Phân tích kích thước và đặc điểm vật lý của trái chanh dây: Kích thước trung bình 50-70mm, trọng lượng 30-75g tùy loại, tỉ lệ ruột chiếm khoảng 97% thể tích quả.

  • Thiết kế cơ khí: Tính toán và lựa chọn phương án cấp phôi phù hợp, thiết kế giá nâng có khả năng chứa 6 phôi mỗi lần tịnh tiến, sử dụng xy lanh khí nén với đường kính 63mm và hành trình 500mm.

  • Thử nghiệm và hiệu chỉnh: Chạy thử hệ thống cấp phôi, đánh giá hiệu suất cấp phôi, khắc phục lỗi như cấp phôi đôi bằng cách thêm vách ngăn.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2018, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm.

Cỡ mẫu thử nghiệm là các trái chanh dây được phân loại theo kích thước tiêu chuẩn, đảm bảo phù hợp với thiết kế máy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất cấp phôi và năng suất máy: Hệ thống cấp phôi dạng tròn với giá nâng chứa 6 phôi mỗi lần, vận hành với tần suất 15-20 hành trình/phút, đạt công suất cấp phôi từ 90 đến 120 phôi/phút, tương đương 360 kg/h. Khi kết hợp với 6 đầu hút chân không đồng thời, năng suất máy rút ruột đạt từ 1600 đến 2000 kg/h.

  2. Tỷ lệ rút ruột đạt khoảng 90%: Máy sử dụng nguyên lý hút chân không với công suất 1800W, đảm bảo rút gần hết phần ruột bên trong trái chanh dây, giảm thất thoát nguyên liệu.

  3. Độ chính xác và ổn định của cơ cấu cấp phôi: Thiết kế giá nâng với các vách ngăn và góc nghiêng 30 độ giúp phôi lăn vào máng dẫn chính xác, tránh tình trạng cấp phôi đôi hoặc kẹt phôi. Bạc trượt được sử dụng để giảm ma sát và tăng tuổi thọ thiết bị.

  4. Lựa chọn cơ cấu truyền động khí nén: Xy lanh khí nén đường kính 63mm, áp suất 6 bar, lực đẩy 187 kgf đảm bảo vận hành ổn định, tốc độ tịnh tiến phù hợp với yêu cầu công suất.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy cơ cấu cấp phôi dạng giá nâng là phương án tối ưu cho hệ thống rút ruột chanh dây tự động, vừa đảm bảo độ chính xác, vừa giảm thiểu hư hỏng phôi. So với các phương án khác như vít tải hay băng tải, giá nâng có ưu điểm về kích thước gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp và dễ bảo trì.

Việc sử dụng xy lanh khí nén làm cơ cấu truyền động phù hợp với môi trường thực phẩm, tránh ô nhiễm do dầu mỡ, đồng thời dễ dàng điều khiển và lắp đặt. So sánh với các nghiên cứu về máy rút ruột chanh dây ở nước ngoài, hệ thống này có năng suất cao hơn và chi phí đầu tư hợp lý hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ năng suất theo thời gian vận hành và bảng so sánh hiệu suất các phương án cấp phôi, giúp minh họa rõ ràng ưu điểm của thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường tự động hóa hệ thống cấp phôi: Nâng cấp cơ cấu giá nâng để chứa nhiều phôi hơn hoặc lắp đặt thêm các giá nâng song song nhằm tăng công suất lên trên 2000 kg/h trong vòng 12 tháng tới. Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật và sản xuất.

  2. Cải tiến hệ thống điều khiển khí nén: Áp dụng công nghệ điều khiển tự động bằng PLC để tối ưu hóa chu kỳ cấp phôi, giảm thiểu lỗi vận hành trong 6 tháng tiếp theo. Chủ thể thực hiện: Phòng tự động hóa.

  3. Nâng cao chất lượng vật liệu chế tạo: Sử dụng inox 304 cho toàn bộ các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chanh dây nhằm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tăng độ bền thiết bị. Thời gian thực hiện: 3 tháng. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án.

  4. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành máy và bảo dưỡng định kỳ để duy trì hiệu suất máy ổn định trong dài hạn. Thời gian: 1 tháng. Chủ thể thực hiện: Phòng nhân sự và kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Có thể ứng dụng hệ thống cấp phôi tự động để nâng cao năng suất, giảm chi phí lao động và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm trong sản xuất nước ép chanh dây.

  2. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Tham khảo để phát triển các công trình nghiên cứu về tự động hóa trong chế biến nông sản, đồng thời đào tạo sinh viên ngành cơ khí và công nghệ thực phẩm.

  3. Nhà sản xuất máy móc công nghiệp: Áp dụng thiết kế cơ cấu cấp phôi dạng tròn và truyền động khí nén để phát triển các sản phẩm máy móc chế biến thực phẩm tương tự, mở rộng thị trường.

  4. Nông dân và hợp tác xã trồng chanh dây: Hiểu rõ quy trình chế biến tự động để nâng cao giá trị sản phẩm, giảm thất thoát nguyên liệu và tăng thu nhập.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy rút ruột chanh dây tự động có năng suất bao nhiêu?
    Máy đạt năng suất từ 1600 đến 2000 kg ruột chanh dây mỗi giờ, cao hơn nhiều so với phương pháp thủ công, giúp tăng hiệu quả sản xuất.

  2. Cơ cấu cấp phôi dạng tròn có ưu điểm gì?
    Cơ cấu này đảm bảo cấp phôi chính xác, giảm tình trạng cấp phôi đôi, dễ dàng tháo lắp và vệ sinh, phù hợp với kích thước trái chanh dây tiêu chuẩn.

  3. Tại sao chọn xy lanh khí nén làm cơ cấu truyền động?
    Xy lanh khí nén dễ điều khiển, vận hành ổn định, không gây ô nhiễm thực phẩm và có giá thành hợp lý, phù hợp với môi trường sản xuất thực phẩm.

  4. Làm thế nào để khắc phục lỗi cấp phôi đôi?
    Bằng cách thiết kế thêm các vách ngăn trong giá nâng và tạo góc nghiêng 30 độ giúp phôi lăn đúng vị trí, tránh bị đẩy cùng lúc vào máng dẫn.

  5. Hệ thống có đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm không?
    Toàn bộ bộ phận tiếp xúc với chanh dây được làm bằng inox 304, kết hợp với thiết kế dễ tháo lắp và vệ sinh, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh quốc tế.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống cấp phôi dạng tròn cho máy rút ruột chanh dây tự động với công suất đạt 1600-2000 kg/h.
  • Cơ cấu giá nâng kết hợp xy lanh khí nén là giải pháp tối ưu, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong cấp phôi.
  • Tỷ lệ rút ruột đạt khoảng 90%, giảm thất thoát nguyên liệu và nâng cao hiệu quả sản xuất.
  • Hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm với vật liệu inox 304 và thiết kế dễ vệ sinh.
  • Đề xuất các bước tiếp theo gồm nâng cấp tự động hóa, cải tiến điều khiển và đào tạo nhân viên để ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.

Mời các đơn vị sản xuất và nghiên cứu liên hệ để được tư vấn và hợp tác phát triển công nghệ chế biến chanh dây tự động, góp phần nâng cao giá trị nông sản Việt Nam trên thị trường quốc tế.