Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hồ tiêu là một trong những cây công nghiệp có giá trị thương mại và tỷ trọng xuất khẩu nông sản cao của Việt Nam, tập trung chủ yếu tại các vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ như Đắk Lắk, Đắk Nông, Gia Lai, Bình Phước, Bà Rịa - Vũng Tàu. Trong chuỗi sơ chế hồ tiêu sau thu hoạch, công đoạn tách hạt tiêu ra khỏi cuống đóng vai trò quyết định đến chất lượng và năng suất thành phẩm. Phương pháp thủ công truyền thống đòi hỏi nhiều nhân công, tốn thời gian và hiệu quả thấp. Trong khi đó, các dòng máy tách hạt tiêu hiện hành trên thị trường bộc lộ nhiều nhược điểm: kết cấu cồng kềnh, chi phí đầu tư cao, tiêu hao nhiều điện năng, tỷ lệ lẫn tạp chất (bụi, lá, cuống gãy vụn) trong hạt sau tách còn lớn, gây khó khăn cho các cơ sở sản xuất và hộ nông dân cá thể có quy mô canh tác vừa và nhỏ (từ 1 đến 4 ha).

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình máy tách hạt tiêu" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán cơ giới hóa khâu sơ chế tiêu cho quy mô hộ gia đình, tối ưu hóa kết cấu máy nhằm hạ giá thành, tăng độ sạch và giảm tỷ lệ dập vỡ hạt.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm bốn nhiệm vụ cốt lõi:

  1. Tối ưu hóa quy trình tách hạt tiêu tươi ra khỏi cuống.
  2. Tăng độ chính xác, độ đồng đều và đảm bảo độ sạch của hạt tiêu thành phẩm.
  3. Giảm thiểu tổn thất nông sản và hạ thấp chi phí sản xuất, chế tạo máy.
  4. Đặt an toàn lao động và các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm lên hàng đầu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nông sản hồ tiêu (đặc tính cơ lý của chùm tiêu tươi), nguyên lý bóc tách hạt tiêu bằng cơ cấu trục vít - ống tách, và mô hình máy tách hạt tiêu.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán lý thuyết, thiết kế 3D, gia công chế tạo và thử nghiệm thực nghiệm mô hình máy tách hạt tiêu quy mô hộ gia đình. Máy sử dụng nguồn điện dân dụng 1 pha (220V, 50Hz), vận hành êm, hạn chế rung lắc, dễ tháo lắp bảo dưỡng và cho phép tối đa 03 người cùng thao tác vận hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng các giải pháp kỹ thuật dựa trên nền tảng lý thuyết cơ học máy, nguyên lý truyền động cơ khí, lý thuyết vận chuyển vật liệu rời bằng vít tải, và lý thuyết khí động học ứng dụng trong làm sạch nông sản. Các tiêu chuẩn kỹ thuật và kiểm soát an toàn được áp dụng gồm: Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về an toàn điện và an toàn cơ khí; hệ thống tiêu chuẩn quốc tế ISO, HACCP và Thực hành nông nghiệp tốt (GAP) áp dụng trong chế tạo thiết bị chế biến thực phẩm.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Phân tích và tổng hợp thông tin: Khảo sát các công nghệ, bằng sáng chế và thiết bị tách hạt tiêu hiện hành; đánh giá ưu nhược điểm của các cơ cấu đập va đập, cơ cấu trục vít tải cánh xoắn nhằm định hình nguyên lý thiết kế mới.
  • Khảo sát điều tra thực tế: Thực hiện khảo sát nhu cầu trực tiếp trên mẫu $n = 40$ đối tượng khách hàng là các hộ nông dân trồng tiêu để thu thập số liệu về năng suất mong muốn, mức giá chấp nhận, các lỗi thường gặp của máy cũ và yêu cầu chất lượng thành phẩm.
  • Nghiên cứu thực nghiệm từng phần: Bố trí thí nghiệm đa biến trên mẫu tiêu thực tế để xác định thông số kết cấu tối ưu: khảo sát 3 dải khe hở giữa trục vít và ống tách ($5{,}5\text{ mm} \le c \le 7\text{ mm}$; $8\text{ mm} \le c \le 10\text{ mm}$; $c \ge 12\text{ mm}$); thử nghiệm chiều dài đoạn vít tải ($1000\text{ mm}$ và $950\text{ mm}$); thử nghiệm kích thước lỗ ống tách ($\varnothing < 10\text{ mm}$, $\varnothing 10\text{ mm}$, $\varnothing > 10\text{ mm}$).
  • Tính toán giải tích và mô hình hóa 3D: Sử dụng các công thức giải tích trong thiết kế máy (tính công suất, mômen, ứng suất, bền then, chọn gối đỡ, phân phối tỷ số truyền bộ truyền đai) kết hợp phần mềm CAD (SolidWorks) để dựng mô hình 3D, xuất bản vẽ chế tạo chi tiết và kiểm tra xung đột kết cấu.
  • Phương pháp phân tích chi phí - hiệu quả: Tính toán lựa chọn vật tư cơ khí, động cơ và phương pháp gia công phù hợp nhằm đảm bảo giá thành xuất xưởng của máy nằm trong khung ngân sách hộ gia đình (7 - 10 triệu VNĐ).

Thiết kế và triển khai

Sơ đồ động học và nguyên lý hoạt động

Máy tách hạt tiêu hoạt động dựa trên sự phối hợp đồng bộ giữa 4 cụm chức năng chính: cụm cấp liệu tự động, cụm trục vít - ống tách hạt, cụm quạt khí động học làm sạch và hệ thống dẫn động đai.

Nguyên lý làm việc diễn ra theo chu trình liên tục: Tiêu chùm tươi sau thu hái được nạp vào phễu cấp liệu. Cánh gạt quay cưỡng bức trong phễu định lượng và đưa chùm tiêu đều đặn vào cửa nạp của trục vít. Đoạn vít nạp làm nhiệm vụ tiếp nhận và vận chuyển chùm tiêu dọc trục vào buồng tách. Tại đoạn vít tải, dưới tác dụng của chuyển động xoay trục vít tạo lực đẩy tịnh tiến kết hợp ma sát trượt và miết giữa chùm tiêu với bề mặt trong của ống tách tiêu đục lỗ, hạt tiêu được bóc tách hoàn toàn khỏi cuống. Hạt tiêu rơi tự do qua các lỗ $\varnothing 10\text{ mm}$ của ống tách xuống máng thu sản phẩm. Phần cuống tiêu, lá và tạp chất được trục vít đẩy dần về phía cuối ống và thoát ra ngoài qua cửa xả cuống. Đồng thời, luồng gió áp lực từ quạt thổi theo phương dọc trục giúp đẩy toàn bộ bụi mịn, mảnh lá khô và cuống vụn ra xa, không để lẫn vào máng chứa hạt tiêu sạch.

Tính toán các thông số kỹ thuật chính

Quá trình tính toán thiết kế máy tuân thủ theo chuỗi thông số kỹ thuật giải tích:

Bộ phận máy Thông số đầu vào Công thức / Cơ sở tính toán Kết quả xác định
Trục vít tách hạt Năng suất thiết kế $Q = 300\text{ kg/h}$; khối lượng riêng $\gamma = 150\text{ kg/m}^3$; $D = 80\text{ mm}$ Công thức năng suất vít tải ngang, hệ số điền đầy $\psi = 0{,}6$ Số vòng quay $n = 207\text{ vòng/phút}$; Đường kính trong $d_t = 42\text{ mm}$; Chiều sâu rãnh $h = 19\text{ mm}$; Chiều dày cánh $e = 20\text{ mm}$
Chiều dài đoạn vít Khả năng nạp liệu liên tục; độ sạch cuống tiêu Thực nghiệm so sánh độ gãy vụn của cuống tiêu $L_{\text{nạp}} = 250\text{ mm}$; $L_{\text{tải}} = 950\text{ mm}$; Tổng chiều dài công tác $L = 1200\text{ mm}$
Ống tách tiêu Kích thước hạt tiêu ($5\text{ mm}$); khe hở công tác $c_{\text{tải}} = 10\text{ mm}$ $D_m = D + 2c_{\text{tải}}$; đường kính lỗ sàng cho 2 hạt lọt qua Đường kính ống $D_m = 100\text{ mm}$; Đường kính lỗ sàng $\varnothing 10\text{ mm}$ bố trí so le
Phễu & Cánh gạt Tiêu chuẩn đóng gói $25\text{ kg/bao}$; chu kỳ nạp 5 phút/lần Dung tích chứa $V_{ct} = M / (\gamma \cdot \varphi)$ với $\varphi = 0{,}9$; góc nghiêng $\alpha = 40^\circ$ Dung tích $V_{ct} = 0{,}2\text{ m}^3$ ($27\text{ kg}$); Cánh gạt 4 cánh ($m=4$, $l=210\text{ mm}$); Vận tốc quay $n=55\text{ vòng/phút}$; Động cơ GA25-370 ($P = 0{,}64\text{ W}$)
Quạt khí động học Trọng lượng hạt tiêu $H_{\text{tiêu}} \approx 0{,}078\text{ N/m}^2$; $H_{\text{bụi, lá}} \approx 0{,}0017\text{ N/m}^2$ Điều kiện phân ly: $H_{\text{tiêu}} > H_t > H_{\text{bụi, lá}}$; $v_0 = v_{\max} \cdot \frac{d_0}{2x \cdot \tan\alpha}$ Cột áp tĩnh chọn lọc; Miệng thổi tròn $d_0 = 150\text{ mm}$; Khoảng cách tác dụng $x = 900\text{ mm}$; Góc khuếch tán $\alpha = 14^\circ30'$
Động cơ chính Công suất cản trên trục vít $P = 1{,}17\text{ kW}$; hệ số quá tải $k=2$ $P_{ct} = \frac{k \cdot P}{\eta}$; hiệu suất truyền động $\eta$ Động cơ điện 1 pha công suất $1{,}5\text{ kW} - 2{,}2\text{ kW}$, $220\text{ V}$

Chế tạo và thử nghiệm thực nghiệm

Quá trình gia công cơ khí được thực hiện tại xưởng cơ khí với các thiết bị: máy cắt sắt bàn, máy cắt cầm tay, máy tiện, máy phay, máy hàn và máy khoan.

  • Thân máy và khung đỡ: Chế tạo từ thép định hình, hàn liên kết chắc chắn, bố trí 4 bánh xe chịu lực có khóa hãm giúp thuận tiện di chuyển trong không gian nông hộ.
  • Trục vít: Tiện ren trục lõi ống thép $\varnothing 42\text{ mm}$, gia công lốc cánh vít xoắn thép dày $20\text{ mm}$, hàn định vị và gia công hoàn thiện bề mặt để chống kẹt vật liệu.
  • Ống tách tiêu: Uốn lốc thép tấm đục sẵn lỗ $\varnothing 10\text{ mm}$ thành hình trụ $\varnothing 100\text{ mm}$, lắp ghép đồng trục với trục vít và cố định trên thân máy.
  • Thử nghiệm vận hành: Máy trải qua 2 giai đoạn thử nghiệm:
    1. Chạy thử không tải: Kiểm tra độ êm của bộ truyền đai, độ đồng tâm của trục vít, hệ thống cánh gạt cấp liệu và lưu lượng gió quạt làm mát/thổi bụi; đo độ rung và tiếng ồn.
    2. Chạy thử có tải: Nạp chùm tiêu tươi thu hoạch thực tế vào phễu; kiểm tra tốc độ nạp của cánh gạt, đo đạc năng suất tách hạt đạt $324\text{ kg/h}$ (vượt chỉ tiêu $300\text{ kg/h}$), tỷ lệ hạt bóc sạch đạt trên $98%$, hạt tiêu không bị nát, cuống và lá được loại bỏ hoàn toàn qua cửa xả riêng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 thiết lập tổng quan về tính cấp thiết của việc cơ giới hóa khâu tách hạt tiêu tại Việt Nam. Tác giả trình bày ý nghĩa khoa học (cung cấp cơ sở tính toán thông số động học của cơ cấu vít - ống sàng phân ly hạt) và ý nghĩa thực tiễn (nâng cao năng suất sơ chế, giảm giá thành đầu tư cho nông dân). Chương này cũng công bố rõ ràng 4 mục tiêu nghiên cứu, xác định đối tượng là chùm tiêu tươi và cơ cấu tách hạt, phạm vi nghiên cứu áp dụng cho quy mô hộ gia đình, đồng thời đưa ra 6 nhóm yêu cầu cơ bản đối với máy chế biến thực phẩm (an toàn thực phẩm, an toàn lao động, độ tin cậy, tiết kiệm năng lượng, dễ vận hành, tính linh hoạt).

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 2 tổng hợp dữ liệu toàn diện về cây tiêu: nguồn gốc lịch sử, tình hình sản xuất trên thế giới (Ấn Độ, Việt Nam, Indonesia, Brazil) và tại Việt Nam. Tác giả phân tích số liệu diện tích, sản lượng và năng suất hồ tiêu Việt Nam giai đoạn 2017-2022 (Bảng 2.1), phân loại hạt tiêu (tiêu đen, tiêu sọ, tiêu trắng) và đặc điểm hình thái học của chùm tiêu (chiều dài $5 - 15\text{ cm}$, hạt mọc xoắn ốc quanh cành). Chương này trình bày chi tiết quy trình công nghệ sơ chế hạt tiêu (thu hoạch $\rightarrow$ tách hạt $\rightarrow$ làm sạch $\rightarrow$ phơi/sấy độ ẩm $<12-13% \rightarrow$ phân loại $\rightarrow$ xử lý nhiệt $\rightarrow$ đóng gói) và tiêu chuẩn chất lượng xuất khẩu (ISO, HACCP, GAP). Cuối cùng, tác giả phân tích sơ đồ động và các nhược điểm của máy tách tiêu hiện hành trên thị trường để đề xuất định hướng phát triển dòng máy chuyên dụng cho trang trại hộ gia đình quy mô 1 - 4 ha.

Chương 3: Các giải pháp về việc thiết kế máy tách hạt tiêu

Chương 3 trình bày kết quả khảo sát thực tế trên mẫu 40 hộ nông dân với các biểu đồ thống kê định lượng:

  • $72{,}7%$ phản ánh máy hiện có quá cồng kềnh.
  • $68{,}2%$ gặp khó khăn vì chi phí đắt đỏ và mong muốn máy dễ sử dụng.
  • $65{,}9%$ phản ánh máy khó vận hành và bảo dưỡng.
  • $40{,}9%$ phàn nàn về tiếng ồn và năng suất thấp.
  • Về chất lượng sau tách: $72{,}7%$ yêu cầu không làm vỡ hạt, $68{,}2%$ yêu cầu hạt sạch không lẫn lá/cuống và giữ nguyên hương vị.
  • $52{,}3%$ mong muốn mức giá hợp lý trong khoảng 7 - 10 triệu VNĐ.

Dựa trên kết quả khảo sát, tác giả xây dựng Bảng thông số và yêu cầu kỹ thuật (Bảng 3.1): Kích thước tổng thể $\le 1550 \times 600 \times 1200\text{ mm}$, trọng lượng $\le 50\text{ kg}$, năng suất $300\text{ kg/h}$, sử dụng điện $220\text{ V}/50\text{ Hz}$, số người vận hành tối đa 03 người. Chương này cũng thiết lập sơ đồ động học và thuyết minh nguyên lý làm việc của mô hình máy cải tiến.

Chương 4: Tính toán, thiết kế máy tách hạt tiêu

Chương 4 là trọng tâm tính toán kỹ thuật của đồ án, trình bày trình tự tính toán gồm 6 bước logic (Bảng 4.1):

  1. Tính toán trục vít: Xác định đường kính ngoài $D = 80\text{ mm}$, đường kính trong $d_t = 42\text{ mm}$, bước xoắn qua 6 cấp hệ số tăng áp ($k_1=1{,}5$ đến $k_6=2{,}46$), chiều sâu rãnh $h = 19\text{ mm}$, chiều dày cánh $e = 20\text{ mm}$, tốc độ quay $n = 207\text{ vòng/phút}$, chiều dài vít nạp $L_{\text{nạp}} = 250\text{ mm}$, chiều dài vít tải $L_{\text{tải}} = 950\text{ mm}$.
  2. Xác định khe hở công tác $c_{\text{tải}} = 10\text{ mm}$ qua 3 trường hợp thực nghiệm; tính đường kính ống tách $D_m = 100\text{ mm}$ và kích thước lỗ sàng $\varnothing 10\text{ mm}$.
  3. Tính công suất trên trục vít ($P = 1{,}17\text{ kW}$) và năng suất làm việc thực tế ở mức điền đầy $60%$ ($V_t = 324\text{ kg/h}$).
  4. Tính toán phễu cấp liệu dung tích $0{,}2\text{ m}^3$, góc nghiêng $40^\circ$; tính toán cánh gạt cấp liệu 4 cánh, tốc độ $55\text{ vòng/phút}$, công suất $0{,}64\text{ W}$, chọn động cơ giảm tốc GA25-370.
  5. Tính toán quạt gió khí động học: xác định tốc độ gió $v_0$, lưu lượng khí $L$, cột áp tĩnh $H_t$ nằm trong ngưỡng phân ly tạp chất ($0{,}078\text{ N/m}^2 > H_t > 0{,}0017\text{ N/m}^2$).
  6. Tính toán các bộ truyền đai thang (từ động cơ chính đến trục vít và từ trục vít sang cánh quạt), kiểm nghiệm trục, chọn then, gối đỡ ổ lăn và tính toán độ bền khung máy (Bảng 4.2 - Bảng 4.9).

Chương 5: Chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm máy tách hạt tiêu

Chương 5 mô tả chi tiết quy trình công nghệ chế tạo thực tế từng chi tiết máy: gia công thân khung, chế tạo trục vít xoắn, uốn lốc ống tách tiêu đột lỗ, gia công phễu cấp liệu và trục cánh gạt. Tác giả liệt kê danh mục thiết bị, dụng cụ sử dụng trong quá trình chế tạo. Quy trình lắp ráp hoàn thiện máy được thể hiện qua các bản vẽ chế tạo và hình ảnh thực tế từ mô hình 3D trên SolidWorks đến sản phẩm vật lý. Cuối cùng, chương trình bày kết quả thử nghiệm chạy máy không tải và có tải với tiêu tươi nguyên cuống, xác nhận năng suất thực tế và tổng hợp các thông số kỹ thuật cuối cùng của máy (Bảng 5.1).

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình máy tách hạt tiêu vật lý hoàn chỉnh với các thông số kỹ thuật thực nghiệm được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Hạng mục thông số Giá trị thiết kế & thực nghiệm
Kích thước tổng thể $1550 \times 600 \times 1200\text{ mm}$
Trọng lượng máy $\le 50\text{ kg}$
Năng suất tách hạt $324\text{ kg/giờ}$ (vượt mục tiêu thiết kế $300\text{ kg/giờ}$)
Nguồn điện sử dụng Điện dân dụng 1 pha ($220\text{ V} - 50\text{ Hz}$)
Tỷ lệ sạch hạt Tách sạch cuống triệt để, không lẫn lá, bụi bẩn
Tỷ lệ dập vỡ hạt Hạt tiêu giữ nguyên vỏ, không bị trầy xước hay nát vỡ
Nhân lực vận hành Tối đa 03 người
Chi phí chế tạo ước tính Nằm trong dải 7 – 10 triệu VNĐ

Giải pháp và đóng góp của đề tài

  1. Tích hợp cơ cấu cánh gạt cấp liệu chủ động: Khắc phục triệt để hiện tượng vón cục, nghẽn liệu tại cửa nạp của các dòng máy cũ nhờ cánh gạt quay cưỡng bức $55\text{ vòng/phút}$ được dẫn động bằng mô tơ giảm tốc GA25-370 riêng biệt.
  2. Tối ưu hóa hình học buồng tách: Xác lập chính xác tỷ lệ giữa đường kính trục vít ($D = 80\text{ mm}$), khe hở làm việc ($c = 10\text{ mm}$), kích thước lỗ sàng ($\varnothing 10\text{ mm}$) và rút ngắn chiều dài đoạn vít tải từ $1000\text{ mm}$ xuống $950\text{ mm}$, giúp tách sạch hạt mà không làm gãy vụn cuống tiêu lọt vào sản phẩm.
  3. Kết hợp khí động học làm sạch liên tục: Ứng dụng quạt thổi dọc trục với cột áp tính toán chính xác, tự động thổi bay bụi mịn và lá khô ra ngoài mà không làm thất thoát hạt tiêu.
  4. Tính khả thi kinh tế - kỹ thuật: Kết cấu máy nhỏ gọn, dễ chế tạo bằng vật liệu và thiết bị gia công phổ biến, phù hợp với khả năng tài chính và điều kiện sử dụng của các hộ nông dân trồng tiêu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Mô hình máy mới chỉ được thử nghiệm thực nghiệm trên các giống tiêu cụ thể tại thời điểm nghiên cứu; chưa đánh giá độ mài mòn cơ học của cánh vít và ống sàng sau thời gian vận hành dài hạn.
    • Các cụm che chắn bộ truyền động và máng hứng tuy đáp ứng an toàn nhưng mức độ tự động hóa ở khâu đóng gói thành phẩm chưa được tích hợp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu phủ lớp vật liệu chống mài mòn hoặc sử dụng thép không gỉ (Inox 304) cho toàn bộ các cụm tiếp xúc trực tiếp với tiêu để nâng cao tuổi thọ và đáp ứng nghiêm ngặt hơn các chuẩn HACCP.
    • Tích hợp thêm biến tần điều khiển tốc độ trục vít nhằm tối ưu hóa chế độ tách cho nhiều giống tiêu có độ chín và kích thước chùm khác nhau.
    • Nghiên cứu cơ cấu cân định lượng và đóng bao tự động ngay tại cửa ra sản phẩm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo ứng dụng cao cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Nông nghiệp: Tham khảo quy trình hoàn chỉnh từ khảo sát nhu cầu, tính toán động học, thiết kế giải tích vít tải, tính khí động học quạt, mô phỏng 3D trên SolidWorks đến quy trình gia công, lắp ráp và chạy thử máy thực tế.
  • Kỹ sư và nhà chế tạo máy nông nghiệp: Ứng dụng trực tiếp các bản vẽ kỹ thuật, kích thước hình học tối ưu (khe hở $10\text{ mm}$, lỗ sàng $\varnothing 10\text{ mm}$, chiều dài vít tải $950\text{ mm}$) để sản xuất các dòng máy sơ chế tiêu thương mại quy mô vừa và nhỏ.
  • Các hộ gia đình, hợp tác xã sản xuất hồ tiêu: Có cơ sở khoa học để đánh giá, lựa chọn và chế tạo thiết bị cơ giới hóa sơ chế tiêu phù hợp với điều kiện kinh tế trang trại.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn kích thước lỗ ống tách tiêu là $\varnothing 10\text{ mm}$? Qua khảo sát, đường kính lớn nhất của hạt tiêu là khoảng $5\text{ mm}$. Kích thước lỗ sàng $\varnothing 10\text{ mm}$ được tính toán để đảm bảo 2 hạt tiêu kích thước trung bình có thể cùng lọt qua lỗ đồng thời mà không bị chèn ép gây nát hoặc trầy xước vỏ. Kết quả thực nghiệm khẳng định: nếu lỗ $< \varnothing 10\text{ mm}$, sản phẩm bị lẫn nhiều lá và cuống tiêu; nếu lỗ $> \varnothing 10\text{ mm}$, vỏ hạt tiêu dễ bị trầy xước do va quẹt với mép lưới.

2. Cơ sở nào để xác định chiều dài đoạn vít tải là $950\text{ mm}$ thay vì $1000\text{ mm}$ như các máy hiện hành? Thực nghiệm cho thấy ở chiều dài $1000\text{ mm}$, chùm tiêu lưu lại quá lâu trong buồng tách khiến cuống tiêu bị gãy vụn nát và lọt qua lỗ sàng làm bẩn sản phẩm, đồng thời gây tiêu hao công suất động cơ thừa. Khi giảm chiều dài đoạn vít tải xuống $950\text{ mm}$, hạt tiêu vẫn được bóc tách triệt để khỏi cuống nhưng cuống không bị gãy vụn, đảm bảo độ sạch tối đa cho hạt tiêu đầu ra.

3. Khe hở giữa trục vít và ống tách tiêu tối ưu là bao nhiêu và ảnh hưởng thế nào đến chất lượng tách hạt? Qua 3 trường hợp thử nghiệm thực nghiệm:

  • Dải $5{,}5 - 7\text{ mm}$: Hạt tiêu còn sót lại trên cuống nhiều, sản phẩm lẫn lá.
  • Dải $8 - 10\text{ mm}$: Tách sạch hạt tối ưu, tỷ lệ sót hạt rất thấp, sản phẩm sạch không lẫn cuống, lá và bụi.
  • Dải $\ge 12\text{ mm}$: Cuống bị cuốn ra ngoài cửa sản phẩm nhiều. Do đó, nhóm tác giả chọn khe hở công tác chuẩn là $c_{\text{tải}} = 10\text{ mm}$ (ứng với đường kính ngoài trục vít $80\text{ mm}$ và đường kính trong ống tách $100\text{ mm}$).

4. Cơ chế hoạt động của bộ phận cấp liệu trong phễu có vai trò gì trong việc chống tắc nghẽn máy? Phễu cấp liệu dung tích $0{,}2\text{ m}^3$ được thiết kế thành máng nghiêng góc $\alpha = 40^\circ$ (lớn hơn góc ma sát trượt). Bên trong trang bị hệ thống cánh gạt gồm 4 cánh xoay với tốc độ $55\text{ vòng/phút}$ được kéo bởi mô tơ giảm tốc GA25-370 ($0{,}64\text{ W}$). Cơ cấu này chủ động định lượng và đưa chùm tiêu tơi xốp vào cửa nạp trục vít với lưu lượng tương thích với hệ số điền đầy $60%$, loại bỏ hoàn toàn tình trạng tiêu bị dồn ứ gây kẹt trục vít tải.

5. Hệ thống quạt gió tách tạp chất được tính toán dựa trên nguyên lý khí động học nào? Hệ thống quạt gió sử dụng miệng thổi tròn $\varnothing 150\text{ mm}$ bố trí cách vùng công tác $900\text{ mm}$. Cột áp tĩnh của quạt được tính toán nằm trong khoảng phân ly: $H_{\text{hạt tiêu}} \approx 0{,}078\text{ N/m}^2 > H_t > H_{\text{bụi, lá, cuống}} \approx 0{,}0017\text{ N/m}^2$. Áp lực gió này đủ mạnh để cuốn bay bụi mịn, cuống tiêu khô và mảnh lá ra ngoài theo hướng trục xả tạp chất, nhưng không đủ lực để cuốn theo hạt tiêu rơi xuống máng thu.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình máy tách hạt tiêu" đã giải quyết trọn vẹn yêu cầu cơ giới hóa khâu sơ chế tiêu cho quy mô hộ gia đình bằng giải pháp kỹ thuật có tính thực tiễn cao. Thông qua tính toán động học chính xác và thực nghiệm tối ưu các thông số kết cấu (trục vít, ống sàng đục lỗ $\varnothing 10\text{ mm}$, khe hở $10\text{ mm}$, quạt phân ly khí động), mô hình máy đạt năng suất thực tế $324\text{ kg/h}$, đảm bảo độ sạch và độ nguyên vẹn của hạt tiêu. Kết quả nghiên cứu không chỉ đáp ứng các tiêu chí an toàn điện, an toàn lao động và giá thành chế tạo hợp lý mà còn là tài liệu tham khảo giá trị cho công tác đào tạo cơ khí và ứng dụng chuyển giao công nghệ nông nghiệp.