Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp chế biến dừa đóng vai trò chiến lược trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (chiếm hơn 70% diện tích) và Duyên hải Nam Trung Bộ (chiếm 20%). Với diện tích canh tác vượt 200.000 ha và sản lượng khai thác đạt trên 2 tỷ quả/năm, nhu cầu sơ chế vỏ dừa khô để cung cấp nguyên liệu cho ngành sản xuất chỉ xơ dừa, than hoạt tính, mụn dừa ép khối và hàng thủ công mỹ nghệ xuất khẩu là cực kỳ lớn. Tuy nhiên, hơn 85% các cơ sở sơ chế tại Bến Tre, Trà Vinh vẫn phụ thuộc vào phương pháp thủ công dùng mũi giáo kim loại.

       QUY TRÌNH SƠ CHẾ DỪA KHÔ TRUYỀN THỐNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
+-------------------+      Thủ công       +-----------------------+
| Thu hoạch dừa khô | ------------------> | Bóc vỏ bằng mũi giáo  | -> Nguy cơ chấn thương cao
+-------------------+                     +-----------------------+    Năng suất: 60-100 quả/h
         |
         | Áp dụng Cơ Điện Tử
         v
+-------------------+   Cấp phôi tự động  +-----------------------+
| Phễu chứa 15 quả  | ------------------> | Máy bóc vỏ PLC LOGO!  | -> An toàn tuyệt đối
+-------------------+   (Mâm xoay + PWM)  +-----------------------+    Năng suất: 450-500 quả/h

Phương pháp bóc vỏ truyền thống bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng:

  • Nguy cơ tai nạn lao động cao: Thao tác dùng lực đè quả dừa vào mũi giáo sắc nhọn dễ gây trượt tay dẫn đến chấn thương nặng.
  • Năng suất thấp và phụ thuộc nhân công: Một công nhân lành nghề chỉ bóc được trung bình 60–100 quả/giờ; cường độ lao động cao dẫn đến suy giảm thể lực nhanh chóng.
  • Chi phí vận hành tăng cao: Biến động nhân công tại các làng nghề gây đình trệ chuỗi cung ứng nguyên liệu xơ dừa công nghiệp.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và chế tạo máy bóc vỏ dừa khô" do nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM thực hiện nhằm giải quyết dứt điểm các hạn chế trên.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể

  1. Phân tích cơ lý tính của quả dừa khô Việt Nam (kích thước, lực liên kết xơ dừa $F \approx 320,8\text{ N}$) để thiết lập thông số động học bóc vỏ.
  2. Thiết kế và chế tạo cơ cấu bóc vỏ dạng trục rulo phối hợp (1 trục gắn răng tam giác chủ động và 1 trục trơn định vị) kèm cơ cấu gạt tách xơ chống kẹt.
  3. Chế tạo hệ thống cấp phôi tự động dạng mâm xoay điều tốc bằng mạch điều chế độ rộng xung (PWM) kết hợp cảm biến quang sợi Keyence PS2-61.
  4. Xây dựng thuật toán điều khiển tuần tự trên bộ điều khiển khả trình PLC Siemens LOGO! 12RCL, tối ưu chu kỳ làm việc 8 giây/quả.
  5. Kiểm nghiệm thực nghiệm đảm bảo tỷ lệ bóc sạch vỏ $\ge 90%$, đạt năng suất thiết kế 450–500 quả/giờ, vận hành an toàn trên lưới điện 1 pha 220V dân dụng.
                    PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN DỰ ÁN
+------------------------------------+------------------------------------+
|         TRONG PHẠM VI ÁP DỤNG       |          GIỚI HẠN KỸ THUẬT         |
+------------------------------------+------------------------------------+
| * Dừa khô thương phẩm (Dừa ta,    | * Không áp dụng cho dừa tươi non   |
|   Dừa dâu, Dừa lai lấy dầu/xơ).    |   uống nước (yêu cầu gọt vỏ thẩm mỹ|
| * Đường kính quả: 120 - 220 mm.    | * Độ ẩm vỏ dừa tối ưu: 15% - 25%.  |
| * Chiều dài quả: 150 - 220 mm.     | * Cần phân loại sơ bộ kích thước   |
| * Lực bóc tách danh định: <= 350 N.|   để đạt hiệu suất tách vỏ cao nhất|
+------------------------------------+------------------------------------+

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng công nghệ

Giải pháp công nghệ Nguyên lý hoạt động Ưu điểm Nhược điểm cốt lõi Năng suất Chi phí chế tạo
Mũi giáo thủ công Đâm vỏ vào lưỡi kim loại, dùng lực tay bẩy xơ dừa Chi phí đầu tư gần như bằng 0 Nguy cơ tai nạn cao, phụ thuộc hoàn toàn vào sức người 60–100 quả/h < 500.000 VNĐ
Máy ép thủy lực Nhứt Thống Định tâm quả dừa, dùng xilanh thủy lực ép bung múi vỏ Xơ dừa nguyên vẹn, bóc được nhiều kích cỡ Hệ thống cồng kềnh, giá thành rất cao, chu kỳ ép chậm ~240 quả/h (4 quả/phút) > 80.000.000 VNĐ
Máy bóc SV HUTECH 2 trục rulo quay ngược chiều cuốn xơ dừa Kết cấu đơn giản, chi phí thấp Cấp phôi thủ công bằng tay nguy hiểm, dễ làm vỡ gáo dừa ~480 quả/h ~10.000.000 VNĐ
Máy trục vít Ấn Độ Cánh vít xoắn vừa bóc vừa tịnh tiến quả dừa ra ngoài Thoát sản phẩm liên tục, vận hành đơn giản Xơ dừa bị xé vụn nát, cánh vít nhanh mòn, khó gia công ~300 quả/h ~35.000.000 VNĐ
Giải pháp đề tài (Cơ Điện Tử) Trục rulo răng tam giác + Mâm xoay cấp phôi tự động + PLC Tự động hóa hoàn toàn, sạch vỏ $\ge 90%$, an toàn, điện 1 pha 220V Cần căn chỉnh khoảng cách trục khi thay đổi kích cỡ dừa lớn 450–500 quả/h ~18.000.000 VNĐ

Ưu tiên yêu cầu kỹ thuật (Mô hình MoSCoW)

  • Must have (Bắt buộc): Hệ thống cấp phôi tự động; cơ cấu bóc tách sạch xơ $\ge 90%$; nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop); vận hành được trên nguồn điện 1 pha 220V.
  • Should have (Nên có): Điều chỉnh được tốc độ mâm xoay cấp phôi qua biến trở PWM; thanh gạt chống xơ dừa quấn kẹt vào trục rulo.
  • Could have (Có thể có): Bộ đếm sản lượng dừa hiển thị trên màn hình LCD của PLC; cơ chế tự đảo chiều trục rulo khi xảy ra kẹt dị vật.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Tự động phân loại kích cỡ quả dừa bằng xử lý ảnh công nghiệp trước khi vào buồng bóc.
                    KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MÁY BÓC VỎ DỪA
+-------------------------------------------------------------------------+
|                           KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM                     |
|                   PLC SIEMENS LOGO! 12RCL (Nguồn 12VDC)                 |
+-------------------------------------------------------------------------+
       ^                         |                          |
       | Tín hiệu                | Điều khiển 12VDC         | Đóng cắt 220VAC
       |                         v                          v
+------------------+     +-------------------+     +----------------------+
| CẢM BIẾN & NÚT   |     | KHỐI CẤP PHÔI     |     | KHỐI BÓC VỎ CHÍNH    |
| * Keyence PS2-61 |     | * Relay Omron MY2N|     | * Động cơ 3 pha ->   |
|   (Sợi quang)    |     | * Mạch PWM 5A     |       chuyển 1 pha 1.1kW   |
| * Start/Stop/EMG |     | * Motor DC 24V    |     | * Bộ truyền xích p=12.7|
| * Nút Reset      |     |   300 RPM + Hộp số|     | * 2 Trục rulo đảo    |
+------------------+     +-------------------+       chiều bóc tách xơ    |
                                                   +----------------------+

Thông số tính toán thiết kế cơ khí

         SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CHÍNH
Động cơ 1.1kW (140 rpm) ===> [Đĩa xích Z1=15] 
                                    |
                             (Xích con lăn p=12.7, a=349mm, u=3.5)
                                    |
                                    v
                             [Đĩa xích Z2=52] ===> [Trục Rulo Răng n=40 rpm]
                                                            |
                                                    (Hệ bánh răng đảo chiều)
                                                            |
                                                            v
                                                   [Trục Rulo Trơn n=40 rpm]
  1. Lực bóc tách thực nghiệm: Đo trực tiếp bằng cân lực điện tử đạt $F = 32,7\text{ kgf} \times 9,81 = 320,78\text{ N}$.
  2. Mô-men xoắn trên trục công tác: Với bán kính làm việc trục rulo $R = 45\text{ mm} = 0,045\text{ m}$ và hệ số an toàn $k = 1,2$: $$T = F \times R \times k = 320,78 \times 0,045 \times 1,2 \approx 17,32\text{ Nm}$$
  3. Công suất yêu cầu trên trục bóc ($n = 40\text{ vòng/phút}$): $$P = \frac{T \times n}{9550} = \frac{17,32 \times 40}{9550} \approx 0,0725\text{ kW}$$ Tính đến hệ số va đập $k_d = 1,35$, hiệu suất truyền động $\eta = 0,85$, công suất danh định yêu cầu là $P_{ct} = 0,588\text{ kW}$. Nhóm chọn động cơ công suất $1,1\text{ kW}$ (1,5 HP) có gắn hộp giảm tốc để đảm bảo khả năng chịu quá tải khi xơ dừa bị nén chặt.
  4. Tính toán bộ truyền xích con lăn:
    • Tỉ số truyền: $u = \frac{n_1}{n_2} = \frac{140}{40} = 3,5$.
    • Số răng đĩa dẫn $Z_1 = 15$ răng; đĩa bị dẫn $Z_2 = 15 \times 3,5 = 52,5 \rightarrow$ chọn $Z_2 = 52$ răng.
    • Bước xích tiêu chuẩn: $p = 12,7\text{ mm}$; khoảng cách trục $a = 349\text{ mm}$.
    • Số mắt xích tính toán: $x = 70$ mắt. Hệ số an toàn kiểm nghiệm $S = 8,2 > [S]_{cp} = 7$.

Implementation và kết quả

Quy trình gia công chế tạo và điều khiển

                     QUY TRÌNH THỰC HIỆN DỰ ÁN
+--------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ & ĐIỆN (Tuần 1 - Tuần 4)                    |
| * Mô hình hóa kết cấu khung máy, cụm rulo bóc và mâm xoay trên CAD/3D.  |
| * Tính toán bền trục, then, xích và phân bổ sơ đồ bố trí tủ điện.       |
+--------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v
+--------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 2: GIA CÔNG CƠ KHÍ & LẮP RÁP TỦ ĐIỆN (Tuần 5 - Tuần 9)         |
| * Tiện trục rulo, hàn răng bóc tam giác thép C45, gia công phễu chứa.    |
| * Lắp ráp động cơ, hộp giảm tốc, bộ truyền xích và gá đỡ thoát xơ dừa.   |
| * Đấu nối dây tín hiệu PLC LOGO!, rơ-le Omron, nguồn DC và cảm biến.    |
+--------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v
+--------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 3: LẬP TRÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 5 BƯỚC (Tuần 10 - Tuần 14)        |
| * Nạp chương trình FBD/Ladder vào PLC LOGO! 12RCL.                       |
| * Chạy thử nghiệm 5 đợt điều chỉnh cơ - điện để tối ưu hóa tỷ lệ bóc.   |
+--------------------------------------------------------------------------+

Sơ đồ chân I/O trên PLC Siemens LOGO! 12RCL

+------------------------------------+------------------------------------+
|          NGÕ VÀO (INPUT)           |           NGÕ RA (OUTPUT)          |
+------------------------------------+------------------------------------+
| I1: Tín hiệu Cảm biến Keyence PS2  | Q1: Cuộn hút Relay cấp nguồn Motor |
|     (Phát hiện dừa rơi vào buồng)  |     DC 24V mâm xoay cấp phôi       |
| I2: Nút nhấn START (Khởi động)     | Q2: Đèn báo trạng thái RUN (Xanh)  |
| I3: Nút nhấn STOP (Dừng máy)       | Q3: Đèn báo trạng thái STOP (Đỏ)   |
| I4: Nút nhấn RESET (Khôi phục lỗi) | Q4: Đèn báo trạng thái ALARM (Vàng)|
+------------------------------------+------------------------------------+

// THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHU KỲ BÓC TỰ ĐỘNG (PSEUDOCODE CHO PLC)
PROGRAM Coconut_Sheller_Control
VAR
    bStartBtn     AT %I2 : BOOL;  // Nút nhấn Start
    bStopBtn      AT %I3 : BOOL;  // Nút nhấn Stop
    bSensorFiber  AT %I1 : BOOL;  // Cảm biến quang sợi Keyence (Active LOW)
    bFeederMotor  AT %Q1 : BOOL;  // Relay điều khiển mâm xoay cấp phôi
    bPeelRoller   AT %Q2 : BOOL;  // Khởi động từ trục rulo chính
    tPeelTimer    : TON;          // Bộ định thời gian bóc vỏ (7.0s)
    tFeedDelay    : TON;          // Bộ định thời gian cấp phôi tiếp theo (1.0s)
    SystemState   : INT := 0;     // 0: IDLE, 1: FEEDING, 2: PEELING, 3: DISCHARGE
END_VAR

IF bStopBtn THEN
    bFeederMotor := FALSE;
    bPeelRoller  := FALSE;
    SystemState  := 0;
    RETURN;
END_IF;

CASE SystemState OF
    0: // Trạng thái nghỉ
        IF bStartBtn THEN
            bPeelRoller  := TRUE;   // Trục rulo bóc quay liên tục
            bFeederMotor := TRUE;   // Mâm xoay bắt đầu đưa dừa vào
            SystemState  := 1;
        END_IF;

    1: // Chờ dừa rơi vào buồng bóc
        IF NOT bSensorFiber THEN    // Cảm biến quang phát hiện quả dừa đi qua
            bFeederMotor := FALSE;  // Dừng mâm xoay ngay lập tức (tránh kẹt dừa)
            tPeelTimer(IN := TRUE, PT := T#7S);
            SystemState  := 2;
        END_IF;

    2: // Quá trình bóc vỏ
        tPeelTimer();
        IF tPeelTimer.Q THEN
            tPeelTimer(IN := FALSE);
            tFeedDelay(IN := TRUE, PT := T#1S);
            SystemState := 3;
        END_IF;

    3: // Thoát dừa và cấp quả tiếp theo
        tFeedDelay();
        IF tFeedDelay.Q THEN
            tFeedDelay(IN := FALSE);
            bFeederMotor := TRUE;   // Kích hoạt mâm xoay cấp quả tiếp theo
            SystemState  := 1;
        END_IF;
END_CASE;

Quá trình thực nghiệm qua 5 giai đoạn

                BIỂU ĐỒ NÂNG CAO HIỆU SUẤT QUA 5 LẦN THỰC NGHIỆM
  Tỷ lệ bóc sạch (%)
   100 |                                                 92% - 95%
    80 |                                     78% - 82%     [TN 5]
    60 |                         65% - 70%     [TN 4]
    40 |             45% - 50%     [TN 3]
    20 | 25% - 30%     [TN 2]
     0 +---[TN 1]---------------------------------------------------> Tiến trình
  • Thực nghiệm lần 1: Dừa bị trượt trên trục rulo, vỏ chỉ rách một phần do răng bóc dạng nón nhẵn không bám sâu. Tỷ lệ sạch vỏ đạt dưới $30%$.
  • Thực nghiệm lần 2: Thay đổi biên dạng sang răng tam giác sắc cạnh; quả dừa bị kẹt cứng giữa 2 trục làm dừng động cơ do khoảng cách 2 trục rulo quá hẹp ($< 80\text{ mm}$).
  • Thực nghiệm lần 3: Nới rộng khoảng cách tâm trục lên $110\text{ mm}$, xơ dừa bị quấn chặt vào trục rulo gây nghẽn máy sau khi bóc được 3 quả.
  • Thực nghiệm lần 4: Lắp đặt thêm hệ thống thanh cào xơ thụ động áp sát chân răng bóc; hiện tượng quấn trục giảm $80%$, tỷ lệ làm sạch đạt $78%$.
  • Thực nghiệm lần 5 (Hoàn thiện): Tối ưu hóa chu kỳ PLC (7 giây bóc + 1 giây cấp phôi), lắp bộ chỉnh tốc PWM cho mâm xoay $30\text{ vòng/phút}$. Kết quả: Dừa bóc sạch $92% - 95%$, gáo dừa nguyên vẹn không nứt vỡ, thời gian hoàn thành 1 quả đạt $7,8\text{ giây}$.

Đổi mới và đóng góp

                      3 CẢI TIẾN ĐỘT PHÁ CỦA HỆ THỐNG
+--------------------------------------------------------------------------+
| 1. CƠ CẤU TRỤC RULO BÓC KÉP BẤT ĐỐI XỨNG & THANH GẠT TỰ LÀM SẠCH         |
| * 1 trục mang răng tam giác kéo xé + 1 trục trơn xoay đảo chiều định vị. |
| * Triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng quấn nghẽn xơ dừa thường gặp.          |
+--------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v
+--------------------------------------------------------------------------+
| 2. CẤP PHÔI XOAY ĐỒNG BỘ CẢM BIẾN QUANG SỢI NPN TỐC ĐỘ CAO (0.5 ms)       |
| * Tự động ngắt nạp khi phát hiện dừa đã vào buồng bóc.                  |
| * Loại bỏ 100% rủi ro đưa tay vào vùng nguy hiểm của công nhân.          |
+--------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v
+--------------------------------------------------------------------------+
| 3. BỘ CHUYỂN NGUỒN CÔNG NGHIỆP TƯƠNG THÍCH LƯỚI ĐIỆN NÔNG THÔN 1 PHA     |
| * Mạch tụ khởi động tối ưu cho motor 1.1kW duy trì moment xoắn khởi động.|
| * Giúp các hộ sản xuất cá thể không cần đầu tư trạm biến áp 3 pha.      |
+--------------------------------------------------------------------------+

So sánh định lượng với các giải pháp hiện hành

Chỉ số đánh giá Phương pháp thủ công Máy thủy lực Nhứt Thống Máy bóc SV HUTECH Máy bóc đề tài (HCMUTE)
Mức độ an toàn Rất nguy hiểm (Dễ rách tay) An toàn trung bình Nguy hiểm (Đè tay) An toàn tuyệt đối (Tự động)
Năng suất bóc vỏ 60–100 quả/h ~240 quả/h ~480 quả/h 450–500 quả/h ($\uparrow 400%$)
Độ sạch vỏ dừa $95% - 98%$ $90% - 95%$ $70% - 80%$ $92% - 95%$ (Đạt chuẩn)
Tỷ lệ vỡ gáo dừa $< 1%$ $< 2%$ $5% - 8%$ $< 1,5%$
Thời gian chu kỳ 36–60 s/quả 15 s/quả 7,5 s/quả 7,8 s/quả ($\downarrow 80%$)
Nguồn điện yêu cầu Không 3 pha 380V (Bơm dầu) 1 pha 220V 1 pha 220V (Dân dụng)

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế tại cơ sở chế biến Bến Tre

Hệ thống được thiết kế tối ưu cho các trạm thu mua và xưởng sơ chế dừa quy mô vừa và nhỏ:

  1. Nạp nguyên liệu: Công nhân đổ bao dừa khô (15 quả/mẻ) vào thùng chứa phễu nạp cao 1,3 m.
  2. Khởi động chu trình: Bật công tắc nguồn MCCB 10A, nhấn nút START trên bảng điều khiển.
  3. Vận hành tự động: Mâm xoay cấp dừa từng quả rơi qua cảm biến quang; trục rulo bóc vỏ trong 7 giây; xơ dừa rơi xuống máng thu hồi bên dưới, gáo dừa tự động lăn ra cửa xả sản phẩm.
  4. Thu hồi thành phẩm: Gáo dừa đạt độ sạch chuyển sang công đoạn cạo màng/chế biến cơm dừa; vỏ dừa chuyển sang máy đánh chỉ xơ.
                      MÔ HÌNH HÓA DÒNG DOANH THU VÀ ROI
  Chi phí / Tiết kiệm (Triệu VNĐ)
    60 +---------------------------------------------------------+
       |                                              [Tiết kiệm |
    40 |                                 [Hoàn vốn     nhân công |
       |                   [Đầu tư máy    sau 2.2      năm 1:    |
    20 | [Chi phí máy:     + Điện năng]   tháng]       72 Triệu] |
       |   18.5 Triệu]                                           |
     0 +---------------------------------------------------------+
       Tháng 0             Tháng 1        Tháng 2.2    Tháng 12

Phân tích hiệu quả kinh tế (ROI)

  • Chi phí chế tạo máy (Vốn đầu tư ban đầu): ~18.500.000 VNĐ.
  • Chi phí nhân công thủ công: 1 cơ sở cần 2 công nhân bóc vỏ ($6.000.000\text{ VNĐ/tháng/người} \times 2 = 12.000.000\text{ VNĐ/tháng}$).
  • Khi ứng dụng máy: Chỉ cần 1 công nhân phụ trách nạp liệu kiêm gom bao sản phẩm. Mức tiết kiệm ròng chi phí nhân công: $6.000.000\text{ VNĐ/tháng}$.
  • Điện năng tiêu thụ: $1,1\text{ kW} \times 8\text{ h/ngày} \times 26\text{ ngày} \times 2.500\text{ đ/kWh} \approx 572.000\text{ VNĐ/tháng}$.
  • Lợi ích kinh tế ròng: $5.428.000\text{ VNĐ/tháng}$.
  • Thời gian hoàn vốn đầu tư (Payback Period): $$\text{ROI} = \frac{18.500.000\text{ VNĐ}}{5.428.000\text{ VNĐ/tháng}} \approx 3,4\text{ tháng}$$

Hạn chế và hướng phát triển

                HẠN CHẾ HIỆN TẠI VÀ LỘ TRÌNH NÂNG CẤP
+------------------------------------+------------------------------------+
|          HẠN CHẾ HIỆN TẠI          |       HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO   |
+------------------------------------+------------------------------------+
| * Xơ dừa bị xé thành 4-5 mảng chưa | * Tích hợp cụm dao rạch múi định   |
|   đều kích thước tuyệt đối.        |   hướng trước khi vào rulo ép.     |
| * Trục rulo cố định khoảng cách,   | * Cơ cấu trục rulo điều chỉnh khe  |
|   chưa linh hoạt với dừa quá nhỏ.  |   hở tự động bằng lò xo nén khí.   |
| * Khung máy nguyên khối thép hộp   | * Thiết kế Module hóa khung gầm    |
|   gây nặng nề khi vận chuyển xa.   |   giúp tháo lắp cơ động trong 15p. |
| * Chưa đếm và hiển thị sản lượng.  | * Nâng cấp PLC S7-1200 kết nối IoT |
|                                    |   quản lý năng suất qua Web/App.   |
+------------------------------------+------------------------------------+

Đối tượng hưởng lợi

                         CỘNG ĐỒNG THỤ HƯỞNG DỰ ÁN
       +---------------------------------------------------------+
       |                  HỆ SINH THÁI GIÁ TRỊ                   |
       +---------------------------------------------------------+
         /                   |                    |             \
        v                    v                    v              v
+---------------+    +---------------+    +---------------+    +---------------+
| SINH VIÊN     |    | KỸ SƯ / DEV   |    | DOANH NGHIỆP  |    | NHÀ NGHIÊN CỨU|
| CƠ ĐIỆN TỬ    |    | CHẾ TẠO MÁY   |    | CƠ SỞ CHẾ BIẾN|    | ỨNG DỤNG      |
| * Bản mẫu     |    | * Kinh nghiệm |    | * Giảm 50% chi|    | * Dữ liệu lực |
|   Mechatronics|      xử lý tải va  |      phí nhân công |      xé tách xơ    |
|   chuẩn mực   |      đập cơ khí    |    | * Năng suất   |      dừa khô      |
| * Tài liệu lập|    | * Mạch ghép   |      tăng 400%     |    | * Tài liệu cơ |
|   trình PLC   |      nối cảm biến  |    | * An toàn lao |      sở cho máy tự|
|   thực chiến  |      Keyence-PLC   |      động tuyệt đối|      động ngành dừa|
+---------------+    +---------------+    +---------------+    +---------------+
  • Sinh viên ngành Cơ Điện tử/Cơ khí: Tiếp cận tài liệu thiết kế hệ thống cơ điện tử hoàn chỉnh từ bài toán đo đạc động lực học, tính toán cơ khí (bộ truyền xích, then, trục) đến lập trình điều khiển PLC LOGO! thực chiến.
  • Kỹ sư chế tạo máy: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật giải quyết bài toán chống kẹt xơ sợi thực vật và giải pháp chuyển đổi động cơ 3 pha sang 1 pha hiệu quả.
  • Chủ cơ sở sơ chế nông sản: Sở hữu phương án máy tự động hóa giá rẻ, thời gian hoàn vốn nhanh dưới 4 tháng, cắt giảm chi phí vận hành và loại bỏ tai nạn lao động.
  • Nhà nghiên cứu khoa học: Kế thừa bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm về lực xé tách vỏ dừa ($F \approx 320,8\text{ N}$) để phát triển các thế hệ máy thu hoạch/chế biến dừa tự động cao cấp hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu nguồn điện và điều kiện lắp đặt máy tại các xưởng nông thôn như thế nào?

Máy sử dụng nguồn điện dân dụng 1 pha 220V – 50Hz thông qua mạch tụ chuyển đổi từ động cơ 3 pha 1,1 kW, tổng công suất tiêu thụ tối đa chỉ ~1,2 kW. Xưởng chỉ cần trang bị đường dây điện chịu tải tốt với aptomat bảo vệ (MCB) từ 10A trở lên và mặt bằng phẳng diện tích tối thiểu $1,5\text{ m} \times 1,5\text{ m}$.

2. Máy xử lý như thế nào khi gặp các quả dừa có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ?

Buồng bóc được thiết kế tối ưu cho kích thước quả dừa trung bình đường kính từ 120 mm đến 195 mm. Đối với dừa có kích thước ngoại cỡ ($> 200\text{ mm}$), quả dừa vẫn được bóc sạch nhờ hành trình răng tam giác sâu. Tuy nhiên, với dừa quá nhỏ ($< 110\text{ mm}$), người vận hành có thể hiệu chỉnh nhanh đệm căn chỉnh gối đỡ trục rulo trơn để thu hẹp khoảng cách tâm trục xuống còn 90–100 mm.

3. Tần suất bảo dưỡng và thay thế các chi tiết hao mòn cơ khí định kỳ ra sao?

  • Hàng ngày: Vệ sinh sạch vụn xơ dừa bám ở máng xả và khu vực cảm biến quang Keyence PS2-61.
  • Hàng tuần: Tra dầu bôi trơn chuyên dụng vào bộ truyền xích con lăn $p = 12,7\text{ mm}$ và kiểm tra độ căng của xích.
  • Định kỳ 6 tháng: Kiểm tra độ mòn của các đầu răng bóc thép C45 trên trục rulo; mài bén hoặc hàn đắp bổ sung nếu cần thiết.

4. Hệ thống cấp phôi mâm xoay có xảy ra hiện tượng kẹt 2 quả dừa cùng lúc không?

Không. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế phễu dẫn hướng góc nghiêng $45^\circ$ kết hợp gờ chắn định lượng trên mâm xoay chỉ cho phép duy nhất 1 quả dừa lọt vào vị trí thanh gạt trong mỗi chu kỳ quay. Ngoài ra, cảm biến quang sợi Keyence PS2-61 sẽ lập tức kích ngắt Relay Q1 dừng mâm xoay ngay khi dừa rơi qua vùng quét.

5. Chi phí đầu tư dự toán và lộ trình thu hồi vốn cho hộ sản xuất cá thể?

Tổng chi phí vật tư gia công máy hoàn chỉnh khoảng 18,5 triệu đồng. Với năng suất 450–500 quả/giờ, máy thay thế tương đương sức lao động của 2 thợ lành nghề. Hộ sản xuất tiết kiệm được khoảng 5,4 triệu đồng/tháng (sau khi trừ chi phí tiền điện), giúp thu hồi toàn bộ vốn đầu tư chỉ trong vòng 3,4 tháng vận hành.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và chế tạo máy bóc vỏ dừa khô" đã hiện thực hóa thành công một giải pháp Cơ Điện tử ứng dụng có hàm lượng kỹ thuật cao và giá trị thực tiễn vượt trội. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa cơ cấu bóc tách rulo răng tam giác, hệ thống cấp phôi xoay tự động và bộ điều khiển thông minh PLC Siemens LOGO! 12RCL, hệ thống đã giải quyết triệt để bài toán hóc búa về an toàn lao động và năng suất trong ngành sơ chế dừa khô tại Việt Nam.

Với năng suất ấn tượng đạt 450–500 quả/giờ, tỷ lệ bóc sạch vỏ $92% - 95%$, chi phí chế tạo cạnh tranh (~18,5 triệu VNĐ) và khả năng tương thích hoàn hảo với lưới điện 1 pha nông thôn, mô hình máy hoàn toàn đủ điều kiện để chuyển giao công nghệ và thương mại hóa rộng rãi. Đây là bước tiến quan trọng góp phần hiện đại hóa chuỗi giá trị nông sản dừa Việt Nam trên trường quốc tế.