Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Xoài (Mangifera indica L., thuộc họ Đào lộn hột - Anacardiaceae) là một trong những loại cây ăn trái nhiệt đới chủ lực tại Việt Nam, đặc biệt phân bố tập trung ở các tỉnh Nam Bộ với nhiều giống thương phẩm như xoài Cát Hòa Lộc, Cát Chu, Keo, Tứ Quý, xoài Tượng, xoài Thái và xoài Úc. Nguồn nguyên liệu này phục vụ rộng rãi cho thị trường tiêu thụ tươi và các dây chuyền chế biến sâu như xoài sấy dẻo, mứt, kẹo, nước ép đóng chai và xoài cấp đông xuất khẩu. Tuy nhiên, đặc tính của xoài là chín nhanh, thời gian bảo quản ngắn và dễ dập nát, tạo áp lực giải tỏa sản lượng rất lớn vào chính vụ thu hoạch.

Tại các cơ sở sản xuất và chế biến thực phẩm quy mô vừa và nhỏ ở Việt Nam, công đoạn tách vỏ xoài hiện nay phần lớn vẫn thực hiện thủ công bằng dao bào cầm tay. Phương thức này bộc lộ nhiều hạn chế: năng suất thấp, tốn nhiều nhân công, hao hụt phần thịt quả không đồng đều, khó đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm và thường xuyên gây tình trạng ùn ứ nguyên liệu cục bộ. Trong khi đó, các dòng máy gọt vỏ công nghiệp nhập khẩu từ nước ngoài (như Kronen FP20, Malver, PL6M, Mangher) có công suất lớn, kết cấu cồng kềnh và chi phí đầu tư rất cao, không phù hợp với năng lực tài chính và mặt bằng sản xuất của các cơ sở chế biến vừa và nhỏ trong nước.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện nhiệm vụ: "Thiết kế, chế tạo máy gọt vỏ xoài" (Mã số đề tài: 22223DT222), do nhóm sinh viên Bùi Văn Hậu, Phạm Minh Điền, Nguyễn Quốc Hùng thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Phan Thanh Vũ (tháng 07/2023).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Tìm hiểu quy trình sản xuất, khảo sát đặc tính hình thái, cơ lý tính của các loại xoài phổ biến và nhu cầu thực tế của các cơ sở chế biến vừa và nhỏ.
  2. Nghiên cứu nguyên lý gọt vỏ, phân tích và lựa chọn phương án kết cấu máy tối ưu cho năng suất thiết kế $60\text{ kg/giờ}$ (tương đương $120 - 150\text{ quả/giờ}$).
  3. Tính toán, thiết kế chi tiết hệ thống truyền động cơ khí, kết cấu khung đỡ, cụm kẹp định vị và cụm dao cắt gọt.
  4. Thiết kế hệ thống điện điều khiển bán tự động, bảo đảm vận hành an toàn và tin cậy.
  5. Chế tạo mô hình thực tế, lắp ráp, thử nghiệm vận hành và hiệu chỉnh các thông số làm việc của máy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quả xoài chín ươm thuộc các giống phổ biến tại miền Nam (xoài Keo, xoài Tứ Quý, Cát Chu, Cát Hòa Lộc...); quy trình công nghệ gọt vỏ thực phẩm; các dòng máy gọt vỏ quả công nghiệp hiện có trên thị trường.
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn kích thước quả xoài xử lý có chiều dài từ $11 - 15\text{ cm}$, chiều rộng từ $6 - 9\text{ cm}$, chiều dày từ $5 - 8\text{ cm}$; thiết kế mô hình máy gọt vỏ bán tự động 2 vị trí gọt đồng thời; phạm vi chế tạo thực nghiệm và khảo nghiệm tại xưởng thực hành Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết cơ học máy, phương pháp khảo sát thực tế và phương pháp thực nghiệm đo đạc thông số cơ lý tính nông sản:

Khảo sát đặc tính kích thước nguyên liệu

Nhóm tác giả tiến hành đo đạc kích thước thực tế trên mẫu khảo sát gồm 100 trái xoài thương phẩm tại các cửa hàng Bách Hóa Xanh và điểm kinh doanh trái cây trên đường Quang Trung, Lê Văn Chí (TP. Thủ Đức, TP.HCM). Kết quả thống kê hình học được tổng hợp nhằm xác định không gian làm việc của cơ cấu kẹp và hành trình của dao gọt:

Loại xoài Khối lượng trung bình (g/quả) Chiều dài trung bình (cm) Chiều rộng trung bình (cm)
Xoài Cát Hòa Lộc 415 14,5 8,2
Xoài Tứ Quý 500 (biên độ 350 - 550) 12,8 (biên độ 11,6 - 14,0) 8,5 (biên độ 7,0 - 10,0)
Xoài Thái 352 11,7 6,3
Xoài Keo 250 - 400 12,0 - 15,0 5,5 - 7,5

Thực nghiệm xác định cơ lý tính quả xoài

Nhằm cung cấp số liệu đầu vào cho tính toán tải trọng động cơ và độ bền cơ khí, tác giả thiết lập hai bài toán thực nghiệm đo lực trực tiếp bằng bàn cân và đồ gá chuyên dụng:

  1. Thực nghiệm đo lực kẹp giữ: Quả xoài được đặt lên bàn cân, dùng đầu kẹp tác dụng lực ép từ từ theo phương dọc trục quả đến khi đạt độ sâu tiếp xúc hạt ($18 - 22\text{ mm}$).

    • Xoài Keo chín vừa: Lực kẹp đo được ở độ sâu $22\text{ mm}$ là $70\text{ N}$.
    • Xoài Tứ Quý chín vừa: Lực kẹp đo được ở độ sâu $22\text{ mm}$ là $65\text{ N}$.
    • Để đảm bảo hệ số an toàn chống trượt khi quả xoài quay cắt gọt, lực kẹp tính toán thiết kế được chọn gấp đôi: $F_k = 140\text{ N}$.

  2. Thực nghiệm đo lực cắt gọt vỏ: Đồ gá gắn lưỡi dao bào tiếp xúc với quả xoài đặt trên bàn cân; tiến hành xoay tròn và gia tải cho đến khi tách được lớp vỏ.

    • Lực cắt thực tế ghi nhận dao động từ $30\text{ N}$ đến $32,6\text{ N}$ (đối với xoài Tứ Quý và xoài Keo chín vừa).
    • Chọn lực cắt tính toán với hệ số an toàn gấp đôi: $F_c = 80\text{ N}$.

  3. Yêu cầu kỹ thuật đối với dao cắt: Phỏng theo nguyên lý dao bào thủ công, lưỡi dao bằng thép không gỉ có độ sắc từ $20 - 40\text{ }\mu\text{m}$, bảo đảm lát cắt mỏng đều từ $1,0 - 1,5\text{ mm}$, bề rộng dải vỏ tách ra đạt xấp xỉ $10\text{ mm}$.

Thiết kế và triển khai

Phân tích và lựa chọn phương án bố cục máy

Đề tài so sánh ba phương án kết cấu:

  • Phương án 1 (Gọt theo phương ngang): Dẫn động trục vít me kết hợp xi lanh kẹp ngang. Nhược điểm là quả xoài nằm ngang dễ bị võng, rơi phôi khi xoay, hao hụt thịt nhiều và tốn diện tích mặt sàn.
  • Phương án 2 (Gọt theo phương dọc - trục đứng): Sử dụng bộ truyền trục vít - đai ốc dẫn động tịnh tiến cụm kẹp từ trên xuống và cụm dao tịnh tiến từ dưới lên theo phương thẳng đứng. Thiết kế 2 vị trí làm việc đồng thời gọt 2 quả cùng lúc. Ưu điểm: phôi được kẹp vững chắc dọc theo trục hạt, tiết diện chiếm chỗ nhỏ gọn, kết cấu cơ khí dễ gia công và bảo dưỡng.
  • Phương án 3 (Dẫn động bằng xi lanh khí nén): Chuyển động êm ái nhưng đòi hỏi hệ thống máy nén khí phụ trợ, giá thành chế tạo và điều khiển van cao.

-> Nhóm tác giả quyết định lựa chọn Phương án 2 để triển khai chế tạo thực tế.

Tính toán cơ khí và chọn động cơ truyền động

Hệ thống sử dụng các cặp truyền động trục vít me - đai ốc ren vuông bằng vật liệu trục vít SUS 304 và đai ốc đồng thanh không thiếc:

Cụm chức năng Tải trọng dọc trục $F_a$ (N) Thông số ren vít me Ứng suất tương đương $\sigma_{t\text{đ}}$ so với $[\sigma]=120\text{ MPa}$ Hệ số ổn định $S_o$ so với $[S_o]=2,4$ Động cơ điện một chiều (DC) được chọn
Dẫn động tịnh tiến dao $174,6$ $d_2 = 11\text{ mm}$, $p = 4\text{ mm}$, $H = 14\text{ mm}$, số mối ren $z_1=2$ $22\text{ MPa}$ (Đạt) $6,5$ (Đạt) Động cơ XD-60GA775 (12V DC, $35\text{ W}$, $80\text{ vòng/phút}$, moment xoắn $7640\text{ Nmm}$)
Dẫn động cụm kẹp phôi $290,8$ $d_2 = 11\text{ mm}$, $p = 4\text{ mm}$, $H = 14\text{ mm}$, số mối ren $z_1=2$ $7\text{ MPa}$ (Đạt) $13,8$ (Đạt) Động cơ DCM50-775 (12V DC, $30\text{ W}$, $326\text{ vòng/phút}$, moment xoắn $2700\text{ Nmm}$)
Dẫn động xoay quả xoài — (Moment cản $T = 15,6\text{ Nm}$) Truyền động trực tiếp qua đầu kẹp xoay — — Động cơ DCM50-775 (12V DC, $60\text{ W}$, $40\text{ vòng/phút}$)

Khung máy được tính toán kết cấu bằng thép hộp $20\times 20\times 1,4\text{ mm}$, kiểm nghiệm mô phỏng độ bền và chuyển vị trên phần mềm CAD/CAE đảm bảo không bị biến dạng dưới tải trọng làm việc.

Thiết kế hệ thống điện và điều khiển

Hệ thống điều khiển vận hành ở cấp điện áp 12V DC an toàn, bao gồm các phần tử:

  • Cung cấp nguồn và bảo vệ: Cầu dao tự động 2 cực DQHome ĐQ MCB09 C20 2P, bộ nguồn tổ ong $12\text{V} - 30\text{A}$.
  • Bộ điều khiển trung gian: Mạch rơ-le tạo trễ thời gian JZ-801/M421 (dải cài đặt $0 - 999\text{ phút}$); module điều khiển đảo chiều và tốc độ động cơ DM128 (12V/24V); mạch điều tốc xung PWM (12 - 48V 20A).
  • Cảm biến vị trí và nút bấm: 6 công tắc hành trình cơ khí định vị giới hạn hành trình lên/xuống của cụm kẹp và cụm dao; công tắc chuyển chế độ 2 vị trí ZB2-BE101C ED25; nút nhấn nhả có đèn báo AL6-M 12V.

Chu trình vận hành: Người vận hành gá 2 quả xoài vào chấu giữ dưới -> Nhấn nút khởi động -> Động cơ kẹp quay trục vít đưa đầu kẹp trên đi xuống giữ chặt quả xoài (chạm công tắc hành trình 1) -> Động cơ xoay kích hoạt xoay quả xoài với tốc độ $32 - 40\text{ vòng/phút}$, đồng thời động cơ dao kích hoạt đưa cụm 2 dao tịnh tiến từ dưới lên gọt vỏ -> Khi dao chạm công tắc hành trình trên cùng (hoàn tất gọt), cụm kẹp và dao tự động đảo chiều quay về vị trí ban đầu -> Người vận hành lấy thành phẩm ra ngoài. Thời gian hoàn thành 1 chu kỳ gọt cho 2 quả xoài mất khoảng $35 - 45\text{ giây}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương mở đầu phân tích vai trò của ngành công nghệ chế tạo máy trong việc tự động hóa chế biến nông sản thực phẩm. Tác giả nêu rõ tính cấp thiết của việc cơ giới hóa khâu gọt vỏ xoài nhằm thay thế phương pháp thủ công năng suất thấp tại các cơ sở chế biến quy mô vừa và nhỏ. Xác định mục tiêu thiết kế máy gọt vỏ xoài năng suất $60\text{ kg/giờ}$, xác lập đối tượng, phạm vi nghiên cứu, phương pháp luận và cấu trúc 7 chương của đồ án tốt nghiệp.

Chương 2: Tổng quan về đề tài

Trình bày tổng quan thực vật học cây xoài (Mangifera indica L.), đặc điểm hình thái thân, rễ, lá, hoa và giá trị dinh dưỡng, dược tính của quả xoài. Thống kê chi tiết các giống xoài trồng phổ biến tại Việt Nam (Cát Hòa Lộc, Cát Chu, Keo, Tượng, Úc, Tứ Quý, Thái, xoài Hạt Lép). Đồng thời, chương này tiến hành phân tích ưu nhược điểm và thông số kỹ thuật của 4 dòng máy gọt vỏ xoài trên thị trường thế giới: máy Kronen FP20 ($1\text{ kW}$, $100\text{ kg/h}$), máy gọt và cắt má xoài Malver ($0,75\text{ kW}$, $48 - 50\text{ miếng/phút}$), máy gọt bán tự động PL6M ($2,4\text{ kW}$, $35 - 40\text{ quả/phút}$), và máy gọt vỏ Mangher ($5\text{ kW}$, điều khiển PLC).

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Trình bày kết quả khảo sát thực tế kích thước hình học trên 100 trái xoài tại địa bàn TP. Thủ Đức. Mô tả các bước thiết lập thí nghiệm và đồ gá đo lực kẹp giữ (đạt giá trị cực đại $70\text{ N}$ ở độ sâu $22\text{ mm}$) và lực cắt gọt vỏ (đạt $30 - 32,6\text{ N}$). Từ đó, tác giả đưa ra căn cứ chọn hệ số an toàn để xác định lực kẹp danh định $F_k = 140\text{ N}$ và lực cắt danh định $F_c = 80\text{ N}$. Xác lập yêu cầu kỹ thuật của lưỡi dao cắt gọt chuyên dụng cho chế biến thực phẩm.

Chương 4: Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế

Xác định yêu cầu kỹ thuật chi tiết của máy: năng suất $60\text{ kg/h}$ ($120 - 150\text{ quả/h}$), xử lý xoài kích thước dài $11 - 15\text{ cm}$, rộng $6 - 9\text{ cm}$, dày $5 - 8\text{ cm}$. Đề xuất sơ đồ nguyên lý và phân tích ưu nhược điểm của 3 phương án kết cấu (gọt theo phương ngang, gọt theo phương dọc trục vít, gọt theo phương dọc dùng xi lanh khí nén). Lựa chọn phương án 2 (gọt theo phương dọc sử dụng cơ cấu trục vít me - đai ốc, bố trí 2 vị trí gọt đồng thời) làm giải pháp tối ưu.

Chương 5: Tính toán, thiết kế máy gọt vỏ xoài

Tập trung toàn bộ các bước tính toán động học và động lực học chi tiết máy:

  • Tính chọn kích thước hình học ren vuông và vật liệu trục vít - đai ốc cho cụm di chuyển dao và cụm kẹp quả.
  • Kiểm nghiệm ứng suất tiếp, ứng suất pháp, ứng suất tương đương theo thuyết bền von Mises và kiểm tra điều kiện tự hãm.
  • Kiểm nghiệm ổn định uốn dọc theo công thức Euler cho trục vít chịu nén dài ($S_o \ge 2,4$).
  • Tính toán công suất cản và lựa chọn 3 cụm động cơ điện một chiều (XD-60GA775 và DCM50-775).
  • Tính chọn khớp nối trục ống nhôm và kiểm nghiệm mô phỏng ứng suất/chuyển vị khung máy chịu lực.

Chương 6: Hệ thống điện và điều khiển

Trình bày các yêu cầu an toàn điện công nghiệp và vệ sinh thực phẩm. Lựa chọn chi tiết các phần tử trong tủ điện: CB 20A, nguồn tổ ong 12V 30A, rơ-le định thời gian JZ-801, module điều tốc và đảo chiều DM128, mạch điều tốc xung PWM, hệ thống 6 công tắc hành trình và nút nhấn điều khiển. Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điện tổng thể và thuyết minh logic vận hành tự động theo chu trình khép kín.

Chương 7: Chế tạo và thực nghiệm

Mô tả quy trình gia công cơ khí thực tế: hàn khung thép hộp, cắt laser các chi tiết tấm gá, tiện các chi tiết định vị, lắp ráp con trượt dẫn hướng (LMK10UU, LMK16UU, SCS12UU, SCS10UU, gối KFL000, SHF10), gia công lưỡi dao cắt inox và bộ gá lò xo đàn hồi. Phân tích nguyên nhân lỗi kỹ thuật phát sinh trong lần thử đầu (lưỡi dao không ăn vỏ hoặc chỉ gọt được một phần do góc đặt dao sai và thiếu lực ép biên dạng) cùng giải pháp khắc phục. Trình bày kết quả thử nghiệm gọt thực tế trên quả xoài Keo và xoài Tứ Quý, đo lường thời gian chu kỳ và đánh giá chất lượng bề mặt thịt quả sau gọt.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Chế tạo hoàn thiện mô hình thực nghiệm: Máy gọt vỏ xoài bán tự động 2 vị trí làm việc đồng bộ, kết cấu nhỏ gọn, khung thép bọc vỏ Inox 304 dày $0,2 - 1,0\text{ mm}$ bảo đảm an toàn vệ sinh thực phẩm.
  • Năng suất và thời gian làm việc: Thời gian hoàn thành gọt đồng thời 2 quả xoài dao động từ $35 - 45\text{ giây}$ (bao gồm $5\text{s}$ gá phôi, $5\text{s}$ kẹp phôi, $20\text{s}$ gọt tịnh tiến, $5\text{s}$ tháo phôi). Năng suất thực tế đạt $120 - 150\text{ quả/giờ}$, tương đương $60\text{ kg/giờ}$, đáp ứng chính xác yêu cầu thiết kế ban đầu.
  • Chất lượng gọt: Dao gọt bám sát biên dạng quả nhờ cơ cấu gá dao có lò xo đàn hồi; dải vỏ gọt ra liên tục, bề rộng khoảng $10\text{ mm}$, chiều dày lớp vỏ cắt kiểm soát ổn định trong khoảng $1,0 - 1,5\text{ mm}$, hạn chế tối đa hao hụt phần thịt quả.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

  • Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm gốc về lực kẹp giữ dọc trục ($F_k$) và lực cắt gọt vỏ ($F_c$) đối với các giống xoài thương phẩm phổ biến tại Việt Nam (xoài Keo, xoài Tứ Quý).
  • Đưa ra giải pháp công nghệ gọt vỏ xoài bằng trục vít me đứng 2 vị trí gọt đồng bộ có chi phí chế tạo thấp, vận hành bằng nguồn 12V DC an toàn, dễ bảo trì và làm chủ công nghệ trong nước.
  • Mô hình có khả năng chuyển giao và áp dụng trực tiếp tại các cơ sở chế biến mứt, kẹo, xoài sấy quy mô vừa và nhỏ để giải quyết bài toán ùn tắc nguyên liệu mùa thu hoạch.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế ghi nhận trong văn bản

  • Thao tác cấp phôi (gá quả xoài vào chấu giữ) và lấy sản phẩm sau khi gọt vẫn phải thực hiện thủ công bằng tay từng quả.
  • Cơ cấu dao gọt bằng lò xo đàn hồi cơ học tuy thích ứng được với biên dạng cong nhưng đối với những quả xoài có độ cong bất đối xứng lớn hoặc phần núm/cuống gồ ghề vẫn có thể bị sót một phần nhỏ vỏ ở hai đầu cực.
  • Lực tỳ của lưỡi dao chưa tự động điều chỉnh linh hoạt theo từng độ mềm khác nhau của quả nếu quả quá chín mềm.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nghiên cứu cơ cấu cấp phôi và xả phôi tự động (sử dụng phễu cấp hoặc cánh tay gắp khí nén) để nâng cấp thành dây chuyền tự động hóa hoàn toàn.
  • Tích hợp thêm cụm dao cắt má xoài hoặc cơ cấu chẻ đôi tách hạt tự động ngay sau công đoạn gọt vỏ.
  • Nâng cấp hệ thống điều khiển sang PLC công nghiệp kết hợp cảm biến hành trình quang học hoặc cơ cấu chép hình biên dạng thông minh để xử lý đa dạng kích cỡ quả mà không cần chỉnh cữ cơ khí.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử, Kỹ thuật Nông nghiệp/Thực phẩm: Tham khảo phương pháp tính toán thiết kế bộ truyền trục vít me - đai ốc trượt chịu tải tổng hợp, quy trình kiểm nghiệm ổn định uốn dọc trục Euler, phương pháp thiết kế đồ gá thực nghiệm đo lực cơ học trên nông sản và thiết kế mạch điều khiển động cơ DC dùng rơ-le định thời và module DM128.
  • Kỹ sư và nhà chế tạo máy thực phẩm: Tham khảo kết cấu cụm đầu kẹp xoay định vị nông sản dạng hạch dẹt và cơ cấu gá dao đàn hồi bám biên dạng cong phục vụ các bài toán thiết kế máy gọt vỏ rau củ quả tương tự (đu đủ, ổi, táo...).
  • Chủ cơ sở chế biến nông sản: Có căn cứ kỹ thuật và dữ liệu năng suất để đầu tư, cải tiến công nghệ gọt vỏ bán tự động nhằm thay thế lao động thủ công với chi phí hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy gọt vỏ xoài trong đồ án sử dụng nguyên lý truyền động nào để thực hiện các chuyển động chính?

Hệ thống sử dụng ba chuyển động độc lập:

  1. Chuyển động kẹp phôi: Động cơ DC DCM50-775 ($30\text{ W}$, $326\text{ v/p}$) truyền động qua trục vít me ren vuông ($d_2 = 11\text{ mm}$, $p = 4\text{ mm}$) đưa tấm kẹp trên trượt tịnh tiến theo phương đứng.
  2. Chuyển động xoay quả xoài: Động cơ DC DCM50-775 ($60\text{ W}$, $40\text{ v/p}$) quay trực tiếp chấu giữ quả xoài với tốc độ làm việc $32\text{ vòng/phút}$.
  3. Chuyển động tịnh tiến dao gọt: Động cơ DC XD-60GA775 ($35\text{ W}$, $80\text{ v/p}$) truyền động trục vít me ($d_2 = 11\text{ mm}$, $p = 4\text{ mm}$) tịnh tiến cụm 2 dao gọt từ dưới lên trên dọc thân quả.

2. Lực kẹp và lực cắt thực nghiệm đo được trên quả xoài là bao nhiêu và hệ số an toàn được chọn thế nào?

Theo kết quả thực nghiệm trên quả xoài Keo và Tứ Quý chín vừa:

  • Lực kẹp ép sâu $22\text{ mm}$ chạm tới hạt đo được là $65 - 70\text{ N}$. Tác giả chọn hệ số an toàn gấp đôi, xác định lực kẹp tính toán $F_k = 140\text{ N}$ cho mỗi đầu kẹp.
  • Lực cắt tách vỏ xoài bằng lưỡi dao đo được là $30 - 32,6\text{ N}$. Tác giả chọn lực cắt thiết kế tính toán gấp đôi là $F_c = 80\text{ N}$ cho mỗi cụm dao.

3. Năng suất thiết kế và thời gian thực hiện một chu kỳ gọt là bao nhiêu?

Năng suất thiết kế của máy là $60\text{ kg/giờ}$ (tương đương $120 - 150\text{ quả/giờ}$). Do máy thiết kế 2 cụm gọt đồng thời 2 quả, một chu kỳ gọt hoàn chỉnh mất khoảng $35 - 45\text{ giây}$, chia thành: gá 2 quả ($5\text{s}$), đầu kẹp đi xuống cố định ($5\text{s}$), xoay quả và dao tịnh tiến gọt vỏ ($20\text{s}$ trên hành trình $200\text{ mm}$), tháo quả thành phẩm ($5\text{s}$).

4. Hệ thống điện điều khiển máy gồm những thiết bị chính nào?

Mạch điện điều khiển 12V DC gồm: cầu dao tự động DQHome ĐQ MCB09 C20 2P, bộ nguồn tổ ong $12\text{V} - 30\text{A}$, mạch rơ-le định thời gian JZ-801/M421 (dải trễ $0 - 999\text{ phút}$), module điều tốc đảo chiều động cơ DM128, mạch điều tốc DC PWM (12 - 48V 20A), 6 công tắc hành trình cơ khí giới hạn vị trí dao và cụm kẹp, cùng hệ thống nút nhấn nhả có đèn báo AL6-M và công tắc chuyển mạch 2 vị trí.

5. Trong giai đoạn chế tạo và thử nghiệm thực tế, cụm dao cắt gặp sự cố gì và được xử lý như thế nào?

Trong các lần chạy thử ban đầu, dao cắt gặp hiện tượng không gọt được vỏ hoặc chỉ gọt được một phần thân quả do góc nghiêng lưỡi dao chưa đúng khiến dao bị trượt trên bề mặt vỏ xoài, đồng thời lực ép của cán dao không bám đều theo biên dạng cong. Nhóm tác giả đã xử lý bằng cách hiệu chỉnh lại biên dạng lưỡi dao cắt inox, thay đổi góc nghiêng tiếp xúc và tích hợp thêm cơ cấu lò xo nén đàn hồi trên cán dao để lưỡi dao luôn tự lựa ôm sát bề mặt quả xoài trong suốt hành trình tịnh tiến.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo máy gọt vỏ xoài" của nhóm sinh viên Bùi Văn Hậu, Phạm Minh Điền và Nguyễn Quốc Hùng (Khoa Cơ khí Chế tạo máy, HCMUTE) đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu nghiên cứu từ khảo sát thực nghiệm cơ lý tính nông sản, tính toán động lực học cơ khí chi tiết máy đến chế tạo mô hình thực tế và đấu nối hệ thống điện điều khiển bán tự động. Thiết bị vận hành ổn định theo phương đứng 2 vị trí gọt đồng bộ, đạt năng suất $60\text{ kg/giờ}$ với độ dày vỏ gọt kiểm soát từ $1,0 - 1,5\text{ mm}$, hạn chế thất thoát thịt quả và bảo đảm an toàn vệ sinh thực phẩm. Đây là công trình cơ khí ứng dụng có giá trị thực tiễn cao, cung cấp giải pháp máy chế biến nông sản chi phí thấp, phù hợp với năng lực chuyển giao và ứng dụng cho các cơ sở chế biến thực phẩm vừa và nhỏ tại Việt Nam.