Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Tại Việt Nam, bánh bao là món ăn điểm tâm phổ biến với đặc trưng kích thước nhỏ hơn bánh bao truyền thống của Trung Hoa, phần nhân thường kết hợp thịt heo xay, mộc nhĩ, nấm hương, miến, lạp xưởng và trứng cút hoặc trứng vịt muối. Trong khi bánh bao sản xuất theo quy trình công nghiệp quy mô lớn đòi hỏi hệ thống cấp đông sâu (nhiệt độ từ -18°C trở xuống) và hệ thống phân phối siêu thị, thì phần lớn sản lượng tiêu thụ trên thị trường vẫn đến từ các cơ sở chế biến tư nhân và hộ gia đình kinh doanh nhỏ lẻ. Tại các cơ sở này, công đoạn cán bột và cắt định hình vỏ bánh chủ yếu thực hiện thủ công bằng tay. Thao tác thủ công bộc lộ nhiều nhược điểm thực tiễn: tốn nhiều thời gian và nhân công, bột dính vào tay gây mất vệ sinh an toàn thực phẩm, bột thành phẩm cắt ra không đồng đều về kích thước và chiều dày, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và tính thẩm mỹ của bánh sau khi hấp. Các dòng máy nhập khẩu trên thị trường có chức năng tương tự lại có chi phí đầu tư rất cao, không tương thích với điều kiện tài chính của các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ tại địa phương.
Xuất phát từ thực tế đó, đề tài "Thiết kế và thi công máy cắt bột làm bao nhân" được thực hiện nhằm mục tiêu chế tạo một thiết bị cơ khí có kết cấu gọn nhẹ, vận hành ổn định, chi phí sản xuất thấp, giúp cơ giới hóa công đoạn cán mỏng và cắt tạo hình vỏ bánh bao dạng tròn.
Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được triển khai theo 6 giai đoạn cụ thể:
- Tìm hiểu khảo sát thị trường và lập kế hoạch thực hiện.
- Phát triển ý tưởng và đề xuất các phương án công nghệ.
- Thiết kế sơ đồ hệ thống và xác lập nguyên lý làm việc tổng quát.
- Tính toán, thiết kế chi tiết các cụm máy và các chi tiết cơ khí.
- Mua sắm vật tư, gia công chế tạo các chi tiết và lắp ráp hoàn thiện mô hình.
- Vận hành sản xuất thử nghiệm, phát hiện các sai sót kỹ thuật và hiệu chỉnh hệ thống.
Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là khối bột làm vỏ bánh bao đã qua công đoạn nhào trộn (gồm bột mì, men nở, muối, sữa tươi, dầu ăn) và hệ thống thiết bị cơ khí thực hiện việc cán phẳng, cắt rời phôi bột. Phạm vi không gian của đề tài giới hạn tại Xưởng Cơ khí Chế tạo máy thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; phạm vi thời gian thực hiện kéo dài từ ngày 01/10/2015 đến ngày 15/01/2016.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết của đề tài kết hợp giữa công nghệ chế biến thực phẩm và nguyên lý thiết kế máy cơ khí. Về mặt công nghệ thực phẩm, nghiên cứu dựa trên quy trình sản xuất bánh bao hoàn chỉnh gồm các công đoạn: rây bột (sử dụng rây kim loại N° = 1,6 để loại bỏ tạp chất đối với bột mì nghiền lẫn); nhào bột (thực hiện từ 4 đến 9 phút trong máy nhào tốc độ chậm ở nhiệt độ nước 30–32°C nhằm tạo mạng gluten dẻo và đàn hồi); lên men ổn định (nhiệt độ 30–35°C, thời gian 1,5–2,5 giờ, độ ẩm tương đối W = 50–60%, khối bột giảm 2–3% khối lượng và tăng nhiệt độ thêm 1–2°C); chia bột tạo hình; lên men kết thúc (thời gian 10–20 phút, nhiệt độ 30–35°C, độ ẩm W = 50–60%, kiểm soát độ ẩm dưới 85% để tránh dính khuôn); hấp bánh (10–20 phút) và làm nguội bằng không khí tự nhiên.
Về mặt cơ học và thiết kế chế tạo máy, đề tài vận dụng lý thuyết cán vật liệu dẻo qua hai trục quay ngược chiều, lý thuyết góc ăn tiếp xúc giữa trục cán và phôi liệu, phương pháp tính toán sức bền chi tiết máy theo các trạng thái giới hạn (tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn, tính toán trục theo mô-men uốn và mô-men xoắn tương đương, tính chọn ổ lăn theo tải trọng động và tải trọng tĩnh quy ước, tính toán lực căng và năng suất băng tải dệt tẩm cao su).
Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:
- Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: Thu thập, tra cứu các giáo trình chi tiết máy, sức bền vật liệu, vật liệu học cơ sở, tài liệu công nghệ chế biến lương thực - thực phẩm và catalog kỹ thuật của các nhà sản xuất biến tần, động cơ.
- Phương pháp thực nghiệm đo đạc: Xác định lực cán bột cần thiết thông qua thực nghiệm đo tải trực tiếp bằng bàn cân cơ học. Nhóm nghiên cứu đặt khối bột đã nhào lên bàn cân, dùng trục cán (rulo) ép phẳng bột xuống độ dày quy định 4 mm và ghi nhận lực ép tác dụng hiển thị trên mặt cân qua 7 lần thử nghiệm độc lập.
- Phương pháp gia công và thực nghiệm chế tạo: Áp dụng các phương pháp cắt gọt kim loại, tiện, phay, hàn và lắp ráp cơ khí để chế tạo các cụm chi tiết máy; sử dụng biến tần để thử nghiệm điều khiển vô cấp tốc độ dẫn động.
Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu thực nghiệm đo đạc trực tiếp trên mẫu phôi bột thực tế, các bảng tra thông số tiêu chuẩn cơ khí (hệ số tải trọng, ứng suất cho phép, kích thước ổ lăn tiêu chuẩn) và kết quả chạy thử tải trực tiếp của máy sau khi lắp ráp hoàn thiện.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 1 hệ thống hóa kiến thức tổng quan về sản phẩm bánh bao và phân tích sự cần thiết của việc cơ giới hóa sản xuất. Bánh bao được phân loại chi tiết theo thành phần nhân (bánh bao chay sữa dừa, chay chiên, chay cốm, chay khoai môn, bánh nhân đậu xanh, nhân bò, nhân thập cẩm, nhân xá xíu, nhân gà quay) và theo phương thức sản xuất (công nghiệp và thủ công). Tác giả mô tả chi tiết quy trình công nghệ chế biến bánh bao trứng vịt muối từ khâu chuẩn bị nguyên liệu đến khâu làm nguội, chỉ rõ đặc tính của khối bột sau khi nhào đạt chuẩn: bột không dính tay, bề mặt đàn hồi tốt, khi kéo dãn tạo thành màng mỏng cho ánh sáng xuyên qua được. Từ việc khảo sát thực tế các công đoạn sản xuất thủ công tốn nhiều thời gian và gây nhiễm bẩn cho thực phẩm, chương 1 khẳng định tính cấp thiết của việc nghiên cứu, tính toán và chế tạo một máy cán cắt bột chuyên dụng có giá thành thấp phục vụ các cơ sở sản xuất tư nhân trong nước.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 2 tập trung vào nghiên cứu đặc tính phôi liệu, tiến hành thực nghiệm xác định lực công nghệ và so sánh các phương án kết cấu máy. Khối bột sau khi nhào trộn (gồm bột mì, men nở, muối, sữa tươi, dầu ăn) có độ ẩm, độ dẻo và độ bám dính đặc thù, quyết định trực tiếp đến lực cán và vật liệu chế tạo các bề mặt tiếp xúc. Kết quả thực nghiệm xác định lực cán phẳng bột bánh bao được tổng hợp qua bảng số liệu sau:
| Lần thử nghiệm | Lực ép đo được (N) |
|---|---|
| 1 | 200 |
| 2 | 150 |
| 3 | 220 |
| 4 | 170 |
| 5 | 160 |
| 6 | 200 |
| 7 | 150 |
| Giá trị trung bình ($F_{tb}$) | 178,5 |
Trên cơ sở thông số lực cán trung bình $F_{tb} = 178,5\text{ N}$, tác giả đề xuất và so sánh 3 phương án công nghệ tạo hình vỏ bánh:
- Phương án 1: Cán bột bằng 2 rulo, gạt phôi xuống băng tải, dao cắt quay tròn trên băng tải.
- Phương án 2: Cán bột bằng 2 rulo, phôi bột bám và cuốn đều lên bề mặt rulo, cụm dao cắt ăn khớp trực tiếp trên bề mặt rulo, sau đó thanh gạt tách bánh rơi xuống băng tải.
- Phương án 3: Cán bột bằng 2 rulo, gạt phôi xuống băng tải phẳng và sử dụng cơ cấu khuôn dập chuyển động tịnh tiến lên xuống.
| Tiêu chí so sánh | Phương án 1 (Dao cắt trên băng tải) | Phương án 2 (Dao cắt trên rulo) | Phương án 3 (Dập trên băng tải) |
|---|---|---|---|
| Thời gian thực hiện | Nhanh | Nhanh | Lâu |
| Yêu cầu kỹ thuật | Không cao | Không cao | Cao |
| Kinh phí chế tạo | Cao | Không cao | Cao |
| Hiệu suất làm việc | Có thể đáp ứng | Có thể đáp ứng | Có thể đáp ứng |
| Vệ sinh an toàn | Tốt | Tốt | Tốt |
Dựa trên kết quả phân tích, Phương án 2 được lựa chọn nhờ ưu thế: kết cấu gọn gàng, chi phí thấp, công nghệ gia công không phức tạp, cho phép thu hồi bột thừa liên tục và phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Chương 3 trình bày kế hoạch triển khai, sơ đồ nguyên lý tổng quát và phân tích lựa chọn các cụm kết cấu truyền động:
- Lập kế hoạch tiến độ từ ngày giao đề tài (01/10/2015) đến ngày nghiệm thu hoàn thiện (15/01/2016), phân chia nhiệm vụ đồng đều giữa 3 thành viên trong nhóm thực hiện.
- Sơ đồ nguyên lý hoạt động: Khối bột nhào đưa vào khay dẫn hướng, đi qua khe hở giữa 2 rulo để cán phẳng xuống chiều dày mong muốn. Lớp bột dính bám và cuốn quanh rulo, dao cắt hình trụ tiến vào ăn khớp để cắt định hình trực tiếp trên mặt rulo. Tiếp theo, thanh gạt tách phần vỏ bánh đã cắt rơi xuống băng tải để đưa ra ngoài. Hệ thống bố trí dây căng sát bề mặt rulo nhằm triệt tiêu hiện tượng dính bám bột không mong muốn.
- So sánh bộ truyền đai và bộ truyền bánh răng: Tác giả phân tích ưu - nhược điểm của hai loại truyền động. Do máy yêu cầu tỷ số truyền tuyệt đối ổn định để đảm bảo sự đồng bộ khi cắt bánh và kích thước lắp ráp nhỏ gọn, bộ truyền bánh răng trụ được lựa chọn thay thế cho bộ truyền đai.
- So sánh cơ cấu thay đổi tốc độ: Tác giả so sánh giữa puly vô cấp và biến tần. Puly vô cấp có cấu tạo cồng kềnh, chiếm diện tích, dây đai nhanh mòn và khó vệ sinh công nghiệp. Biến tần bán dẫn điều khiển vô cấp tốc độ động cơ thông qua thay đổi tần số dòng điện, kích thước gọn nhẹ, tiết kiệm điện, bảo vệ động cơ chống mài mòn và đáp ứng nghiêm ngặt điều kiện an toàn vệ sinh thực phẩm. Do đó, phương án sử dụng biến tần được chọn.
Chương 4: Tính toán thiết kế các bộ truyền
Chương 4 là phần trọng tâm về tính toán cơ học, xác định đầy đủ kích thước hình học và kiểm nghiệm độ bền các bộ phận:
- Chọn công suất động cơ: Dựa trên các thông số ban đầu gồm đường kính bánh thành phẩm $d = 150\text{ mm}$, độ dày bánh $h = 4\text{ mm}$, lực cán trung bình $F_{tb} = 178,5\text{ N}$, khối lượng băng tải và trục kéo $4\text{ kg}$, tải trọng bột trên băng tải $1\text{ kg/m}$, vận tốc quay rulo 17 vòng/phút tương ứng vận tốc dài $v_1 = v_2 = 0,118\text{ m/s}$. Hiệu suất truyền động tổng $\eta = 0,886$. Công suất trên trục cán tính được $P_1 = 42\text{ W}$, công suất kéo băng tải $P_2 = 7,6\text{ W}$, tổng công suất có ích $P = 49,6\text{ W}$. Công suất cần thiết trên trục động cơ:
$$P_{ct} = \frac{P}{\eta} = \frac{49,6}{0,886} \approx 56\text{ W}$$
Nhằm đảm bảo hệ số dự trữ làm việc ổn định khi dao cắt hoạt động, động cơ điện được chọn có công suất định mức $P_{đc} = 75\text{ W}$ (lớn hơn công suất tính toán khoảng 40–50%).
- Tính toán cụm dao cắt: Dao cắt được thiết kế dạng 2 lưỡi cong ôm so le trên hai nửa bề mặt hình trụ bằng thép không gỉ. Chiều cao lưỡi cắt lấy $10\text{ mm}$ (lớn hơn chiều dày bánh $4\text{ mm}$), bề dày lưỡi dao $3\text{ mm}$. Đường kính trụ ôm dao được tính theo chu vi tiếp xúc bằng hai lần đường kính bánh ($2 \times 150\text{ mm}$):
$$d_1 = \frac{300}{\pi} \approx 95,5\text{ mm}$$
- Tính toán rulo cán: Vật liệu chế tạo rulo là thép không gỉ Inox SUS 304 có khả năng chống ăn mòn hóa học và chống gỉ sét thực phẩm cao. Với chiều dày bột ban đầu $h = 110\text{ mm}$, chiều dày sau cán $BB' = 4\text{ mm}$, lượng ép tuyệt đối $\Delta h = 106\text{ mm}$ và góc ăn lớn nhất chọn $\alpha = 80^\circ$, điều kiện đường kính rulo là:
$$D \ge \frac{\Delta h}{1 - \cos\alpha} = \frac{106}{1 - \cos 80^\circ} \approx 128\text{ mm}$$
Tác giả chọn đường kính chuẩn của rulo là $D = 133\text{ mm}$.
- Tính toán hệ thống bánh răng trụ răng thẳng: Bánh răng sử dụng vật liệu thép C45 tôi cải thiện, đạt độ rắn $192 \div 240\text{ HB}$, giới hạn bền $\sigma_b = 750\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 350 \div 450\text{ MPa}$. Tất cả các cặp bánh răng đều có mô-đun pháp $m = 5\text{ mm}$ và góc nghiêng răng $\beta = 0^\circ$.
| Cụm truyền động bánh răng | Số răng bánh dẫn ($z_1$) | Số răng bánh bị dẫn ($z_2$) | Tỷ số truyền ($u$) | Khoảng cách trục tính toán ($a_w$, mm) | Khoảng cách trục thực tế ($a_{wt}$, mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Động cơ – Băng tải | 18 | 18 | 1,0 | 87,5 | 90,0 |
| Băng tải – Rulo chủ động | 18 | 27 | 1,5 | 108,0 | 112,5 |
| Rulo chủ động – Rulo bị động | 27 | 27 | 1,0 | 113,5 | 135,0 |
| Rulo chủ động – Dao cắt | 27 | 18 | 2/3 | 93,7 | 112,5 |
- Thiết kế và tính toán trục: Chọn vật liệu thép 45 có $\sigma_b = 600\text{ MPa}$. Khoảng cách giữa các gối đỡ trên các trục được chuẩn hóa $l_{11} = l_{21} = l_{31} = l_{41} = 89\text{ mm}$. Qua việc xác định lực tiếp tuyến, lực hướng tâm và vẽ biểu đồ nội lực uốn - xoắn, mô-men tương đương tại các tiết diện nguy hiểm được xác định ($M_{td1} = 38.216\text{ N}\cdot\text{mm}$, $M_{td2} = 55.011\text{ N}\cdot\text{mm}$, $M_{td3} = 53.360\text{ N}\cdot\text{mm}$, $M_{td4} = 34.527\text{ N}\cdot\text{mm}$). Đường kính tính toán theo độ bền của cả 4 trục lần lượt là $18,2\text{ mm}$; $20,6\text{ mm}$; $20,4\text{ mm}$; $17,6\text{ mm}$. Tác giả chọn đường kính lắp ghép thống nhất cho ngõng trục là $d = 25\text{ mm}$ với kiểu lắp $k6$ kết hợp then bằng.
- Tính chọn ổ lăn: Toàn bộ hệ trục sử dụng chung loại ổ bi đỡ - chặn cỡ nhẹ mã hiệu 1000905 với các thông số: đường kính trong $d = 25\text{ mm}$, đường kính ngoài $D = 42\text{ mm}$, chiều rộng ổ $b = 9\text{ mm}$, khả năng tải động $C = 5,74\text{ kN}$, khả năng tải tĩnh $C_0 = 3,75\text{ kN}$. Tuổi thọ thiết kế của ổ đạt $L_h = 24.000\text{ giờ}$ (tương đương $24,48 \div 36\text{ triệu vòng quay}$). Kiểm nghiệm tải trọng động và tải trọng tĩnh trên cả 4 trục đều thỏa mãn điều kiện bền ($C_d < C$ và $Q_0 < C_0$).
- Tính chọn băng tải: Tác giả trình bày phương pháp luận tính toán dải băng dệt tẩm cao su, công thức xác định chiều rộng băng $B_p$ theo góc dốc tự nhiên của vật liệu, tính toán trọng lượng riêng một mét dài của băng, phân bố sức căng chu tuyến $S_1, S_2, S_3, S_4$ và xác định lực cản chuyển động $W_1$ trên các con lăn đỡ.
Thiết kế và triển khai hệ thống máy
Kiến trúc cơ khí của máy cắt bột làm bao nhân được thiết kế dạng cụm liên hoàn khép kín gồm khung thân máy, cụm cấp liệu, cụm cán phẳng, cụm dao cắt xoay, cụm thanh gạt và cụm băng tải đầu ra. Toàn bộ chuỗi động học của hệ thống được vận hành từ một động cơ điện công suất $75\text{ W}$ thông qua hệ thống bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài để đồng bộ chuyển động quay giữa rulo cán, dao cắt và tang dẫn động băng tải.
Về công nghệ vật liệu và vệ sinh thực phẩm:
- Trục rulo cán tiếp xúc trực tiếp với bột ướt được chế tạo từ thép không gỉ Inox SUS 304, đảm bảo chống chịu hiện tượng oxy hóa từ môi trường ẩm ướt và dễ dàng tẩy rửa sau ca làm việc.
- Cụm dao cắt hình trụ được gia công từ thép không gỉ, biên dạng lưỡi cắt tròn được uốn ôm sát thân trụ đường kính $95,5\text{ mm}$ với chiều cao lưỡi cắt $10\text{ mm}$ và chiều dày dao $3\text{ mm}$.
- Các trục truyền động chế tạo bằng thép 45, ngõng trục mài đạt dung sai lắp ghép ổ lăn $k6$. Hệ thống bánh răng ăn khớp chế tạo từ thép C45 tôi cải thiện, đạt độ cứng bề mặt $192 \div 240\text{ HB}$ để chịu tải uốn và mài mòn.
Về phương diện điều khiển và truyền động, hệ thống sử dụng một biến tần bán dẫn để điều chỉnh tần số dòng điện cấp cho động cơ. Giải pháp này cho phép người vận hành thay đổi tốc độ quay của rulo cán trong phạm vi quanh mốc chuẩn 17 vòng/phút (tương ứng vận tốc dài $0,118\text{ m/s}$) mà không cần thay đổi tỷ số truyền cơ khí. Sự phối hợp giữa thanh gạt bánh bố trí sau dao cắt và dây căng ôm sát thân rulo giúp khắc phục triệt để hiện tượng bột nhào bám dính vào bề mặt kim loại, đảm bảo phôi bánh sau khi cắt rơi tự do xuống mặt băng tải dệt tẩm cao su để chuyển sang công đoạn tiếp theo.
Quá trình chế tạo và lắp ráp thực tế được triển khai tại xưởng cơ khí, tiến hành kiểm tra dung sai khoảng cách trục thực tế ($a_{wt1} = 90\text{ mm}$, $a_{wt2} = 112,5\text{ mm}$, $a_{wt3} = 135\text{ mm}$, $a_{wt4} = 112,5\text{ mm}$) và hiệu chỉnh độ căng của băng tải trước khi đưa vào vận hành thử nghiệm có tải với bột bánh bao thực tế.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã hoàn thành đầy đủ mục tiêu thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy cán, cắt bột bánh làm bao nhân dạng thực nghiệm với các thông số kỹ thuật đã được kiểm chứng:
- Máy cán được khối bột có chiều dày phôi ban đầu $110\text{ mm}$ xuống chiều dày đồng đều $4\text{ mm}$ nhờ cặp rulo Inox SUS 304 đường kính $133\text{ mm}$.
- Cắt định hình thành công các miếng vỏ bánh bao hình tròn đường kính $150\text{ mm}$ với năng suất ổn định ở tốc độ dài $0,118\text{ m/s}$ (tương ứng vận tốc quay rulo 17 vòng/phút).
- Toàn bộ cơ cấu tiêu thụ công suất thực tế $49,6\text{ W}$, vận hành bằng động cơ $75\text{ W}$ qua biến tần điều khiển tốc độ linh hoạt.
Về mặt giải pháp, đồ án đã đề xuất phương án công nghệ cắt bột trực tiếp trên bề mặt rulo thay vì dập trên băng tải phẳng, kết hợp hệ thống dây căng chống dính và thanh gạt cơ khí tự động. Đây là đóng góp có ý nghĩa thực tiễn của nhóm tác giả so với các nghiên cứu và máy móc nhập khẩu trước đó: giải pháp giúp thu nhỏ đáng kể kích thước tổng thể của máy, cho phép thu hồi bột thừa liên tục ngay trong chu trình quay của rulo, hạ giá thành chế tạo cơ khí xuống mức phù hợp để chuyển giao cho các cơ sở sản xuất bánh bao quy mô nhỏ tại Việt Nam.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Trong văn bản đồ án, nhóm tác giả thẳng thắn chỉ ra các hạn chế kỹ thuật do điều kiện thời gian thực hiện đề tài còn hạn hẹp:
- Một số công đoạn chế tạo khung vỏ và chi tiết phụ trợ chưa đạt tính thẩm mỹ công nghiệp cao.
- Hệ thống truyền động bánh răng ăn khớp hở khi vận hành vẫn phát sinh tiếng ồn cơ khí đáng kể, chưa khống chế triệt để được độ ồn theo tiêu chuẩn xưởng chế biến.
Hướng mở rộng và phát triển tiếp theo được xác định dựa trên giới hạn đề tài bao gồm việc nghiên cứu gia công vỏ bọc kín bảo vệ cụm truyền động bánh răng để giảm thiểu tiếng ồn và ngăn ngừa bụi bẩn; nghiên cứu hoàn thiện tính thẩm mỹ công nghiệp của khung máy; tích hợp thêm cảm biến an toàn và cơ cấu tự động nạp bột liên tục vào khay dẫn hướng.
Giá trị tham khảo
Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo có giá trị trực tiếp cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Chế tạo Máy, Cơ khí Thực phẩm và Cơ điện tử. Cụ thể:
- Tài liệu cung cấp chuỗi tính toán động học và động lực học chi tiết cho máy chế biến thực phẩm dạng dẻo, từ bước đo thực nghiệm lực cán bằng bàn cân thực tế ($F_{tb} = 178,5\text{ N}$) đến các công thức xác định công suất động cơ, trục và ổ lăn.
- Phương pháp tính toán biên dạng dao cong ôm trên bề mặt trụ ($d_1 = 95,5\text{ mm}$) và cách thức xác định đường kính rulo cán theo góc ăn lớn nhất ($\alpha = 80^\circ$, $D = 133\text{ mm}$) là dữ liệu mẫu hữu ích cho các đề tài thiết kế máy cán, máy định hình thực phẩm hoặc máy dập màng mỏng.
Câu hỏi thường gặp
1. Lực ép cán bột của máy được xác định bằng phương pháp nào và đạt giá trị bao nhiêu?
Lực cán bột được xác định bằng phương pháp thực nghiệm đo tải trực tiếp: đặt khối bột đã nhào lên bàn cân cơ học và đẩy rulo ép mỏng bột xuống độ dày 4 mm. Qua 7 lần đo thử nghiệm, các giá trị lực ghi nhận lần lượt là 200 N, 150 N, 220 N, 170 N, 160 N, 200 N và 150 N; giá trị lực cán trung bình tính toán được là $F_{tb} = 178,5\text{ N}$.
2. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn phương án cắt bánh trực tiếp trên rulo thay vì dập trên băng tải?
Phương án dao cắt trực tiếp trên rulo (Phương án 2) được chọn vì kết cấu đơn giản, chi phí chế tạo thấp, không gian lắp đặt nhỏ gọn, thời gian chế tạo nhanh và đặc biệt là khả năng thu hồi lượng bột thừa liên tục ngay trong quá trình rulo quay, phù hợp với năng lực sản xuất của các cơ sở làm bánh tư nhân nhỏ lẻ.
3. Rulo cán và dao cắt được chế tạo bằng vật liệu gì để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm?
Rulo cán được chế tạo từ Inox SUS 304 có khả năng chống ăn mòn hóa học và chống gỉ sét cao trong môi trường ẩm của thực phẩm. Cụm dao cắt hình trụ cũng được chế tạo từ thép không gỉ với chiều cao lưỡi cắt 10 mm và chiều dày lưỡi 3 mm.
4. Động cơ điện và hệ thống điều khiển của máy có thông số kỹ thuật như thế nào?
Hệ thống sử dụng động cơ điện có công suất định mức $P_{đc} = 75\text{ W}$, lớn hơn công suất tính toán yêu cầu ($P_{ct} = 56\text{ W}$) khoảng 40–50% để đảm bảo hệ số dự trữ an toàn. Máy tích hợp biến tần bán dẫn để điều khiển vô cấp tốc độ quay của rulo quanh mốc 17 vòng/phút (vận tốc dài $0,118\text{ m/s}$).
5. Toàn bộ hệ thống trục sử dụng loại ổ lăn nào và tuổi thọ tính toán là bao nhiêu?
Cả 4 trục truyền động của máy đều sử dụng thống nhất loại ổ bi đỡ - chặn cỡ nhẹ, vừa mã hiệu 1000905 (đường kính ngõng trục $d = 25\text{ mm}$, đường kính ngoài $D = 42\text{ mm}$, bề rộng $b = 9\text{ mm}$, tải trọng động $C = 5,74\text{ kN}$, tải trọng tĩnh $C_0 = 3,75\text{ kN}$). Thời gian làm việc tính toán của ổ đạt $L_h = 24.000\text{ giờ}$, tương đương tuổi thọ từ 24,48 đến 36 triệu vòng quay.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy cắt bột làm bao nhân" của nhóm tác giả thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã giải quyết thành công bài toán cơ giới hóa công đoạn cán mỏng và cắt tạo hình vỏ bánh bao dạng thủ công. Trên cơ sở xác định lực cán thực nghiệm $F_{tb} = 178,5\text{ N}$, đề tài đã tính toán và chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy sử dụng động cơ $75\text{ W}$, rulo cán Inox SUS 304 đường kính $133\text{ mm}$ và cụm dao xoay ôm trục đường kính $95,5\text{ mm}$ điều khiển bằng biến tần. Thiết bị tạo ra sản phẩm vỏ bánh tròn đường kính $150\text{ mm}$, dày $4\text{ mm}$ đồng đều với năng suất ổn định, mở ra giải pháp công nghệ chi phí thấp và khả thi cho các cơ sở sản xuất bánh bao quy mô vừa và nhỏ.