Đặt vấn đề Trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa nên nhu cầu đời sống vật chất tinh thần của con người cũng đòi hỏi phải được đáp ứng ở một mức độ khác. Các hoạt động lao động chân tay hằng ngày cần phải được thay thế bằng các mô hình tự động hoặc bán tự động. Các máy công nghiệp vận dụng sức mạnh của vi xử lý và công nghệ tiên tiến ra đời. Hiện tại, Việt Nam là một trong những nước có sản lượng xuất khẩu trái cây và nông sản nhiều nhất trên thế giới.
Tuy nhiên, việc áp dụng kỹ thuật tiên tiến vào sau thu hoạch vẫn còn hạn chế. Chính vì vậy, chất lượng trái cây ở Việt Nam chưa đồng đều, giá thành thấp, ngoài ra còn khó tạo niềm tin cho khách hàng. Ở lĩnh vực nông nghiệp, việc thu hoạch và phân loại sản phẩm sau thu hoạch vốn làm bằng thủ công nhưng với trình độ ngày nay, con người hoàn toàn có thể tự động hóa, vừa tiết kiệm sức người vừa giảm thiểu thời gian, chi phí. Cà chua sau khi thu hoạch sẽ được vận chuyển và tiến hành phân loại, tuyển chọn trước khi bảo quản.
Bắt đầu bằng việc phân biệt những quả có chất lượng tốt với những quả có kém chất lượng, hoặc bị khuyết tật (những quả bị rạn nứt, biến dạng, thối hỏng, bị côn trùng hại hoặc bị các vết thương vật lý). Những quả tốt sau 2 do an đó sẽ tiếp tục được phân loại theo mức độ chất lượng, dựa vào kích thước và độ chín. Nếu để lẫn các loại quả khác nhau về chất lượng, quả bị bệnh hoặc bị tổn thương với các quả lành lặn sẽ làm tăng tỷ lệ thối hỏng, vì quả chất lượng kém hoặc quả bị tổn thương rất nhạy cảm với sự phát sinh bệnh, dễ dàng bị nhiễm bệnh từ quả bị bệnh, và có thể dẫn đến hư hỏng cả những quả lành lặn khác. Quả bị bệnh hoặc bị tổn thương cơ giới thường sản sinh ra nhiều ethylene, một hoocmon thúc đẩy quá trình chín và già hoá.
Vấn đề này sẽ trở nên nguy hiểm nếu quả được tiêu thụ ở thị trường xa, những nơi mà thời gian vận chuyển có thể phải kéo dài 3 – 5 ngày, nhiệt độ sẽ tăng, tạo điều kiện thuận lợi cho bệnh phát triển. Cũng không nên để lẫn quả chưa chín với quả chín, đặc biệt là trong suốt thời gian dài vận chuyển và lưu trữ, vì quả chín sẽ sinh ra lượng ethylene cao, gây ra sự chín sớm của những quả chưa chín. Từ những phân tích trên ta có thể thấy được sự quan trọng của tự động hóa đối với ngành nông nghiệp như thế nào. Vì vậy, nhóm đã quyết định “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Mô hình phân loại cà chua”.
Mô hình vận dụng sức mạnh của các vi xử lý và công nghệ xử lý ảnh để xử lý một cách linh hoạt. Trong tương lai có thể phát triển thành các hệ thống có quy mô lớn ứng dụng vào thực tế, đáp ứng vào nhu cầu từng loại nông sản. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới sản xuất nông sản đã trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn, đem lại lợi nhuận cao cho nông dân cũng như doanh nghiệp như: Mỹ, Anh, Nhật…. Để đạt được những thành công đó là sự kết hợp khoa học kĩ thuật hiện đại vào sản xuất.
Việc sử dụng các loại máy móc thay thế sức người không chỉ đem lại năng suất cao, chất lượng tốt mà còn tiết kiệm chi phí cho người nông dân. Máy phân loại xoài Olimpias, Hy Lạp Máy phân loại xoài theo kích thước của Olimias (Hình 1.1) năng suất 5-6 tấn trong một giờ, hệ thống gồm cơ cấu cấp liệu dạng băng tải nghiên cuốn xoài từ bồn 3 do an rửa, xoài đi qua băng tải con lăn được phân loại theo kích thước với 3 máng dẫn ứng với 3 loại kích thước khác nhau, hệ thống này có ưu điểm là đơn giản, năng suất cao nhưng chỉ phân loại theo kích thước chiều ngang của xoài, độ chính xác không cao. Hệ thống phân loại trái cây của công ty UNISORTING – ITALIA, hệ thống này bao gồm nhiều module phân loại theo khối lượng, kích thước, màu sắc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để đánh giá chất lượng màu sắc, hư hỏng của quả. Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều loại trái cây như táo, bơ, xoài….
Hệ thống có năng xuất lớn, phù hợp cho các vùng chuyên canh tập trung có diện tích lớn và đồng bộ. Hệ thống phân loại nông sản UNISORTING Hệ thống phân loại xoài theo khối lượng của công ty Shijiazhuang Yishun Package Industrial CO., LTD – Trung Quốc, kết cấu máy gồm có một băng tải khép kín với các bàn cân điện tử đặt ở trên, xoài được công nhân đặt lên các bàn cân, khi bàn cân di chuyển đến vị trí máng dẫn phù hợi với tín hiệu phân loại, cơ cấu chấp hành sẽ tác động cho xoài rơi xuống. Máy có thể phân loại nhiều loại trái cây khác nhau như xoài, táo, bơ,…với năng suất cao. Hệ thống phân loại trái cây theo khối lượng 4 do an Công ty GP Graders LLC – USA phát triển hệ thống phân loại xoài bán tự động, xoài sau khi thu hoạch được vệ sinh qua bồn nước, sau đó được chuyển lên băng tải con lăn để công nhân loại những quả bị hỏng, khuyết tật, xoài sau đó được đưa qua hệ thống phân loại theo khối lượng bằng loadcell.
Hệ thống phân loại xoài bán tự động GP Graders LLC (USA) Đánh giá tình hình ứng dụng tự động hóa trong quá trình phân loại trái cây ở nước ngoài cho thấy các hệ thống phân loại trái cây (Xoài, bơ, táo) hầu hết chỉ phân loại theo khối lượng, một số dây chuyền của Ý, Mỹ có tích hợp hệ thống nhận dạng bằng hình ảnh, tuy nhiên các thiết bị có độ phức tạp và giá thành cao, không phù hợp với tình hình sản xuất nhỏ lẻ ở Việt Nam. Tình hình nghiên cứu trong nước Trong điều kiện xã hội phát triển theo hướng công nghiệp hóa, việc ứng dụng máy móc để thay thế sức lao động của con người đang phổ biến. Chỉ nói riêng lĩnh vực nông nghiệp đã có rất nhiều loại máy móc hỗ trợ con người như: máy cấy lúa, gặt lúa, gieo giống, thu hoạch,. trong đó có cả máy phân loại trái cây.
Ví dụ như: Pepper, Crowlcing, Voer, Kim Nguyên Food Tech, Tech Foous,… nhưng đa số các máy nói trên được sử dụng trong những nhà máy hoặc xưởng chế biến với quy mô lớn. Hơn nữa chi phí cho một hệ thống phân loại khá cao. Tỉnh Lâm Đồng là một trong những vùng chuyên canh cây cà chua lớn nhất nước với sản lượng táo thu hoạch mỗi năm hàng chục nghìn tấn. Các chủ vựa thu mua cà chua lớn trong tỉnh phải bỏ ra rất nhiều thời gian, công sức và tiền bạc để đi thuê một đội ngũ nhân công lao động ngồi rửa, phân loại rồi lau khô, đánh bóng cà chua trước khi đóng thùng.
Nhất là vào những dịp giáp Tết, lượng tiêu thụ tăng cao, các chủ vựa thu mua còn phải đối mặt với sự khan hiếm nguồn lao động. Tại đây đã có một kỹ sư chân đất tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo loại máy rửa, phân loại, hong khô nước và đánh bóng cà chua trước khi đóng thùng sản phẩm. 5 do an Hình 1. Kiểm tra chất lượng cà chua sau khi được phân loại Máy rửa, phân loại, hong khô nước và đánh bóng cà chua của anh hoạt động ngày 8 giờ đồng hồ, đạt năng suất khoảng 20 tấn cà chua, gần bằng khối lượng công việc của 20 nhân công thực hiện bằng phương pháp thủ công.
Máy còn có thể tăng gấp đôi năng suất hoặc có thể thay đổi tùy theo yêu cầu người đặt hàng. Máy rửa, phân loại, hong khô nước và đánh bóng cà chua của anh có hình chữ L, bao gồm các bộ phận cơ bản như thùng đựng cà chua thô. Từ đây, một băng chuyền hoạt động tương tự như cầu thang máy sẽ tự động lấy cà chua đến bộ phận sàng lọc các loại chất thải còn bám trên quả như rác, lá, cuống, táo hư hỏng, thối,… và tách bỏ những chất thải này ra khỏi cà chua, tiếp tục được chuyển tới bộ phận đựng nước rửa. Cà chua sau khi được rửa sạch lại được các băng chuyền chuyển tới vùng sấy khô nước và đánh bóng, sau đó đưa tới vùng phân chia các loại cà chua lớn nhỏ khác nhau.
Khi đã hoàn tất các công đoạn trên, cà chua được đưa ra các máng trượt, mỗi máng là một loại lớn nhỏ khác nhau. Cà chua đang được phân loại theo màu sắc độ chín 6 do an Bên cạnh máy rửa, phân loại, hong khô và đánh bóng cà chua ở tỉnh Lâm Đồng thì trên thị trường cũng có nhiều loại máy giúp hỗ trợ phân loại trái cây hoa quả khác, ví dụ như: Máy phân loại táo: hệ thống phân loại táo bao gồm băng chuyền để dẫn táo đi đến các khay đựng táo theo các tiêu chuẩn khác nhau. Hệ thống sử dụng các cảm biến khối lượng để phân loại. Táo được đưa di chuyển trên băng chuyền sẽ được nghiêng cho rớt vào từng khay chính xác khi có tín hiệu từ cảm biến truyền về.
Máy phân loại táo Máy phân loại dưa hấu: hệ thống phân loại dưa hấu được hoạt động dựa trên ứng dụng của cảm biến khối lượng (load cell). Mỗi quả dưa hấu sẽ được đặt trên một đĩa cân riêng biệt, mỗi đĩa cân sẽ có các cảm biến khối lượng để xác định khối lượng của quả dưa hấu. Dựa vào các tiêu chuẩn về khối lượng khác nhau mà hệ thống sẽ được lập trình để phân loại dưa theo từng mức khối lượng cụ thể. Máy phân loại dưa hấu 7 do an Máy phân loại chanh: hệ thống phân loại chanh theo kích thước hoạt động theo nguyên lý khá đơn giản, gồm một buồng lớn đựng chanh chưa phân loại được nối liền với các ống trục được khoét lỗ theo kích thước khác nhau.
Khi ống quay, chanh sẽ được cuốn theo, những quả có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ trên ống sẽ bị rớt xuống một băng chuyền dẫn đến rổ chứa. Kích thước lỗ trên ống sẽ được tăng dần để phân loại chanh theo nhiều kích cỡ khác nhau. Máy phân loại chanh 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Nghiên cứu ứng dụng các máy móc kỹ thuật cao vào các quy trình sản xuất nông sản thực phẩm một mặt giảm sức lao động con người, giảm giá thành, mặc khác còn đáp ứng những tiêu chuẩn cao về an toàn vệ sinh thực phẩm trong chế biến ở các thị trường khó tính đòi hỏi chất lượng cao.