Đồ án: Thiết kế và chế tạo máy tách hạt bắp công suất 200kg/giờ

Tài liệu chi tiết thiết kế, chế tạo máy tách hạt bắp 200kg/h. Bao gồm nguyên lý, tính toán, bản vẽ kỹ thuật và kết quả thực nghiệm.

• Tác giả: Nguyễn Kiến Nhân
• Người hướng dẫn: Th.S Ngô Văn Hương Bình
• Trường học: Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế và Chế tạo Máy Tách Hạt Bắp Công Suất 200kg/1 Giờ
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy tách hạt bắp 200kg h

Máy tách hạt bắp 200kg/h là một thiết bị hiện đại được thiết kế và chế tạo nhằm giải quyết bài toán thu hoạch nông sản hiệu quả. Với nhu cầu sản xuất bắp ngày càng tăng cao ở Việt Nam, máy tách hạt bắp trở thành công cụ không thể thiếu trong quy trình sơ chế. Thiết bị này có khả năng xử lý 200kg bắp trong một giờ, giúp nông dân tiết kiệm thời gian và công lực so với phương pháp thủ công truyền thống. Đồ án này tập trung vào thiết kế máy tách hạt bắp với công suất cao, giá thành hợp lý nhưng vẫn đảm bảo an toàn, chất lượng và năng suất. Bắp là cây lương thực ngắn ngày mang lại hiệu quả kinh tế cao, vì vậy các giải pháp cơ học hóa trong thu hoạch và tách hạt là cần thiết cho sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

1.1. Tầm quan trọng của cơ học hóa trong sơ chế bắp

Lao động thủ công không thể đáp ứng quá trình thu hoạch, tách hạt và phân loại bắp trong quy mô sản xuất lớn. Máy tách hạt bắp công suất 200kg/h giúp giảm chi phí nhân công đáng kể, nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm. Công nghệ này đặc biệt quan trọng vì bắp hiện là cây lương thực cho sản lượng hàng năm lớn nhất.

1.2. Tình hình phát triển ngành bắp tại Việt Nam

Nước Việt Nam có thế mạnh về nông nghiệp, với diện tích trồng bắp ngày càng tăng. Nhu cầu tiêu thụ sản phẩm bắp tăng nhanh do sự phát triển của ngành chăn nuôi. Việc chế tạo máy tách bắp địa phương giúp giảm chi phí nhập khẩu và phù hợp với điều kiện sản xuất nông thôn Việt Nam.

II. Thiết kế kỹ thuật máy tách hạt bắp 200kg h

Thiết kế máy tách hạt bắp yêu cầu hiểu biết sâu sắc về tính chất cơ lý của hạt bắp và nguyên lý tách hạt hiệu quả. Máy tách bắp công suất 200kg/1 giờ được thiết kế với kết cấu chính bao gồm: bộ phận phiếu nạp, trống tách, bộ truyền động, và hệ thống thoát liệu. Bộ phận trống tách là chi tiết quan trọng nhất, được tính toán dựa trên các thông số hình học và động lực học để đạt hiệu suất tối ưu. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên việc sử dụng lực ma sát và tác động cơ học để tách hạt khỏi trục cơm. Việc lựa chọn công suất động cơ, hệ thống truyền động và các chi tiết khác đều được tính toán chi tiết để đảm bảo máy hoạt động ổn định, an toàn và có độ tin cậy cao.

2.1. Bộ phận chính của máy tách hạt bắp

Máy tách bắp gồm các bộ phận chính: (1) Bộ phận phiếu nạp - nhận bắp từ máng dẫn liệu, (2) Trống tách - bộ phận quyết định hiệu quả tách hạt, (3) Hệ thống truyền động - cung cấp động lực, (4) Bộ phận thoát liệu - phân tách hạt và cùi. Mỗi bộ phận được thiết kế và chế tạo với công nghệ hiện đại để đảm bảo hiệu suất 200kg/h.

2.2. Nguyên lý hoạt động và tính toán động lực học

Nguyên lý tách hạt dựa trên sự tương tác giữa bắp và các bề mặt trục cơm trong trống tách. Lực ma sát giúp hạt bắp tách khỏi trục, trong khi cùi được đưa ra khỏi máy. Tính toán động lực học xác định tốc độ quay tối ưu, công suất động cơ cần thiết (thường khoảng 2-3 kW) và thiết kế chi tiết các bộ truyền động để hoạt động hiệu quả.

III. Quy trình chế tạo máy tách hạt bắp chi tiết

Chế tạo máy tách hạt bắp là quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa thiết kế CAD, tính toán kỹ thuật và gia công cơ khí. Quy trình bao gồm: (1) Thiết kế mô hình 3D chi tiết, (2) Chọn lựa vật liệu thích hợp - thường sử dụng thép, nhôm và cao su, (3) Gia công các chi tiết như trống tách, trục quay, khung máy, (4) Lắp ráp các bộ phận theo thiết kế, (5) Kiểm tra mạch điện 1 pha cho motor. Máy tách bắp công suất 200kg/h được thiết kế để sản xuất tại các xưởng cơ khí địa phương, giảm chi phí so với nhập khẩu. Các chi tiết chính như nắp đậy, máng dẫn liệu, tấm chắn cửa thoát được gia công với độ chính xác cao. Sau khi hoàn thành gia công, các chi tiết được sơn phủ chống gỉ và lắp ráp thành một toàn thể hoàn chỉnh.

3.1. Gia công chi tiết và lựa chọn vật liệu

Các chi tiết của máy tách hạt bắp được gia công từ thép và nhôm chất lượng cao. Trống tách - bộ phận quan trọng nhất - được gia công với độ chính xác cao để đảm bảo tính đồng tâm và cân bằng động. Lưới chặn cao su, tấm chắn cửa thoát được thiết kế để chịu lực lớn và tác động cơ học. Vật liệu được lựa chọn dựa trên tính chịu lực, khả năng chống mài mòn và chi phí sản xuất.

3.2. Lắp ráp và kiểm tra chất lượng

Quá trình lắp ráp máy tách bắp tuân theo bản vẽ kỹ thuật chi tiết, với các bộ phận được lắp theo thứ tự logic. Cụm tang trống, hệ thống truyền động (puli, xích) được lắp ráp và kiểm tra căn chỉnh. Sau lắp ráp, kiểm tra mạch điện motor 1 pha, thử chạy không tải, sau đó thử với vật liệu thực để đảm bảo máy hoạt động đúng công suất 200kg/h.

IV. Đánh giá kết quả và hướng phát triển máy tách bắp

Máy tách hạt bắp 200kg/h sau khi hoàn thành đã được thử nghiệm và đánh giá về hiệu suất, độ an toàn và chất lượng sản phẩm. Kết quả cho thấy máy đạt được công suất 200kg/giờ như thiết kế, với tỷ lệ hạt bị hỏng thấp (dưới 5%), tiêu thụ năng lượng hợp lý. Tuy nhiên, đề tài cũng có những hạn chế, như: khó khăn trong điều chỉnh kích thước cho các loại bắp khác nhau, độ ồn tương đối cao, và cần cải tiến hệ thống thoát liệu. Hướng phát triển máy tách bắp trong tương lai bao gồm: (1) Tự động hóa toàn bộ quy trình, (2) Tích hợp hệ thống phân loại bằng AI, (3) Giảm tiêu hao năng lượng với công nghệ mới, (4) Thiết kế dễ bảo dưỡng. Những cải tiến này sẽ giúp máy tách bắp trở thành giải pháp toàn diện cho sơ chế nông sản Việt Nam.

4.1. Kết quả thử nghiệm và hiệu quả kinh tế

Máy tách hạt bắp công suất 200kg/h đã được thử nghiệm thành công với bắp phơi khô độ ẩm 12-15%. Kết quả cho thấy tỷ lệ tách hạt đạt trên 98%, tỷ lệ hạt bị hỏng dưới 5%. Chi phí chế tạo máy tách bắp rẻ hơn 30-40% so với nhập khẩu, với thời gian hoàn vốn khoảng 1-2 năm cho quy mô nông trường nhỏ.

4.2. Hạn chế và triển vọng tương lai

Hạn chế hiện tại bao gồm: khó điều chỉnh cho các giống bắp khác nhau, cần cải tiến hệ thống xử lý bụi, và mức độ tự động hóa còn thấp. Hướng phát triển máy tách bắp tương lai: tích hợp cảm biến thông minh, tự động điều chỉnh tốc độ, hệ thống phân loại bằng công nghệ cao, và giảm tiêu hao năng lượng để đáp ứng xu hướng sản xuất xanh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRÌNH THU HOẠCH VÀ TÁCH HẠT 1.1 Khái niệm Như chúng ta đã biết ngô là một loại lương thực đứng thứ 2 sau gạo, đóng một vai trò lớn trong nền kinh tế nôn nghiệp trên thế giới. Tại Việt Nam, diện tích gieo trồng ngô cực lớn, cho năng suất cao, sản lượng ngô thu được nhiều. Tuy nhiên, công đoạn bóc tách thu hoạch ngô lại vô cùng khó khăn, khiến người dùng bị gián đoạn khi thu hoạch ngô. Chính vì sự phổ biến và tầm quan trọng của ngô đối với kinh tế hiện nay, máy móc được ra đời, được đầu tư hơn về công nghệ.

Kỹ thuật bảo quản ngô luôn được người nông dân quan tâm đặc biệt. Làm tăng chất lượng của ngô, giảm thiểu tình trạng thất thoát sau khi thu hoạch do các nguyên nhân thì cần phải có những cách giải quyết tích cực để ngăn chặn. Mỗi một giai đoạn khác nhau thì con người sẽ có những kinh nghiệm cho công việc này khác nhau, hiện nay cách giải quyết tốt nhất của nông dân đó chính là sử dụng máy tách hạt ngô. Sử dụng máy, công đoạn tách hạt ngô sẽ được diễn ra nhanh hơn, bạn có thể tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức, khoảng thời gian đó bạn có thể làm được nhiều việc khác.

Không những thế, máy tách hạt bắp còn giúp bạn làm sạch ngô cách chuẩn xác nhất nhờ vào những chức năng hiện đại của máy. Đây chính là cơ sở để thực hiện được công đoạn bảo quản cách tốt nhất.2 Giới thiệu về cây bắp Bắp là cây lương thực ngắn ngày mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân. Cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi, nhu cầu tiêu thụ sản phẩm làm từ hạt bắp tăng lên rất cao, hiện nay bắp là cây cho sản lượng hàng năm cao hơn bất kỳ cây lương thực nào. 1 Hạt bắp còn được dùng để chuyển hóa thành chất dẻo hay vải sợi.

Một lượng bắp nhất định được thủy phân hay xử lý bằng enzym để sản xuất xi rô , cụ thể là xi rô chứa nhiều fructoza, gọi là xi rô ngô, một tác nhân làm ngọt và đôi khi được lên men để sau đó chưng cất trong một vài dạng rượu. Rượu sản xuất từ bắp theo truyền thống là nguồn của wisky bourbo. Etanol từ bắp cũng được dùng ở hàm lượng thấp như là phụ gia xăng làm nguyên liệu cho một số động cơ để gia tăng chỉ số octan, giảm ô nhiễm và giảm cả mức tiêu thụ xăng. Với tầm quan trọng của việc sản xuất bắp như vậy nên diện tích trồng bắp tăng lên rất nhiều, hình thành các vùng chuyên canh cây bắp.

Để năng suất ngày càng cao giá thành đầu tư giảm các biện pháp canh tác tiên tiến, các loại giống mới cho năng suất cao đã được ứng dụng trong sản xuất. Trong công tác thu hoạch các loại máy móc tiên tiến đã được đưa vào sử dụng, nhờ đó sản phẩm làm ra có chất lượng tốt hơn, lượng nhân công lao động giảm, dẫn tới giá thành giảm, tăng tính cạnh tranh của hàng hóa nước ta trong quá trình hội nhập. 1: Trái bắp mẫu 2 1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ ngô trên thế giới và ở Việt Nam. Năm 1961, diện tích ngô toàn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha, sản lượng 205 triệu tấn, đến năm 2009, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 159,5 triệu ha, năng suất bình quân 51,3 tạ/ha, sản lượng 817,1 triệu tấn.

Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nước; sản lượng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc. Trong đó Mỹ, Trung Quốc, Braxin là những nước đứng đầu về diện tích và sản lượng. Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác. Cây ngô không chỉ cung cấp lương thực cho người, vật nuôi mà còn là cây trồng xóa đói giảm nghèo tại các tỉnh có điều kiện kinh tế khó khăn.

Sản xuất ngô cả nước qua các năm không ngừng tăng về diện tích, năng suất, sản lượng: năm 2001 tổng diện tích ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên 1 triệu ha; năm 2010, diện tích ngô cả nước 1126,9 nghìn ha, năng suất 40,9 tạ/ha, sản lượng trên 4,6 triệu tấn. Tuy vậy, cho đến nay sản xuất ngô ở nước ta phát triển chưa tương xứng với tiềm năng, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước, hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu từ trên dới 1 triệu tấn Hình 1. 2: Phân bố trồng ngô VN ngô hạt. 3 • Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Cây ngô được đánh giá là cây trồng có vai trò hết sức quan trọng trong cơ cấu cây trồng ở nước ta; năm 2010 là 1126,9 nghìn ha (trong đó trên 90% diện tích trồng ngô lai), sản lượng đạt trên 4,6 triệu tấn.

Tuy vậy sản xuất ngô trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu, hàng năm nước ta phải nhập khẩu lượng lớn ngô nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi. Những năm qua nhà nước cũng đã hết sức quan tâm đầu tư cho việc nghiên cứu phát triển cây ngô: 2 dự án phát triển giống ngô lai đã được đầu tư: Dự án phát triển giống ngô lai giai đoạn 2006-2010 (đã kết thúc) và dự án phát triển sản xuất giống ngô lai giai đoạn 2011-2015 (đang triển Hình 1. 3: Cây bắp khai). Nhà nước có nhiều cơ chế chính sách hỗ trợ giống đã khuyến khích các doanh nghiệp trong và ngoài nước sản xuất, cung cấp giống, giới thiệu các giống mới có năng suất, chất lượng tốt vào sản xuất, nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật về sản xuất ngô đã được chuyển giao đến người nông dân.

Tuy nhiên việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất vẫn còn nhiều hạn chế, với địa hình phức tạp, trên 70% diện tích ngô được trồng trên đất có độ cao, phụ thuộc vào nước trời, ít đầu tư thâm canh nên năng suất ngô vẫn còn thấp so với tiềm năng của giống. Năm 2010, NSTB cả nước đạt 40,9 tạ/ha, sản lượng trên 4,6 triệu tấn so với năng suất ngô có thâm canh là 70 - 80 tạ/ha. Bên cạnh đó các giống ngô có 4 khả năng thích nghi tốt với điều kiện thời tiết bất thuận như hạn hán và mưa lũ vẫn còn thiếu. Để cây ngô Việt Nam phát triển một cách bền vững, đáp ứng trên 80% nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi và mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người sản xuất, việc đánh giá đúng thực trạng sản xuất ngô, đưa ra các giải pháp cụ thể nhằm mở rộng diện tích trồng ngô là điều hết sức cần thiết trong giai đoạn hiện nay.

5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tình hình chung. Nước ta là nước nông nghiệp là chủ yếu, do vậy các sản phẩm từ nông nghiệp rất dồi dào. Bắp là cây lương thực ngắn ngày mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân. Cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi, nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm từ cây bắp tăng lên rất nhanh, hiện nay bắp là cây nông nghiệp cho sản lượng hàng năm lớn hơn bất kỳ cây lương thực nào khác.

Hạt bắp được sử dụng nhiều trong nghành chế biến lương thực và thực phẩm, một phần không nhỏ hạt bắp được xay, nghiền làm thức ăn chăn nuôi. Với tầm quan trọng của việc sản xuất bắp như vậy nên diện tích trồng bắp ngày càng tăng nên lao động thủ công không thể đáp ứng cho quá trình thu hoạch, thu hoạch và sơ chế. Trong công tác thu hoạch các loại máy móc tiên tiến đã được đưa vào sử dụng, nhờ đó lượng nhân công lao động giảm, dẫn tới giá thành giảm, tăng tính cạnh tranh của hàng hoá nước ta trong quá trình hội nhập. Do những yêu cầu cần thiết của xã hội hiện nay là giảm lao động về sức người, tăng năng suất lao động, do vậy công việc thiết kế các trang thiết bị máy móc, công nghệ giúp cho quá trình sản xuất, thu hoạch cũng như chế biến đạt hiệu quả cao là vấn đề thật sự cần thiết và cấp bách.

Vì vậy công tác nghiên cứu, thiết kế đặt ra cho mỗi sinh viên cơ khí ngày càng thiết thực. Với mục tiêu cơ khí hóa quá trình sơ chế để tăng năng suất nên chúng em đã tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Thiết kế máy tách hạt bắp”.2 Lựa chọn công nghệ và quy trình công nghiệp sơ chế tách hạt bắp.1 Quá trình tách hạt thủ công: Quả bắp sau khi được hái về sẽ được tiến hành bóc vỏ rồi tách hạt. Sau đó hạt bắp sẽ được đem phơi khô, người ta cũng có thể phơi khô rồi mới bóc vỏ, tách hạt. 6 Có hai cách tách hạt thủ công: + Dùng dùi tách một số hàng không kề nhau trên quả bắp sau đó dùng tay xoay, chà quanh trái bắp để tách hết các hạt ra.

+ Dùng chày, cây đập lên đóng bắp đã được phơi khô cho cứng hạt. Các hạt bắp sẽ tự động được tách ra khỏi cùi. Phương pháp này tuy nhanh hơn phương pháp trên song hạt không được tách hết, phải tốn công tách lại bằng tay. + Cả hai phương pháp này đều cho năng suất rất thấp, chỉ phù hợp với hộ sản xuất nhỏ và có lao động nhàn rỗi.2 Tách hạt bằng máy: Máy tách hạt từ bắp đã đươc bóc vỏ, loại máy này cho năng suất cao song phải tốn thêm nhiều thời gian và lượng công nhân bóc vỏ.

Máy tách hạt từ quả bắp còn nguyên vỏ, loại máy này cho năng suất rất cao, giảm được thời gian và lượng công nhân nhiều. Ngoài ra còn có các loại máy thu hoạch bắp có thể tiến hành đồng thời thu hoạch, bóc vỏ và tách hạt. Loại máy này có rất nhiều ưu điểm song ở nước ta chưa chế tạo được phải nhập từ nước ngoài về nên giá thành vẫn còn rất cao.3 Giới thiệu về quá trình thu hoạch bắp Bắp sau khi đã già đạt đủ độ cứng của hạt thì sẽ được thu hoạch, công việc này ở nước ta chủ yếu thực hiện thủ công. Hiện nay đã có loại máy thu hoạch bắp (TBN-2) do viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch nghiên cứu sản xuất.

Máy này thu hoạch bắp đạt năng suất bằng 40-50 lao động phổ thông , năng suất thu hoạch 0,2 ha/giờ, tỉ lệ hao hụt dưới 3% , tuy có nhiều ưu điểm song Loại máy này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi do giá thành còn cao.