Thiết Kế Hệ Thống Làm Sạch và Phân Loại Quả Dứa

Luận văn thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa. Nghiên cứu quy trình, thiết kế cụm máy rửa, phân loại, tối ưu hóa sản xuất nông sản.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Lâm
• Người hướng dẫn: Ts. Phạm Minh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Làm Sạch Và Phân Loại Quả Dứa
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUẢ DỨA VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM VỀ DỨA
• 1.1. Cơ sở hình thành đề tài
• 1.2. Giới thiệu sơ lược về quả dứa
• 1.3. Quy trình sản xuất dứa tại các nhà máy
• 1.4. Cụm máy rửa và làm sạch quả dứa
• 1.5. Cụm máy phân loại quả dứa
• 1.6. Các loại máy hiện có trên thị trường cho quá trình sản xuất quả dứa
• 1.6.1. Máy rửa bọt khí HLQBJ-300
• 1.6.2. Máy rửa của hãng GELGOOG
• 1.6.3. Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA
• 2.1. Phân tích nguyên lí hoạt động chung của hệ thống rửa, làm sạch và phân loại
• 2.2. Sơ đồ nguyên lí làm việc của các cụm máy
• 2.2.1. Cụm máy làm sạch quả dứa
• 2.2.1.1. Sử dụng hệ thống băng tải con lăn
• 2.2.1.2. Sử dụng thùng quay
• 2.2.2. Cụm máy phân loại quả dứa
• 2.2.2.1. Sử dụng trục vít côn
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA
• 3.1. Xác định các thông số kỹ thuật ban đầu của quả dứa
• 3.2. Tính toán thiết kế cụm máy rửa và làm sạch quả dứa
• 3.2.1. Tính toán, thiết kế thùng quay
• 3.2.1.1. Xác định chiều cao chứa của dứa trong thùng
• 3.2.1.2. Xác định số vòng quay của thùng
• 3.2.1.3. Xác định công suất dẫn động thùng quay
• 3.2.1.4. Công suất cần thiết, lựa chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền
• 3.2.1.5. Thiết kế, tính toán cặp bánh răng dẫn động thùng quay
• 3.2.1.6. Tính toán thiết kế bộ truyền xích
• 3.2.1.7. Tính toán thiết kế trục bánh răng dẫn động
• 3.2.1.8. Tính toán lựa chọn ổ lăn cho trục lắp bánh răng dẫn và đĩa xích bị dẫn
• 3.2.1.9. Tính toán thiết kế con lăn đỡ thùng và lựa chọn ổ lăn cho trục con lăn
• 3.2.2. Tính toán thiết kế cụm máy phân loại quả dứa
• 3.2.2.1. Xác định số vòng quay của trục vít
• 3.2.2.2. Xác định công suất làm việc của trục vít tải
• 3.2.2.3. Xác định công suất động cơ điện
• 3.2.2.4. Tính toán thiết kế bộ truyền xích dẫn động giữa hai trục vít trụ
• 3.2.2.5. Tính toán thiết kế trục vít dẫn động quả dứa
• 3.2.2.6. Tính toán thiết kế trục côn
• 3.2.2.7. Tính toán thiết kế khoảng cách và khe hở giữa trục vít tải trụ và trục côn
• 3.2.2.8. Tính toán, lựa chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho trục vít và trục côn
• 3.2.2.9. Tính toán lựa chọn khớp nối động cơ với trục vít tải
• 3.2.3. Tính toán thiết kế hệ thống bơm nước làm sạch quả dứa
• 3.2.3.1. Tính toán lựa chọn béc phun nước
• 3.2.3.2. Tính toán lựa chọn bơm nước
• 3.2.3.3. Tính toán đường ống và chi tiết lắp ráp đường ống cho hệ thống phun
• 3.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.3.1. Lựa chọn phương án điều khiển
• 3.3.2. Sơ đồ mạch động lực
• 3.3.3. Sơ đồ mạch điều khiển
• 3.3.4. Các thiết bị cần thiết trong mạch điện
• 3.3.5. Cầu dao điện 3 pha
• 3.4. VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG
• 3.4.1. Quy trình vận hành hệ thống
• 3.4.2. Bảo trì và bảo dưỡng hệ thống
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thiết Kế Hệ Thống Làm Sạch Quả Dứa 2024

Đề tài Thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa hiện nay có nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng về các sản phẩm đóng hộp khá cao, đòi hỏi các sản phẩm đóng hộp phải đạt chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Các loại trái cây như dưa hấu, thơm, táo, dâu tây, mít,…luôn mang lại các giá trị dinh dưỡng khác nhau, bổ sung các loại vitamin cho cơ thể. Nhờ đó, ngày càng nhiều xuất hiện các sản phẩm về các loại trái cây này và cũng thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm phát triển. Dứa hay còn gọi là khóm hoặc thơm (có nơi gọi là khớm) hay gai (miền Trung) hoặc trái huyền nương, tên khoa học Ananas comosus, là một loại quả nhiệt đới. Nó có dạng hình tròn, hình trụ hay hình biến dạng. Tại Việt Nam, dứa đang được trồng với rất nhiều loại, phổ biến như: dứa Victoria, dứa Cayen, dứa mật, dứa không gai,…

1.1. Cơ Sở Hình Thành Luận Văn Hệ Thống Xử Lý Dứa

Hiện nay, ngành công nghiệp cơ khí đang phát triển rất mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích tích cực cho nhiều ngành khác phát triển trong đó có phát triển nền nông nghiệp. Nông sản không chỉ dùng để phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng trong nước mà còn xuất khẩu ra nước ngoài. Vì vậy đòi hỏi số lượng sản lượng nông sản lớn. Kết hợp với điều kiện về thực phẩm ngày nay là xanh, sạch, đầy đủ dinh dưỡng, đòi hỏi nông sản phải có chất lượng tốt hơn. Tại Việt Nam, nông nghiệp vẫn còn tiềm năng phát triển rất lớn, nhưng chưa có nhiều máy móc hỗ trợ cho sản xuất nông sản, đa phần sử dụng phương pháp thủ công. Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống rửa và phân loại quả dứa” nhằm góp một phần vào quá trình sản xuất nông sản tại Việt Nam.

1.2. Giới Thiệu Sơ Lược về Quả Dứa Tươi và Giá Trị Dinh Dưỡng

Dứa (tên tiếng Anh là Pineapple) có các tên gọi khác như là: khóm, thơm (có nơi gọi là khớm) hay gai (miền Trung) hoặc trái huyền nương, tên khoa học Ananas comosus, là một loại quả nhiệt đới. Nó có dạng hình tròn, hình trụ hay hình biến dạng (do con người chủ động tạo để làm cảnh). Với giá trị dinh dưỡng cao, dứa có khá nhiều công dụng như tăng cường miễn dịch, cải thiện sức khỏe xương,…hay các loại nước ép tươi, mứt, bánh, kẹo, sấy khô, sấy dẻo, nước lên men và phổ biến nhất kể cả ở Việt Nam và trên thế giới đó là dứa đóng hộp.

1.3. Phân Tích Quy Trình Sản Xuất Dứa Đóng Hộp Tại Nhà Máy

Đây là một trong những quy trình công nghệ sản xuất dứa phổ biến tại các nhà máy, trong ngành sản xuất nông sản, còn rất nhiều quy trình sản xuất khác nhau, tuy nhiên đây có thể coi là quy trình cơ bản của công nghệ sản xuất dứa nói riêng và nông sản khác nói chung đối với sản phẩm đóng hộp. Trên nguyên tắc dựa vào các phương pháp thủ công trong việc thu hoạch, phân loại và chế biến dứa để tìm ra nhiều nguyên lý làm việc cho toàn bộ hệ thống sản xuất dứa, từ đó, phát triển các loại máy nhằm phục vụ cho quy trình sản xuất, phù hợp để sản xuất dứa số lượng lớn.

II. Thách Thức Thiết Kế Hệ Thống Làm Sạch Dứa Tối Ưu

Dây chuyền sản xuất các sản phẩm về dứa gồm nhiều quy trình với các cụm máy khác nhau, với thời gian thực hiện có hạn, vì thế, chỉ thực hiện thiết kế cho hai cụm: cụm rửa, làm sạch quả dứa và cụm phân loại quả dứa theo kích thước. Hiện nay, tại các nhà máy sản xuất dứa, đa phần sử dụng hệ thống sục khí ozon và hệ thống vòi phun áp lực cao để rửa sạch. Để loại bỏ các tạp chất hữu cơ, các hóa chất và giảm hàm lượng các vi sinh, dứa được làm sạch dưới áp lực của vòi phun nước, và hệ thống sục khí bên trong bồn rửa. Tiếp theo quy trình rửa là quy trình làm ráo nước và làm sạch bề mặt. Trên bề mặt quả dứa tuy đã qua rửa sạch nhưng vẫn còn nước đọng lại và một phần cặn vẫn còn bám trên bề mặt.

2.1. Phân Tích Cụm Máy Rửa Và Làm Sạch Quả Dứa Chi Tiết

Dứa được người nông dân thu hoạch ở nông trại hay vườn, được vận chuyển bằng xe tải đến nhà máy. Đầu tiên, công nhân cắt đầu bỏ cuống, sau đó được băng tải vận chuyển đến cụm máy rửa và làm sạch dứa. Quá trình này sử dụng các rulo quay cùng chiều có gắn các bàn chải, nhằm đánh sạch bề mặt, loại bỏ hoàn toàn cặn bẩn, đồng thời giúp làm ráo nước, tránh nước làm ảnh hưởng tới các thiết bị khác.

2.2. Nghiên Cứu Cụm Máy Phân Loại Quả Dứa Theo Kích Thước

Dứa sau khi qua công đoạn rửa và làm sạch, được băng tải vận chuyện đến cụm máy phân loại. Dứa có đặc điểm bên ngoài là dài, hình trụ tròn, vì vậy sẽ không đồng nhất về độ dài, khối lượng và kích thước, do đó nhà máy phải phân loại theo kích thước, để đồng nhất về kích cỡ, đạt chất lượng sản phẩm tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình chế biến tiếp theo. Tại các nhà máy hiện nay, người ta sử dụng nhiều cặp vít tải quay ngược chiều nhau, cùng với sự điều chỉnh khe hở giữa hai trục vít, kích thước khe hở sẽ tăng dần để phân loại dứa theo kích cỡ. Hệ thống này rất phù hợp với quả dứa, cũng như một số nông sản có đặc tính kích cỡ to, dài, hình dáng trụ tròn.

2.3. Tìm Hiểu Các Loại Máy Làm Sạch Phân Loại Dứa Trên Thị Trường

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại máy để phục vụ cho dây chuyền sản xuất quả dứa. Các xưởng sản xuất, nhà máy, xí nghiệp với các điều kiện kinh tế, hiệu suất, năng suất làm việc và mục đích sản xuất khác nhau mà lựa chọn, sử dụng nhiều loại máy khác nhau phục vụ cho sản xuất dứa. Ví dụ như Máy rửa bọt khí HLQBJ-300 sử dụng bọt khí thích hợp cho làm sạch trái cây và rau quả. Máy rửa của hãng GELGOOG bao gồm hệ thống tạo bọt khí và hệ thống phun kép. Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8 được sử dụng để phân loại trái cây lớn.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Rửa Làm Sạch Dứa Mới

Hệ thống gồm hai cụm máy: Cụm máy 1: Rửa và làm sạch bề mặt quả dứa. Sử dụng vòi phun nước để loại bỏ các tạp chất, hóa chất, vi sinh bám trên bề mặt kết hợp với các chuyển động quay đều của các cơ cấu nhằm rửa sạch đều bề mặt. Cụm máy 2: Phân loại dứa theo kích thước. Đặc điểm hình dáng bên ngoài của quả dứa: hình trụ tròn, to, và dài, đường kính trung bình 80 − 120 (𝑚𝑚). Dứa được phân loại dựa vào độ rộng thay đổi giữa các khe hở của các cơ cấu.

3.1. Sử Dụng Hệ Thống Băng Tải Con Lăn Để Làm Sạch Dứa

Cơ cấu dẫn động bộ truyền xích quay làm các rulo quay cùng chiều với nhau. Khi dứa được cấp ở cửa nguyên liệu vào, trên các rulo được gắn các bàn chải, nhờ chuyển động quay của rulo và hệ thống phun nước, các tạp chất được loại bỏ. Rulo quay đẩy quả dứa về phía trước qua cụm chà và làm ráo nước, sau đó chuyển qua giai đoạn kế tiếp. Tốc độ rửa khá nhanh, năng suất rửa cao. Quả dứa không bị bầm, dập bề mặt, đảm bảo được yêu cầu về chất lượng quả dứa. Tuy nhiên cần chế tạo có độ chính xác cao, có thể gây ra nhiều tiếng ồn.

3.2. Ứng Dụng Thùng Quay Trong Hệ Thống Làm Sạch Quả Dứa

Thùng quay được truyền động nhờ bánh răng dẫn động. Dứa được cấp vào thùng qua máng cấp nguyên liệu, khi mở van của hệ thống phun nước, dưới áp lực của vòi phun và sự chuyển động quay của thùng, dứa được làm sạch đều bề mặt. Các con lăn để dẫn hướng thùng quay. Nguyên liệu được rửa sạch liên tục, sạch đều bề mặt. Năng suất rửa cao. Vật liệu chế tạo đơn giản, hiệu quả làm việc cao. Tuy nhiên, sự chuyển động quay của thùng nên dứa sẽ bị dập do va chạm vào thành thùng.

IV. Cách Phân Loại Dứa Tự Động Giải Pháp Nhanh Chóng

Dứa được phân loại dựa vào sự thay đổi tiếp diện của cặp trục vít côn. Cặp trục vít côn quay ngược chiều nhau, dẫn các quả dứa tiến về phía trước theo hướng mũi tên. Quả dứa được phân loại theo kích thước từ nhỏ đến lớn. Dễ dàng phân loại quả dứa vì vít có độ côn. Vật liệu chế tạo dễ tìm kiếm, đảm bảo khả năng hoạt động và vận chuyển liên tục. Hiệu suất phân loại cao, thích hợp sản xuất hàng loạt, số lượng lớn. Trục vít côn khó chế tạo, chi phí chế tạo cao hơn.

4.1. Thiết Kế Hệ Thống Phân Loại Dứa Dựa Trên Trục Vít Côn

Dứa được phân loại dựa vào sự thay đổi tiếp diện của cặp trục vít côn. Cặp trục vít côn (2) quay ngược chiều nhau, dẫn các quả dứa tiến về phía trước theo hướng mũi tên. Quả dứa được phân loại theo kích thước từ nhỏ đến lớn. Ưu điểm: Dễ dàng phân loại quả dứa vì vít có độ côn. Vật liệu chế tạo dễ tìm kiếm, đảm bảo khả năng hoạt động và vận chuyển liên tục. Hiệu suất phân loại cao, thích hợp sản xuất hàng loạt, số lượng lớn. Nhược điểm: Trục vít côn khó chế tạo, chi phí chế tạo cao hơn.

4.2. So Sánh Ưu Nhược Điểm Các Phương Pháp Phân Loại Dứa

Cần so sánh các phương pháp phân loại khác nhau (ví dụ: trục vít trụ và côn, băng tải dây đai) về hiệu quả, chi phí, độ phức tạp và khả năng tự động hóa. Đánh giá phương pháp nào phù hợp nhất với từng quy mô sản xuất và yêu cầu chất lượng sản phẩm. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phân loại (ví dụ: tốc độ phân loại, độ chính xác, tỉ lệ hư hỏng). Đề xuất giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả phân loại.

V. Ứng Dụng Thực Tế Hệ Thống Làm Sạch Phân Loại Dứa

Qua tìm hiểu và nghiên cứu, đặc thù của nông nghiệp đa phần phụ thuộc vào sức người là chính, do đó năng suất nông sản tạo ra không cao, mặc dù nhu cầu đang cần một số lượng lớn, nhưng không đáp ứng đủ. Kết hợp với điều kiện về thực phẩm ngày nay là xanh, sạch, đầy đủ dinh dưỡng, đòi hỏi nông sản phải có chất lượng tốt hơn. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến hiệu suất làm sạch (ví dụ: áp lực nước, tốc độ quay của thùng, loại bàn chải). Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng hệ thống làm sạch và phân loại dứa so với phương pháp thủ công. Phân tích chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì hệ thống. Ước tính thời gian hoàn vốn và lợi nhuận thu được.

5.1. Đánh Giá Hiệu Quả Của Thiết Kế Hệ Thống Trong Thực Tế

Nội dung cần đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống trong điều kiện thực tế, bao gồm năng suất, chất lượng sản phẩm, chi phí vận hành và bảo trì. So sánh kết quả thực tế với các chỉ tiêu thiết kế ban đầu. Phân tích nguyên nhân gây ra sự khác biệt (nếu có). Đề xuất giải pháp để cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống.

5.2. Những Khó Khăn và Giải Pháp Khi Vận Hành Hệ Thống

Nhận diện các khó khăn thường gặp khi vận hành hệ thống (ví dụ: tắc nghẽn, hỏng hóc thiết bị, điều chỉnh thông số). Đề xuất các giải pháp để khắc phục khó khăn (ví dụ: quy trình bảo trì định kỳ, đào tạo nhân viên vận hành, thiết kế dự phòng). Chia sẻ kinh nghiệm thực tế về việc vận hành và bảo trì hệ thống.

5.3. Phát triển hệ thống làm sạch và phân loại dứa theo tiêu chuẩn VietGAP

Nghiên cứu hệ thống làm sạch và phân loại dứa theo tiêu chuẩn VietGAP giúp đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm, đồng thời đáp ứng yêu cầu của thị trường xuất khẩu. Phân tích các yêu cầu của tiêu chuẩn VietGAP liên quan đến quy trình làm sạch và phân loại dứa. Đề xuất giải pháp để hệ thống đáp ứng các yêu cầu này.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Hệ Thống Xử Lý Dứa

Luận văn đã trình bày quá trình thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa, cung cấp một giải pháp tự động hóa cho ngành chế biến dứa. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khía cạnh cần được nghiên cứu và phát triển thêm. Nêu những kết quả chính đạt được của luận văn. Đánh giá mức độ đáp ứng mục tiêu của đề tài. Chỉ ra những hạn chế của luận văn và lý do. Khẳng định ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn.

6.1. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Cho Hệ Thống

Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện và nâng cao hiệu quả của hệ thống. Nghiên cứu về các công nghệ mới trong làm sạch và phân loại (ví dụ: sử dụng cảm biến quang học, trí tuệ nhân tạo). Tích hợp hệ thống với các quy trình khác trong dây chuyền sản xuất dứa. Phát triển hệ thống phù hợp với các loại nông sản khác.

6.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Trong Nông Nghiệp Hiện Đại

Khẳng định tầm quan trọng của nghiên cứu khoa học và công nghệ trong phát triển nông nghiệp hiện đại. Đề xuất các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vào sản xuất nông nghiệp. Kêu gọi sự hợp tác giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp và nông dân để nâng cao giá trị nông sản Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến nông sản tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm trái cây đóng hộp, đặc biệt là quả dứa. Theo ước tính, năng suất sản xuất dứa tại các nhà máy có thể đạt khoảng 6000 kg/giờ cho cả quá trình làm sạch và phân loại. Tuy nhiên, việc thu hoạch và chế biến dứa hiện nay vẫn chủ yếu dựa vào sức lao động thủ công, dẫn đến chi phí cao và hiệu suất thấp. Do đó, việc thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa tự động là cần thiết để nâng cao năng suất, giảm sức lao động và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế một hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa phù hợp với đặc điểm hình dạng và kích thước của quả dứa, đồng thời đảm bảo hiệu quả làm sạch và phân loại cao, giảm thiểu tổn thương quả trong quá trình xử lý. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế hai cụm máy chính: cụm máy rửa và làm sạch quả dứa, và cụm máy phân loại quả dứa theo kích thước, với dữ liệu thu thập tại các nhà máy chế biến dứa tại TP. Hồ Chí Minh trong năm 2022.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ ngành công nghiệp chế biến nông sản Việt Nam phát triển bền vững, nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế.

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 móc công nghiệp, bao gồm:

• Lý thuyết truyền động cơ khí: Áp dụng các mô hình truyền động bánh răng, truyền động xích và truyền động xi-lanh để đảm bảo hiệu quả truyền lực và độ bền của hệ thống.
• Mô hình thiết kế cơ cấu làm sạch và phân loại: Sử dụng nguyên lý hoạt động của thùng quay và trục vít tải để làm sạch và phân loại quả dứa dựa trên đặc điểm hình học và vật lý của quả.
• Khái niệm chính: Khối lượng riêng của quả dứa, kích thước trung bình (đường kính 80-120 mm, chiều dài 120-200 mm), năng suất làm việc (6000 kg/giờ), hệ số chứa trong thùng quay (0,06), và các thông số kỹ thuật của động cơ và bộ truyền động.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các nhà máy chế biến dứa tại TP. Hồ Chí Minh, kết hợp với tài liệu kỹ thuật và catalogue thiết bị từ các nhà sản xuất máy móc. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích kỹ thuật: Đánh giá các phương án thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại dựa trên tiêu chí năng suất, hiệu quả kinh tế, chất lượng quả dứa, kích thước và khả năng vận hành.
• Tính toán thiết kế chi tiết: Xác định các thông số kỹ thuật như thể tích thùng quay, số vòng quay, công suất động cơ, kích thước bánh răng, bộ truyền xích, và các chi tiết cơ khí khác.
• Lựa chọn phương án tối ưu: So sánh các phương án làm sạch (băng tải con lăn, thùng quay) và phân loại (vít tải côn, vít tải trụ và trục côn, băng tải dây đai) dựa trên bảng đánh giá đa tiêu chí.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và thiết kế được thực hiện trong năm 2022, với các giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích, thiết kế và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lựa chọn phương án làm sạch quả dứa: Qua đánh giá đa tiêu chí, phương án sử dụng thùng quay được chọn với tổng điểm 59,5, vượt trội so với băng tải con lăn (58,5). Thùng quay có ưu điểm về năng suất làm sạch cao, hiệu quả kinh tế tốt, kích thước nhỏ gọn và dễ vận hành bảo trì.

2. Lựa chọn phương án phân loại quả dứa: Phương án sử dụng vít tải trụ và trục côn được lựa chọn với tổng điểm 65, cao hơn so với vít tải côn (59) và băng tải dây đai (54). Phương án này đảm bảo năng suất phân loại cao, chất lượng quả tốt và cấu tạo đơn giản.

3. Tính toán thiết kế thùng quay: Thể tích thùng quay được xác định dựa trên năng suất 6000 kg/giờ, thời gian rửa 140 giây, và hệ số chứa 0,06, cho kết quả đường kính thùng 1200 mm, chiều dài 4200 mm, với số vòng quay 10 vòng/phút. Công suất dẫn động thùng quay được tính toán là 2,61 kW, phù hợp với động cơ giảm tốc SK 33 V–100L/40-20.

4. Thiết kế bộ truyền động bánh răng và xích: Bộ truyền bánh răng thẳng được thiết kế với module 10 mm, số răng bánh dẫn 21, bánh bị dẫn 158, đảm bảo độ bền uốn và tiếp xúc theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Bộ truyền xích con lăn 1 dãy được chọn với số răng 27 và 38, khoảng cách trục 787 mm, đáp ứng yêu cầu công suất và độ bền.

Thảo luận kết quả

Kết quả thiết kế cho thấy hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa sử dụng thùng quay và vít tải trụ - trục côn là phù hợp với đặc điểm vật lý của quả dứa, đồng thời đáp ứng được yêu cầu về năng suất và chất lượng sản phẩm. So với các nghiên cứu khác về thiết kế máy móc nông nghiệp, phương án này có ưu điểm về tính ổn định và khả năng vận hành liên tục.

Việc lựa chọn vật liệu inox 304 cho thùng quay và thép không gỉ cho các chi tiết truyền động giúp tăng độ bền và khả năng chống ăn mòn trong môi trường ẩm ướt. Các thông số kỹ thuật được tính toán chi tiết đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, giảm thiểu tổn thương quả dứa trong quá trình xử lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh điểm đánh giá các phương án thiết kế, bảng thông số kỹ thuật chi tiết của các bộ phận, và sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai sản xuất thử nghiệm hệ thống thùng quay và vít tải trụ - trục côn trong vòng 6 tháng nhằm đánh giá hiệu quả thực tế và điều chỉnh thiết kế phù hợp với điều kiện sản xuất tại các nhà máy chế biến dứa.

2. Đào tạo nhân công vận hành và bảo trì hệ thống để đảm bảo vận hành ổn định, giảm thiểu sự cố kỹ thuật, nâng cao tuổi thọ thiết bị trong vòng 3 tháng sau khi lắp đặt.

3. Nâng cấp hệ thống điều khiển tự động với các cảm biến và bộ điều khiển PLC nhằm tối ưu hóa quá trình làm sạch và phân loại, giảm thiểu sai số và tăng năng suất trong vòng 1 năm.

4. Mở rộng ứng dụng hệ thống cho các loại nông sản khác có đặc điểm hình dạng tương tự như dứa, ví dụ xoài, bưởi, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và tăng hiệu quả đầu tư trong vòng 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà máy chế biến nông sản: Giúp cải tiến dây chuyền sản xuất, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm đóng hộp, giảm chi phí nhân công.

2. Kỹ sư thiết kế máy móc công nghiệp: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán chi tiết cho thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại nông sản.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành cơ khí và công nghệ thực phẩm: Là tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng kỹ thuật cơ khí trong ngành chế biến nông sản.

4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp: Hỗ trợ đánh giá và phát triển công nghệ chế biến nông sản hiện đại, thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp chế biến nông sản Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa có thể áp dụng cho loại trái cây nào khác?
   Hệ thống phù hợp với các loại trái cây có hình dạng trụ tròn và kích thước không đồng đều như xoài, bưởi, thanh long, giúp phân loại hiệu quả theo kích thước.

2. Năng suất làm việc của hệ thống là bao nhiêu?
   Hệ thống được thiết kế với năng suất khoảng 6000 kg/giờ cho cả quá trình làm sạch và phân loại, đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp.

3. Vật liệu chế tạo hệ thống có đảm bảo an toàn thực phẩm không?
   Vật liệu chính sử dụng là inox 304 và thép không gỉ, đảm bảo độ bền cao và an toàn vệ sinh thực phẩm trong môi trường ẩm ướt.

4. Hệ thống có dễ dàng bảo trì và sửa chữa không?
   Thiết kế ưu tiên tính đơn giản và dễ dàng thay thế các chi tiết như bánh răng, xích và trục vít, giúp giảm thời gian bảo trì và chi phí sửa chữa.

5. Thời gian hoàn thành thiết kế và triển khai hệ thống là bao lâu?
   Quá trình thiết kế chi tiết và tính toán mất khoảng 6 tháng, triển khai sản xuất thử nghiệm và đào tạo vận hành dự kiến trong vòng 6-12 tháng tiếp theo.

Kết luận

• Thiết kế hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa sử dụng thùng quay và vít tải trụ - trục côn đáp ứng được yêu cầu về năng suất và chất lượng sản phẩm.
• Các thông số kỹ thuật chi tiết như kích thước thùng quay, công suất động cơ, bộ truyền bánh răng và xích được tính toán chính xác theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
• Phương án thiết kế giúp giảm sức lao động thủ công, nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
• Đề xuất triển khai sản xuất thử nghiệm và nâng cấp hệ thống điều khiển tự động để tối ưu hóa hiệu quả vận hành.
• Luận văn góp phần phát triển công nghệ chế biến nông sản tại Việt Nam, mở rộng ứng dụng cho các loại trái cây khác trong tương lai.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp thiết kế này để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành chế biến nông sản ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 1. Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8. Máy phân loại dứa tự động TOPP TPP-D8. Máy được sử dụng để phân loại trái cây lớn, chẳng hạn như xoài, bưởi, dứa, thanh long,… Thiết kế hợp lý, tốc độ phân loại cao, tỷ lệ hỏng thấp, sai số trọng lượng nhỏ và mức độ chính xác cao.

Máy phù hợp cho môi trường phân loại có nhiệt độ chênh lệch lớn,và nó có thể hoạt động bình thường trong điều kiện nhiệt độ dưới 0 - 40 độ. Thông số kỹ thuật của máy: Công suất: 0.55 kW Khối lượng: 1000 kg Kích thước: 5600 × 1500 × 1000 𝑚𝑚 Điện thế: 220V Năng suất: 5000 quả/h Phạm vi phân loại: 30 - 3000 g 8 Chương 2 Chương 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA 2. Phân tích nguyên lí hoạt động chung của hệ thống rửa, làm sạch và phân loại.

Hệ thống gồm hai cụm máy: Cụm máy 1: Rửa và làm sạch bề mặt quả dứa. Sử dụng vòi phun nước để loại bỏ các tạp chất, hóa chất, vi sinh bám trên bề mặt kết hợp với các chuyển động quay đều của các cơ cấu nhằm rửa sạch đều bề mặt. Cụm máy 2: Phân loại dứa theo kích thước. Đặc điểm hình dáng bên ngoài của quả dứa: hình trụ tròn, to, và dài, đường kính trung bình 80 − 120 (𝑚𝑚).

Do đó, kích thước các quả dứa không đồng đều. Dứa được phân loại dựa vào độ rộng thay đổi giữa các khe hở của các cơ cấu. Sơ đồ nguyên lí làm việc của các cụm máy. Cụm máy làm sạch quả dứa.

Sử dụng hệ thống băng tải con lăn. 9 Chương 2 Hình 2. Sơ đồ rửa và làm sạch sử dụng băng tải con lăn. Nguyên lí làm việc: Cơ cấu dẫn động bộ truyền xích quay làm các rulo quay cùng chiều với nhau.

Khi dứa được cấp ở cửa nguyên liệu vào, trên các rulo được gắn các bàn chải, nhờ chuyển động quay của rulo và hệ thống phun nước, các tạp chất được loại bỏ. Rulo quay đẩy quả dứa về phía trước qua cụm chà và làm ráo nước, sau đó chuyển qua giai đoạn kế tiếp. Ưu điểm: Tốc độ rửa khá nhanh, năng suất rửa cao. Quả dứa không bị bầm, dập bề mặt, đảm bảo được yêu cầu về chất lượng quả dứa.

10 Chương 2 Nhược điểm: Sử dụng bộ truyền xích để truyền động các rulo đòi hỏi cần chế tạo có độ chính xác cao. Sử dụng có thế gây ra nhiều tiếng ồn. Sử dụng thùng quay. Sơ đồ rửa và làm sạch sử dụng thùng quay.

Nguyên lý làm việc: Thùng quay được truyền động nhờ bánh răng dẫn động (2). Dứa được cấp vào thùng qua máng cấp nguyên liệu, khi mở van của hệ thống phun nước, dưới áp lực của vòi phun và sự chuyển động quay của thùng, dứa được làm sạch đều bề mặt. Các con lăn (3) để dẫn hướng thùng quay. Ưu điểm: Nguyên liệu được rửa sạch liên tục, sạch đều bề mặt.

Năng suất rửa cao. Vật liệu chế tạo đơn giản, hiệu quả làm việc cao. Nhược điểm: 11 Chương 2 Sự chuyển động quay của thùng nên dứa sẽ bị dập do va chạm vào thành thùng. Bánh răng quay thùng khi có hư hỏng khó sửa chữa và thay thế.

Cụm máy phân loại quả dứa. Sử dụng trục vít côn. Sơ đồ phân loại sử dụng trục vít côn. Nguyên lý hoạt động: Dứa được phân loại dựa vào sự thay đổi tiếp diện của cặp trục vít côn.

Cặp trục vít côn (2) quay ngược chiều nhau, dẫn các quả dứa tiến về phía trước theo hướng mũi tên. Quả dứa được phân loại theo kích thước từ nhỏ đến lớn. Ưu điểm: Dễ dàng phân loại quả dứa vì vít có độ côn. Vật liệu chế tạo dễ tìm kiếm, đảm bảo khả năng hoạt động và vận chuyển liên tục.

Hiệu suất phân loại cao, thích hợp sản xuất hàng loạt, số lượng lớn. Nhược điểm: 12 Chương 2 Trục vít côn khó chế tạo, chi phí chế tạo cao hơn. Sử dụng lâu dẫn đến bề mặt vít bị mài mòn, khó thay thế. Phân chia năng suất chưa đều, dẫn đến quá tải 1 bên.

Sử dụng trục vít trụ và trục côn. Sơ đồ phân loại sử dụng trục vít trụ và trục côn. Nguyên lý hoạt động: Trục vít trụ được dẫn động quay đều, nhờ đó dẫn quả dứa về phía trước. Trục côn có độ dốc, do đó, khe hở giữa trục vít trụ và trục côn sẽ thay đổi liên tục, dứa sẽ được phân loại tùy theo kích thước phù hợp với khe hở.

Ưu điểm: Vít tải trụ được sử dụng rộng rãi và phổ biến ở nhiều loại máy móc. Vật liệu chế tạo chắc chắn, đảm bảo vận chuyển, họat động liên tục và nhanh chóng. Thích hợp sản xuất hàng loạt, đảm bảo năng suất từng luồng phân loại đều nhau. Nhược điểm: Trục vít tải khó chế tạo chính xác, chi phí chế tạo cao.

13 Chương 2 Hoạt động nhiều, bề mặt vít mau bị mòn, vì thế, trải qua thời gian dài, độ chính xác phânloại sẽ không cao. Sử dụng băng tải dây đai. Sơ đồ phân loại sử dụng băng tải dây đai. Nguyên lí hoạt động: Các dây đai (2) được gắn trên các rulo (1).

Rulo (1) quay dẫn động quả dứa về phía trước. Dứa được phân loại theo từng khoảng cách khe hở giữa các dây đai qua từng cụm băng tải. Quả có kích thước lớn hơn khoảng cách khe hở ở từng cụm sẽ được chuyển về phía cuối của băng chuyền. Các cụm băng tải được truyền động bằng bộ truyền xích (3).

Ưu điểm: Sử dụng cơ cấu đơn giản, gần giống như băng tải cao su. Dễ dàng chế tạo, không đòi hỏi độ chính xác quá cao về các cơ cấu làm việc. Hoạt động êm, ít ồn ào. Nhược điểm: Không vận chuyển được tải quá nặng.

Hiệu quả làm việc thấp. 14 Chương 2 Các dây đai có thể bị đứt hoặc bị lệch khỏi đường ray vì sự trượt của đai. So sánh và lựa chọn phương án thiết kế. So sánh và lựa chọn đối với cụm làm sạch quả dứa.

Bảng đánh giá lựa chọn phương án hệ thống rửa và làm sạch quả dứa. Chỉ tiêu yêu cầu Đánh giá Băng tải con lăn Thùng quay Năng suất 9 9.5 Hiệu quả kinh tế 8 9 Chất lượng quả dứa 9 8 Kích thước nhỏ gọn 8.5 10 Vận hành và bảo trì 9 9 An toàn về điện 8 10 Sửa chữa, thay thế đơn giản 7 9 Tổng điểm 58.5 Dựa theo đánh giá trong Bảng 2.1, lựa chọn phương án sử dụng thùng quay cho hệthống làm sạch quả dứa. So sánh và lựa chọn đối với cụm phân loại quả dứa. Bảng đánh giá lựa chọn phương án hệ thống phân loại quả dứa.

Đánh giá Vít tải Vít tải trụ và trục Băng tải dây Chỉ tiêu yêu cầu côn côn đai Năng suất 9 9 6 Hiệu quả kinh tế 9.5 7 15 Chương 2 Chất lượng quả dứa 8 9 8 Cấu tạo đơn giản 8.5 10 8 Vận hành dễ dàng 9 9 9 Kích thước nhỏ gọn 8 10 7 Sửa chữa, thay thế đơn giản 7 8.5 9 Tổng điểm 59 65 54 Vậy dựa theo đánh giá trong Bảng 2.2, lựa chọn phương án sử dụng vít tải trụ và trục côn cho hệ thống phân loại quả dứa. Sơ đồ truyền động cho hệ thống làm sạch và phân loại quả dứa. Sơ đồ truyền động cụm làm sạch quả dứa. Sử dụng tang quay để truyền động.

Sơ đồ động cụm máy phân loại sử dụng tang quay 16 Chương 2 b. Sử dụng bộ truyền xích để truyền động. Sơ đồ động hệ thống rửa và làm sạch sử dụng bộ truyền xích c. So sánh và lựa chọn các phương án sơ đồ động của cụm máy làm sạch.

Bảng đánh giá phương án sơ đồ động của hệ thống làm sạch quả dứa. Chỉ tiêu đánh giá Đánh giá Dùng tang quay Dùng bộ truyền xích Hiệu suất làm việc 8 9 Khả năng chịu tải 8 10 Kích thước 9 8.5 Tiếng ồn 9 8 Tổng điểm 34 36.5 Dựa vào bảng 2.3, lựa chọn phương án sơ đồ động cho hệ thống làm sạch quả dứasử dụng bộ truyền xích để truyền động. Sơ đồ truyền động hệ thống phân loại quả dứa. Sử dụng bộ truyền xích để truyền động.

Sơ đồ động hệ thống phân loại sử dụng bộ truyền bánh răng. Sử dụng bộ truyền xích để truyền động. Sơ đồ động hệ thống phân loại sử dụng bộ truyền đai 18 Chương 2 c. So sánh và lựa chọn các phương án sơ đồ động của hệ thống phân loại.

Đánh giá phương án sơ đồ động của hệ thống phân loại quả dứa. Chỉ tiêu đánh giá Đánh giá Dùng bộ truyền đai Dùng bộ truyền xích Hiệu suất làm việc 8 9,5 Khả năng chịu tải 8 8.5 Tốc độ quay 9 9,5 Bảo trì, sửa chữa 7 9 Tiếng ồn 9 7 Tổng điểm 41 43,5 Dựa vào bảng 2.4, lựa chọn phương án sử dụng bộ truyền xích để truyền động cho hệ thống phân loại quả dứa. Kết luận lựa chọn phương án cho hệ thống rửa và phân loại quả dứa. Qua lựa chọn và đánh giá phương án cho hệ thống, lựa chọn các phương án cho từnghệ thống phù hợp với điều kiện thực tế, khả năng công nghệ, khả năng chế tạo hay chi phínhư sau: Cụm máy rửa và làm sạch: sử dụng nguyên lý thùng quay.

Cụm máy phân loại: sử dụng cặp trục vít trụ và trục côn. 19 Chương 3 Chương 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI QUẢ DỨA 3. Xác định các thông số kỹ thuật ban đầu của quả dứa.

Dựa trên các đánh giá thực nghiệm, ta có các thông số của quả dứa như sau: Khối lượng riêng của quả dứa: 𝜌𝑑ứ𝑎 = 1000 (𝑘𝑔⁄𝑚3 ) Đường kính trung bình quả dứa: 𝐷𝑑ứ 𝑎 = (80 − 120) (𝑚𝑚) Chiều dài quả dứa: 𝑙𝑑ứ𝑎 = (120 − 200) (𝑚𝑚) Năng suất làm việc của cụm máy làm sạch quả dứa: 𝑄1 = 6000 (𝑘𝑔⁄𝑔𝑖ờ ) Năng suất làm việc của cụm máy phân loại quả dứa: 𝑄2 = 6000 (𝑘𝑔⁄𝑔𝑖ờ ) 3. Tính toán thiết kế cụm máy rửa và làm sạch quả dứa. Tính toán, thiết kế thùng quay. Chọn vật liệu chế tạo thùng quay là inox 304 (80Cr18Ni10).

Xác định thể tích thùng quay. Thể tích thùng quay được xác định theo công thức được tham khảo theo công thức tài liệu [5]: 20 Chương 3 𝑄. 𝛽 Trong đó: 𝑄 = 6000 (𝑘𝑔⁄𝑔𝑖ờ ) – năng suất của máy; 𝑡 = 140 (𝑠) – thời gian để rửa sạch 1 trái dứa trên chiều dài thùng; 𝜌𝑑ứ𝑎 = 1000 (𝑘𝑔⁄𝑚3 ) – khối lượng riêng của dứa; 𝛽 = 0,05 − 0,2 – hệ số chứa của dứa trong thùng, chọn 𝛽 = 0,06. Từ đó thể tích thùng tính được: 6000.

Xác định đường kính, chiều dài và bề dày thùng quay.