Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành chế biến nông sản và thực phẩm tại Việt Nam đang trong giai đoạn đẩy mạnh ứng dụng cơ giới hóa và tự động hóa nhằm nâng cao năng suất, chất lượng thương phẩm và mở rộng kim ngạch xuất khẩu. Hạt mắc ca (Macadamia) là loại nông sản có giá trị kinh tế và hàm lượng dinh dưỡng cao, tuy nhiên có lớp vỏ gỗ bên ngoài rất dày và cứng, gây trở ngại lớn cho khâu sơ chế. Thực tế sản xuất cho thấy phần lớn các cơ sở và nông hộ vẫn phụ thuộc vào phương pháp tách vỏ thủ công hoặc các thiết bị cơ khí bán tự động có năng suất hạn chế, tiêu tốn nhiều nhân công và tỷ lệ vỡ nát nhân còn cao. Trong khi đó, các dây chuyền tách hạt tự động nhập khẩu có chi phí đầu tư ban đầu rất lớn (từ 65 triệu đồng trở lên) và kích thước cồng kềnh, chưa phù hợp với năng lực tài chính của các xưởng chế biến quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.

Đề tài "Thiết kế - Chế tạo máy tách hạt mắc ca" (tên giao nhiệm vụ: Tính toán, thiết kế, chế tạo máy tách hạt macca tự động) được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí thuộc Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Biên.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định trong văn bản bao gồm:

  1. Mục tiêu tổng quát: Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy tách vỏ hạt mắc ca vận hành tự động, đạt năng suất thiết kế 5 kg/h, kết cấu nhỏ gọn, hoạt động ổn định và tối ưu hóa chi phí sản xuất.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Khảo sát tổng quan về nguồn gốc, đặc tính cơ lý hạt mắc ca và hiện trạng các dòng máy tách hạt trong và ngoài nước.
    • Phân tích, so sánh các nguyên lý tách vỏ và lựa chọn phương án thiết kế cơ khí tối ưu.
    • Tính toán động học, động lực học, tính chọn công suất động cơ, cơ cấu khí nén, lò xo, khớp nối và hệ thống điều khiển điện tử.
    • Xây dựng mô hình 3D trên phần mềm chuyên ngành (AutoCAD, SolidWorks) và kiểm nghiệm kết cấu.
    • Lập quy trình công nghệ chế tạo phôi, gia công cơ khí các chi tiết chính và thi công hàn lắp khung vỏ máy.
    • Lắp ráp hoàn thiện, tiến hành thực nghiệm chạy thử, đo kiểm năng suất và đánh giá kết quả.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cơ cấu tách vỏ hạt mắc ca tự động kết hợp hệ thống dẫn động động cơ bước, cơ cấu ép khí nén và mạch vi điều khiển.
  • Phạm vi hạt khảo sát: Hạt mắc ca thương phẩm đã qua sấy khô, được phân loại kích thước đường kính trong dải từ 21,5 mm đến 23,5 mm.
  • Không gian và thời gian thực hiện: Đề tài được triển khai tại Xưởng thực hành Khoa Công nghệ Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh, trong thời gian từ tháng 08 năm 2024 đến tháng 01 năm 2025.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận kết hợp lý thuyết tính toán chi tiết máy, công nghệ chế tạo cơ khí, nguyên lý truyền động khí nén và kỹ thuật điều khiển tự động:

  • Đặc tính cơ lý của nguyên liệu: Hạt mắc ca thu hoạch từ tháng 4 đến tháng 7 hàng năm, chuyển từ xanh sang nâu đen khi chín. Hạt chứa hàm lượng dầu cao (trong đó axit Omega-7 Palmitoleic chiếm 22%), không có cholesterol. Vỏ hạt có độ cứng cao, yêu cầu lực phá hủy liên kết vỏ lớn nhưng phải kiểm soát hành trình ép để tránh làm dập nhân bên trong.
  • Cơ sở tính toán cơ khí và động lực học:
    • Tính toán công suất dẫn động và mô-men xoắn trên trục truyền động: $P = 1,309\text{ kW}$, $T_1 = 61.867,4\text{ N.mm}$.
    • Tính toán áp suất và lực ép của xy lanh khí nén: Áp suất tính toán hiệu dụng $p = 5\text{ bar}$ ($0,5\text{ MPa}$), đường kính piston $D = 50\text{ mm}$, sinh lực đẩy $F_{xl} = 980\text{ N}$, mô-men lực tách qua cánh tay đòn $d = 0,12\text{ m}$ đạt $F = 117,6\text{ N.m}$.
    • Lý thuyết tính toán bền lò xo nén định vị má tì với ứng suất cắt tổng cộng $\tau_{max} = 4203,7\text{ MPa}$.
    • Kiểm nghiệm hệ số an toàn của bộ truyền khớp nối xích ($S = 1,8$).
    • Lý thuyết tính toán chế độ cắt (tốc độ cắt $v$, chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao $S$, công suất cắt) và định vị chuẩn công nghệ khi gia công chi tiết dạng trục từ thép C45.
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
    • Phương pháp phân tích tài liệu và khảo sát kích thước thực tế của hạt mắc ca.
    • Phương pháp mô hình hóa hình học và mô phỏng 3D trên phần mềm SolidWorks và AutoCAD.
    • Phương pháp gia công cơ khí thực nghiệm trên máy tiện MA1840, máy phay FVHM-GS30A và gá đặt trên bàn chia độ nhanh.
    • Phương pháp chạy thử nghiệm thực tế trên mô hình máy để đo đạc thời gian tách hạt và đánh giá chất lượng thành phẩm.
  • Nguồn dữ liệu và tài liệu tra cứu: Các tiêu chuẩn kỹ thuật nhà nước TCVN; sổ tay thiết kế chi tiết máy; bảng tra thông số kỹ thuật ổ đỡ vòng bi UCF 205; sổ tay công nghệ chế tạo máy; tài liệu kỹ thuật của động cơ bước PK564AW-A44, driver A4988 và vi điều khiển Arduino.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống máy tách hạt mắc ca tự động được thiết kế dưới dạng một module tích hợp cơ - điện - khí nén với các thông số kết cấu và quy trình chế tạo cụ thể:

Kiến trúc tổng thể và thông số kích thước

Khung máy có kích thước tổng thể $60\text{ cm} \times 34\text{ cm} \times 123\text{ cm}$, sử dụng kết cấu thép hình hàn liên kết nhằm đảm bảo độ cứng vững, chống rung động trong quá trình vận hành và thuận tiện cho việc di chuyển trong không gian xưởng nhỏ.

Cụm hệ thống Thiết bị / Thông số kỹ thuật Vai trò / Đặc tính kỹ thuật
Dẫn động chính Động cơ bước PK564AW-A44 ($P = 1,309\text{ kW}$, $n = 690\text{ vg/ph}$) Dẫn động quay trục qua bộ truyền đai/khớp nối với tỷ số truyền $u_x = 3$, số vòng quay trục $n_1 = 230\text{ vg/ph}$.
Cơ cấu tạo lực Xy lanh khí nén MCQV-11-50-100M ($D = 50\text{ mm}$) Sinh lực ép phá vỏ $F_{xl} = 980\text{ N}$ ở áp suất $5\text{ bar}$, tạo lực tách $117,6\text{ N.m}$ qua cánh tay đòn $0,12\text{ m}$.
Cơ cấu định vị Lò xo nén chuyên dụng Định vị khoảng cách làm việc từ má tì tới đĩa đánh hạt; ứng suất xoắn $\tau_T = 3821,6\text{ MPa}$, $\tau_F = 382,1\text{ MPa}$.
Gối đỡ & Khớp nối Ổ đỡ vòng bi UCF 205, Khớp nối xích vỏ nhôm Đỡ trục $\varnothing 25\text{ mm}$; khớp nối xích giảm phân tán mỡ bôi trơn, hệ số an toàn tải trọng $S = 1,8 \le 50$.
Mạch điều khiển Vi điều khiển Arduino, Driver A4988 Lập trình trên Arduino IDE; điều khiển góc quay, số bước và hướng quay động cơ qua hai chân tín hiệu.
Khí cụ đóng cắt Contactor 3 pha 32A, Rơ-le trung gian 24V Đóng ngắt bảo vệ cụm gia nhiệt điện trở ($3 \times 1500\text{ W}$, dòng làm việc $I_{dm} = 8,04\text{ A}$) và đảo trạng thái đóng ngắt mạch.

Quy trình công nghệ chế tạo cơ khí

  • Vật liệu chế tạo: Thép kết cấu carbon chất lượng cao C45.
  • Trang thiết bị gia công: Máy tiện vạn năng MA1840, máy phay đứng FVHM-GS30A, dụng cụ cắt hợp kim cứng, bàn chia độ nhanh.
  • Quy trình gia công trục chính và cụm chi tiết:
    1. Chọn phôi và lập chuẩn công nghệ: Chuẩn thô mặt ngoài để gia công lỗ tâm hai đầu; chuẩn tinh hai lỗ tâm kết hợp mặt trụ ngoài định vị gia công toàn bộ các bậc trục.
    2. Tiến trình gia công cơ bản: Khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm trên máy tiện $\rightarrow$ Tiện thô và tiện tinh các cổ trục lắp ổ bi $\varnothing 25\text{ mm}$ $\rightarrow$ Phay rãnh then trên máy phay FVHM-GS30A $\rightarrow$ Gia công ren đầu trục.
    3. Gia công đĩa đánh và vỏ hộp máy: Cắt phôi tấm, tiện định hình biên dạng đĩa đánh, khoan các lỗ định vị, gia công ống lót trục.
    4. Thi công khung đế và lắp ráp: Cắt thép theo kích thước bản vẽ, hàn định hình chân đế và khung máy, kiểm tra độ phẳng và độ vuông góc mối hàn, lắp đặt gối đỡ UCF 205, lắp khớp nối xích, kết nối đường ống khí nén và đấu nối tủ điện điều khiển.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 1 trình bày lịch sử phát triển của cây mắc ca từ các khu rừng nhiệt đới nước Úc (được thổ dân gọi là Kindal kindal), du nhập sang Hawaii năm 1882 và Châu Âu vào những năm 1960. Tác giả phân tích thành phần giá trị dinh dưỡng (giàu protein, axit béo không bão hòa đơn, vitamin nhóm B, E và khoáng chất) cùng quy trình chế biến tiêu chuẩn 8 bước: (1) Thu hoạch $\rightarrow$ (2) Tách vỏ xanh trong vòng 24 giờ $\rightarrow$ (3) Rửa sạch $\rightarrow$ (4) Sấy chín ở nhiệt độ $100 - 120^\circ\text{C}$ trong $40 - 60\text{ phút}$ $\rightarrow$ (5) Sấy khô $10 - 15\text{ giờ}$ để hạ độ ẩm về $10 - 13%$ $\rightarrow$ (6) Tách vỏ cứng $\rightarrow$ (7) Đóng gói màng ghép phức hợp $\rightarrow$ (8) Bảo quản.

Về mặt kinh tế, 5 quốc gia tiêu thụ mắc ca lớn nhất (Úc, Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc) chiếm $75%$ thị phần toàn cầu. Tại Việt Nam, cây mắc ca cho năng suất khoảng $8\text{ tấn/ha/năm}$ sau 5 năm trồng với chu kỳ khai thác trên 100 năm. Dự báo kim ngạch xuất khẩu mắc ca của Việt Nam có thể đạt 400 triệu USD vào năm 2030 và 2,5 tỷ USD vào năm 2050.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương tập trung mô tả đặc tính sinh học của quả mắc ca (ra hoa tháng 2-3, thu hoạch tháng 4-7, khi chín vỏ chuyển nâu đen và nứt). Tác giả tiến hành khảo sát kích thước hình học của hạt thương phẩm để làm căn cứ thiết kế khe hở làm việc.

Dòng máy khảo sát Năng suất / Tốc độ xử lý Đặc tính kỹ thuật chính
Máy công suất nhỏ Sấy $60\text{ kg/h}$, nứt $30\text{ kg/h}$ Tích hợp tách và nứt trên cùng một máy; phục vụ quy mô dưới 100 cây; không cần phân loại hạt trước.
Máy công suất vừa Nứt $120\text{ kg/h}$ Trang bị dao thép cứng đạt tỷ lệ nứt $\ge 65%$; có phễu cấp phôi lớn hơn.
Máy công suất lớn Nứt $600\text{ kg/h}$ Dẫn động bằng động cơ điện hoặc máy kéo; xử lý hạt có đường kính từ $20\text{ mm}$ đến $55\text{ mm}$.
Thiết bị tại Việt Nam $100\text{ kg/h} - 300\text{ kg/h}$ Máy bóc vỏ xanh và máy tách vỏ ngoài quy mô công nghiệp.

Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Tác giả tiến hành so sánh 4 phương án công nghệ tách hạt hiện hành:

  1. Phương án 1 - Kìm tách hạt hợp kim nhôm: Giá thành thấp ($55.000\text{ đ}$), nhưng thao tác thủ công, năng suất thấp, hạt dễ sứt mẻ.
  2. Phương án 2 - Bàn dập tách hạt bằng tay: Nhỏ gọn, giá $500.000\text{ đ}$, chỉ phù hợp hộ gia đình, nhân hạt dễ vỡ khi lực ép quá lớn.
  3. Phương án 3 - Máy dùng bánh đà quay: Sinh lực dập qua dao cắt, năng suất $45 - 75\text{ kg/ngày}$, giá $2 - 5\text{ triệu đồng}$, đòi hỏi công nhân có tay nghề.
  4. Phương án 4 - Máy cắt, xẻ rãnh tự động có lưỡi cưa: Năng suất cao ($750 - 1200\text{ kg/ngày}$), tự động hóa nhưng giá thành đầu tư cao ($65\text{ triệu đồng}$) và có nhược điểm dính mùn cưa vào nhân.

Từ phân tích trên, nhóm nghiên cứu lựa chọn xây dựng máy tự động theo nguyên lý đĩa quay kết hợp má tì định vị và cơ cấu ép khí nén, nhằm kết hợp ưu điểm năng suất cao của máy tự động nhưng hạ giá thành và loại bỏ hiện tượng mùn cưa dính vào nhân hạt. Kích thước bao máy được định hình ở mức $60\text{ cm} \times 34\text{ cm} \times 123\text{ cm}$.

Chương 4: Tính toán, thiết kế máy tách vỏ hạt mắc ca

Chương này cung cấp toàn bộ các bước tính toán thiết kế kỹ thuật:

  • Tính chọn động cơ bước model PK564AW-A44 với công suất tính toán $1,309\text{ kW}$, vận tốc $690\text{ vg/ph}$.
  • Tính toán hệ thống khí nén với xy lanh MCQV-11-50-100M: Diện tích piston $S = 1,96 \times 10^{-3}\text{ m}^2$, lực ép $F_{xl} = 980\text{ N}$ ở áp suất hiệu dụng $5\text{ bar}$, tạo lực tách tổng cộng $117,6\text{ N.m}$ qua cánh tay đòn $0,12\text{ m}$.
  • Ước lượng chu kỳ vận hành đạt $4\text{ giây / 1 hạt}$.
  • Tính toán lò xo nén với ứng suất cắt cực đại $\tau_{max} = 4203,7\text{ MPa}$ để ép định vị má tì.
  • Chọn ổ đỡ vòng bi UCF 205 cho cổ trục đường kính $\varnothing 25\text{ mm}$.
  • Tính chọn khớp nối xích truyền mô-men $T_1 = 61.867,4\text{ N.mm}$ với hệ số an toàn $S = 1,8$.
  • Lựa chọn vi điều khiển Arduino và Driver A4988 điều khiển động cơ bước; tính chọn Contactor 3 pha dòng $32\text{ A}$ (dòng tính toán $I_{dm} = 8,04\text{ A}$) và rơ-le trung gian $24\text{ V}$.
  • Thiết kế hình học chi tiết đĩa đánh hạt, thân vỏ hộp máy, kết cấu trục truyền động và ống lót trục.

Chương 5: Quy trình công nghệ chế tạo và mô hình thực nghiệm thi công

Tác giả lập quy trình công nghệ gia công chi tiết trục từ phôi thép C45:

  • Xác định dạng sản xuất, chọn chuẩn thô là mặt ngoài và chuẩn tinh là hai lỗ tâm kết hợp mặt trụ ngoài.
  • Lập sơ đồ các nguyên công: khỏa mặt đầu - khoan lỗ tâm $\rightarrow$ tiện thô các bậc trục $\rightarrow$ tiện tinh đạt dung sai bản vẽ $\rightarrow$ phay rãnh then trên máy phay FVHM-GS30A $\rightarrow$ tiện ren đầu trục.
  • Tra bảng và tính toán chế độ cắt (chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao $S$, tốc độ cắt $v$) và lượng dư gia công cho từng bước công nghệ.
  • Trình bày tiến trình chế tạo khung máy: cắt phôi thép tấm và thép hình, hàn định hình chân đế, kiểm tra khuyết tật mối hàn, thi công lắp ráp các cụm gối bi UCF 205, khớp nối xích, đĩa đánh, động cơ, hệ thống khí nén và tủ điện điều khiển.
  • Tiến hành chạy thử nghiệm không tải và có tải với hạt mắc ca thực tế.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Tổng kết quá trình chế tạo mô hình thực tế, đối chiếu với các chỉ tiêu ban đầu về độ ổn định hoạt động và chất lượng tách hạt. Nêu rõ các hạn chế kỹ thuật còn tồn tại trên mô hình thử nghiệm và vạch ra các hướng cải tiến nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Đã tính toán, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy tách hạt mắc ca tự động hoạt động ổn định với kích thước thực tế $60\text{ cm} \times 34\text{ cm} \times 123\text{ cm}$.
  • Hệ thống cơ khí và khí nén đáp ứng lực tách hạt thực nghiệm đạt $117,6\text{ N.m}$ với áp suất cấp $5\text{ bar}$, tốc độ xử lý ước lượng đạt chu kỳ $4\text{ giây / 1 hạt}$, tương đương năng suất thiết kế $5\text{ kg/h}$ cho nhóm hạt có kích thước phân loại $21,5 - 23,5\text{ mm}$.
  • Đã xây dựng bộ hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh gồm thuyết minh tính toán, bản vẽ thiết kế A3 theo chuẩn TCVN, 03 bản vẽ thuyết trình A0, poster và quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên thép C45.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Ứng dụng cơ cấu khí nén kết hợp lò xo tì đàn hồi để duy trì lực ép ổn định, giúp hạt vỡ theo đường rãnh nứt tự nhiên mà không làm dập nát nhân hạt.
  • Tích hợp mạch điều khiển vi bước dùng vi điều khiển Arduino và Driver A4988, giúp dễ dàng điều chỉnh tốc độ cấp hạt và hướng quay của cơ cấu chấp hành.
  • Khuyến nghị trang bị khâu phân loại kích thước hạt trước khi đưa vào phễu nạp liệu để tối ưu hóa tỷ lệ tách vỏ nguyên vẹn.

Đóng góp về mặt kỹ thuật

  • Chế tạo thành công thiết bị tách vỏ tự động có chi phí chế tạo thấp hơn nhiều so với các máy xẻ rãnh tự động nhập khẩu (vốn có giá khoảng $65\text{ triệu đồng}$).
  • Khắc phục nhược điểm mất nhiều sức lao động và năng suất thấp của phương pháp dùng kìm kẹp ($55.000\text{ đ}$) hoặc bàn dập thủ công ($500.000\text{ đ}$).
  • Khắc phục nhược điểm mùn cưa bám vào nhân hạt vốn thường xảy ra trên các dòng máy dùng lưỡi cưa đĩa quay.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Máy chỉ hoạt động tối ưu với dải kích thước hạt mắc ca đã được sàng lọc sẵn trong khoảng từ $21,5\text{ mm}$ đến $23,5\text{ mm}$; các hạt có kích thước lệch chuẩn dễ bị kẹt hoặc lực ép chưa đủ để phá vỡ hoàn toàn lớp vỏ cứng.
  • Năng suất mô hình thực nghiệm còn ở mức thử nghiệm ($5\text{ kg/h}$), chưa đáp ứng được quy mô chế biến công nghiệp lớn hàng trăm kg/giờ.
  • Hệ thống đòi hỏi phải có nguồn cấp khí nén ổn định đi kèm để cung cấp áp suất làm việc liên tục $5 - 6\text{ bar}$.

Hướng phát triển đề tài

  • Nghiên cứu cải tiến cơ cấu cấp phôi tự động có khả năng tự thích ứng và tự động căn chỉnh khe hở làm việc theo nhiều dải kích thước hạt khác nhau ($20 - 55\text{ mm}$).
  • Nâng cấp công suất động cơ và kết cấu cụm đĩa đánh để gia tăng năng suất tách hạt lên các mức thương mại cao hơn.
  • Hoàn thiện tủ điều khiển công nghiệp, tích hợp thêm cảm biến phát hiện kẹt phôi và bộ đếm sản phẩm tự động.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:

  • Sinh viên ngành Cơ khí, Cơ điện tử và Chế tạo máy: Tham khảo phương pháp tính toán động học chi tiết máy, tính toán chọn động cơ bước, tính chọn lực xy lanh khí nén, kiểm nghiệm lò xo, khớp nối và thiết kế mạch điều khiển Arduino kết hợp Driver A4988.
  • Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật thiết kế máy nông nghiệp: Sử dụng tài liệu để tham khảo số liệu khảo sát kích thước hạt mắc ca, quy trình công nghệ 8 bước chế biến mắc ca và các thông số công nghệ gia công chi tiết dạng trục từ thép C45 trên máy tiện MA1840 và máy phay FVHM-GS30A.
  • Các cơ sở sản xuất và xưởng gia công cơ khí: Tham khảo kết cấu mô hình máy kích thước nhỏ $60 \times 34 \times 123\text{ cm}$ để chế tạo thiết bị phục vụ cho các nông hộ trồng mắc ca quy mô vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ và cơ cấu sinh lực chính của máy được tính toán và lựa chọn như thế nào?

Máy sử dụng động cơ bước model PK564AW-A44 có công suất tính toán $1,309\text{ kW}$, số vòng quay $690\text{ vg/ph}$, dẫn động trục chính qua bộ truyền có tỷ số truyền $u_x = 3$ (tốc độ trục $n_1 = 230\text{ vg/ph}$, mô-men xoắn $T_1 = 61.867,4\text{ N.mm}$). Lực ép phá vỡ vỏ hạt được cung cấp bởi xy lanh khí nén MCQV-11-50-100M với đường kính piston $50\text{ mm}$, áp suất làm việc hiệu dụng $5\text{ bar}$, tạo lực đẩy $F_{xl} = 980\text{ N}$ và lực tách qua cánh tay đòn $0,12\text{ m}$ là $F = 117,6\text{ N.m}$.

2. Năng suất thiết kế và dải kích thước hạt làm việc của máy là bao nhiêu?

Năng suất thiết kế của máy là $5\text{ kg/h}$ với chu kỳ tách hạt ước lượng là $4\text{ giây / 1 hạt}$. Máy được thiết kế để xử lý tối ưu cho nhóm hạt mắc ca thương phẩm đã qua sấy khô và được phân loại kích thước đường kính trong khoảng từ $21,5\text{ mm}$ đến $23,5\text{ mm}$.

3. Quy trình chế tạo chi tiết cơ khí chính sử dụng vật liệu và máy công cụ nào?

Chi tiết trục và các bộ phận cơ khí chính được chế tạo từ thép carbon C45. Quá trình gia công cơ khí sử dụng máy tiện vạn năng MA1840 (để khỏa mặt đầu, khoan tâm, tiện thô, tiện tinh các cổ trục lắp ổ bi UCF 205 đường kính $\varnothing 25\text{ mm}$ và tiện ren) kết hợp máy phay FVHM-GS30A và bàn chia độ nhanh (để gia công rãnh then và đĩa đánh). Khung vỏ máy được gia công từ thép tấm và thép hình qua công đoạn cắt và hàn liên kết.

4. Hệ thống điều khiển và bảo vệ điện của máy gồm các thiết bị nào?

Hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng bo mạch vi điều khiển Arduino nạp code qua phần mềm Arduino IDE, kết hợp khối công suất Driver A4988 để điều khiển động cơ bước qua hai chân tín hiệu hướng quay và bước quay. Hệ thống điện động lực và gia nhiệt gồm 3 điện trở nhiệt ($1500\text{ W}$), được bảo vệ và đóng cắt thông qua Contactor 3 pha dòng định mức $32\text{ A}$ (dòng tải tính toán $I_{dm} = 8,04\text{ A}$) cùng rơ-le trung gian $24\text{ V}$.

5. Vì sao nhóm tác giả không chọn phương án máy tách hạt dùng bánh đà quay hoặc bàn dập thủ công?

Phương án bàn dập thủ công ($500.000\text{ đ}$) và kìm kẹp ($55.000\text{ đ}$) có năng suất rất thấp, tốn sức lao động và tỷ lệ làm vỡ nhân cao. Phương án máy dùng bánh đà quay ($45 - 75\text{ kg/ngày}$, giá $2 - 5\text{ triệu đồng}$) dù tạo vết nứt đẹp nhưng vẫn đòi hỏi chi phí nhân công vận hành liên tục và yêu cầu tay nghề cao. Việc lựa chọn cơ chế tự động giúp giảm phụ thuộc vào nhân công, tăng tính đồng đều của sản phẩm và hạn chế dính mạt cưa so với phương án máy dùng lưỡi cưa tự động đắt tiền ($65\text{ triệu đồng}$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã hoàn thành việc tính toán, thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy tách vỏ hạt mắc ca tự động với kết cấu nhỏ gọn ($60\text{ cm} \times 34\text{ cm} \times 123\text{ cm}$) và năng suất $5\text{ kg/h}$. Nghiên cứu đã giải quyết đồng bộ từ khâu tính toán động học, động lực học khí nén (lực tách $117,6\text{ N.m}$), thiết kế mạch điều khiển Arduino - A4988 đến việc lập quy trình công nghệ gia công chi tiết trục thép C45 trên máy tiện MA1840 và máy phay FVHM-GS30A. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính khả thi của giải pháp cơ cấu ép đĩa quay kết hợp khí nén, mở ra hướng ứng dụng hiệu quả cho các cơ sở chế biến nông sản quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.