Tổng quan nghiên cứu

Sầu riêng là một trong 12 loại trái cây chủ lực của Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm với nhu cầu lớn về cơm sầu riêng để sản xuất bánh, hương liệu phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Tuy nhiên, công đoạn tách vỏ và tách cơm sầu riêng hiện nay chủ yếu thực hiện thủ công, sử dụng dụng cụ thô sơ, dẫn đến năng suất thấp, tốn nhiều nhân công và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động cũng như vệ sinh thực phẩm. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển công nghệ và chế tạo máy tách cơm sầu riêng nhằm cơ khí hóa khâu tách vỏ và tự động hóa khâu tách cơm, nâng cao năng suất, đảm bảo an toàn và vệ sinh trong sản xuất.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế, chế tạo và thử nghiệm máy tách cơm sầu riêng cho giống sầu riêng khổ qua xanh, phổ biến tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ như Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2011-2013 tại thành phố Hồ Chí Minh. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc góp phần phát triển ngành cơ khí Việt Nam, nâng cao giá trị gia tăng của trái sầu riêng, đồng thời giải phóng sức lao động và giảm chi phí sản xuất cho các cơ sở chế biến thực phẩm quy mô nhỏ và vừa. Máy tách cơm sầu riêng được thiết kế với năng suất khoảng 300 kg/ca 8 giờ, phù hợp với nhu cầu thực tế của các cơ sở chế biến.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật cơ khí trong thiết kế máy chế biến nông sản, bao gồm:

  • Lý thuyết cơ học vật liệu: áp dụng trong tính toán lực kẹp, lực tác động lên quả sầu riêng và các chi tiết máy nhằm đảm bảo độ bền và an toàn khi vận hành.
  • Mô hình ly tâm trong tách cơm: sử dụng lực ly tâm để tách cơm sầu riêng ra khỏi hạt, dựa trên nguyên lý lực quán tính và phân tách vật liệu theo khối lượng riêng.
  • Khái niệm tự động hóa bán tự động: máy được thiết kế để tự động hóa khâu tách vỏ và cơm, trong khi phần cấp liệu và thu liệu vẫn thực hiện thủ công nhằm phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ.

Các khái niệm chính bao gồm: cơ cấu kẹp chặt, bộ phận tách vỏ bằng mũi côn nhọn, bộ phận tách cơm bằng lồng quay ly tâm ngang, và hệ thống điều khiển khí nén.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ khảo sát thực tế tại các chợ đầu mối nông sản lớn, đo đạc kích thước quả sầu riêng (240 quả), đồng thời tổng hợp tài liệu từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về thiết bị tách vỏ và tách cơm sầu riêng. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Phân tích lý thuyết: tổng hợp, phân tích đặc tính quả sầu riêng, quy trình tách cơm thủ công, và các thiết bị hiện có để đề xuất quy trình công nghệ và phương án thiết kế máy.
  • Thiết kế kỹ thuật: tính toán chi tiết các bộ phận máy như cơ cấu kẹp, mũi tách vỏ, lồng ly tâm, động cơ và mạch điều khiển.
  • Chế tạo và thử nghiệm: chế tạo các bộ phận máy, lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành thử nghiệm khả năng tách vỏ, tách cơm với các thông số vận hành khác nhau để đánh giá hiệu quả và hoàn thiện thiết kế.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2011 đến 2013, với cỡ mẫu thử nghiệm 240 quả sầu riêng khổ qua xanh, sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên tại các chợ đầu mối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Kích thước quả sầu riêng khổ qua xanh: Đường kính trung bình 155 ± 10 mm, chiều dài 195 ± 15 mm, trọng lượng trung bình 1,5-1,8 kg/quả, tỷ lệ phần ăn được khoảng 18-21%. Đây là cơ sở để thiết kế bộ phận kẹp và mũi tách phù hợp với kích thước quả.

  2. Hiệu quả tách vỏ và tách cơm bằng máy: Máy tách cơm sầu riêng thử nghiệm đạt năng suất khoảng 300 kg/ca 8 giờ, cao hơn nhiều so với phương pháp thủ công. Tỷ lệ cơm tách sạch đạt trên 90%, giảm hao hụt nguyên liệu so với phương pháp thủ công.

  3. Ảnh hưởng tốc độ vòng quay lồng ly tâm: Qua thử nghiệm với các tốc độ quay khác nhau, tốc độ khoảng 1500 vòng/phút cho hiệu quả tách cơm tối ưu, đạt độ sạch cơm trên hạt cao nhất (trên 95%). Tốc độ thấp hơn hoặc cao hơn đều làm giảm hiệu quả tách do lực ly tâm không đủ hoặc gây hư hại cơm.

  4. Độ an toàn và vệ sinh thực phẩm: Các chi tiết máy tiếp xúc với sầu riêng được chế tạo bằng vật liệu inox SUS304 và nhựa POM, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Máy vận hành ổn định, giảm thiểu nguy cơ tai nạn so với phương pháp thủ công.

Thảo luận kết quả

Kết quả thử nghiệm cho thấy máy tách cơm sầu riêng với cơ cấu kẹp chặt bằng chấu kẹp và mũi tách vỏ côn nhọn hoạt động hiệu quả, phù hợp với kích thước quả sầu riêng khổ qua xanh. So với các máy tách cơm trên thị trường Thái Lan sử dụng lồng ly tâm, máy chế tạo trong nghiên cứu có ưu điểm về tính ổn định và dễ bảo trì.

Việc lựa chọn phương pháp ly tâm ngang giúp tăng năng suất và độ sạch cơm, đồng thời giảm tiếng ồn so với ly tâm đứng. Các số liệu thử nghiệm được trình bày qua biểu đồ ảnh hưởng tốc độ quay đến độ sạch cơm, cho thấy rõ mối quan hệ giữa tốc độ và hiệu quả tách.

So sánh với phương pháp thủ công, máy tách cơm sầu riêng giúp giảm thời gian tách vỏ và cơm từ vài giờ xuống còn khoảng 30 phút cho cùng khối lượng, đồng thời giảm nguy cơ tai nạn và bệnh nghề nghiệp cho người lao động. Kết quả này phù hợp với xu hướng cơ khí hóa và tự động hóa trong chế biến nông sản, góp phần nâng cao giá trị gia tăng cho trái sầu riêng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai sản xuất máy tách cơm sầu riêng quy mô nhỏ và vừa: Khuyến khích các cơ sở chế biến thực phẩm áp dụng máy với năng suất khoảng 300 kg/ca, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí nhân công trong vòng 1-2 năm tới.

  2. Nâng cấp và hoàn thiện thiết kế máy: Tập trung cải tiến hệ thống điều khiển tự động hóa cấp liệu và thu liệu, giảm thiểu thao tác thủ công, dự kiến hoàn thành trong 3 năm tiếp theo, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp cơ khí thực hiện.

  3. Đào tạo vận hành và bảo trì máy: Tổ chức các khóa đào tạo cho công nhân và kỹ thuật viên tại các cơ sở chế biến nhằm đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả và kéo dài tuổi thọ máy, thực hiện ngay trong năm đầu tiên sau khi máy được đưa vào sử dụng.

  4. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ tách cơm cho các giống sầu riêng khác: Nghiên cứu điều chỉnh thiết kế phù hợp với các giống sầu riêng có kích thước và đặc tính khác nhau nhằm mở rộng thị trường và nâng cao giá trị sản phẩm, thực hiện trong 5 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ sở chế biến thực phẩm quy mô nhỏ và vừa: Nhóm này sẽ được hưởng lợi trực tiếp từ việc áp dụng máy tách cơm sầu riêng, giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Doanh nghiệp cơ khí chế tạo máy nông nghiệp: Tham khảo để phát triển sản phẩm máy tách cơm sầu riêng thương mại, mở rộng thị trường và nâng cao năng lực cạnh tranh trong ngành cơ khí chế tạo máy.

  3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật cơ khí và công nghệ thực phẩm: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu phát triển thiết bị chế biến nông sản, đồng thời làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Nhà quản lý ngành nông nghiệp và chế biến thực phẩm: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ cơ khí hóa, tự động hóa trong chế biến nông sản, góp phần phát triển bền vững ngành trồng và chế biến sầu riêng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy tách cơm sầu riêng có thể áp dụng cho các giống sầu riêng khác không?
    Máy được thiết kế chủ yếu cho giống khổ qua xanh với kích thước quả trung bình. Tuy nhiên, với một số điều chỉnh về kích thước bộ phận kẹp và mũi tách, máy có thể áp dụng cho các giống có kích thước tương tự. Việc này cần nghiên cứu thêm để đảm bảo hiệu quả tách.

  2. Năng suất của máy so với phương pháp thủ công như thế nào?
    Máy đạt năng suất khoảng 300 kg/ca 8 giờ, cao hơn nhiều so với phương pháp thủ công vốn có năng suất thấp và tốn nhiều thời gian. Điều này giúp giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả sản xuất.

  3. Máy có đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm không?
    Các chi tiết tiếp xúc với sầu riêng được làm từ inox SUS304 và nhựa POM, đảm bảo vệ sinh và an toàn thực phẩm. Máy cũng giảm thiểu tiếp xúc trực tiếp của người lao động với quả sầu riêng, hạn chế nguy cơ nhiễm khuẩn.

  4. Phần cấp liệu và thu liệu có được tự động hóa không?
    Hiện tại, phần cấp liệu và thu liệu vẫn thực hiện thủ công nhằm phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ và vừa. Trong tương lai, có thể nghiên cứu phát triển thêm để tự động hóa hoàn toàn.

  5. Chi phí đầu tư máy có phù hợp với các cơ sở chế biến nhỏ không?
    Máy được thiết kế với giá thành hợp lý, kết cấu đơn giản, dễ bảo trì, phù hợp với các cơ sở chế biến quy mô nhỏ và vừa. Việc đầu tư máy giúp giảm chi phí nhân công và tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế lâu dài.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công máy tách cơm sầu riêng với cơ cấu kẹp chặt bằng chấu kẹp, mũi tách vỏ côn nhọn và bộ phận tách cơm bằng lồng ly tâm ngang.
  • Máy đạt năng suất khoảng 300 kg/ca 8 giờ, độ sạch cơm trên hạt đạt trên 90%, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.
  • Thử nghiệm cho thấy tốc độ quay lồng ly tâm khoảng 1500 vòng/phút là tối ưu để tách cơm hiệu quả.
  • Máy phù hợp với các cơ sở chế biến thực phẩm quy mô nhỏ và vừa, góp phần cơ khí hóa và tự động hóa trong ngành chế biến nông sản.
  • Đề xuất tiếp tục hoàn thiện thiết kế, mở rộng ứng dụng cho các giống sầu riêng khác và phát triển tự động hóa cấp liệu, thu liệu trong các giai đoạn tiếp theo.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở chế biến và doanh nghiệp cơ khí nên phối hợp triển khai ứng dụng và phát triển sản phẩm, đồng thời tổ chức đào tạo vận hành để khai thác tối đa hiệu quả của máy tách cơm sầu riêng.