TÓM TẮT LUẬN VĂN

Dứa là một trong những sản phẩm quan trọng trong nhiều ngành: thực phẩm, dược phẩm, công nghiệp,… Cùng với sự phát triển, áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất, ngành sản xuất các sản phẩm liên quan tới trái dứa (thơm) cũng ngày càng cải tiến không chỉ về năng suất, chất lượng trái mà còn đa dạng hóa sản phẩm đầu ra nhằm tăng giá trị trái thơm, qua đó đáp ứng được các nhu cầu cũng như tiêu chuẩn của thị trường trong và ngoài nước. Với các mục đích trên, việc nghiên cứu chế tạo các máy móc, thiết bị phục vụ cho ngành sản xuất trái dứa đang được chú trọng phát triển.

Đề tài “Thiết kế máy gọt vỏ thơm” hướng tới việc tự động hóa quá trình cắt bỏ vỏ trái thơm (dứa), nâng cao năng suất, giảm kinh phí thuê nhân công để đáp ứng sản phẩm đầu ra là nguyên liệu cho các quá trình chế biến các chế phẩm từ dứa như: mứt dứa, dứa sấy, nước ép dứa,…
Nội dung luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về luận văn
Chương 2: Tìm hiểu và đưa ra nguyên lý phù hợp
Chương 3: Thiết kế cơ khí
Chương 4: Thiết kế phần điều khiển
Chương 5: Vận hành máy
Chương 6: Kết luận

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................i

TÓM TẮT LUẬN VĂN................................................................................................. ii

MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... viii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN ...............................................................1

1.1 Đặc tính cây dứa ..................................................................................................1

1.2 Thành phần chất dinh dưỡng trong Dứa..............................................................2

1.3 Tình hình phân bố dứa.........................................................................................3

1.3.1 Trên thế giới ................................................................................................3

1.3.2 Tại Việt Nam ...............................................................................................4

1.4 Các sản phẩm từ dứa ...........................................................................................5

1.5 Các kênh phân phối sản phẩm .............................................................................5

1.6 Phân tích đối tượng nghiên cứu...........................................................................7

1.6.1 Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................7

1.6.2 Đặc tính hình dáng.......................................................................................8

1.7 Qui trình công nghệ sản xuất từ trái dứa .............................................................9

1.7.1 Qui trình chế biến dứa sấy ...........................................................................9

1.7.2 Qui trình chế biến nước ép dứa .................................................................11

1.8 Xác định yêu cầu kỹ thuật .................................................................................11

1.8.1 Tên đề tài: Thiết kế máy gọt vỏ thơm. ..........................................................11

1.8.2 Xác định sản phẩm đầu ra .........................................................................11

1.8.3 Xác định nhóm khách hàng .......................................................................11

1.8.4 Xác định cơ tính của quả dứa ....................................................................12

2.2 Một số sản phẩm thiết bị gọt vỏ dứa có trên thị trường ....................................14

2.3 Lựa chọn các phương án thiết kế.......................................................................15

2.3.1 Phương án gọt vỏ thủ công ........................................................................15

2.3.2 Phương án 1: gọt vỏ sử dụng lực xilanh để cắt ........................................16

2.3.3 Phương án 2: gọt vỏ bằng theo nguyên lý cắt lột ......................................18

2.3.4 Phương án 3: gọt vỏ theo nguyên lý tiện ngang ........................................19

2.4 Đánh giá các phương án ....................................................................................20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ ................................................................................22

3.1 Xác định thông số đầu vào ................................................................................22

3.1.1 Yêu cầu thiết kế .........................................................................................22

3.1.2 Thông số đầu vào.......................................................................................22

3.2 Tính toán cơ cấu dẫn động cắt vỏ ......................................................................22

3.2.1 Yêu cầu làm việc .......................................................................................22

3.2.2 Tính chọn bộ truyền vít me .......................................................................22

3.2.3 Kiểm tra bền ..............................................................................................24

3.2.4 Chọn động cơ truyền động vít me .............................................................28

3.3 Thiết kế cụm dao cắt..........................................................................................29

3.3.1 Tính chọn lò xo..........................................................................................29

3.3.2 Lựa chọn vật liệu và thiết kế dao cắt vỏ ....................................................30

3.3.3 Lựa chọn chốt bản lề xoay dao ..................................................................31

3.4 Thiết kế cụm kẹp gọt vỏ ...........................................................

3.4.3 Tính toán lựa chọn bộ truyền đai...............................................................33

3.4.4 Tính toán trục làm việc ..............................................................................37

3.4.4.1 Chọn vật liệu và đường kính sơ bộ trục ................................................37

3.4.4.4 Kiểm nghiệm độ bền mỏi trục ...............................................................43

3.4.4.5 Kiểm nghiệm độ bền tĩnh (khi quá tải đột ngột) ...................................45

3.4.5 Chọn và kiểm nghiệm then trục trên bánh đai...........................................45

3.4.6 Kiểm nghiệm ổ lăn ....................................................................................46

3.4.7 Tính chọn ray trượt cho cụm kẹp ..............................................................47

3.5 Lựa chọn xi lanh kẹp cho cụm cắt .....................................................................49

3.5.1 Chọn xilanh giữ 1 ......................................................................................49

3.5.2 Chọn xi lanh kẹp 2.....................................................................................51

3.6 Thiết kế cụm cấp liệu ........................................................................................52

3.6.1 Chọn xilanh gắp dứa..................................................................................52

3.6.2 Chọn xi lanh đẩy tay gắp ...........................................................................54

3.6.3 Chọn động cơ xoay tay gắp .......................................................................55

3.7 Thiết kế cụm lấy lõi ...........................................................................................57

3.7.1 Tính toán chọn xilanh giữ..........................................................................57

3.7.2 Chọn xi lanh cắt lõi....................................................................................59

3.8 Lựa chọn các chi cơ khí.....................................................................................60

3.8.1 Lựa chọn khớp nối.....................................................................................60

3.8.2 Lựa chọn chốt định vị ................................................................................60

3.8.3 Lựa chọn ổ bi trượt ....................................................................................61

3.8.4 Lựa chọn chân máy ...................................................................................62

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN ...........................................................63

4.1 Chọn bộ điều khiển trung tâm ...........................................................................63

4.2 Lựa chọn bộ khuếch đại và servo ......................................................................64

4.3 Thiết kế mạch khí nén .......................................................................................65

4.3.1 Sơ đồ mạch khí nén .......................................................................................65

4.3.2 Lựa chọn thiết bị khí nén ...........................................................................65

CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH MÁY .................................................................................74

5.1 Lưu ý trước khi vận hành máy ..........................................................................74

5.2 Kiểm tra sau khi vận hành máy .........................................................................74

5.3 Thao tác khi vận hành........................................................................................74

5.4 Duy trì hoạt động của máy ................................................................................74

5.5 Thao tác dừng máy ............................................................................................74

5.6 Bảo dưỡng máy..................................................................................................75

5.6.1 Hệ thống cơ khí .........................................................................................75

5.6.2 Hệ thống điện ............................................................................................75

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN .............................................................................................76

6.1 Kết quả đạt được của luận văn ..........................................................................76

6.2 Những vấn đề còn tồn tại...................................................................................76

6.3 Hướng phát triển đề tài ......................................................................................76

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................77

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g dứa.........................................................2

Bảng 1.2: Thống kê số dứa sản xuất từ các quốc gia (2009)...........................................3

Bảng 1. 3: Diện tích và sản lượng dừa Việt Nam qua từng năm (2014-2017) theo Cục nông nghiệp .....................................................................................................................4
Bảng 1. 4: Số liệu đo được khi lấy mẫu ..........................................................................8

Bảng 1. 5 :Số liệu trung bình và kích thước đo được ......................................................9

Bảng 1. 6: Nhu cầu của các nhóm khách hàng..............................................................12

Bảng 1. 7: Các thông số lực cắt đo được (lấy g = 9,8m/s2) ...........................................12

Bảng 2. 1: Máy gọt vỏ dứa có trên thị trường ...............................................................14

Bảng 2. 2: Đánh giá phương pháp thủ công và sử dụng máy móc................................20

Bảng 2. 3: Đánh giá các phương án đề ra......................................................................21

Bảng 3. 1: Tổng kết thông số đai...................................................................................37

Bảng 3. 2: Bảng thông số then lựa chọn........................................................................46

Bảng 4. 1: Bảng kê các chân IN-OUT cho PLC ...........................................................68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1: Hình ảnh quả dứa............................................................................................2

Hình 1. 2: Người dân thu hoạch dứa tại Kiên Giang.......................................................5

Hình 1. 3: Một số sản phẩm từ dứa: (a) nước dứa ép, (b) dứa sấy đóng hộp ..................5

Hình 1. 4: Sơ đồ phân bố dứa theo kênh 1 ......................................................................6

Hình 1. 5: Sơ đồ phân bố dứa theo kênh 2 ......................................................................6

Hình 1. 6 : Sơ đồ phân bố dứa theo kênh 3 .....................................................................6

Hình 1. 7: Quá trình lấy mẫu dứa họ Queen....................................................................7

Hình 1. 8 : Qui trình chế biến dứa sấy...........................................................................10

Hình 1. 9: Qui trình nước ép dứa...................................................................................11

Hình 2. 1: Công nhân cắt dứa thủ công .........................................................................16

Hình 2. 2: Sơ đồ nguyên lí phương án đột lỗ ................................................................17

Hình 2. 3: Sơ đồ nguyên lý cắt lột .................................................................................18

Hình 2. 4: Sơ đồ nguyên lý phương án tiện ngang ........................................................19

Hình 3. 1: Bảng đặc tính các loại vít me theo catalgue của Misumi. ............................23

Hình 3. 2: Bảng tra hành trình làm việc của vít me.......................................................24

Hình 3. 3: Chọn động cơ tương thích với bộ vít me theo gợi ý của Misumi [10].........29

Hình 3. 4: Bảng thông số lò xo nén mã LC059E của hãng Leespring [12] ..................29

Hình 3. 5: Bản vẽ thiết kế dao gọt .................................................................................30

Hình 3. 6 :Bảng chọn chốt trụ theo hãng Misumi, [10].................................................31

Hình 3. 7: Bảng hệ số ma sát giữa quả dứa và các loại vật liệu, [3] .............................31

Hình 3. 8: Bảng tra động cơ servo của hãng Misubishi ................................................32

Hình 3. 9: Bảng tra hệ số hiệu chỉnh tải trọng, Table1. [7] ...........................................33

Hình 3. 10: Bảng tra hệ số hiệu tỉ số truyền, Table2. [7] ..............................................33

Hình 3. 11: Bảng tra hệ số điều chỉnh puli không tải, Table3. [7] ................................34

Hình 3. 12: Bảng tra loại đai theo công suất và tốc độ quay, Table8. [7] .....................34

Hình 3. 13: Bảng tra số răng của puli theo dây đai, Table12. [7] .................................34

Hình 3. 14: Bảng tra chiều dài đai tiêu chuẩn. [7].........................................................35

Hình 3. 15: Bảng tra bề dày tham chiếu đai theo loại đai, Table14. [7] .......................35

Hình 3. 16: Bảng tra khả năng truyền tải Ps, Table19. [7] ............................................36

Hình 3. 17: Bảng tra hệ số Km, Table13. [7] ................................................................37

Hình 3. 18: Bảng tra hệ số Kb, Table13. [7] .................................................................37

Hình 3. 19: Bảng tra ổ lăn theo catalogue hãng Misumi, [10] ......................................39

Hình 3. 20: Phân tích lực tác dụng lên trục ...................................................................40

Hình 3. 21: Kích thước sơ bộ trục .................................................................................40

Hình 3. 22: Phân tích lực trên gối tựa bằng phần mềm Inventor ..................................40

Hình 3. 23: Biểu đồ momen Mx.....................................................................................41

Hình 3. 24: Biểu đồ momen My.....................................................................................41

Hình 3. 25: Biểu đồ uốn momen tổng ...........................................................................42

Hình 3. 26: Biểu đồ ứng suất tổng.................................................................................42

Hình 3. 27: Đường kính tối ưu trên từng đoạn trục.......................................................43

Hình 3. 28: Mô phỏng bền trục bằng Inventor ..............................................................43

Hình 3. 29: Bảng thuộc tính cơ học của inox 316 .........................................................43

Hình 3. 30: Bảng thông số ray trượt SBI-FL/FLL, [10]................................................48

Hình 3. 31: Cấu tạo xi lanh khóa lùi [9] ........................................................................50

Hình 3. 32: Thông số kỹ thuật xi lanh loại CLK2P, [9] ................................................51

Hình 3. 33: Bảng chọn diện tích piston, [8] ..................................................................51

Hình 3. 34: Quá trình chọn xilanh trên trang chủ nhà sản xuất.....................................52

Hình 3. 35: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xi lanh kẹp, [11] ...............................53

Hình 3. 36: Phân tích lực kẹp của tay gắp .....................................................................53

Hình 3. 37: Thông số kích thước của xi lanh MHL2-20DZ, [11] .................................54

Hình 3. 38: Thông số của xilanh MBKW......................................................................55

Hình 3. 39: Sơ đồ nguyên lý cụm gắp ...........................................................................56

Hình 3. 40: Thông số động cơ servo TM-RBP012C12, [12] ........................................57

Hình 3. 41: Phân tích lực kẹp tác dụng lên quả dứa, [11] .............................................58

Hình 3. 42: Thông số xilanh MHL2-32DZ, [11]...........................................................59

Hình 3. 43: Thông số xilanh CM2Nil B40 – 250A, [8] ................................................59

Hình 3. 44: Thông số khớp nối đàn hồi CPJC, [10] ......................................................60

Hình 3. 45: Thông số chôt định vị MSFWC, [10].........................................................61

Hình 3. 46: Thông số bộ ổ trượt SLHFXW, [10] ..........................................................61

Hình 3. 47: Thông số chân máy C-AJPJG, [10]............................................................62

Hình 4. 1: PLC Mitssubishi FX3G 60MR ES ...............................................................63

Hình 4. 2: Động cơ HG-MR053 của hãng Mitsubishi 50W, [11] .................................64

Hình 4. 3: Bộ khuyếch đại (Servo amplifier) MR-J4-10A(-RJ), [11] ...........................64

Hình 4. 4: Sơ đồ mạch khí nén ......................................................................................65

Hình 4. 5: Bản vẽ kích thước của van 3/2 model 3V21008NCB ..................................66

Hình 4. 6: Bảng tra thông số của van khí nén 3/2 model 3V21008NCB, [13] .............66

Hình 4. 7: Bản vẽ kích thước của van 5/3 model 4V330C10B, [13] ............................67

Hình 4. 8: Bảng tra thông số của van khí nén 5/3 model 4V330C10B, [13] ................67

Hình 4. 9: Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống .....................................................................69

Hình 4. 10: Chương trình PLC ......................................................................................73

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN

 Đôi nét về quả dứa

Dứa hay thơm, khóm (có nơi gọi là trái huyền nương), tên khoa học là Ananas comosus, là một loại quả nhiệt đới. Nguồn gốc đầu tiên là Paraguay và miền nam Brazil.
Khi Christopher Columbus (1451 – 1506) thám hiểm châu Mỹ, thấy dứa trổng ở quần đảo Guadeloup rất ngon, bèn mang về triều cống nữ hoàng Tây Ban Nha Isabella đệ nhất. Từ đó, dứa được đem trồng ở các nước thuộc địa Tây Ban Nha, nhất là các quốc gia khu vực Thái Bình Dương.
1.1 Đặc tính cây dứa

Dứa có các lá gai mọc thành cụm hình hoa thị. Các lá dài và có hình dạng giống mũi mác và có mép lá với răng cưa hay gai. Hoa thị mọc từ phần trung tâm của cụm lá hình hoa thị, mỗi hoa có các đài hoa riêng của nó. Chúng mọc thành cụm hình đầu rắn chắc trên thân cây ngắn và mập. Các đài hoa trở thành mập và chứa nhiều nước và phát triển thành một dạng phức hợp được biết đến như là quả dứa (quả giả), mọc ở phía trên cụm lá hình hoa thị
Trên thế giới dứa trồng bao gồm trên 10 loài khác nhau, như:

• Giống dứa Hilo còn gọi là Smooth Cayence là giống dứa được trồng ở Hawaii, có kích thước quả nhỏ, gọn (1-1,5 kg/quả).
• Giống dứa ngọt Kona Sugarloaf (2,5-3 kg/quả), thịt quả màu trắng, có lượng đường cao nhưng ít chua, được trồng ở nhiều nơi.
• Giống dứa Natal Queen (1-1,5 kg/quả), thịt màu vàng, hương vị thơm ngon, thích hợp để ăn sống. Giống dứa này rìa lá có gai. Được trồng nhiều ở Nam Châu Phi, Đông Nam Á và Australia.
• Giống dứa Pernambuco/Eleuthera (1-2 kg/quả) với thịt quả màu vàng nhạt, thơm ngon, thích hợp để ăn tươi. Giống này được trồng nhiều ở Nam Mỹ.
• Giống dứa Red Spanish (1-2 kg/quả), thịt màu vàng nhạt với mùi hương dễ chịu, dạng quả gần vuông, thích nghi trong vận chuyển xa. Giống dứa này rìa phiến lá có gai, được trồng nhiều ở Nam Mỹ.
• Giống dứa Smooth Cayenne (2,5-3 kg/quả), thịt quả màu vàng nhạt, quả to dạng hình trụ, lượng đường axit cao, thích nghi tốt để đóng hộp và chế biến. Giống dứa

này lá không có gai, thích nghi kém và được trồng ở các trang trại thâm canh cao ở nhiều nước.
• Một số loài dứa khác được trồng làm cây cảnh cho màu sắc và hình dạng quả đẹp dùng để chưng thờ ở các nước Châu Á.

Hình 1. 1: Hình ảnh quả dứa

1.2 Thành phần chất dinh dưỡng trong Dứa

Dứa chứa nhiều sinh tố C, chất xơ, protein và chất Gum, hàm lượng axit hữu cơ cao

(axit malic và axit xitric).

Dứa là nguồn cung cấp mangan dồi dào cũng như có hàm lượng Vitamin

C và Vitamin B1 khá cao.

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g dứa

CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH MÁY

5.1 Lưu ý trước khi vận hành máy

- Kiểm tra các chi tiết máy đã vào đúng vị trí tương, đảm bảo các chi tiết đã được siết chặt.
- Kiểm tra lực tại các vị trí cắt

- Kiểm tra, ca líp động đồng tâm của xilanh kẹp khi cắt

- Không khởi động máy khi có nguyên liệu bên trong

- Tắt máy khi có hiện tượng rung lắc hoặc va đập mạnh

- Vệ sinh sạch sẽ trước khi vận hành

- Kiểm tra chiều quay của động cơ

- Kiểm tra áp suất khí nén tại nguồn

5.2 Kiểm tra sau khi vận hành máy

- Vệ sinh sạch sẽ sau khi vận hành

- Kiểm tra nguồn điện, ngắt các kết nối

5.3 Thao tác khi vận hành

Bước 1: Xiết chặt các van khí nén, mở nguồn khí,

Bước 2: Trả các chi tiết về vị trí ban đầu: đưa xilanh 5 về vị trí giữa, servo 1 về vị trí ban đầu, xilanh 1, 6, 7 về đầu hành trình
Bước 3: Kiểm tra đồng tâm giữa 2 xilanh 6, 7

Bước 4: Mở CB, điều chỉnh thông số cắt, tốc độ vòng quay cho Servo

Bước 5: Ấn nút start, cho máy vận hành thử, sau đó kiểm tra máy đã cắt sạch vỏ chưa, nếu không điều chỉnh lại thông số
5.4 Duy trì hoạt động của máy

- Khi máy hoạt động, không được tác động bất kì thông số vận hành nào, trừ trường hợp cần thiết. Quá trình điều chỉnh cận thực hiện từng bước, cẩn trọng và có qui trình
- Luôn quan sát quá trình máy vận hành, kiểm tra quá trình cấp phôi

- Luôn kiểm tra chất lượng đầu ra để đảm bảo tính ổn định của sản phẩm

5.5 Thao tác dừng máy

- Tiến hành dừng quá trình cấp liệu

- Sau khi cắt xong quả cuối cùng, tiến hành dừng các motor trục cắt chính, trục vít me
- Reset lại các xilanh khí nén về vị trí mắc định

- Ngắt CB cấp điện

- Tắt máy nén khí

- Vệ sinh máy và khu vực xung quanh

5.6 Bảo dưỡng máy

5.6.1 Hệ thống cơ khí

- Kiểm tra các bộ truyền, ray trượt, tra dầu, căn chỉnh hoặc thay thế khi có hiện

tượng mòn

- Kiểm tra 2 dao cắt lõi và cắt vỏ, xảy ra hiện tượng mòn thì thay thế

- Kiểm tra bulong siết dao cắt vỏ thường xuyên

- Kiểm tra lại các chốt và thay thế nếu gặp hư hỏng

- Khắc phục các vị trí khí nén bị rò rỉ

5.6.2 Hệ thống điện

- Kiểm tra các hệ thống dây dẫn, khắc phục hiện tượng nối tắt, chạm mạch

- Kiểm tra các cổng input, output của PLC. Kiểm tra relay trung gian, nút ấn, cầu chì, CB để kịp thời sửa chữa và thay thế
- Kiểm ta khả năng hoạt động của các solenoid khí nén