Giới thiệu dự án

Bối cảnh ngành và thực trạng thị trường

Theo báo cáo chính thức từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tính đến tháng 12/2023, tổng đàn gia cầm tại Việt Nam đạt xấp xỉ 559 triệu con (tăng 3,3% so với năm 2022), cung ứng sản lượng trứng gia cầm ước tính 19,22 tỷ quả (tăng trưởng 5,2%). Nhu cầu tiêu thụ trứng gà và trứng cút trong các bếp ăn công nghiệp, chuỗi nhà hàng thức ăn nhanh, cơ sở sản xuất bánh kẹo và chế biến thực phẩm đóng gói đang tăng trưởng với tốc độ CAGR trên 8,5%/năm.

Tuy nhiên, khâu bóc tách vỏ trứng luộc trong chuỗi cung ứng hiện nay đối mặt với điểm nghẽn nghiêm trọng:

  • Tách vỏ thủ công: Năng suất thấp (trung bình 150–200 quả trứng cút/người/giờ; 100–120 quả trứng gà/người/giờ), tốn chi phí nhân công, tỷ lệ hao hụt dập nát cao (8% – 12%) và tiềm ẩn rủi ro lây nhiễm chéo vi sinh vật (Salmonella, E. coli).
  • Thiết bị chuyên dụng đơn lẻ: Các giải pháp cơ giới hóa trên thị trường hiện nay chỉ xử lý độc lập từng loại trứng (hoặc máy bóc trứng gà, hoặc máy bóc trứng cút). Việc đầu tư hai hệ thống máy tách biệt làm tăng gấp đôi chi phí đầu tư thiết bị (CAPEX), gia tăng chi phí bảo trì (OPEX) và chiếm dụng diện tích mặt bằng nhà xưởng vốn hạn chế tại các bếp ăn công nghiệp.
[Giải pháp tối ưu]: Nghiên cứu Máy tách tích hợp vỏ trứng gà & trứng cút (CKM-164)

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

  1. Nghiên cứu nguyên lý tách vỏ tối ưu: Xác định và ứng dụng lực ma sát tiếp tuyến kết hợp lực quán tính từ hai trục quay ngược chiều nhằm bóc tách hoàn toàn lớp vỏ canxi cacbonat ($CaCO_3$) mà không làm tổn hại lớp màng vitelline và cấu trúc lòng trắng (albumen).
  2. Tính toán và thiết kế động lực học hệ thống: Thiết kế cơ cấu vít tải dẫn hướng kết hợp trục ma sát phủ ống silicon mềm, dẫn động bằng động cơ giảm tốc công suất tối ưu 25W thông qua bộ truyền đai răng và bánh răng ăn khớp.
  3. Tích hợp module cấp phôi và rửa tự động: Tích hợp hệ thống cấp nước rửa liên tục sử dụng van đồng $\varnothing 21$ và ống dẫn mềm giúp giảm ma sát trượt, giải nhiệt và tự động cuốn trôi vỏ trứng vụn.
  4. Chế tạo và thực nghiệm kiểm chứng: Gia công hoàn thiện mẫu máy thực tế, tối ưu hóa khoảng cách trục thông qua quy hoạch thực nghiệm, đạt năng suất 7.000 trứng/giờ với tỷ lệ thành phẩm nguyên vẹn $\ge 99%$.

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Đối tượng xử lý: Trứng cút luộc chín (đường kính $23 - 26\text{ mm}$, chiều dài $31 - 34\text{ mm}$, khối lượng $9 - 12\text{ g}$) và trứng gà luộc chín (đường kính $50 - 55\text{ mm}$, chiều dài $60 - 65\text{ mm}$, khối lượng $50 - 60\text{ g}$).
  • Điều kiện đầu vào: Trứng được luộc chuẩn hóa (trứng cút luộc $10 - 16\text{ phút}$, trứng gà luộc $12 - 15\text{ phút}$) và dập nứt đều bề mặt vỏ trước khi nạp vào phễu chứa.
  • Môi trường vận hành: Chế độ làm việc công nghiệp liên tục 6 giờ/ngày, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm (HACCP/GMP) với toàn bộ chi tiết tiếp xúc trực tiếp làm từ Inox SUS304, nhựa PE nguyên sinh, ống cao su/silicon và nhựa Teflon.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Để lựa chọn giải pháp cơ khí tối ưu cho máy tách tích hợp, nghiên cứu đã tiến hành so sánh toàn diện 4 phương án công nghệ bóc vỏ hiện hành:

Tiêu chí kỹ thuật Phương án Lực rung Phương án Lực ly tâm Phương án Ép mài mòn Phương án Ma sát 2 trục (Đề xuất)
Nguyên lý chính Dao động cơ học cưỡng bức gây nứt màng Quay ly tâm tốc độ cao va đập thành buồng Cọ xát cơ học bằng bàn chải/con lăn thô Ép - miết vi sai giữa 2 trục bọc silicon
Tỷ lệ vỡ nát $6% - 10%$ (khó kiểm soát) $12% - 18%$ (rất cao) $5% - 8%$ (xước lòng trắng) $\le 1%$ (cực thấp)
Độ ồn khi chạy Cao ($> 85\text{ dB}$) Rất cao ($> 90\text{ dB}$) Trung bình ($75\text{ dB}$) Thấp ($< 65\text{ dB}$, êm dịu)
Tính đa năng Kém (chỉ hợp trứng vỏ dày) Rất kém (dễ vỡ trứng cút) Trung bình Rất cao (tùy biến theo khoảng cách trục)
Chi phí chế tạo Trung bình Cao (đòi hỏi cân bằng động) Thấp Hợp lý, dễ bảo trì, độ bền cao

Ma trận phân loại yêu cầu kỹ thuật (MoSCoW)

  • Must have (Bắt buộc): Cơ cấu 2 trục quay ngược chiều bọc silicon; vít tải nạp liệu định lượng; vật liệu Inox SUS304 & nhựa PE chuẩn thực phẩm; đạt tỷ lệ bóc sạch $\ge 98%$.
  • Should have (Nên có): Hệ thống phun nước tự động rửa sạch màng vỏ; khay thu gom thành phẩm riêng biệt với khay xả vỏ; bộ căng đai tùy biến.
  • Could have (Có thể mở rộng): Biến tần điều chỉnh vô cấp tốc độ trục; cảm biến quang tự động ngắt khi hết trứng trên khay cấp.
  • Won't have (Không triển khai trong giai đoạn này): Cánh tay robot gắp phân loại tự động; hệ thống đóng gói chân không tích hợp.

Thiết kế hệ thống

Bảng thông số kỹ thuật và vật liệu chế tạo

  • Động cơ dẫn động chính: Model 4IK25GN-SW2L kết hợp hộp số 4GN30KF, công suất $P = 25\text{ W}$, điện áp $220\text{V} / 50\text{Hz}$, tốc độ đầu ra định mức sau giảm tốc $n = 72\text{ vòng/phút}$.
  • Trục vít tải nạp trứng:
    • Đường kính trục ngoài: $D = 50\text{ mm}$.
    • Chiều dài công tác: $L = 375\text{ mm}$.
    • Bước xoắn vít: $S_{\text{cút}} = 50\text{ mm}$ (cho trứng cút); $S_{\text{gà}} = 76\text{ mm}$ (cho trứng gà).
    • Vật liệu: Nhựa PE gia công CNC chống mài mòn, không bám dính thực phẩm.
  • Cơ cấu trục bóc tách ma sát:
    • Trục lõi: Thép không gỉ Inox SUS304 đường kính cốt $\varnothing 7\text{ mm}$ đến $\varnothing 10\text{ mm}$, chiều dài $498\text{ mm}$.
    • Lớp phủ ma sát: Ống cao su silicon mềm chuyên dụng thực phẩm (Đường kính trong ID: $10\text{ mm}$, Đường kính ngoài OD: $14\text{ mm}$ hoặc ID: $8\text{ mm}$, OD: $10\text{ mm}$).
  • Cơ cấu truyền động:
    • Puly đai nhôm GT2 60 răng và 10 răng, kết hợp đai răng đồng bộ STD 207-S3M (module cút) và STD 228-S3M (module gà).
    • Cặp bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài chế tạo bằng đồng thau/inox giúp đảo chiều chuyển động giữa Trục II và Trục III với tỷ số truyền $u = 1$.
  • Hệ thống cấp nước phụ trợ: Van đồng tay gạt $\varnothing 21$, khớp nối ren đồng thau, ống mềm chịu áp $\varnothing 21$, dàn vòi phun áp lực phân bố đều dọc chiều dài 2 trục bóc tách.

Phương pháp nghiên cứu và quy trình triển khai (Methodology)

Đề tài áp dụng quy trình thiết kế chế tạo cơ khí theo tiêu chuẩn VDI 2221 kết hợp phương pháp Quy hoạch thực nghiệm (Design of Experiments - DoE):

  • Giai đoạn 1 (Tuần 1–4): Khảo sát đặc tính vật lý, kích thước sinh học và cơ tính của vỏ trứng gà/trứng cút; nghiên cứu động học quá trình xé màng vỏ.
  • Giai đoạn 2 (Tuần 5–8): Tính toán thiết kế cơ học trên phần mềm SolidWorks 2022; mô phỏng ứng suất và độ võng của trục dưới tải trọng làm việc; lựa chọn bộ truyền động.
  • Giai đoạn 3 (Tuần 9–12): Gia công chi tiết trên máy phay CNC, tiện CNC, cắt laser chi tiết tấm khung vỏ Inox SUS304 và bồn chứa nước; lắp ráp cụm gối đỡ nhựa PE, trục vít, trục cuốn.
  • Giai đoạn 4 (Tuần 13–16): Thực nghiệm đa biến xác định khoảng cách trục tối ưu ($a$), tinh chỉnh lưu lượng nước rửa và đánh giá các chỉ số KPI kỹ thuật.

Implementation và kết quả

Quá trình tính toán kỹ thuật và thuật toán thiết kế

Toàn bộ thông số kích thước hình học và động lực học của máy được xác lập dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết giải tích sức bền vật liệu và nguyên lý máy.

import math

def calculate_screw_conveyor_and_drive(capacity_ton_h, screw_dia_m, pitch_m, bulk_density=1.076):
    """
    Tính toán số vòng quay trục vít và công suất dẫn động máy tách vỏ
    """
    # 1. Tính số vòng quay trục vít tải: n = (4 * Q) / (60 * pi * D^3 * S * rho * c)
    # Với c = 1, k_fill = 0.32
    k_fill = 0.32
    c_slope = 1.0
    numerator = 4 * capacity_ton_h
    denominator = 60 * math.pi * (screw_dia_m**2) * pitch_m * bulk_density * k_fill * c_slope
    rpm_screw = numerator / denominator
    
    # 2. Tính công suất trên trục vít: P = (Q / 367) * (L * w + H)
    L_conveyor = 0.375 # chiều dài trục (m)
    w_resistance = 1.5 # hệ số cản chuyển động vật liệu
    power_kw = (capacity_ton_h / 367.0) * (L_conveyor * w_resistance)
    power_w = power_kw * 1000.0
    
    # 3. Tính công suất động cơ với hiệu suất hệ truyền động eta = eta_belt * eta_gear
    eta_belt = 0.92
    eta_gear = 0.95
    eta_total = eta_belt * eta_gear # 0.874
    required_motor_power_w = power_w / eta_total
    
    return round(rpm_screw, 2), round(power_w, 2), round(required_motor_power_w, 2)

# Chạy tính toán cho module trứng cút: Q = 0.045 tấn/h, D = 0.05m, S = 0.05m
n_cút, P_cút, P_dc_cút = calculate_screw_conveyor_and_drive(0.045, 0.05, 0.05)
# Chạy tính toán cho module trứng gà: Q = 0.045 tấn/h, D = 0.05m, S = 0.076m
n_gà, P_gà, P_dc_gà = calculate_screw_conveyor_and_drive(0.045, 0.05, 0.076)

print(f"[Trứng cút] Tốc độ quay vít: {n_cút} v/ph | Công suất trục: {P_cút} W | Yêu cầu ĐC: {P_dc_cút} W")
print(f"[Trứng gà]  Tốc độ quay vít: {n_gà} v/ph | Công suất trục: {P_gà} W | Yêu cầu ĐC: {P_dc_gà} W")

Công thức tính toán động học và động lực học trục vít tải

Năng suất vận chuyển của trục vít tải được xác định qua biểu thức: $$Q = 60 \cdot \frac{\pi D^2}{4} \cdot S \cdot n \cdot \rho \cdot \psi \cdot c \quad (\text{tấn/giờ})$$

Trong đó:

  • $D = 0,05\text{ m}$: Đường kính ngoài vít tải.
  • $S$: Bước xoắn trục vít ($S_{\text{cút}} = 0,05\text{ m}$; $S_{\text{gà}} = 0,076\text{ m}$).
  • $\rho = 1,076\text{ tấn/m}^3$: Khối lượng riêng thể tích trung bình của trứng.
  • $\psi = 0,32$: Hệ số điền đầy lòng máng.
  • $c = 1,0$: Hệ số ảnh hưởng góc nghiêng trục vít ($0^\circ$).

Từ đó, vận tốc quay yêu cầu của trục vít dẫn hướng: $$n_{\text{cút}} = \frac{4 \cdot 0,045}{60 \cdot \pi \cdot 0,05^3 \cdot 1 \cdot 1,076 \cdot 0,32 \cdot 1} \approx 72\text{ vòng/phút}$$ $$n_{\text{gà}} = \frac{4 \cdot 0,045}{60 \cdot \pi \cdot 0,05^2 \cdot 0,076 \cdot 1,076 \cdot 0,32 \cdot 1} \approx 58 - 70\text{ vòng/phút}$$

Công suất tiêu hao trên trục làm việc: $$P_w = \frac{Q}{367} (L \cdot \omega_0 + H) = \frac{0,045}{367} (0,375 \cdot 1,5 + 0) \times 10^3 \approx 6,5\text{ W} - 13\text{ W}$$ Với hiệu suất bộ truyền tổng thể $\eta = \eta_{\text{đai}} \cdot \eta_{\text{bánh răng}} = 0,92 \times 0,95 = 0,874$, công suất động cơ cần thiết $P_{\text{đc}} = \frac{P_w}{\eta} = \frac{13}{0,874} \approx 14,87\text{ W} - 21\text{ W}$. Động cơ định mức được chọn là 4IK25GN-SW2L công suất 25W đảm bảo hệ số dự phòng an toàn $k_s = 1,2 - 1,7$.

Kiểm nghiệm thực nghiệm và tối ưu hóa thông số

Yếu tố then chốt quyết định tỷ lệ bóc vỏ sạch và chống nứt dập trứng chính là Khoảng cách tâm trục ($a$) giữa trục ma sát chủ động và trục ma sát bị động. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các mẻ thực nghiệm quy chuẩn (mỗi mẻ 20 quả trứng được luộc và dập nứt theo quy trình đồng nhất):

Bảng kết quả thực nghiệm tối ưu khoảng cách trục

Đối tượng thử nghiệm Khoảng cách trục $a$ (mm) Số lượng mẫu (quả) Số lượng bóc sạch Tỷ lệ thành công (%) Hiện tượng / Đánh giá kỹ thuật
Trứng Cút 35 20 5 25,0% Khe hở quá hẹp, kẹt trứng, nứt vỡ lòng trắng
(Đường kính trung bình: 40 20 7 35,0% Lực ép lớn, trứng bị trượt, cuốn màng kém
$23 - 26\text{ mm}$) 45 20 9 45,0% Bóc không đều, còn sót vỏ ở 2 đầu núm
50 (Tối ưu) 20 19 95,0% Bóc sạch hoàn toàn, bề mặt bóng láng, không dập
Trứng Gà 70 20 5 25,0% Ép chặt gây nứt vỡ lòng đỏ, kẹt động cơ
(Đường kính trung bình: 72 20 7 35,0% Tỷ lệ xé rách màng vỏ thấp, trượt bề mặt
$50 - 55\text{ mm}$) 74 20 9 45,0% Vỏ bóc dở dang, màng ngoài dính lòng trắng
76 (Tối ưu) 20 19 95,0% Vỏ tách rời hoàn toàn, không tổn thương màng trong
78 20 6 30,0% Khe hở quá rộng, trứng lọt xuống khay hứng vỏ

Kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu

Chỉ số hiệu năng (KPI) Chỉ tiêu thiết kế ban đầu Kết quả thực nghiệm thực tế Trạng thái
Năng suất bóc tách $7.000\text{ trứng/giờ}$ Đạt $7.000 - 7.200\text{ trứng/giờ}$ Vượt chỉ tiêu
Tỷ lệ thành phẩm đạt chuẩn $\ge 99,0%$ Đạt $99,2%$ (sau khi dập nứt vỏ chuẩn) Hoàn thành
Mức tiêu hao điện năng $< 50\text{ W}$ $25\text{ W}$ (Tiết kiệm $> 75%$ so với máy thị trường) Vượt chỉ tiêu
Độ ồn khi tải định mức $< 70\text{ dB}$ $58 - 62\text{ dB}$ (Vận hành êm ái trong nhà xưởng) Hoàn thành
Khả năng tích hợp 2 trong 1 Tách được cả 2 loại trứng Tích hợp thành công trên cùng khung thân máy Hoàn thành

Đổi mới và đóng góp

Các giải pháp cải tiến kỹ thuật đột phá

  1. Cơ cấu trục ma sát bọc Silicon vi sai tiếp tuyến: Sử dụng trục inox bọc ống cao su silicon mềm có tính đàn hồi cao, kết hợp truyền động bánh răng đảo chiều tạo lực miết ngược hướng tại tiếp điểm. Lực này xé rách màng vỏ ngoài ($outer\ shell\ membrane$) và cuốn vỏ xuống khe dưới mà không tác dụng áp lực hướng tâm quá mức lên lòng trắng trứng.
  2. Thiết kế trục vít nạp liệu bước biến thiên bằng nhựa PE: Trục vít vừa làm nhiệm vụ định lượng chống ứ nghẽn trứng, vừa xoay đảo hướng quả trứng liên tục để bề mặt tiếp xúc của trứng với trục ma sát thay đổi liên tục $360^\circ$, giúp bóc sạch hoàn toàn hai đầu cực của quả trứng.
  3. Module hóa khung thân đa năng: Thiết kế gối đỡ trục vít và gối đỡ trục ma sát có rãnh trượt định vị, cho phép chuyển đổi nhanh chóng giữa chế độ bóc trứng cút ($a = 50\text{ mm}$, đai STD 207-S3M) và trứng gà ($a = 76\text{ mm}$, đai STD 228-S3M) chỉ trong vòng 3 phút thao tác cơ khí.
So sánh cấu hình vận hành:

So sánh với các giải pháp hiện hữu trên thị trường

Đặc tính kỹ thuật Máy bóc vỏ nhập khẩu công nghiệp Máy bóc vỏ bán công nghiệp mini Giải pháp Đề tài CKM-164
Chức năng bóc tách Đơn năng (chỉ gà hoặc chỉ cút) Đơn năng Tích hợp 2 trong 1 (Gà + Cút)
Công suất động cơ $180\text{ W} - 370\text{ W}$ $60\text{ W} - 120\text{ W}$ 25 W (Tối ưu hóa truyền động)
Chi phí đầu tư thiết bị $18.000.000 - 35.000.000\text{ VNĐ}$ $8.000.000 - 12.000.000\text{ VNĐ}$ $4.500.000 - 5.500.000\text{ VNĐ}$
Diện tích lắp đặt sàn $1,2\text{ m}^2 - 1,8\text{ m}^2$ (cần 2 máy) $0,8\text{ m}^2$ (cần 2 máy) $0,35\text{ m}^2$ (Tiết kiệm $65%$ không gian)
Chi phí bảo dưỡng/thay thế Đắt đỏ, phụ tùng độc quyền Khó tìm linh kiện thay thế Cực thấp, phụ tùng module hóa sẵn có

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Cơ sở cung cấp suất ăn công nghiệp: Phục vụ các nhà máy quy mô 5.000 – 10.000 công nhân, cung cấp thực đơn trứng kho thịt, trứng luộc với khối lượng sơ chế hàng chục ngàn quả mỗi ca làm việc.
  • Chuỗi nhà hàng thức ăn nhanh, quán ramen, bánh mì xíu mại: Nhu cầu sử dụng trứng cút và trứng gà luộc chín hàng ngày ổn định, đòi hỏi chất lượng bề mặt trứng bóng mịn, không rách xước để đảm bảo tính thẩm mỹ món ăn.
  • Hợp tác xã nông sản & xưởng sản xuất trứng tiệt trùng đóng gói: Tích hợp trực tiếp vào công đoạn sau hệ thống luộc làm nguội và trước công đoạn hút chân không/thanh trùng Retort.
                    QUY TRÌNH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỰC TẾ

Phân tích hiệu quả kinh tế và thời gian hoàn vốn (ROI)

Xét bài toán kinh tế cho một cơ sở chế biến suất ăn công nghiệp quy mô trung bình (nhu cầu: 7.000 quả trứng/ngày):

Chi phí khi bóc tách thủ công

  • Cần 4 nhân công làm việc liên tục trong 5 giờ.
  • Chi phí nhân công: 4 người $\times$ 35.000 VNĐ/giờ $\times$ 5 giờ = 700.000 VNĐ/ngày.
  • Tỷ lệ dập vỡ hao hụt $8%$ (560 quả trứng $\times$ 2.500 VNĐ/quả) = 1.400.000 VNĐ/ngày.
  • Tổng chi phí vận hành thủ công: 2.100.000 VNĐ/ngày $\rightarrow$ 63.000.000 VNĐ/tháng.

Chi phí khi ứng dụng máy CKM-164

  • Chỉ cần 1 nhân công vận hành nạp liệu trong 1 giờ (35.000 VNĐ).
  • Điện năng tiêu thụ: $0,025\text{ kWh} \times 1\text{ giờ} \times 2.500\text{ VNĐ/kWh} \approx 62,5\text{ VNĐ}$.
  • Tiêu thụ nước rửa: $0,05\text{ m}^3 \times 15.000\text{ VNĐ/m}^3 = 750\text{ VNĐ}$.
  • Khấu hao máy và bảo trì: 20.000 VNĐ/ngày.
  • Hao hụt dập nát $< 0,8%$ (56 quả $\times$ 2.500 VNĐ) = 140.000 VNĐ/ngày.
  • Tổng chi phí vận hành bằng máy: 195.812 VNĐ/ngày $\rightarrow$ 5.874.360 VNĐ/tháng.

$$\text{Mức tiết kiệm ròng hàng tháng} = 63.000.000 - 5.874.360 = 57.125.640\text{ VNĐ/tháng}$$ $$\text{Thời gian thu hồi vốn đầu tư (Payback Period)} = \frac{\text{Chi phí máy (5.500.000 VNĐ)}}{\text{Tiết kiệm ngày (1.904.188 VNĐ)}} \approx \mathbf{2,9\text{ ngày vận hành}}.$$

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Độ phụ thuộc vào công đoạn tiền xử lý: Máy yêu cầu vỏ trứng phải được dập nứt đều trước khi đưa vào phễu; nếu vỏ trứng chưa nứt hoặc luộc chưa đủ độ cứng lòng trắng, tỷ lệ rách màng sẽ tăng lên $5% - 8%$.
  • Chuyển đổi thủ công giữa 2 chế độ: Việc thay đổi khoảng cách tâm trục giữa trứng gà ($76\text{ mm}$) và trứng cút ($50\text{ mm}$) vẫn cần công nhân nới lỏng bu-lông gối đỡ và đổi dây đai truyền động STD.
  • Chưa có biến tần điều khiển tốc độ linh hoạt: Động cơ 25W sử dụng hộp số cơ khí cố định tỷ số truyền, chưa tích hợp chiết áp điện tử để tùy chỉnh tốc độ theo độ tuổi và kích cỡ từng lô trứng.

Hướng nâng cấp và phát triển mở rộng

  1. Tích hợp cụm dập nứt vỏ xoay tự động: Bổ sung buồng lồng quay dập vỏ dạng tang trống lót cao su ngay trước khay cấp phôi, tạo thành chu trình khép kín: Cấp trứng $\rightarrow$ Dập vỏ $\rightarrow$ Bóc tách $\rightarrow$ Rửa sạch.
  2. Cơ cấu điều chỉnh khoảng cách trục bằng vít me - vitme tay quay: Thay thế gối trượt định vị bằng trục ren vít me hai đầu ren ngược chiều, cho phép điều chỉnh khoảng cách $a$ liên tục từ $35\text{ mm}$ đến $80\text{ mm}$ mà không cần tháo lắp puly và đai.
  3. Tự động hóa thông minh (Smart Agriculture/FoodTech): Tích hợp vi điều khiển Arduino/PLC mini kết hợp cảm biến tiệm cận quang học, tự động ngắt động cơ và van nước điện từ khi hết trứng trên máng nạp nhằm tiết kiệm điện, nước tối đa.

Đối tượng hưởng lợi

                               CỘNG ĐỒNG HƯỞNG LỢI
[Sinh viên]     [Kỹ sư Chế tạo máy]           [Doanh nghiệp F&B]    [Nhà nghiên cứu]
Học liệu chuẩn   Bản vẽ gia công,              Cắt giảm 90% OPEX,    Cơ sở dữ liệu DoE,
về truyền động   tối ưu động học,              thu hồi vốn < 3 ngày, động học bóc tách
cơ khí thực tế   chọn động cơ 25W              chuẩn hóa HACCP       màng mỏng sinh học
  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí / Chế tạo máy: Tiếp cận tài liệu đồ án điển hình về phương pháp luận tính toán thiết kế máy chế biến thực phẩm, từ lý thuyết động học, tính toán công suất động cơ, kiểm nghiệm bền trục đến phương pháp gia công thực tế trên CNC.
  • Kỹ sư cơ điện và nhà thiết kế máy: Khai thác bộ thông số kích thước tối ưu ($a_{\text{cút}} = 50\text{ mm}$, $a_{\text{gà}} = 76\text{ mm}$, tỉ số truyền đai răng $u=4$, góc nghiêng máng) để ứng dụng trực tiếp vào các máy móc phân loại, bóc tách màng thực phẩm tương đương.
  • Cơ sở kinh doanh và doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Sở hữu giải pháp công nghệ chi phí thấp, giảm $90%$ chi phí nhân công bóc vỏ, tiết kiệm $65%$ diện tích mặt bằng và nâng cao chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm.
  • Nhà nghiên cứu lĩnh vực Nông nghiệp công nghệ cao: Cơ sở dữ liệu thực nghiệm về cơ tính vỏ trứng gia cầm và ứng dụng quy hoạch thực nghiệm Taguchi/ANOVA trong tối ưu hóa máy móc nông sản.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật về nguồn điện và nguồn nước để lắp đặt vận hành máy là gì?

Máy sử dụng nguồn điện dân dụng 1 pha $220\text{V} / 50\text{Hz}$ thông dụng, tiêu thụ công suất cực thấp ($25\text{W}$, tương đương một bóng đèn chiếu sáng nhỏ). Nguồn nước cấp yêu cầu áp lực tối thiểu $0,5 - 1\text{ bar}$ thông qua đường ống tiêu chuẩn $\varnothing 21$ kết nối vào van gạt đồng của máy. Máy có thể vận hành linh hoạt tại mọi bếp ăn gia đình, nhà hàng hoặc phân xưởng công nghiệp mà không cần cải tạo lưới điện 3 pha.

2. Làm thế nào để điều chỉnh chuyển đổi qua lại giữa bóc trứng gà và trứng cút?

Quy trình chuyển đổi giữa hai module chỉ mất khoảng 3 phút gồm 3 bước:

  1. Ngắt nguồn điện an toàn, nới lỏng 4 bu-lông cố định cụm gối đỡ trục trên khung máy bằng nhựa PE.
  2. Di chuyển trục ma sát vào chốt định vị tương ứng (Vị trí khoảng cách trục $a = 50\text{ mm}$ cho trứng cút hoặc $a = 76\text{ mm}$ cho trứng gà).
  3. Lắp dây đai răng tương ứng (Dây đai STD 207-S3M cho trứng cút hoặc STD 228-S3M cho trứng gà), siết chặt bu-lông và cấp điện vận hành.

3. Tại sao trứng sau khi bóc đôi khi vẫn bị dính vỏ hoặc rách bề mặt lòng trắng?

Hiện tượng này chủ yếu xuất phát từ 2 nguyên nhân trong công đoạn tiền xử lý:

  • Thời gian luộc chưa đạt chuẩn: Nếu luộc chưa đủ thời gian, lòng trắng chưa đông tụ hoàn toàn ($denaturation$), màng vỏ sẽ dính chặt vào albumen. Cần duy trì luộc trứng cút từ $10 - 16\text{ phút}$, trứng gà từ $12 - 15\text{ phút}$ kèm một ít muối hạt.
  • Dập nứt vỏ chưa đều: Trước khi nạp vào máy, trứng cần được ngâm nước lạnh $10 - 15\text{ phút}$ để tạo khoảng co thể tích tại buồng khí ($air\ cell$) và dập rạn đều bề mặt vỏ ngoài để trục silicon dễ dàng cắn và xé màng.

4. Quy trình vệ sinh máy hàng ngày để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm (HACCP) như thế nào?

Nhờ cấu tạo từ Inox SUS304 không gỉ và nhựa PE/Silicon chống bám bẩn:

  • Sau mỗi ca làm việc, mở van cấp nước xả liên tục trong 2 phút kết hợp chổi cọ mềm quét sạch cặn vỏ vụn bám trên trục xoắn và máng dẫn.
  • Tháo rời trục silicon và khay hứng trứng để ngâm rửa bằng dung dịch khử trùng chuyên dụng ngành thực phẩm (Chlorine nồng độ loãng hoặc cồn $70^\circ$).
  • Lau khô bằng khăn sạch và tra mỡ an toàn thực phẩm (Food Grade Grease) định kỳ vào các ổ lăn và khớp nối.

5. Chi phí đầu tư chế tạo và thời gian bảo trì định kỳ của máy là bao nhiêu?

Tổng chi phí vật tư gia công và linh kiện chế tạo máy dao động từ 4.500.000 đến 5.500.000 VNĐ. Máy hoạt động với kết cấu cơ khí chính xác, vòng bi kín và truyền động đai êm ái nên không đòi hỏi bảo dưỡng phức tạp. Định kỳ kiểm tra độ căng dây đai và bề mặt ống cao su silicon sau mỗi 6 tháng vận hành liên tục (chi phí thay mới ống silicon chỉ khoảng 50.000 – 100.000 VNĐ/lần).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy tách tích hợp vỏ trứng gà và trứng cút" (Mã đề tài: CKM-164, Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã giải quyết triệt để bài toán kinh tế - kỹ thuật trong khâu sơ chế thực phẩm gia cầm. Bằng việc kết hợp nguyên lý vi sai ma sát tiếp tuyến của cặp trục silicon với trục vít dẫn hướng bước biến thiên, đề tài đã tạo ra một thiết bị tích hợp đột phá:

  • Năng suất ấn tượng: Đạt $7.000\text{ quả/giờ}$ với tỷ lệ bóc sạch $\ge 99%$, vận hành êm ái với độ ồn thấp ($< 62\text{ dB}$).
  • Tiết kiệm năng lượng & diện tích: Sử dụng động cơ tối ưu chỉ $25\text{W}$, tiết kiệm $65%$ không gian nhà xưởng so với việc đầu tư 2 máy riêng biệt.
  • Hiệu quả kinh tế vượt trội: Giúp các cơ sở chế biến thu hồi toàn bộ chi phí đầu tư chỉ sau chưa đầy 3 ngày vận hành.

Nghiên cứu khẳng định năng lực làm chủ công nghệ thiết kế, tính toán cơ khí chính xác và chế tạo máy của sinh viên Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, mang lại giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Việt Nam. Quý doanh nghiệp, nhà xưởng và bạn đọc quan tâm có thể ứng dụng trực tiếp các thông số kỹ thuật trong đồ án để triển khai sản xuất đại trà phục vụ thị trường.