Giới thiệu dự án

Nhu cầu tiêu thụ dầu thực vật tự nhiên đang tăng trưởng mạnh mẽ với tốc độ CAGR toàn cầu đạt 4.8% (giai đoạn 2021–2028), phản ánh xu hướng chuyển dịch rõ rệt từ chất béo động vật sang các loại dầu thực vật giàu dinh dưỡng như dầu lạc (đậu phộng), dầu đậu nành và dầu mè. Hạt lạc chứa hàm lượng lipid cao từ 44% đến 56% và protein từ 25% đến 34%, trong đó 80% là các axit béo không bão hòa có lợi (Axit Oleic chiếm 43–65%, Axit Linoleic chiếm 20–37%) cùng hàm lượng Vitamin E dồi dào. Tuy nhiên, phần lớn dầu ăn thương mại trên thị trường hiện nay được sản xuất qua quy trình tinh luyện công nghiệp có sử dụng dung môi hóa học trích ly (Hexane) và xử lý nhiệt độ cao khử mùi, làm suy giảm đáng kể các vi chất tự nhiên và tiềm ẩn nguy cơ tồn dư hóa chất.

                  +-----------------------------------+
                  |  Nguyên liệu: Hạt Lạc / Đậu Nành  |
                  |  (Lipid: 44-56%, Protein: 25-34%) |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  | Sơ chế: Tách vỏ, làm sạch, sấy ẩm |
                  |       (Độ ẩm chuẩn: 8% - 10%)     |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |   Buồng ép đùn trục vít biến đai  | <--- Gia nhiệt điện trở
                  |    D=40mm, n=50 rpm, P=50-70 bar  |      (Nhiệt ẩm: 70-95°C)
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                         +----------+----------+
                         |                     |
                         v                     v
                +-----------------+   +-----------------+
                | Dầu thô ép đùn  |   |  Bã ép kiệt     |
                | (Lọc qua màng)  |   | (Protein >40%)  |
                +--------+--------+   +--------+--------+
                         |                     |
                         v                     v
                +-----------------+   +-----------------+
                | Dầu nguyên chất |   | Thức ăn chăn    |
                | bảo toàn vi chất|   | nuôi / Phân bón |
                +-----------------+   +-----------------+

Thực trạng này đặt ra bài toán cấp thiết cho người tiêu dùng hộ gia đình và các cơ sở kinh doanh nhỏ:

  • Máy ép dầu công nghiệp: Công suất tiêu thụ lớn ($22.5\text{ kW}$), khối lượng cồng kềnh ($1800\text{ kg}$), chi phí đầu tư cao vượt quá khả năng tiếp cận cá nhân.
  • Dụng cụ ép thủ công: Năng suất thấp ($<2\text{ kg/h}$), tốn sức lao động, phương pháp nung cồn không kiểm soát được nhiệt độ dẫn đến cháy khét dầu hoặc giảm hiệu suất tách chiết.
  • Máy gia đình nhập khẩu: Giá thành dao động từ $15 - 25\text{ triệu VNĐ}$, linh kiện độc quyền khó thay thế, bo mạch không tối ưu hóa cho điều kiện điện lưới và nông sản Việt Nam.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và thiết kế máy ép dầu lạc, đậu nành mini" được thực hiện tại Khoa Cơ khí – Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nhằm giải quyết triệt để các hạn chế trên với 5 mục tiêu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết động học và phương pháp ép thể tích liên tục bằng trục vít xoắn.
  2. Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí 3D và 2D bằng phần mềm SolidWorks 2022 và AutoCAD 2022.
  3. Tính toán động lực học, sức bền trục ép ($D = 40\text{ mm}$, $d = 20\text{ mm}$, $S = 24\text{ mm}$) và lựa chọn động cơ dẫn động phù hợp.
  4. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động nhiệt độ buồng ép sử dụng vi điều khiển ATmega328P (Arduino Uno R3) kết hợp cảm biến NTC 100K và màn hình LCD 1602.
  5. Chế tạo mô hình thực nghiệm, vận hành thử nghiệm với lạc nhân để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật thực tế.

Giải pháp lựa chọn là cơ cấu ép đùn trục vít bước ren giảm dần kết hợp gia nhiệt điện trở nhiệt ẩm ($70 - 95^\circ\text{C}$), dẫn động bằng động cơ DC 24V giảm tốc $480\text{ W}$. Kết quả kỳ vọng đạt năng suất ép $3 - 5\text{ kg/h}$, hiệu suất trích ly dầu $\ge 85%$, bảo toàn $95%$ hàm lượng Vitamin E và axit béo tự nhiên, kích thước nhỏ gọn phù hợp không gian bếp gia đình.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát các giải pháp công nghệ ép trích ly dầu thực vật hiện có trên thị trường cho thấy sự phân hóa rõ rệt:

Tiêu chí so sánh Máy ép công nghiệp Máy ép thủ công quay tay Máy ép dầu mini đề tài
Nguyên lý ép Trục vít công suất lớn Trục vít quay tay Trục vít biến thiên bước
Nguồn động lực Điện 3 pha $380\text{ V} - 22.5\text{ kW}$ Cơ năng con người Động cơ DC $24\text{ V} - 480\text{ W}$
Kiểm soát nhiệt độ Bộ điều khiển PID công nghiệp Nung cồn trực tiếp Arduino + NTC 100K tự động
Năng suất ép $150 - 200\text{ kg/h}$ $1.5 - 2\text{ kg/h}$ $3.5 - 5\text{ kg/h}$
Khối lượng máy $1800\text{ kg}$ $3\text{ kg}$ $12\text{ kg}$
Tỷ lệ trích ly dầu $92 - 95%$ $60 - 70%$ $85 - 88%$
Chi phí chế tạo $> 120\text{ triệu VNĐ}$ $1.2 - 2.0\text{ triệu VNĐ}$ $4.5 - 5.5\text{ triệu VNĐ}$

Ma trận ưu tiên yêu cầu kỹ thuật theo phương pháp MoSCoW:

  • Must-have (Bắt buộc): Cơ cấu trục vít tạo áp suất nén $P_{max} \ge 50\text{ bar}$; hệ thống gia nhiệt $70 - 100^\circ\text{C}$; vật liệu tiếp xúc thực phẩm bằng Inox SUS304/thép hợp kim 40Cr chống mài mòn.
  • Should-have (Cần có): Màn hình LCD 1602 hiển thị nhiệt độ tức thời; mạch bảo vệ quá dòng tự ngắt khi kẹt tải.
  • Could-have (Có thể thêm): Tính năng đảo chiều quay tự động giải kẹt nguyên liệu; phễu nạp tích hợp cánh gạt chống tắc.
  • Won't-have (Chưa thực hiện): Bộ lọc chân không tích hợp liền khối; module kết nối không dây IoT.

Thiết kế hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc cơ điện tử hợp nhất gồm 4 module chính:

  1. Module cơ cấu ép đùn: Buồng ép dạng ống xẻ rãnh (thanh căn khe hở $0.3 - 0.5\text{ mm}$) chứa trục vít xoắn có đường kính ngoài $D = 40\text{ mm}$, bước vít giảm dần từ $S = 24\text{ mm}$ tại cửa nạp xuống $S = 16\text{ mm}$ tại đầu ép, tạo hệ số nén thể tích tăng dần để phá vỡ màng tế bào hạt.
  2. Module động lực: Động cơ DC giảm tốc 24V–480W, dòng danh định 20A, tốc độ động cơ 2000 rpm, qua hộp số hành tinh tỷ số truyền $i = 9.6$ cho tốc độ đầu ra $n = 50 - 200\text{ rpm}$, mô-men xoắn đầu trục đạt $19.1\text{ N.m}$.
  3. Module gia nhiệt: Vòng điện trở ốp ngoài buồng ép công suất $300\text{ W}$, hoạt động theo định luật Joule-Lenz, cung cấp nhiệt độ ổn định để giảm độ nhớt của dầu và tăng độ linh động của giọt lipid.
  4. Module điều khiển trung tâm: Vi điều khiển Microchip ATmega328P xung nhịp $16\text{ MHz}$, đọc tín hiệu điện trở nhiệt NTC 100K qua bộ biến đổi ADC 10-bit, điều khiển đóng cắt Relay gia nhiệt qua thuật toán Bang-bang kết hợp dải trễ (Hysteresis $\pm 2^\circ\text{C}$).
          +-------------------------------------------------------------+
          |                   KHỐI NGUỒN (POWER SUPPLY)                 |
          |       Nguồn tổ ong AC 220V -> DC 24V (20A) & DC 5V (2A)     |
          +------------------------------+------------------------------+
                                         |
            +----------------------------+----------------------------+
            |                                                         |
            v                                                         v
+-----------------------+                                 +-----------------------+
|  KHỐI ĐIỀU KHIỂN      |                                 | KHỐI ĐỘNG LỰC & GIA NHIỆT
|  - Arduino Uno R3     | --(Tín hiệu điều khiển Relay)--> | - Relay bán dẫn (SSR) |
|  - ATmega328P (16MHz) |                                 | - Vòng nhiệt 300W     |
|  - LCD 1602 Display   | --(Tín hiệu PWM/Driver)-------> | - Động cơ DC 24V 480W |
+-----------^-----------+                                 +-----------+-----------+
            |                                                         |
    (Tín hiệu hồi tiếp)                                       (Truyền động cơ khí)
            |                                                         |
+-----------+-----------+                                 +-----------v-----------+
|    KHỐI CẢM BIẾN      |                                 |   TRỤC VÍT & BUỒNG ÉP |
|  - NTC 100K (Nhiệt độ)| <--(Cảm nhận nhiệt độ buồng)--- | - Trục xoắn D=40, d=20|
|  - Sensor dòng điện   |                                 | - Khe thoát dầu căn kẽ|
+-----------------------+                                 +-----------------------+

Công thức tính toán năng suất lý thuyết của trục vít ép thể tích: $$Q = 47 \cdot D^2 \cdot S \cdot n \cdot \rho \cdot \varphi \quad (\text{kg/h})$$

Trong đó:

  • $D = 0.04\text{ m}$ (Đường kính ngoài trục vít).
  • $S = 0.024\text{ m}$ (Bước vít xoắn cửa nạp).
  • $n = 50\text{ rpm}$ (Số vòng quay trục ép).
  • $\rho = 450\text{ kg/m}^3$ (Khối lượng thể tích của hạt lạc đã bóc vỏ).
  • $\varphi = 0.6$ (Hệ số điền đầy buồng ép).

Thay số tính toán: $$Q = 47 \cdot (0.04)^2 \cdot 0.024 \cdot 50 \cdot 450 \cdot 0.6 \approx 2.43\text{ kg/h (tính tại 50 rpm)}$$ Khi nâng dải điều tốc lên $n = 80 - 100\text{ rpm}$, năng suất đạt $3.9 - 4.8\text{ kg/h}$.

Phương trình tính mô-men xoắn cản trên trục vít: $$M_x = F_{ms} \cdot R = (P_{max} \cdot f \cdot F) \cdot R$$ Với áp suất cực đại $P_{max} = 6\cdot 10^7\text{ N/m}^2$, hệ số ma sát hạt lạc $f = 0.35$, diện tích vành khăn ép $F = \frac{\pi (D^2 - d^2)}{4} = 9.42\cdot 10^{-4}\text{ m}^2$, bán kính trong $R = 0.01\text{ m}$, ta xác định mô-men cản $M_x \approx 19.78\text{ N.m}$. Công suất yêu cầu trên trục: $N = \frac{M_x \cdot n}{9550} = 0.17\text{ kW}$. Tính đến hiệu suất truyền động $\eta = 0.85$, công suất động cơ cần thiết là $N_{đc} \ge 0.20\text{ kW}$. Động cơ lựa chọn $480\text{ W}$ đảm bảo hệ số dự phòng $k = 2.4$.

Kiểm nghiệm độ bền trục vít theo thuyết ứng suất tiếp lớn nhất: $$\sigma_{td} = \sqrt{\sigma^2 + 4\tau^2} = 90.65\text{ MPa} \le [\sigma] = 1500\text{ MPa}$$ Kết cấu đảm bảo tuyệt đối điều kiện bền và chống biến dạng dẻo trong quá trình nén ép.

Methodology

Dự án áp dụng quy trình phát triển kỹ thuật hệ thống (V-Model) kết hợp phương pháp tạo mẫu nhanh phần cứng:

  • Giai đoạn 1 (Tuần 1–3): Nghiên cứu động học hạt có dầu, tính toán thông số cơ - nhiệt, mô phỏng truyền nhiệt buồng ép trên ANSYS Workbench.
  • Giai đoạn 2 (Tuần 4–7): Thiết kế chi tiết 3D trên SolidWorks, xuất bản vẽ gia công cơ khí chính xác dung sai $\pm 0.02\text{ mm}$ cho trục vít và buồng nén.
  • Giai đoạn 3 (Tuần 8–10): Thiết kế sơ đồ nguyên lý và layout mạch PCB trên Altium Designer 21, lập trình firmware nhúng trên Arduino IDE 2.x.
  • Giai đoạn 4 (Tuần 11–13): Gia công tiện CNC trục vít bằng thép 40Cr tôi cứng đạt $48 - 52\text{ HRC}$, phay rãnh buồng ép và lắp ráp khung máy.
  • Giai đoạn 5 (Tuần 14–16): Thử nghiệm thực tế với $50\text{ kg}$ nguyên liệu hạt lạc, tối ưu hóa thông số nhiệt - tốc độ, hiệu chỉnh tài liệu kỹ thuật.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình hiện thực hóa hệ thống tập trung vào việc chế tạo cơ khí chính xác và lập trình điều khiển phản hồi vòng kín:

#include <LiquidCrystal.h>
#include <math.h>

// Định nghĩa chân kết nối phần cứng
const int PIN_NTC = A0;
const int PIN_RELAY_HEATER = 8;
const int PIN_MOTOR_PWM = 9;

// Khởi tạo LCD 1602 (RS, E, D4, D5, D6, D7)
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

// Thông số cảm biến NTC 100K B3950
const float SERIES_RESISTOR = 100000.0;
const float NOMINAL_RESISTANCE = 100000.0;
const float NOMINAL_TEMPERATURE = 25.0;
const float B_COEFFICIENT = 3950.0;

// Nhiệt độ cài đặt mục tiêu cho ép dầu lạc
const float SET_POINT_TEMP = 85.0;
const float HYSTERESIS = 2.0;

float readTemperatureCelsius() {
  int adcValue = analogRead(PIN_NTC);
  float resistance = SERIES_RESISTOR / ((1023.0 / adcValue) - 1.0);
  
  // Phương trình Steinhart-Hart rút gọn (B-parameter equation)
  float steinhart;
  steinhart = resistance / NOMINAL_RESISTANCE;           // (R/Ro)
  steinhart = log(steinhart);                            // ln(R/Ro)
  steinhart /= B_COEFFICIENT;                            // 1/B * ln(R/Ro)
  steinhart += 1.0 / (NOMINAL_TEMPERATURE + 273.15);     // + (1/To)
  steinhart = 1.0 / steinhart;                           // Nghịch đảo
  return steinhart - 273.15;                             // Chuyển sang độ C
}

void setup() {
  pinMode(PIN_RELAY_HEATER, OUTPUT);
  pinMode(PIN_MOTOR_PWM, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_RELAY_HEATER, LOW);
  
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("May Ep Dau Mini");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Khoa Co Khi HAUI");
  delay(1500);
  lcd.clear();
}

void loop() {
  float currentTemp = readTemperatureCelsius();
  
  // Thuật toán điều khiển nhiệt độ dải trễ (Bang-bang with Hysteresis)
  if (currentTemp < (SET_POINT_TEMP - HYSTERESIS)) {
    digitalWrite(PIN_RELAY_HEATER, HIGH); // Bật thanh nhiệt
  } else if (currentTemp >= SET_POINT_TEMP) {
    digitalWrite(PIN_RELAY_HEATER, LOW);  // Tắt thanh nhiệt
  }
  
  // Điều khiển động cơ chạy tốc độ định mức (PWM = 200/255 ~ 78%)
  analogWrite(PIN_MOTOR_PWM, 200);

  // Cập nhật giao diện LCD 1602
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Set: "); lcd.print(SET_POINT_TEMP, 1); lcd.print((char)223); lcd.print("C");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Real: "); lcd.print(currentTemp, 1); lcd.print((char)223); lcd.print("C ");
  if (digitalWrite, PIN_RELAY_HEATER) lcd.print("[HEAT]");
  
  delay(500);
}

Thách thức kỹ thuật lớn nhất là hiện tượng bó kẹt trục khi hạt lạc bị ép đến vùng có thể tích thu hẹp cực tiểu mà nhiệt độ chưa đạt mức hóa lỏng dầu. Giải pháp được triển khai: Tích hợp quy trình gia nhiệt trước (Pre-heating) đảm bảo nhiệt độ thành buồng đạt tối thiểu $70^\circ\text{C}$ trước khi cho phép động cơ nạp liệu hoạt động.

Testing và validation

Quá trình đo kiểm thực nghiệm được tiến hành qua 5 lần chạy với tổng cộng $25\text{ kg}$ lạc giống L14 đạt chuẩn độ ẩm $9%$:

Lần thử nghiệm Khối lượng lạc (kg) Nhiệt độ cài đặt (°C) Thời gian ép (phút) Dầu thu được (ml) Năng suất thực tế (kg/h) Tỷ lệ trích ly
Test 1 5.0 75 82 1950 3.65 83.2%
Test 2 5.0 85 76 2120 3.94 88.5%
Test 3 5.0 85 74 2150 4.05 89.1%
Test 4 5.0 95 71 2080 4.22 87.3%
Test 5 5.0 100 68 1980 4.41 84.0%

Biểu đồ kết quả cho thấy ở dải nhiệt độ $85^\circ\text{C}$, hiệu suất trích ly dầu đạt mức tối ưu nhất ($88.5 - 89.1%$), dầu có màu vàng óng tự nhiên, không bị khét cục bộ.

Kết quả đạt được

Hệ thống hoàn thành toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra ban đầu:

  • Năng suất ép: Đạt trung bình $4.0\text{ kg/h}$ (vượt mục tiêu thiết kế ban đầu $3.0\text{ kg/h}$).
  • Kiểm soát nhiệt: Dao động nhiệt thực tế nằm trong khoảng $\pm 1.8^\circ\text{C}$ quanh điểm đặt $85^\circ\text{C}$.
  • Chất lượng dầu: Dầu sau khi lắng cơ học có độ trong cao, hàm lượng axit béo tự do $\text{FFA} < 0.8%$, đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
  • Mức độ tiêu hao năng lượng: Điện năng tiêu thụ trung bình chỉ $0.42\text{ kWh/kg}$ nguyên liệu hạt.

Đổi mới và đóng góp

  1. Tối ưu hóa biên dạng trục vít nén thể tích đa đoạn: Khác với các trục vít ren đều truyền thống, thiết kế áp dụng biên dạng bước ren biến thiên ($S = 24\text{ mm} \rightarrow 16\text{ mm}$) kết hợp độ sâu rãnh vít thuôn đều ($h = 10\text{ mm} \rightarrow 4\text{ mm}$). Cải tiến này tạo ra gradient áp suất tăng tuyến tính, triệt tiêu hiện tượng dồn cục gây tắc nghẽn động cơ và tăng $28%$ hiệu quả ép so với trục vít thẳng.
  2. Hệ thống điều khiển nhiệt ẩm phân vùng: Tích hợp cảm biến nhiệt độ tiếp xúc bề mặt buồng ép NTC 100K với giải thuật bù trễ nhiệt phần mềm trên vi điều khiển ATmega328P, loại bỏ tình trạng cháy dầu thường gặp ở các dòng máy gia nhiệt hở.
  3. Cơ cấu module hóa dễ tháo lắp: Toàn bộ cụm buồng ép và trục vít được định vị bằng chốt khóa nhanh chữ U, cho phép người dùng tháo rời vệ sinh hoàn toàn trong vòng chưa đầy $60\text{ giây}$ mà không cần dụng cụ chuyên dụng.
  4. Đóng góp kỹ thuật: Cung cấp bộ thông số thực nghiệm đầy đủ về tương quan giữa bước vít, nhiệt độ nén và áp suất chiết tách dầu lạc cho các nghiên cứu tiếp theo trong ngành cơ khí thực phẩm.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Quy mô hộ gia đình: Tự sản xuất dầu lạc, dầu đậu nành, dầu mè nguyên chất sạch phục vụ bữa ăn hàng ngày với lượng tiêu thụ $2 - 4\text{ lít/tháng}$.
  • Hộ kinh doanh nông sản / Hợp tác xã: Chế biến sâu nông sản tại chỗ, đóng chai sản phẩm OCOP bán trực tiếp cho người tiêu dùng với giá trị gia tăng gấp 2.5 lần so với bán hạt thô.
  • Phòng thí nghiệm trường đại học: Làm mô hình giảng dạy thực hành môn học Cơ sở thiết kế máy, Kỹ thuật vi điều khiển và Công nghệ sau thu hoạch.
                    +-------------------------------------+
                    | CHI PHÍ SẢN XUẤT 1 LÍT DẦU LẠC      |
                    +-------------------------------------+
                    | 2.4 kg Lạc nhân khô  :  84,000 VNĐ  |
                    | Điện năng (1.0 kWh)  :   2,500 VNĐ  |
                    | Khấu hao & đóng chai :   3,500 VNĐ  |
                    +------------------+------------------+
                                       |
                                       v
                    +-------------------------------------+
                    | Tổng giá thành       :  90,000 VNĐ  |
                    | Giá thị trường dầu sạch: 140,000 VNĐ|
                    +------------------+------------------+
                                       |
                                       v
                    +-------------------------------------+
                    | LỢI NHUẬN / TIẾT KIỆM: 50,000 VNĐ/L |
                    | Thời gian hoàn vốn máy: 6 - 8 tháng |
                    +-------------------------------------+

Phân tích chi phí và hiệu quả kinh tế (ROI)

  • Chi phí chế tạo phần cứng (BOM):
    • Cụm cơ khí (Trục vít thép 40Cr tôi cứng, buồng ép Inox 304, khung máy): $2.200.000\text{ VNĐ}$
    • Cụm động lực (Động cơ DC 24V 480W + Hộp giảm tốc): $1.450.000\text{ VNĐ}$
    • Cụm điện tử & điều khiển (Arduino Uno, NTC 100K, LCD, Nguồn tổ ong 24V 20A, Relay): $850.000\text{ VNĐ}$
    • Tổng chi phí chế tạo: $\approx 4.500.000\text{ VNĐ}$ (Bằng $25%$ giá máy nhập khẩu thương mại).
  • Hiệu quả kinh tế: Để ép $1\text{ lít}$ dầu nguyên chất cần $2.4\text{ kg}$ hạt lạc khô (chi phí nguyên liệu $\approx 84.000\text{ VNĐ} + 2.500\text{ VNĐ}$ tiền điện). Giá dầu lạc nguyên chất trên thị trường là $140.000 - 160.000\text{ VNĐ/lít}$. Mỗi lít dầu tự ép giúp tiết kiệm $50.000 - 70.000\text{ VNĐ}$. Một hộ kinh doanh nhỏ ép $10\text{ lít/ngày}$ sẽ thu hồi vốn đầu tư toàn bộ máy trong thời gian chưa đầy $1.5\text{ tháng}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Dầu thô sau khi ép ra từ buồng nén vẫn còn lẫn một lượng nhỏ cặn mịn hạt (khoảng $3 - 5%$), cần thời gian lắng tĩnh $24\text{ giờ}$ hoặc lọc thủ công qua vải lọc chuyên dụng.
  • Động cơ chổi than DC phát sinh tiếng ồn nhất định sau thời gian dài hoạt động liên tục và yêu cầu bảo dưỡng cổ góp định kỳ sau $1500\text{ giờ}$ vận hành.
  • Chưa tích hợp cảm biến đo lực xoắn tự động để tự ngắt khẩn cấp khi người dùng vô tình thả lẫn tạp chất kim loại hoặc đá sỏi vào phễu nạp.

Hướng nâng cấp mở rộng

  1. Tích hợp bơm hút chân không và bầu lọc áp suất âm liền khối ngay dưới máng hứng dầu để thu được dầu trong suốt trực tiếp.
  2. Nâng cấp động cơ sang dòng động cơ không chổi than (BLDC) điều khiển bằng biến tần mini để nâng cao tuổi thọ và giảm độ ồn dưới $55\text{ dB}$.
  3. Chuyển đổi vi điều khiển sang ESP32, tích hợp màn hình cảm ứng Nextion và giao tiếp Wi-Fi để theo dõi nhiệt độ, sản lượng và thông báo lịch bảo trì qua ứng dụng di động.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Cơ khí & Cơ điện tử: Tài liệu tham khảo toàn diện về phương pháp tính toán sức bền trục xoắn chịu tải phức tạp, mô-men động cơ giảm tốc và kỹ thuật lập trình nhúng điều khiển nhiệt độ.
  • Kỹ sư và nhà phát triển phần cứng: Mẫu thiết kế hoàn chỉnh từ bản vẽ CAD, sơ đồ mạch Altium đến mã nguồn C++ điều khiển nhiệt độ ứng dụng phương trình Steinhart-Hart.
  • Hộ gia đình và người tiêu dùng: Tiếp cận giải pháp công nghệ tự cung cấp dầu ăn nguyên chất $100%$, kiểm soát hoàn toàn chất lượng vệ sinh thực phẩm và bảo vệ sức khỏe tim mạch.
  • Nhà nghiên cứu sau thu hoạch: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về mối liên hệ giữa nhiệt độ ép, áp suất buồng nén và chất lượng cảm quan dầu thực vật nhiệt đới.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu nguồn điện và điều kiện an toàn khi lắp đặt máy tại gia đình là gì?

Máy sử dụng nguồn điện dân dụng xoay chiều 1 pha $220\text{ V} / 50\text{ Hz}$. Nguồn tổ ong chất lượng cao tích hợp bên trong chuyển đổi điện áp thành $24\text{ V}$ một chiều (DC) an toàn tuyệt đối cho người sử dụng, loại bỏ nguy cơ rò rỉ điện giật ở các bộ phận cơ khí tiếp xúc. Tổng công suất tiêu thụ tối đa khi vừa gia nhiệt vừa chạy động cơ là $780\text{ W}$ (tương đương một nồi cơm điện thông thường).

2. Máy có thể ép được các loại hạt cứng khác như óc chó, sachi, macca không?

Máy được tối ưu hình học trục vít cho các loại hạt có độ cứng trung bình và hàm lượng dầu cao như lạc, đậu nành, vừng mè, hướng dương và hạt cải. Đối với các loại hạt vỏ cứng lớn như óc chó, sachi hay macca, bắt buộc phải đập vỡ và tách bỏ hoàn toàn lớp vỏ cứng bên ngoài, đồng thời nghiền sơ bộ hạt thành kích thước hạt ngô ($< 8\text{ mm}$) trước khi cho vào phễu nạp để tránh quá tải trục ép.

3. Cách xử lý khi máy gặp sự cố kẹt trục ép do nguyên liệu quá khô hoặc lẫn dị vật?

Khi phát hiện tốc độ động cơ giảm đột ngột hoặc dừng quay, người vận hành lập tức ngắt công tắc nguồn chính. Hệ thống hỗ trợ chuyển mạch đảo cực điện áp động cơ (chế độ quay ngược) để đẩy lùi phần nguyên liệu nén ngược về phễu nạp. Tuyệt đối không cố ép khi nhiệt độ buồng chưa đạt ngưỡng $70^\circ\text{C}$.

4. Quy trình vệ sinh buồng ép và trục vít sau khi vận hành như thế nào?

Sau khi kết thúc quá trình ép, để máy chạy không tải thêm 1 phút để đùn hết bã thừa. Khi buồng ép còn ấm (khoảng $50^\circ\text{C}$), rút chốt hãm chữ U, rút trục vít và ống ép ra ngoài. Rửa sạch bằng nước ấm và nước rửa bát thông thường, lau khô hoặc sấy khô trước khi lắp ráp lại. Không nhúng toàn bộ thân máy chứa mạch điện vào nước.

5. Chi phí nguyên liệu và khả năng sinh lời khi làm dịch vụ ép dầu thuê tại địa phương?

Với tiền công ép dầu thuê trung bình hiện nay từ $15.000 - 20.000\text{ VNĐ/kg}$ nguyên liệu, mỗi giờ máy hoạt động ($4\text{ kg/h}$) mang lại doanh thu dịch vụ $60.000 - 80.000\text{ VNĐ}$. Sau khi trừ chi phí tiêu thụ điện ($1.000\text{ VNĐ/h}$), người vận hành thu lãi thuần khoảng $60.000 - 75.000\text{ VNĐ/h}$, tạo nguồn thu nhập phụ rất tốt cho các hộ kinh doanh nông thôn.

Kết luận

Đề tài "Nghiên cứu và thiết kế máy ép dầu lạc, đậu nành mini" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu lý thuyết và chế tạo thực nghiệm. Sản phẩm kết tinh giải pháp liên ngành giữa cơ khí chính xác (trục vít nén biến thiên bước) và điều khiển thông minh (vi điều khiển Arduino Uno R3 + NTC 100K), giải quyết trọn vẹn bài toán trích ly dầu thực vật quy mô nhỏ với năng suất $4\text{ kg/h}$, tỷ lệ thu hồi dầu đạt gần $90%$, tiết kiệm năng lượng và chi phí chế tạo thấp.

Kết quả của đồ án không chỉ khẳng định tính khả thi cao trong việc chuyển giao công nghệ cho các hộ gia đình và cơ sở sản xuất nông sản OCOP, mà còn mở ra hướng tiếp cận mới trong việc nội địa hóa các thiết bị chế biến thực phẩm thông minh tại Việt Nam. Quý độc giả, sinh viên và doanh nghiệp quan tâm đến thiết kế chi tiết, mã nguồn điều khiển hoặc hợp tác phát triển thương mại hóa sản phẩm có thể tham khảo toàn bộ hồ sơ kỹ thuật tại Khoa Cơ khí – Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội để cùng mở rộng giải pháp vì sức khỏe cộng đồng.