Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại Việt Nam, nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, trong đó các sản phẩm từ cây dừa (đặc biệt là dừa tươi tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long như Bến Tre) có nhu cầu tiêu thụ và xuất khẩu rất lớn. Việc sơ chế quả dừa tươi phục vụ tiêu dùng trực tiếp đòi hỏi phải loại bỏ lớp vỏ xơ xanh bên ngoài để tạo hình thẩm mỹ và giảm khối lượng vận chuyển. Tuy nhiên, phương pháp gọt vỏ dừa truyền thống chủ yếu được thực hiện bằng dao thủ công, mang lại năng suất thấp, phụ thuộc nhiều vào thể lực và tay nghề của người lao động, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động do tiếp xúc trực tiếp với lưỡi dao sắc bén.

Trên thị trường trong và ngoài nước, các giải pháp cơ giới hóa đã xuất hiện nhưng tồn tại nhiều mặt hạn chế:

  • Các mẫu máy tự chế trong nước (tiêu biểu như máy gọt vỏ dừa của cơ sở anh Lê Tân Kỳ tại Bến Tre hay máy của các công ty Tân Tiến, Gia Long) chủ yếu vận hành bằng tay gạt cơ khí hoặc cơ cấu bán tự động đơn giản với năng suất khoảng 30–60 giây/trái.
  • Một số dòng máy nhập khẩu sử dụng hệ thống truyền động khí nén cho độ chính xác và độ bền cao nhưng chi phí đầu tư rất lớn, kết cấu kèm theo máy nén khí cồng kềnh, không phù hợp với quy mô tài chính của các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài "Nghiên cứu và chế tạo máy gọt vỏ dừa tươi" nhằm tạo ra thiết bị cơ điện tử có chi phí hợp lý, vận hành ổn định và nâng cao năng suất gọt vỏ dừa.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:

  1. Khảo sát các dòng máy gọt vỏ dừa hiện có trên thị trường, phân tích đặc tính hình học và cơ lý của các giống dừa tươi phổ biến (dừa xiêm xanh, dừa xiêm đỏ, dừa xiêm lục, dừa xiêm lửa).
  2. Nghiên cứu, so sánh và lựa chọn phương án truyền động cơ khí, cơ cấu gá đặt cấp phôi và cơ cấu chuyển động của hệ thống dao cắt.
  3. Tính toán động lực học và lựa chọn công suất các động cơ truyền động (động cơ quay chính, động cơ di chuyển dao gọt thân, động cơ dao cắt đáy, động cơ nâng hạ bàn chông).
  4. Thiết kế kết cấu cơ khí, đồ gá chống lắc và dựng bản vẽ kỹ thuật chi tiết của khung máy.
  5. Thiết kế và thi công mạch điều khiển điện tử, ứng dụng vi điều khiển kết hợp mạch công suất bán dẫn và hệ thống cảm biến hành trình.
  6. Chế tạo mô hình thực tế, lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành thực nghiệm cắt gọt để đánh giá chất lượng sản phẩm cùng các thông số kỹ thuật.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Máy gọt vỏ dừa tươi bán tự động tích hợp hệ thống điều khiển vi xử lý và các cơ cấu dao gọt cơ khí.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng trên các giống dừa xiêm tươi thu hoạch tại Việt Nam; giới hạn trong quy trình gọt vỏ 3 phần (gọt đỉnh chóp, gọt thân trụ và cắt phẳng đế); toàn bộ quá trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm được thực hiện tại xưởng thực hành và phòng thí nghiệm của Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và số liệu cơ tính quả dừa

Quá trình tính toán thiết kế máy dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật cơ khí và cơ điện tử:

  • Lý thuyết Nguyên lý và Chi tiết máy: Tính toán sức bền vật liệu, ma sát trượt thép – thép, mô men quán tính khối của trục vít me, mô men xoắn phát động trên trục động cơ và tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp.
  • Lý thuyết Truyền động điện và Khí cụ điện: Đặc tính vận hành của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, nguyên lý đóng cắt động cơ điện một chiều (DC) bằng mạch cầu H sử dụng MOSFET kênh N.
  • Lý thuyết Điều khiển số và Vi điều khiển: Ứng dụng cấu trúc điều khiển logic tuần tự theo trạng thái tín hiệu cảm biến thông qua nền tảng vi điều khiển họ AVR (Arduino Leonardo).

Các thông số cơ lý và cấu tạo của quả dừa tươi được tác giả sử dụng làm cơ sở tính toán lực cắt:

Thành phần quả dừa Tỷ lệ khối lượng (%) Chỉ tiêu cơ tính Giá trị đo lường thực nghiệm
Vỏ ngoài (xơ dừa) 40% Liên kết cuống dừa 20 – 40 N
Gáo dừa (vỏ cứng) 30% Độ bền cắt của vỏ xơ dừa 200 – 350 N
Nước dừa 20% Độ bền phá hủy của gáo dừa 1200 – 2000 N
Cơm dừa (cùi) 10% Lực cắt thiết kế lớn nhất ($F_m$) 500 N

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp phân tích và tổng hợp: Khảo sát các giải pháp công nghệ hiện có để xác định các nhược điểm kỹ thuật và giới hạn chi phí.
  2. Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Sử dụng các công thức giải tích chuyên ngành cơ khí chế tạo máy để xác định mô men ma sát, mô men tĩnh, gia tốc và vận tốc dịch chuyển của bàn dao, từ đó tính chọn quy cách động cơ điện và bước dẫn vít me.
  3. Phương pháp thiết kế mô hình hóa: Thiết kế không gian 3D khung vỏ và cụm chi tiết máy; thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện tử điều khiển.
  4. Phương pháp thực nghiệm chế tạo: Gia công cơ khí chính xác các chi tiết gá kẹp, hàn khung kim loại, lắp ráp mạch điện tử và thực nghiệm gọt dừa trực tiếp để đo đạc thời gian chu trình và độ nhẵn bề mặt.

Nguồn dữ liệu

Số liệu nghiên cứu được trích xuất từ các giáo trình chuyên ngành Chi tiết máy, Trang bị điện - điện tử trong máy công nghiệp, tài liệu kỹ thuật của các nhà sản xuất linh kiện điện tử, cùng các khảo sát thực tế tại các vựa thu mua dừa tươi tại Bến Tre và TP. Hồ Chí Minh.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc hệ thống cơ khí và cơ cấu truyền động

Hệ thống cơ khí của máy gọt vỏ dừa tươi được chia thành các cụm chức năng chính:

  • Cụm khung máy và dẫn hướng: Khung máy hàn bằng thép định hình vững chắc; hệ thống dẫn hướng sử dụng bộ ray trượt dẫn hướng tuyến tính kết hợp ổ bi trượt nhằm triệt tiêu rung lắc cho trục bàn chông khi quay ở vận tốc cao.
  • Cụm kẹp và quay dừa: Bàn chông dưới gắn 4 mũi đinh bằng thép để gá cố định đáy quả dừa, liên kết đồng trục với động cơ chính. Phía trên bố trí chốt định tâm nhọn giúp ép chặt đỉnh dừa dọc theo trục thẳng đứng.
  • Hệ thống truyền động trục vít: Cơ cấu nâng hạ bàn chông và tịnh tiến các bàn dao sử dụng vít me có bước xoắn $h = 5\text{ mm}$ nối trực tiếp với trục động cơ điện DC thông qua khớp nối mềm (tỷ số truyền $i = 1$).
  • Hệ thống 3 cụm dao cắt chuyên dụng:
    • Dao gọt chóp (Dao 1): Được gá cố định góc nghiêng trên nón định hình phía trên; quả dừa tịnh tiến đi lên nhờ cụm nâng hạ để gọt vát đỉnh.
    • Dao gọt thân (Dao 2): Đặt trên bàn trượt dẫn hướng ngang, di chuyển tiến/lùi bằng vít me hành trình cực đại $L_{\max} = 150\text{ mm}$ để gọt bỏ lớp vỏ xơ xung quanh thân.
    • Dao cắt đáy (Dao 3): Đặt trên ray trượt tịnh tiến độc lập, di chuyển bằng vít me hành trình $L_{\max} = 50\text{ mm}$ để cắt phẳng phần đế quả dừa.
Cụm truyền động Loại động cơ Điện áp / Công suất Thông số vận hành chính
Trục chính quay dừa Động cơ không đồng bộ 3 pha (4AA56A4Y3) $380\text{V} / 0{,}2\text{ kW}$ Tốc độ động cơ: $1440\text{ v/p}$; Tốc độ trục công tác qua hộp giảm tốc ($u=16$): $n_{lv} = 90\text{ v/p}$
Di chuyển dao gọt thân Động cơ DC giảm tốc Stukasa $24\text{VDC} / 8\text{ W}$ Tỷ số truyền: $1/77$; Vận tốc không tải: $94\text{ v/p}$; Vận tốc có tải: $83\text{ v/p}$; Mô men xoắn cực đại: $12\text{ kgf}\cdot\text{cm}$
Di chuyển dao cắt đáy Động cơ DC giảm tốc Stukasa $24\text{VDC} / 8\text{ W}$ Tỷ số truyền: $1/77$; Vận tốc có tải: $83\text{ v/p}$; Mô men xoắn cực đại: $12\text{ kgf}\cdot\text{cm}$
Nâng hạ động cơ chính Động cơ DC chuyên dụng $24\text{VDC}$ Hành trình dịch chuyển: $L_{\max} = 200\text{ mm}$; Vận tốc dài bàn dao: $v_{\max} = 0{,}47\text{ m/p}$

Kiến trúc điều khiển và thiết bị điện tử

Mạch điều khiển toàn hệ thống được tích hợp trong tủ điện điều khiển trung tâm với các khối chức năng:

  • Khối xử lý trung tâm: Sử dụng board mạch vi điều khiển Arduino Leonardo chịu trách nhiệm nhận tín hiệu từ các cảm biến và xuất lệnh điều khiển tuần tự theo thời gian thực.
  • Khối công suất động cơ DC: Mạch cầu H sử dụng các linh kiện bán dẫn MOSFET công suất kênh N kết hợp module điều khiển Hbr-M 200W, cho phép đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ động cơ DC linh hoạt.
  • Khối cách ly và logic bảo vệ: Sử dụng các IC cách ly quang OPTO 6N137 (tốc độ cao) và OPTO B1518 nhằm cách ly hoàn toàn mạch điều khiển điện áp thấp với phần mạch động lực công suất; IC cổng logic NOR 4001 được tích hợp để khóa chéo tín hiệu, chống hiện tượng trùng dẫn gây chập mạch cầu H.
  • Khối nguồn ổn áp: Mạch nguồn hạ áp cung cấp nguồn chuẩn $5\text{VDC}$ qua IC ổn áp LM7805 (cho vi điều khiển và cảm biến) và nguồn $12\text{VDC}$ qua IC LM7812 (cho mạch kích mở cổng MOSFET).
  • Khối cảm biến và giới hạn hành trình: Sử dụng các cảm biến tiệm cận cảm ứng từ model LJ12A3 kết hợp công tắc hành trình cơ học để xác định chính xác các cữ giới hạn trên/dưới của bàn nâng và vị trí biên của các cụm dao cắt.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu tổng quát về công việc trồng và thu hoạch dừa tươi

Chương này cung cấp bức tranh toàn cảnh về ngành dừa tại Việt Nam. Tác giả phân loại chi tiết các giống dừa phổ biến: dừa xiêm xanh (năng suất 140–150 trái/cây/năm, độ ngọt 7–7,5%), dừa xiêm đỏ, dừa xiêm lục (độ ngọt cao nhất 8–9%, năng suất 150–160 trái/cây/năm), dừa xiêm lửa và các giống dừa lai (PB 121, JVA1, JVA2). Chương I nêu rõ các giá trị dinh dưỡng, công dụng của nước dừa trong y học truyền thống và hiện đại, đồng thời phân tích quy trình thu hoạch - chế biến dừa gồm 7 bước: Thu hoạch $\rightarrow$ Phân loại $\rightarrow$ Vận chuyển $\rightarrow$ Làm sạch $\rightarrow$ Gọt vỏ $\rightarrow$ Ngâm dung dịch giữ màu $\rightarrow$ Đóng gói. Tác giả so sánh ưu - nhược điểm giữa phương án gọt thủ công và gọt bằng máy, đồng thời tổng hợp tình hình nghiên cứu máy gọt dừa của các tác giả trong nước (Lê Tân Kỳ, cơ sở Tân Tiến, Gia Long) và các mẫu máy khí nén ở nước ngoài.

Chương II: Giới thiệu về máy gọt vỏ dừa tươi

Chương II thiết lập các yêu cầu kỹ thuật đối với máy gọt vỏ dừa: đảm bảo độ nhẵn bóng, vệ sinh an toàn thực phẩm, vận hành ổn định, thời gian gia công khoảng 40 giây/trái và năng suất ước đạt 1000 trái/ngày. Tác giả phân tích sơ đồ khối nguyên lý hoạt động tuần tự của máy qua các bước:

  1. Đặt dừa thủ công vào bàn chông dưới $\rightarrow$ Động cơ nâng đẩy cụm động cơ chính đi lên.
  2. Mũi định tâm trên gắn với động cơ ép xuống cố định trục quả dừa.
  3. Động cơ chính kích hoạt quay quả dừa; cụm nâng hạ tiếp tục đẩy dừa tịnh tiến lên chạm dao nón để gọt đỉnh chóp.
  4. Cụm nâng hạ lùi dừa về vị trí cữ gọt thân $\rightarrow$ Động cơ dao thân đẩy dao tịnh tiến vào gọt sạch vỏ xơ thân dừa rồi lùi ra.
  5. Động cơ dao đáy đẩy lưỡi dao cắt phẳng phần đế $\rightarrow$ Dao đáy lùi về vị trí ban đầu $\rightarrow$ Động cơ chính dừng quay $\rightarrow$ Cơ cấu nâng hạ hồi vị, kết thúc chu trình.

Chương này cũng thuyết minh việc lựa chọn cơ cấu vít me - ray trượt, phân tích việc chọn phương án nạp dừa thủ công (nhằm giảm chi phí và dễ dàng loại bỏ quả hỏng) thay vì cấp phôi tự động, đồng thời nêu rõ cấu tạo của 3 cụm dao cắt.

Chương III: Tính toán hệ thống truyền động

Chương III tập trung vào các công thức tính toán động học và động lực học:

  • So sánh hai phương án truyền động: hệ thống khí nén (độ chính xác cao nhưng đắt tiền) và hệ thống động cơ điện kết hợp vít me (kinh tế, linh hoạt, bền bỉ). Tác giả lựa chọn phương án truyền động cơ khí bằng động cơ điện và trục vít me.
  • Tính toán động cơ chính quay quả dừa: Với lực liên kết vỏ dừa, hiệu suất toàn hệ thống $\eta = 0{,}9801$ (gồm hiệu suất ổ lăn $\eta_1=0{,}99$ và ổ trượt $\eta_2=0{,}99$), công suất làm việc trên trục $P_{lv} = 0{,}09891\text{ kW}$, tỷ số truyền hộp giảm tốc 2 cấp $u=16$, vận tốc quay bàn chông tính toán $n_{lv} = 90\text{ v/p}$, sơ bộ chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha 4AA56A4Y3 công suất định mức $0{,}2\text{ kW}$, tốc độ đồng bộ $1440\text{ v/p}$.
  • Tính toán cụm động cơ DC di chuyển dao gọt thân, dao cắt đế và cụm nâng hạ bàn chông: Xác định lực tăng tốc, lực chạy đều ($F_{a1} = 0{,}6\text{ kgf}$), mô men quán tính trên trục vít me ($GD_s^2$), mô men phát động, mô men ma sát và mô men chống trọng lực. Từ đó, chọn động cơ DC giảm tốc Stukasa ($24\text{VDC}, 8\text{W}, 83\text{ v/p}$ có tải, mô men cực đại $12\text{ kgf}\cdot\text{cm}$) kết nối trực tiếp với trục vít me bước $5\text{ mm}$.

Chương IV: Thiết kế máy

Chương IV trình bày bản vẽ tổng thể khung máy, thiết kế đồ gá chống lắc và các cụm cơ cấu cơ khí. Đồng thời, chương này đi sâu vào phần thiết kế và thi công mạch điện tử điều khiển:

  • Sơ đồ nguyên lý và mạch in thực tế của mạch cầu H sử dụng MOSFET công suất kênh N để đảo chiều động cơ DC.
  • Ứng dụng IC logic NOR 4001, bộ cách ly quang OPTO 6N137 và OPTO B1518 nhằm chống nhiễu công nghiệp và bảo vệ vi điều khiển.
  • Mạch ổn áp nguồn LM7805 và LM7812.
  • Sơ đồ đấu nối board mạch vi điều khiển Arduino Leonardo với hệ thống cảm biến tiệm cận LJ12A3, công tắc hành trình và tủ điện điều khiển.
  • Cấu tạo hình học và vật liệu chế tạo của 3 cụm dao cắt (dao nón gọt chóp, dao gọt thân và dao cắt đáy).

Chương V: Thực nghiệm

Chương V trình bày quá trình chạy thử nghiệm mô hình thực tế đã gia công hoàn chỉnh:

  • Thực nghiệm gọt thử nghiệm lần lượt trên các quả dừa tươi có độ già, non và kích thước khác nhau (quả thứ nhất, thứ hai và thứ ba).
  • Ghi nhận diễn biến các chuyển động của bàn chông và các dao cắt: hệ thống phối hợp chuyển động nhịp nhàng, các cữ hành trình ngắt chính xác.
  • Đánh giá chất lượng bề mặt quả dừa sau khi gọt: phần chóp nón được vát đều, phần thân trụ được gọt sạch lớp vỏ xanh và phần đế được cắt phẳng, cho phép quả dừa đứng vững vàng.

Chương VI: Kết luận và đánh giá

Chương cuối cùng tổng kết toàn bộ kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp, nêu rõ những kinh nghiệm rút ra từ khoảng cách giữa tính toán lý thuyết và gia công chế tạo thực tế. Tác giả cung cấp tài liệu hướng dẫn quy trình vận hành an toàn và bảo dưỡng định kỳ các cụm ổ bi, trục vít me; phân tích các thuận lợi, khó khăn trong quá trình thi công tại xưởng và đề xuất phương hướng phát triển tiếp theo cho đề tài.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Chế tạo thành công mô hình thực tế: Hoàn thiện máy gọt vỏ dừa tươi bán tự động với kết cấu cơ khí vững chắc, kích thước nhỏ gọn và hệ thống điều khiển điện tử tích hợp hoàn chỉnh trong tủ điện.
  • Thông số vận hành thực nghiệm:
    • Thời gian gia công hoàn chỉnh một quả dừa: xấp xỉ 40 giây/trái.
    • Năng suất ước tính: đạt khoảng 1000 trái/ngày, tương đương với năng suất làm việc của 4–5 lao động thủ công lành nghề.
    • Tỷ lệ hao hụt và phạm vào phần gáo dừa được kiểm soát ở mức thấp.
    • Động cơ quay chính $0{,}2\text{ kW}$ kết hợp hệ thống động cơ DC bước vít me $8\text{ W}$ hoạt động ổn định, không xảy ra hiện tượng quá tải hay kẹt dao trong quá trình cắt gọt.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đề xuất quy trình gọt vỏ dừa 3 bước tự động hóa (chóp $\rightarrow$ thân $\rightarrow$ đế) giúp chuẩn hóa biên dạng quả dừa thành phẩm dạng hình chóp đáy phẳng, thuận tiện cho việc bảo quản và đóng gói màng co.
  • Kiến nghị quy trình bảo dưỡng cơ khí định kỳ: thường xuyên tra mỡ bôi trơn chuyên dụng cho các trục vít me, ray trượt và kiểm tra độ sắc bén của 3 lưỡi dao cắt nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt gọt nhẵn mịn.

Đóng góp kỹ thuật

  • Kết hợp thành công giữa cơ cấu cơ khí trục vít me - ray trượt với mạch điều khiển điện tử sử dụng vi điều khiển Arduino và mạch cầu H MOSFET công suất, thay thế hoàn toàn cho hệ thống van khí nén đắt tiền.
  • Đưa ra phương án công nghệ có chi phí chế tạo thấp, dễ bảo trì, phù hợp với năng lực tài chính và điều kiện sản xuất của các cơ sở chế biến nông sản vừa và nhỏ tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Cơ cấu cấp phôi: Khâu nạp dừa vào bàn chông và định tâm ban đầu vẫn phải thực hiện thủ công bằng tay, chưa tích hợp được cánh tay gắp hoặc băng chuyền tự động do hạn chế về thời gian gia công và kinh phí.
  • Khả năng thích ứng biên dạng: Máy mới chỉ gọt được theo các biên dạng hình học cơ bản (vát chóp côn, thân trụ thẳng và đáy phẳng); chưa có cơ cấu tự động căn chỉnh (calip) theo các quả dừa có hình dáng méo mó hoặc kích thước quá chênh lệch.
  • Hệ thống truyền động vít me: Sử dụng vít me ren thường thay vì vít me bi nên lực ma sát còn tương đối lớn, sau thời gian dài vận hành có thể phát sinh độ rơ mòn cơ khí.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Thay thế toàn bộ hệ thống trục vít me thường bằng trục vít me bi (ball screw) nhằm giảm ma sát, nâng cao độ chính xác chuyển động và tăng tuổi thọ làm việc của máy.
  • Cải tiến kết cấu dao cắt hoặc ứng dụng thuật toán điều khiển thích nghi để dao có thể tự động thay đổi quỹ đạo cắt (calip dao), gọt được nhiều biên dạng quả dừa phức tạp khác nhau.
  • Thiết kế, tính toán và thi công hoàn thiện hệ thống cấp phôi tự động hoàn toàn nhằm loại bỏ hoàn toàn thao tác nạp liệu bằng tay, nâng cao hơn nữa tính an toàn lao động và công suất chế biến.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn giá trị cho:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử, Cơ khí Chế tạo máy và Tự động hóa: Cung cấp phương pháp luận thực tế về tính toán động cơ truyền động, thiết kế đồ gá cơ khí, thiết kế mạch công suất cầu H MOSFET điều khiển động cơ DC và kỹ thuật lập trình vi điều khiển tích hợp cảm biến công nghiệp.
  • Kỹ sư và các cơ sở sản xuất máy chế biến nông sản: Cung cấp các bản vẽ kết cấu cơ khí, thông số lực cắt của quả dừa tươi và sơ đồ mạch điện nguyên lý phục vụ việc cải tiến, chế tạo các thiết bị gọt vỏ trái cây bán tự động với chi phí thấp.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ chính quay quả dừa sử dụng loại động cơ nào và thông số kỹ thuật ra sao?
Máy sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc (mã hiệu 4AA56A4Y3) có công suất định mức $0{,}2\text{ kW}$, tốc độ quay đồng bộ $1440\text{ v/p}$. Qua hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp có tỷ số truyền $u = 16$, tốc độ quay của bàn chông trục chính đạt $90\text{ v/p}$ (số vòng quay thiết kế sơ bộ $280\text{ v/p}$).

2. Hệ thống dao cắt của máy được bố trí như thế nào và nguyên lý hoạt động của từng dao?
Máy được trang bị 3 cụm dao riêng biệt:

  • Dao 1 (gọt chóp): Đặt cố định góc trên nón định hình phía trên; dừa được bàn nâng đẩy tịnh tiến đi lên để gọt vát đỉnh.
  • Dao 2 (gọt thân): Gá trên ray trượt ngang, được trục vít me dẫn động bởi động cơ DC Stukasa đưa dao tịnh tiến vào gọt sạch lớp vỏ xơ xung quanh thân quả dừa.
  • Dao 3 (cắt đáy): Bố trí trên ray trượt độc lập, chuyển động tiến vào nhờ trục vít me để cắt phẳng phần đế giúp dừa đứng vững, sau đó tự động lùi về vị trí ban đầu.

3. Khối mạch điều khiển công suất của máy sử dụng những linh kiện bán dẫn chính nào?
Mạch công suất điều khiển động cơ DC sử dụng cấu trúc mạch cầu H với các transistor công suất MOSFET kênh N kết hợp module Hbr-M 200W. Mạch sử dụng IC cách ly quang OPTO 6N137 và OPTO B1518 để chống nhiễu, IC cổng logic NOR 4001 để khóa liên động chống trùng dẫn, cùng các IC ổn áp nguồn LM7805 ($5\text{V}$) và LM7812 ($12\text{V}$).

4. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn phương án truyền động bằng vít me - động cơ điện thay vì dùng hệ thống khí nén?
Mặc dù hệ thống khí nén có độ chính xác cao và làm việc êm ái, nhưng chi phí mua sắm thiết bị xylanh - van khí nén rất đắt tiền và bắt buộc phải trang bị thêm máy nén khí cồng kềnh. Do đó, nhóm tác giả chọn phương án dùng động cơ điện kết hợp trục vít me - ray trượt để đảm bảo tính kinh tế, độ bền cơ học cao, kết cấu gọn gàng và dễ dàng điều chỉnh kích thước hành trình.

5. Thời gian hoàn thành gọt một trái dừa trên mô hình thực nghiệm là bao lâu và năng suất đạt mức nào?
Kết quả thực nghiệm trên mô hình thực tế cho thấy thời gian hoàn thành gọt sạch một quả dừa tươi là khoảng 40 giây/trái. Với thời gian này, máy có khả năng xử lý trung bình khoảng 1000 trái/ngày, giúp thay thế khoảng 4–5 lao động thủ công và giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và chế tạo máy gọt vỏ dừa tươi" đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu nghiên cứu từ tính toán lý thuyết, thiết kế cơ khí, xây dựng mạch điện tử điều khiển cho đến chế tạo và thử nghiệm mô hình thực tế. Thiết bị đạt thời gian gọt 40 giây/trái với năng suất ước tính 1000 trái/ngày, giải quyết hiệu quả bài toán giải phóng sức lao động và nâng cao tính thẩm mỹ cho sản phẩm dừa tươi sau thu hoạch. Dù còn một số điểm cần tiếp tục hoàn thiện như cơ cấu cấp phôi tự động và nâng cấp vít me bi, công trình đã khẳng định tính ứng dụng thực tiễn cao và cung cấp cơ sở kỹ thuật hoàn chỉnh cho việc phát triển các dòng máy chế biến nông sản tại Việt Nam.