CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Vào nhiều năm trở lại đây, hạt sen là một trong số những loại nguyên liệu đang dần phổ biến và xuất hiện ngày một rộng rãi, cụ thể ta có thể bắt gặp được ở rất nhiều món ăn đang thịnh hành hiện nay như: Trà/ trà sữa hạt sen; chè hạt sen; xôi đậu xanh hạt sen; …. và nhiều món ăn khác. Hạt sen là loại nguyên liệu mang rất nhiều giá trị về dinh dưỡng, mang đến nhiều tác dụng tốt, có lợi cho sức khỏe, thường được sử dụng để điều trị tự nhiên, bổ sung chất dinh dưỡng phòng cho những chứng bênh thường thấy như mất ngủ; khó tiêu; … Bên cạnh đó cũng góp phần chống lão hóa, kéo dài tuổi thọ người sử dụng. Ngày nay, việc chế biến để ra được hạt sen tươi phải trải qua khá nhiều công đoạn, nhưng một trong số đó quan trọng nhất là giai đoạn bóc vỏ cứng của hạt, quá trình này đòi hỏi việc tỉ mỉ, sạch sẽ và không làm hạt bị vỡ, bị cắt phạm.1: Tách vỏ hạt sen thủ công Với hạt sen tươi, lớp vỏ cứng có độ bền tương đối cao, trơn và cứng.
Thông thường, việc bóc vỏ hạt sen sẽ sử dụng sức lao động của con người, dùng dao cắt rãnh vòng theo biên dạng hạt sen để tách vỏ, việc đó sẽ khá khó khăn và mất rất nhiều thời gian. Theo tìm hiểu của nhóm, trung bình 1 người sử dụng phương pháp thủ công để cắt vỏ hạt sen sẽ tách được khoảng 1-2kg/h. Nhận thấy từ những vấn đề, khó khăn trên, để rút ngắn thời gian làm việc, cắt giảm bớt nhân công, tăng năng suất cho quy trình này thì nhóm đã quyết định lên kế hoạch thực hiện đề tài cho riêng một hộ gia đình có nhu cầu, đề tài mang tên: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy tách vỏ cứng hạt sen cho hộ gia định ở huyện Tân Phú, tỉnh Đồng Nai”.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài + Tính toán và thiết kế phương án cải tiến từ những máy có sẵn trên thị trường và máy có trước đó. + Chế tạo máy tách vỏ cứng hạt sen tự động với năng suất cao, bảo đảm về vệ sinh an toàn thực phẩm.
+ Đưa ra được phương án thiết kế phù hợp với nhu cầu sử dụng, tối ưu chi phí, đạt được năng suất yêu cầu từ người sử dụng (cụ thể 20kg/giờ).3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu + Hạt sen. + Các máy móc tách hạt sen có trên thị trường, trên Internet. + Quy trình sản xuất máy tách hạt sen. + Nguyên lý hoạt động các bộ phận máy (cấp phôi, tách hạt, cắt hạt, phân loại hạt, …).
+ Vật liệu chế tạo (Inox, thép hộp, …. - Phạm vi nghiên cứu + Thiết kế bản vẽ, mô hình máy bằng phần mềm Inventor 2020. + Tính toán, phân tích các bộ phận, hệ thống máy. + Hệ thống phân loại kích thước hạt.
+ Cải tiến, căn chỉnh hệ thống cấp phôi, băng tải.4 Phương pháp nghiên cứu + Bằng cách khảo sát, tìm hiểu những loại thiết bị/ máy móc hiện có trên thị trường trong và ngoài nước và tận dụng máy có sẵn từ đồ án tốt nghiệp của sinh viên những năm trước để lên ý tưởng thiết kế, tính toán, căn chỉnh lại máy sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng. + Tìm hiểu, tham khảo, thống kê các tài liệu, số liệu có liên quan về thiết kế, chế tạo máy trong sách giáo trình, sách tham khảo, internet và áp dụng các kiến thức đã học. + Sử dụng các phần mềm hỗ trợ thiết kế và tính toán: Inventor; Autocad; Cadesimu; MDSolid; … Sau khi tính toán thiết kế bắt đầu lên kế hoạch chế tạo, chạy thử nghiệm thực tế cho máy. + Từ yêu cầu về sản lượng của người dùng, nhu cầu thị trường (cụ thể tách hạt đạt năng suất 20kg/1) để tiến hành tính toán, chế tạo và canh chỉnh máy sao cho phù hợp.5 Kết cấu của ĐATN Kết cấu của đồ án tốt nghiệp gồm tổng cộng 6 chương.
Trong đó: + 2 chương nêu giới thiệu và tổng quan đề tài. + 1 chương về cơ sở lý thuyết. + 1 chương về phân tích phương hướng – cải tiến của máy. + 1 chương về tính toán các bộ phận của máy, hệ thống điều khiển.
+ 1 chương chế tạo, thử nghiệm. -3- CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Đặt vấn đề Sen có nguồn gốc ở Châu Á, xuất phát từ Ấn Độ (Makino, 1979), sau đó lan qua Trung Quốc,Việt Nam và vùng Đông Bắc Úc Châu. Do đó sen là loại thực phẩm được tiêu thụ rộng khắp Châu Á. Lá, bông, hạt, củ đều là những phần tốt cho sức khỏe, đều có thể ăn được và chế biến thành món ăn.
Riêng bông sen, vì có hình hài và màu sắc tươi đẹp nên được sử dụng để trang trí trong nhiều lễ hội ở các nước Châu Á. Tuy nhiên, củ và hạt sen lại được sử dụng nhiều và phổ biến hơn. Vì vậy nó có thị trường tiêu thụ, sản xuất lớn nhất và mang lại nhiều giá trị kinh tế hơn so với bộ phận khác của cây sen. Sen là một trong những cây trồng giữ vai trò hết sức quan trọng ở một số tỉnh thành Việt Nam.
Sen cho giá trị dinh dưỡng cao và là loại nguyên liệu có đặc tính dược lý và là loại thực phẩm thủy sinh. Vì vậy nó thường xuất hiện ở những vùng sông nước, đặc biệt là vùng đồng bằng song Cửu Long như: Vĩnh Long, Trà Vinh, Đồng Tháp, An Giang, Tiền Giang.Nhưng sen được trồng nhiều nhất ở Đồng Tháp Mười. So sánh hiệu quả kinh tế giữa cây sen với các cây trồng khác như lúa, bắp, đậu nành, thì ta có thể thấy được 1 hec-ta sen tăng khoảng 1,5-2 lần so với 1 hec-ta lúa hoặc giống cây trồng khác.1: Cây Sen -4- CHƯƠNG 2 Hiện nay, các sản phẩm của sen như: loại bỏ tim sen đông lạnh xuất khẩu sang Đài Loan đây là chủ lực trong chế biến sản phẩm sen; hạt sen bóc vỏ lụa, chế biến sữa hạt sen đóng chai; chế biến sản phẩm ăn liền từ hạt sen như sen luộc, sấy, chế biến hạt sen đóng hộp … Hình 2.2: Mô hình máy bóc vỏ hạt sen 3D phiên bản cũ Hình 2.3: Mô hình máy bóc vỏ hạt sen 3D phiên bản mới chưa lắp vỏ máy -5- CHƯƠNG 2 Hình 2.4: Mô hình máy bóc vỏ hạt sen 3D phiên bản mới đã lắp vỏ máy 2.2 Mục tiêu cụ thể và giới hạn của đề tài.1 Mục tiêu của đề tài. - Tính toán và thiết kế phương án cải tiến máy.
- Mục tiêu hướng đến việc cắt hạt đạt từ 90% trở lên, giảm tỉ lệ hạt bị cắt phạm vào phần lõi xuống dưới 10%. - Năng suất máy cần đạt từ 20kg/giờ. - Chế tạo máy bóc vỏ hạt sen. - Chế tạo hệ thống phân loại vỏ và hạt.
- Sử dụng vật liệu đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.2 Giới hạn của đề tài. - Về phần thuyết minh và tính toán: + Tính toán và thiết kế băng tải. + Tính toán và thiết kế cơ cấu truyền động. + Tính toán và thiết kế hệ thống cấp phôi.
+ Tính toán và thiết kế cơ cấu sàng phân loại. - Về mô hình: + Chế tạo phần phân loại, cơ cấu cấp hạt và điều chỉnh phần bóc vỏ hạt sen để kiểm nghiệm kết quả và nguyên lý cho phần tính toán của nhóm.3 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.1 Nghiên cứu ngoài nước Máy tách vỏ hạt sen đã không còn là một khái niệm xa lạ trên thị trường khi mà các máy thực tế lần lượt được các công ty của Trung Quốc và Việt Nam giới thiệu ngoài thị trường cho ra mắt. Tuy đã đạt được hiệu suất khá cao nhưng về giá thành thì lại rất đắt đỏ và khó tiếp cận đối với các hộ sản xuất nhỏ lẻ nên nó cũng còn khá hạn chế. Điển hình một máy mà chúng ta thường thấy trên thị trường: Thông số máy: Công suất: 3kW Điện áp: 220V/380V/50Hz Áp lực: 1 – 2 Mpa Nhiệt độ làm việc: 5 - 45℃ Khối lượng máy: 158 Kg Tỷ lệ lột vỏ: >98% Tỷ lệ hạt vỡ: <10% Tỷ lệ lột sạch vỏ lụa: 62 – 92% Tiếng ồn: <90dB Hình 2.5: Máy tách vỏ hạt sen tươi Zengzhou Năng suất: 15 – 20 Kg/giờ Máy gồm các cụm: + Băng tải: Dẫn hạt từ cụm cấp phôi tới dao cắt cuối cùng và thành phẩm ra khỏi máy.
+ Cấp phôi: Sử dụng phễu và các rulo cùng cơ cấu khí nén để cấp từng hạt đều đặn xuống băng tải. + Bơm nước: Sử dụng áp lực cao xịt trực tiếp vào hạt sen để giảm ma sát làm dập hạt. + Dao cắt: Sử dụng cơ cấu cam khiến dao di chuyển tịnh tiến với tốc độ cao tăng khả năng cắt.2 Nghiên cứu trong nước Một số máy được các nhóm sinh viên chế tạo và chưa đưa ra thị trường - Máy tách vỏ hạt sen của nhóm sinh viên trường Đại học Cần Thơ Hình 2.6: Máy tách vỏ hạt sen của nhóm sinh viên trường Đại học Cần Thơ Máy bao gồm các cụm: + Phễu cấp liệu: được thiết kế để hạt lăn vào các rãnh của từng line. + Các rulo dẫn hướng: các rulo dẫn hướng ngoài dẫn hướng cho hạt vào vị trí cắt còn có tác dụng đưa từng hạt với vị trí và khoảng cách cố định vào vị trí cắt.
+ Bàn dao cắt: sử dụng cơ cấu cam để tạo thành chuyển động tịnh tiến khiến việc cắt hạt trở nên dễ dàng hơn. + Khung tách: sử dụng tấm ép trên với một lực ép xác định được tác dụng đều đặn lên toàn bộ bề mặt của tấm ép. Tuy có cấu tạo không quá phức tạp nhưng phiên bản này đã đạt được hiệu suất cắt thành công tốt đó là 85% trên tống số 377 hạt được khảo sát. -8- CHƯƠNG 2 - Máy tách vỏ hạt sen của sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Máy tách vỏ hạt sen đã được chế tạo bởi các anh (chị) qua nhiều khóa trước.
Trải qua nhiều phiên bản cải tiến. Nhưng cấu tạo cơ bản vẫn gồm bộ 5 phần chính: + Cơ cấu phân loại hạt: Phân loại hạt sen thành những khoảng kích thước cụ thể, nhằm giảm thiểu phế phẩm. + Cơ cấu cấp hạt: Cấp hạt từ phểu cấp (phần phân loại) đến các line của băng tải. + Cơ cấu đẫn hạt: Dẫn hướng hạt chạy trên băng tải.
+ Phần dao cắt: Giúp cắt lớp vỏ ngoài của hạt. Đảm nhiệm nhiệm vụ chính và quan trọng trong cụm máy. + Phần băng tải: Giúp hạt di chuyển trên toàn bộ line chạy. Hình ảnh các phiên bản máy trước: Hình 2.