HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ LẬT MẶT CƠM DỪA TỰ ĐỘNG

- HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ LẬT MẶT CƠM DỪA TỰ ĐỘNG Lý Thanh Phương 1 và Võ Minh Trí 1.
- Cơm dừa, phân loại cơm dừa, lật mặt cơm dừa Keywords:.
- Hiện nay, cơm dừa và các sản phẩm được chế biến từ cơm dừa đang được sử dụng trong nhiều ngành sản xuất, chế biến thực phẩm, dược phẩm.
- Tuy nhiên, việc gọt vỏ nâu cơm dừa để phục vụ cho các qui trình chế biến đó tại một số tỉnh thành trong cả nước hầu hết đều được thực hiện thủ công..
- Để đáp ứng nhu cầu này, nhóm tác giả đã thực hiện nghiên cứu nhằm thiết kế một hệ thống tự động có khả năng phân loại và lật mặt miếng cơm dừa theo mặt đen/trắng, tạo điều kiện thuận lợi để phục vụ cho khâu tự động hóa gọt vỏ nâu trong qui trình chế biến cơm dừa nạo sấy.
- Yêu cầu đặt ra là hệ thống phải hoạt động liên tục, dễ vận hành, sửa chữa và dễ dàng chuyển giao cho các nơi có nhu cầu ứng dụng, thử nghiệm.
- Kết quả nghiên cứu là hệ thống có khả năng tự động phân loại và lật mặt đen trắng cơm dừa với năng suất gần 600kg/giờ với độ chính xác của phân loại và lật mặt cho nhóm dừa phổ biến nhất là trên 90%.
- Với những thông số trên, hệ thống hoàn toàn có thể được cải tiến tối ưu hơn và hiệu quả hơn, tạo tiền đề phát triển tiếp tục hệ thống gọt vỏ nâu cơm dừa giúp nâng cao năng suất chế biến, chất lượng và giá trị của các sản phẩm từ cơm dừa..
- sản phẩm và các chế phẩm từ dừa đa số được chế biến hoặc trích xuất từ lớp cơm dừa này..
- Với ngành chế biến cơm dừa nạo sấy, để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng đồng đều về màu sắc và giữ được lâu, cơm dừa nguyên liệu sau khi tách vỏ cứng người ta cần tách lớp vỏ nâu trên bề mặt miếng cơm dừa trước khi ngâm rửa và chuyến đến các khâu nghiền, sấy, ép dầu....
- Hình 1: Cơm dừa được ngâm rửa sau khi gọt lớp vỏ nâu tại nhà máy chế biến cơm dừa Hiện nay, việc tách lớp vỏ nâu trên miếng cơm dừa thường được thực hiện thủ công, tốn nhiều nhân công và thời gian.
- Do đó, việc nghiên cứu và chế tạo loại máy có khả năng phân loại, lật phặt và tách lớp vỏ nâu miếng cơm dừa hứa hẹn không chỉ giúp quá trình sản xuất, chế biến các sản phẩm từ cơm dừa ở qui mô công nghiệp nhanh chóng đáp ứng nhu cầu thị trường, tiết kiệm thời gian công nhân và tiền của mà còn.
- Hình 2: Gọt thủ công lớp vỏ nâu quả dừa tại nhà máy chế biến cơm dừa.
- Đã có nhiều nghiên cứu, máy móc về gia công trên dừa trái và nguyên liệu cơm dừa tại các nước Ấn Độ, Sri Lanka, Philippines, Indonesia.
- Ở Việt Nam, tại một số địa phương có trồng nhiều dừa và phát triển mạnh ngành chế biến, xử lý nguyên liệu từ dừa đã chế tạo được các máy bóc vỏ dừa (Trần Văn Quý và Mai Thanh Tân, 2011), máy gọt vỏ dừa tươi (Lê Tấn Kỳ, 2010) hoặc máy gọt vỏ nâu cơm dừa (Lê Nhứt Thống, 2010.
- Tuy nhiên, nghiên cứu máy phân loại, lật mặt và gọt lớp vỏ nâu cơm dừa chưa thành công, hoặc sản phẩm tạo ra chưa đạt yều cầu mong muốn của người sử dụng..
- Trước nhu cầu thực tế cấp thiết đó, nhóm tác giả đã bắt tay nghiên cứu hệ thống phân loại và lật mặt tự động theo mặt đen (nâu) trắng miếng cơm dừa, nhằm tạo tiền đề phát triển tiếp hệ thống gọt lớp vỏ nâu cơm dừa..
- Vật liệu: miếng cơm dừa được phân thành ba loại chính dựa theo kích cỡ của nguyên liệu cơm dừa miếng đang được chế biến tại các nhà máy ở Bến Tre:.
- Để thực hiện nghiên cứu, chế tạo hệ thống phân loại và lật mặt tự động theo mặt đen trắng cơm dừa, nhóm tác giả đã thực hiện kế hoạch sau:.
- Khảo sát thực tế tỉ lệ gãy vụn và phân loại theo nhóm cơm dừa sau khi tách vỏ cứng..
- Tính toán lý thuyết, lựa chọn nguyên lý khả thi, chế tạo, khảo nghiệm hệ thống dàn hàng và phân loại theo nhóm..
- Tính toán lý thuyết, lựa chọn nguyên lý khả thi, chế tạo, khảo nghiệm hệ thống nhận dạng hiệu quả và tốc độ thích hợp..
- Tính toán lý thuyết, lựa chọn nguyên lý khả thi, chế tạo, khảo nghiệm băng chuyền và cơ cấu lật mặt miếng cơm dừa độ chính xác cao..
- Tích hợp và thiết kế điều khiển đồng bộ toàn hệ thống..
- Dựa trên các nhu cầu thực tế hiện nay, nhóm tác giả đưa ra giải pháp thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh hệ thống bao gồm hai tính năng cụ thể:.
- Phân loại miếng cơm dừa theo kích cỡ (đã xác định ban đầu)..
- Tự động lật ngửa tất cả miếng cơm dừa (đưa phần trắng cơm dừa lên trên)..
- Đồng thời, hệ thống này phải đạt được các tiêu chí sau:.
- Sản phẩm tạo ra có bộ phận liên kết với hệ thống khác để tiếp tục chế biến sản phẩm miếng dừa..
- Hệ thống dễ vận hành, lắp đặt.
- Hệ thống thực hiện hai công việc liên tiếp nhau:.
- phân loại và xếp tự động theo mặt đen- trắng của cơm dừa nên bao gồm hai cơ cấu: phân loại và xếp.
- tự động được bố trí để hai cơ cấu này cùng hoạt động phối hợp khi hệ thống làm việc..
- Sơ đồ khối cơ khí của hệ thống như Hình 3:.
- Hình 3: Sơ đồ khối cơ khí của hệ thống phân loại và tự động xếp theo mặt đen-trắng cơm dừa.
- Cơ cấu phân loại.
- Dựa trên phân tích các tính chất của cơm dừa sau khi được tách khỏi vỏ cứng bao gồm: cơ tính, độ cong nhóm tác giả đã sử dụng hệ thống dạng lồng sóc (Hình 4) chuyển động xoay quanh trục, có chia khung phân loại cho từng loại miếng dừa, bên trong có các lẩy bật các miếng dừa giúp các miếng dừa được lật, trở đúng hướng khi khung chuyển động.
- Miếng dừa sau khi qua khung phân loại sẽ được chia theo loại dựa vào khoảng cách giữa các song ngang của lồng sóc, rơi tiếp xuống các băng chuyền lật mặt miếng dừa được bố trí ở bên dưới (Hình 5)..
- Hình 4: Lồng phân loại dựa theo kích thước của miếng dừa.
- Cơ cấu lật mặt.
- Dựa vào đặc tính hình học lập thể của miếng dừa, cơ cấu lật mặt trắng đen miếng cơm dừa được thiết kế là hệ băng chuyền phân loại được nghiên.
- cứu thiết kế ở dạng giật cấp để thực hiện chức năng lật mặt cho miếng cơm dừa (xem Hình 5)..
- Hình 5: Hệ băng chuyền lật mặt miếng cơm dừa Cơ cấu này là dạng lật mặt miếng dừa có chọn lựa dựa trên đặc tính hình học lập thể của các miếng dừa là dạng mỏm cầu.
- Do đó, miếng dừa sau khi qua lồng phân loại tiếp tục rơi xuống hệ băng chuyền giật cấp có một trong hai trạng thái là úp hoặc ngửa sẽ tiếp tục được xử lý lật mặt như sau:.
- Miếng cơm dừa ngửa qua giật cấp sẽ tiếp tục ngửa đế đi tiếp đến hệ thống kế tiếp.
- Miếng cơm dừa úp, qua giật cấp và thanh gài ngang chịu tác động của quán tính sẽ được lật ngửa (đưa mặt trắng ngửa lên) để đi tiếp đến hệ thống kế tiếp..
- Kết quả sau mong muốn của khâu lật mặt này là tất cả các miếng dừa đều được lật ngửa: phần lõm màu trắng của miếng dừa được đưa lên trên, phần lồi có lớp vỏ nâu của miếng dừa nằm bên dưới.
- Kết quả này tạo điều kiện rất thuận lợi để phát triển tiếp hệ thống gọt lớp vỏ nâu tự động cho các miếng cơm dừa..
- Hệ thống gồm nhiều bộ phận chuyển động với các chức năng khác nhau, được thiết kế truyền động với chỉ một động cơ ba pha nhờ hệ thống bánh đai cao su.
- Động cơ ba pha này được điều khiển tốc độ bằng một biến tần để tìm được vận tốc chung tốt nhất của toàn hệ thống..
- Nguyên lý hoạt động của máy phân loại và lật mặt cơm dừa gồm hai phần chính là phân loại và lật mặt..
- Hệ thống phân loại gồm có hai lồng sóc tròn ghép lại thành cụm đồng trục, nghiêng một góc xác định dao động có thể thay đổi độ nghiêng từ 0 đến 15 độ, quay quanh một trục cố định từ 5 đến 15 vòng/phút.
- Các thông số về góc nghiêng, tốc độ quay, khoảng cách giữa các song của lồng phân loại được khảo sát từ thực nghiệm..
- Khi cụm lồng phân loại quay, miếng dừa nguyên liệu sẽ được cấp từ thùng chứa phía trên..
- Trong quá trình cụm lồng quay trộn, các miếng dừa được lật xới liên tục và đưa dần theo chiều nghiêng xuống dưới của lồng phân loại do tác động của trọng lực lên các miếng cơm dừa..
- Kết thúc giai đoạn một, dừa sau khi được phân loại bằng cụm lồng sóc, từng loại miếng dừa sẽ được tiến hành lật mặt nhờ hệ băng chuyền giảm cấp riêng, tương ứng với kích thước, đặc trưng của từng loại.
- Những miếng cơm dừa đang ở trạng thái ngửa ở băng chuyền trên sẽ rơi xuống, di chuyển trên băng chuyền dưới vẫn tếp tục ở trạng thái ngửa.
- Những miếng cơm dừa đang ở trạng thái úp ở băng chuyền trên khi rơi xuống băng chuyền dưới, nhờ có sự giật cấp nên sẽ bị lật lộn lại thành trạng thái ngửa.
- Để đạt hiệu quả lật mặt tốt hơn, tốc độ của hai băng chuyền này phải khác nhau.
- Sau công đoạn lật mặt đồng loạt (cho các miếng cơm dừa nằm úp), các miếng dừa sẽ được đưa tiếp đến hệ thống chà xát/gọt lớp vỏ nâu (hoặc đen) rồi đi tiếp vào hệ thống khác để chế biến thành phẩm..
- Hình 6 là thiết kế đồ họa mô tả hệ thống phân loại và lật (xếp) tự động mặt trắng đen cơm dừa..
- Phối cảnh nghiêng hệ thống 6b.
- Hệ thống nhìn từ trước.
- Hệ thống nhìn từ cạnh hông 6d.
- Hệ thống nhìn từ trên.
- Hình 6: Thiết kế đồ họa mô tả hệ thống phân loại và lật (xếp) tự động mặt trắng đen cơm dừa 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
- 3.1 Tổng thể hệ thống phân loại và xếp tự động mặt đen trắng cơm dừa.
- tế, nhóm tác giả đã thực hiện được hệ thống đạt được các yêu cầu đặt ra.
- Hình 7 là hệ thống phân loại và lật (xếp) tự động mặt trắng đen cơm dừa thực tế được dùng để tiến hành thử nghiệm..
- Hệ thống nhìn nghiêng 7b.
- Hệ thống nhìn từ trên Hình 7: Hệ thống phân loại và lật mặt tự động miếng cơm dừa thực tế.
- Các thông số cơ bản của hệ thống được mô tả như trong Bảng 1 và Bảng 2 dưới đây:.
- Bảng 1: Thông số cơ bản của khung phân loại miếng cơm dừa.
- Bảng 2: Thông số cơ bản của một hệ lật (xếp) tự động theo mặt đen-trắng của cơm dừa.
- Ghi chú: Thông số mỗi hệ lật mặt cho từng loại miếng cơm dừa có thể thay đổi tương ứng phù hợp.
- 3.1.2 Thao tác trên màn hình cảm ứng, điều khiển tốc độ hệ thống bằng biến tần.
- Hình 8: Giao diện trên màn hình cảm ứng điều khiển hệ thống.
- miếng dừa được phân loại và lật mặt khá tốt (Bảng 3, Bảng 4);.
- Bảng 3 trình bày kết quả phân loại và lật mặt của hệ thống thống kê từ thực tế..
- Bảng 3: Kết quả tỷ lệ phân loại của khung phân loại.
- Lần Kết quả Tỷ lệ phân loại.
- Bảng 4: Kết quả tỷ lệ lật mặt của các hệ lật mặt Lần Kết quả Tỷ lệ lật mặt.
- Kết quả trình bày trong Bảng 3 và Bảng 4 cho thấy kết quả phân loại và lật mặt miếng cơm dừa loại 1/2 (loại phổ biến nhất) đều đạt trên 90%, loại miếng dừa này chiếm số lượng lớn trong các loại miếng dừa nguyên liệu tại nhà máy.
- Các tỉ lệ phân loại và lật mặt của hai loại còn lại (loại 1/4 và loại 1/8, chiếm tỉ lệ thấp trong thống kê tỷ lệ gãy vụn tại nhà máy) thấp hơn, do đó cần một số điều chỉnh thực nghiệm để tăng độ chính xác của phân loại và lật mặt..
- Hệ thống có đặc điểm đơn giản, dễ sử dụng và dễ bảo trì, có thể hoạt động liên tục..
- Hệ thống có khả năng phân loại và lật mặt miếng cơm dừa khá tốt..
- Phần cứng cơ khí được chú ý thiết kế đơn giản, dễ thực hiện, cơ cấu truyền động chung cho cả hệ thống để tạo thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu và thử nghiệm..
- Có thể lắp thêm một số cơ cấu chấp hành để nâng cấp hệ thống nhằm tăng hiệu quả và năng suất chung của hệ thống..
- Hệ thống được tích hợp màn hình cảm ứng và biến tần nên dễ dàng điều chỉnh, thay đổi các thông số tốc độ..
- Nhờ những ưu điểm trên, giá thành của hệ thống sẽ là điều kiện thuận lợi để dễ dàng chuyển giao, áp dụng trên qui mô rộng..
- Hệ thống hiện đang dừng ở mức độ sản phẩm mẫu, vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiệm..
- Hệ thống vẫn còn một số trường hợp phân loại hoặc lật mặt chưa tốt..
- Tuy chưa xuất hiện các tình huống kẹt, vướng gây dừng hệ thống nhưng hệ thống cần bổ sung chức năng chống kẹt, nghẽn ở một số bộ phận nhất định..
- Để có thể phát triển hệ thống tốt hơn, sẵn sàng chuyển giao đến người sử dụng thực tế, nhóm tác giả có một số đề xuất sau:.
- Cần thực hiện gia công, lắp ghép các cơ cấu cơ khí chính xác để đảm bảo hiệu quả của các khâu phân loại và lật mặt cơm dừa..
- Các bộ phận chuyển động nên được truyền động độc lập để tăng tính linh hoạt cho từng bộ phận, từng khâu trong hệ thống..
- Có thể tích hợp thêm một số loại cảm biến công nghiệp, các thiết bị chấp hành chuyên cung và ứng dụng thêm thiết bị điều khiển công nghiệp có thể lập trình được để bổ sung các tính năng cao cấp khác hoặc tăng tính chính xác cho hệ thống..
- Chân thành cảm ơn sự hợp tác của Ban quản lý Nhà máy sản xuất cơm dừa nạo sấy - Công ty TNHH TM-DV-XNK BTCO (Phường 8, Tp Bến Tre, tỉnh Bến Tre)..
- Nghiên cứu tính toán thiết kế chế tạo máy gọt vỏ nâu cơm dừa công suất 100 kg/giờ.
- Máy gọt vỏ nâu cơm dừa