Tính toán, thiết kế, chế tạo máy tách hạt ca cao
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
TÓM TẮT
Đề tài: “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy tách hạt ca cao” nghiên cứu quy trình công nghệ tách hạt và chế tạo máy tách hạt ca cao với quy mô dùng cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ hoặc hộ gia đình.
Qua quá trình tìm hiểu về các giống ca cao phổ biến được trồng ở Việt Nam, phân tích các đặc tính lý, hóa của vỏ và hạt ca cao, tham khảo các phương pháp tách hạt ca cao trong và ngoài nước, tác giả tiến hành xây dựng các phương án thiết kế cho từng bộ phận máy. Tác giả thực hiện các thí nghiệm đo kích thước trung bình, lực cắt vỏ ca cao, lực đẩy ca cao qua dao cắt để lấy các thông số đầu vào thực hiện quá trình tính toán các bộ phận máy.
Trên cơ sở tính toán, tác giả tiến hành mô hình hóa máy tách hạt ca cao trên phần mềm Autodesk Inventor trước khi chế tạo. Công việc tính toán, mô hình hóa máy tách hạt ca cao trên phần mềm sẽ hạn chế được những sai sót trong quá trình gia công, tiết kiệm được thời gian và mang lại hiệu quả cao.
Thông qua dữ liệu đã mô hình hóa, tác giả tiến hành xuất bản vẽ, bảng kê chi tiết và thực hiện việc chế tạo, lắp ráp, vận hành thử nghiệm máy. Qua đó, tác giả hoàn chỉnh thiết kế, sửa chữa, thay đổi các bộ phận cần thiết sau đó lắp ráp lại và vận hành thực nghiệm máy để lấy các thông số cụ thể.
Từ khóa: Hạt, Ca cao, Vỏ Ca cao, Hạt Ca cao, Máy tách
ABSTRACT
Thesis: “Calculate, design and manufacture cocoa beans separator machine” studying process technology for separating cocoa beans and manufacturing the cocoa bean separator machine for the production of small and medium-scale or households.
Through the process of learning about the common cocoa varieties grown in Vietnam, analyze the physical, chemical properties of the cocoa pod and beans, refering to the method for separating cocoa beans in the country and abroad, the author conducted making design methods for each component of machine. The authors performed experiments to measure the average size, shear cocoa pods, cocoa thrust through the blades to get the input parameters perform calculations of machine parts.
Based on calculations, the authors carry out modeling a cocoa beans separator machine on Autodesk Inventor software before fabrication. Computation, modeling a cocoa pod splitting machine on the software will limit the errors in machining processes, save time and bring more high-efficiency.
Through data modeling, the author proceeds to publish drawings, parts list and performed the fabrication, assembly and testing machine. Thereby, the author completed design, repairing, change the necessary parts then reassemble and operated the machine to retrieve experiments specific parameters.
MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.. i
LÝ LỊCH KHOA HỌC.. ii
LỜI CAM ĐOAN.. iii
LỜI CẢM ƠN.. iv
TÓM TẮT.. v
ABSTRACT.. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. xvi
DANH MỤC BIỂU ĐỒ.. xvii
Chương 1MỞ ĐẦU.. 1
1.1 Đặt vấn đề. 1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài2
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài2
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài2
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài3
1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài3
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 3
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu. 3
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu. 3
1.6 Phương pháp nghiên cứu. 4
1.6.1 Phương pháp phân tích lý thuyết4
1.6.2 Phương pháp thực nghiệm.. 4
1.7 Kết cấu của luận văn tốt nghiệp. 4
Chương 2TỔNG QUAN.. 6
2.1 Giới thiệu chung về cây ca cao. 6
2.1.1 NguồngốccâyCa cao. 6
2.1.2 Đặc điểm thực vật học của cây ca cao. 8
2.1.3 Các giống ca cao. 12
2.2 Tình hình tiêu thụ. 22
2.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao ở Việt Nam.. 25
2.4 Quy trình sản xuất ca cao thô. 29
2.4.1 Thu hoạch ca cao. 30
2.4.2 Lưu trữ quả ca cao. 30
2.4.3 Tách hạt31
2.4.4 Ủ hạt ca cao (lên men). 32
2.4.5 Phơi, sấy hạt ca cao. 33
2.4.6 Bảo quản. 35
2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. 36
2.5.1 Các nghiên cứu của nước ngoài36
2.5.1.1 Máy tách hạt ca cao hiệu Pinhalense. 36
2.5.1.2 Máy tách hạt ca cao hiệu Cobre - PI20071690. 38
2.5.1.3 Máy tách hạt ca cao hiệu NACDA.. 40
2.5.1.4 Các bài báo của nước ngoài41
2.5.2 Các nghiên cứu trong nước. 45
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.. 47
3.1 Đặc điểm của quả ca cao. 47
3.2 Khảo sát đặc tính của quả ca cao. 47
3.2.1 Mục đích. 47
3.2.2 Loại ca cao được khảo sát48
3.2.3 Khảo sát kích thước cơ bản của quả ca cao. 48
3.2.4 Xử lý số liệu khảo sát49
3.2.4.1 Xử lý số liệu đo chiều dài L của quả ca cao. 49
3.2.4.2 Xử lý số liệu đo chiều rộng B của quả ca cao. 50
3.2.4.3 Xử lý số liệu đo chiều dày T của quả ca cao. 51
3.2.5 Kết quả khảo sát52
3.3 Thí nghiệm xác định lực cắt quả ca cao. 53
3.3.1 Mục đích thí nghiệm.. 53
3.3.2 Mẫu thí nghiệm.. 53
3.3.3 Số lần thí nghiệm.. 53
3.3.4 Thiết bị thí nghiệm.. 53
3.3.5 Tiến hành thí nghiệm.. 54
3.4 Thí nghiệm xác định lực đẩy quả ca cao. 55
3.4.1 Mục đích thí nghiệm.. 55
3.4.2 Số lần thí nghiệm.. 55
3.4.3 Thiết bị thí nghiệm.. 55
3.4.4 Tiến hành thí nghiệm.. 56
3.5 Cơ sở vật lý, tính năng suất và công suất máy thái58
3.5.1 Cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao. 58
3.5.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái59
3.5.2.1 Áp suất cắt thái riêng . 59
3.5.2.2 Độ bền và chất lượng vật thái60
3.5.2.3 Độ sắc lưỡi dao y. 60
3.5.2.4 Độ bền của vật liệu làm dao. 61
3.5.2.5 Vận tốc dao thái61
3.5.2.6 Khe hở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê. 61
3.5.2.7 Điều kiện kẹp vật thái giữa lưỡi dao và tấm kê thái62
3.5.2.8 Góc trượt và điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái63
3.5.3 Xác định công suất cho máy thái củ. 64
Chương 4. Ý TƯỞNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP. 68
4.1 Các yêu cầu thiết kế. 68
4.2 Các phương án thiết kế máy tách hạt ca cao. 69
4.2.1 Phương án tách hạt ca cao bằng máy đập búa. 69
4.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý. 69
4.2.1.2 Nguyên lý hoạt động. 69
4.2.1.3 Ưu và nhược điểm.. 70
4.2.2 Phương án tách hạt Ca cao bằng dao có bước xoắn. 70
4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý. 70
4.2.2.2 Nguyên lý hoạt động. 71
4.2.2.3 Ưu và nhược điểm.. 71
4.2.3 Phương án tách hạt ca cao bằng dao đĩa tròn. 71
4.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý. 71
4.2.3.2 Nguyên lý hoạt động. 72
4.2.3.3 Ưu và nhược điểm.. 72
4.2.4 Chọn phương án thiết kế hợp lí72
4.3 Các phương án thiết kế dao cắt vỏ ca cao. 72
4.4 Các phương án thiết kế bộ phận sàng. 74
4.4.1 Sàng thùng quay. 75
4.4.2 Sàng lắc. 75
4.4.3 Sàng rung. 77
4.5 Kết luận. 78
Chương 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾMÁY TÁCH HẠT CA CAO.. 79
5.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý. 79
5.1.1 Quy trình tách hạt ca cao thủ công. 79
5.1.2 Quy trình tách hạt ca cao bằng máy. 79
5.1.3 Sơ đồ nguyên lý máy tách hạt ca cao. 80
5.1.4 Nguyên lý hoạt động của máy tách hạt ca cao. 80
5.2 Tính toán thiết kế bộ phận bánh đẩy ca cao. 81
5.2.1 Xác định công suất động cơ. 81
5.2.2 Tính toán bộ truyền xích. 82
5.2.2.1 Chọn loại xích. 82
5.2.2.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích. 82
5.2.2.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền. 84
5.2.2.4 Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục. 85
5.2.3 Tính toán thiết kế trục. 87
5.2.3.1 Xác định sơ bộ đường kính trục. 87
5.2.3.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực. 87
5.2.3.3 Xác định trị số và chiều của các lực tác dụng lên trục. 88
5.2.3.3 Xác định đường kính trục. 91
5.3 Tính toán thiết kế bộ phận dao cắt vỏ quả ca cao. 92
5.3.1 Xác định công suất động cơ. 93
5.3.2 Tính toán bộ truyền xích. 94
5.3.2.1 Chọn loại xích. 94
5.3.2.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích. 94
5.3.2.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền. 96
5.3.2.4 Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục. 97
5.3.3 Tính toán thiết kế trục. 98
5.3.3.1 Xác định sơ bộ đường kính trục. 98
5.3.3.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực. 99
5.3.3.3 Xác định trị số và chiều của các lực tác dụng lên trục. 99
5.3.3.3 Xác định đường kính trục. 102
5.4 Tính toán thiết kế bộ phận sàng. 103
5.4.1 Tính toán và chọn động cơ cho sàng thùng. 104
Chương 6CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM MÁY TÁCH HẠT CA CAO.. 106
6.1 Chế tạo các bộ phận của máy tách hạt ca cao. 106
6.1.1 Chế tạo bộ phận dao cắt vỏ quả ca cao. 106
6.1.2 Chế tạo bộ phận sàng. 107
6.1.3 Chế tạo bộ phận bánh đẩy ca cao. 108
6.1.4 Chế tạo khung cho máy tách hạt ca cao. 109
6.2 Thực nghiệm xác định lực kéo cần thiết của lò xo. 109
6.2.1 Mục đích thực nghiệm.. 109
6.2.2 Phương pháp đánh giá. 109
6.2.3 Dụng cụ và nguyên liệu. 110
6.2.4 Chọn mẫu lò xo. 110
6.2.5 Tiến hành thực nghiệm.. 111
6.2.6 Nhận xét115
6.3 Thực nghiệm xác định góc nghiêng và tốc độ quay ảnh hưởng đến tỉ lệ tách hạt116
6.3.1 Mục đích thực nghiệm.. 116
6.3.2 Phương pháp đánh giá. 116
6.3.3 Dụng cụ và nguyên liệu. 116
6.3.4 Phương pháp tổ chức thí nghiệm.. 117
6.3.5 Kết quả thí nghiệm.. 117
6.3.6 Nhận xét121
6.3.7 Xử lý kết quả thực nghiệm.. 121
6.3.7.1 Tiến hành lập ma trận thí nghiệm.. 122
6.3.7.2 Xác định các tham số trong phương trình hồi quy bằng quy hoạch trực giao. 123
6.3.7.3 Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy. 123
6.3.7.4 Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher. 124
6.3.7.5 Tính hệ số xác định R2 để đánh giá độ chính xác của phương trình hồi quy. 125
6.4 Hoàn chỉnh thiết kế. 126
Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ128
7.1 Kết luận. 128
7.2 Kiến nghị129
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 130
PHỤ LỤC 1. 133
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.7: Giống ca cao TD1. 12
Hình 2.8: Giống ca cao TD2. 13
Hình 2.9: Giống ca cao TD3. 14
Hình 2.10: Giống ca cao TD5. 14
Hình 2.11: Giống ca cao TD6. 15
Hình 2.12: Giống ca cao TD8. 15
Hình 2.13: Giống ca cao TD10. 16
Hình 2.14: Giống ca cao TD14. 16
Hình 2.17: Rượu vang được làm từ ca cao. 18
Hình 2.18: Quy trình sơ chế ca cao. 29
Hình 2.19: Thao tác cắt trái khi thu hoạch ca cao. 30
Hình 2.20: Lưu trữ quả ca cao. 31
Hình 2.21: Tách hạt ca cao. 32
Hình 2.23: Phơi hạt ca cao. 34
Hình 2.25: Bảo quản hạt ca cao. 35
Hình 2.26: Sơ đồ nguyên lý của máy tách hạt ca cao hiệu Pinhalense. 36
Hình 2.27: Máy tách hạt ca cao hiệu Pinhalense. 37
Hình 2.28: Máy tách hạt Ca cao hiệu Cobre - PI20071690. 38
Hình 2.29: Sơ đồ nguyên lý máy tách hạt Ca cao hiệu Cobre - PI20071690. 39
Hình 2.30: Máy tách hạt Ca cao hiệu NACDA.. 41
Hình 2.31: Dao tách vỏ ca cao. 42
Hình 2.32: Máy tách vỏ Ca cao theo công trình nghiên cứu của Yan Diczbalis. 44
Hình 2.33: Máy bóc vỏ ca cao của cơ sở Phú Bình, huyện Châu Thành, Bến Tre. 45
Hình 3.1: Cấu trúc vật lý của quả ca cao. 47
Hình 3.2: Mặt cắt dọc quả ca cao. 48
Hình 3.3: Đo chiều dài L của quả ca cao. 49
Hình 3.4: Đo chiều rộng B của quả ca cao. 50
Hình 3.5: Đo chiều dày T của quả ca cao. 51
Hình 3.7: Sơ đồ đo lực cắt vỏ quả ca cao. 53
Hình 3.8: Đo lực cắt vỏ ca cao. 55
Hình 3.9: Sơ đồ đo lực đẩy quả ca cao. 56
Hình 3.10: Đo lực đẩy quả ca cao. 57
Hình 3.11: Sơ đồ lực tác dụng lên vật thái58
Hình 3.12: Sơ đồ thí nghiệm cắt thái có trượt – Cân Robecval59
Hình 3.13: Đồ thị quan hệ giữa lực tác động và quãng đường dịch chuyển của dao. 59
Hình 3.14: Diện tích lát thái 59
Hình 3.15: Quan hệ giữa áp suất cắt thái riêng và độ ẩm của vật thái60
Hình 3.16: Góc đặt dao, khe hở giữa cạnh sắc lưỡi dao và tấm kê. 61
Hình 3.17: Quan hệ giữa áp suất cắt riêng q và vận tốc cắt thái61
Hình 3.18: Góc kẹp vật thái lưỡi dao và tấm kê. 62
Hình 3.19: Góc trượt và xác định điều kiện trượt64
Hình 3.20: Sơ đồ quá trình cắt thái củ, quả. 67
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý máy đập búa. 69
Hình 4.2: Sơ đồ tách hạt Ca cao bằng buồng đập và hệ thống sàng. 69
Hình 4.3: Sơ đồ tách hạt Ca cao bằng 2 trục nghiền và hệ thống sàng lắc. 70
Hình 4.4: Sơ đồ tách hạt ca cao bằng dao đĩa tròn. 71
Hình 4.5: Đường kính dao khi cắt vỏ quả ca cao. 73
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý của sàng lắc ngang. 76
Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý của sàng lắc vòng. 77
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý của sàng rung có hướng. 78
Hình 5.1: Quy trình tách hạt ca cao bằng tay. 79
Hình 5.2: Quy trình tách hạt ca cao bằng máy. 80
Hình 5.3: Sơ đồ nguyên lý máy tách hạt ca cao. 80
Hình 5.4. Thiết kế bộ phận đẩy quả ca cao. 81
Hình 5.5: Gối đỡ và trục bánh dẫn. 87
Hình 5.6: Phân tích các lực tác dụng lên trục bánh đẩy ca cao. 88
Hình 5.7: Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mô men uốn, mô men xoắn của trục bánh đẩy. 90
Hình 5.8: Cấu tạo trục bánh đẩy ca cao. 92
Hình 5.9: Thiết kế bộ phận dao cắt vỏ quả ca cao. 92
Hình 5.10: Gối đỡ và dao cắt vỏ quả ca cao. 99
Hình 5.11: Phân tích các lực tác dụng lên trục dao cắt vỏ ca cao. 100
Hình 5.12: Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mô men uốn, mô men xoắn của trục dao. 101
Hình 5.13: Thiết kế bộ phận sàng thùng. 103
Hình 6.1: Chế tạo dao cắt vỏ ca cao. 106
Hình 6.2: Chế tạo trục dao và trục trung gian. 106
Hình 6.3: Xọc rãnh then cho các đĩa xích của bộ phận dao cắt107
Hình 6.4: Chế tạo đế lắp dao. 107
Hình 6.5: Lưới của bộ phận sàng. 107
Hình 6.6: Chế tạo khung cho bộ phận sàng. 107
Hình 6.7: Lắp ráp bộ phận sàng thùng. 108
Hình 6.8: Chế tạo nắp che cho bộ truyền xích. 108
Hình 6.9: Chế tạo bộ phận bánh đẩy ca cao. 108
Hình 6.10: Xọc rãnh then cho đĩa xích. 108
Hình 6.11: Chế tạo khung cho máy tách hạt ca cao. 109
Hình 6.12: Chế tạo máng chứa hạt ca cao. 109
Hình 6.13: Nguyên liệu ca cao. 110
Hình 6.15: Xác định lực kéo của lò xo. 111
Hình 6.16: Bộ phận dao cắt vỏ quả ca cao và lò xo kéo. 112
Hình 6.17: Kết quả thí nghiệm với lực kéo lò xo là 115,72 N.. 112
Hình 6.18: Kết quả thí nghiệm với lực kéo lò xo là 86,30 N.. 113
Hình 6.19: Kết quả thí nghiệm với lực kéo lò xo là 74,53 N.. 113
Hình 6.20: Kết quả thí nghiệm với lực kéo lò xo là 62,76 N.. 114
Hình 6.21: Kết quả thí nghiệm với lực kéo lò xo là 57,98 N.. 114
Hình 6.22: Biến tần, động cơ 3 pha và bộ phận sàng thùng. 116
Hình 6.23: Kết quả thí nghiệm với góc nghiêng α = 10o, n = 50 vòng/phút117
Hình 6.24: Kết quả thí nghiệm với góc nghiêng α = 10o, n = 20 vòng/phút118
Hình 6.25: Kết quả thí nghiệm với góc nghiêng α = 5o, n = 50 vòng/phút118
Hình 6.26: Kết quả thí nghiệm với góc nghiêng α = 5o, n = 20 vòng/phút119
Hình 6.27: Kết quả thí nghiệm với góc nghiêng α = 7,5o, n = 35 vòng/phút119
Hình 6.28: Kết quả thí nghiệm lặp lại với góc nghiêng α = 7,5o, n = 35 vòng/phút120
Hình 6.29: Kết quả thí nghiệm lặp lại với góc nghiêng α = 7,5o,n = 35 vòng/phút120
Hình 6.30: Hoàn chỉnh thiết kế máy tách hạt ca cao trong không gian 3 chiều. 126
Hình 6.31: Chế tạo hoàn chỉnh máy tách hạt ca cao. 126
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Đặc tính giống ca cao TD2. 13
Bảng 2.2: Đặc tính giống ca cao TD3. 13
Bảng 2.3: Đặc tính giống ca cao TD5. 14
Bảng 2.4: Đặc tính giống ca cao TD8. 15
Bảng 2.5: Đặc tính giống ca cao TD10. 15
Bảng 2.6: Thành phần cơ bản của ca cao. 17
Bảng 2.7: Thành phần vỏ ca cao. 19
Bảng 2.8: Thành phần hạt ca cao. 19
Bảng 2.9:Sảnlượnghạtcacaocủathếgiới21
Bảng 2.10: Tiêu thụ ca cao trên thế giới22
Bảng2.11: Sản xuất, tiêu thụ và giáthành hạtcacao trên thế giới qua các niên vụ. 23
Bảng 2.12: Giá hạt ca cao tại tỉnh Đắk Lắk tháng 08 năm 2014. 28
Bảng 2.13: Giá dự toán của máy tách vỏ ca cao theo S.K. Adzimah và E.K. Asiam.. 42
Bảng 2.14: Thông số kỹ thuật của máy bóc vỏ ca cao. 44
Bảng 2.15: Thông số thực nghiệm.. 45
Bảng 3.1: Phân phối xác xuất chiều dài L của quả ca cao. 49
Bảng 3.2: Phân phối xác xuất chiều rộng B của quả ca cao. 51
Bảng 3.3: Phân phối xác xuất chiều dày T của quả ca cao. 52
Bảng 3.4: Bảng đo thông số lực cắt vỏ ca cao. 54
Bảng 3.5: Bảng đo thông số lực đẩy quả ca cao. 57
Bảng 4.1: Lựa chọn phương án thiết kế máy tách hạt ca cao. 72
Bảng 5.1: Thông số động cơ bộ phận đẩy quả ca cao. 82
Bảng 5.2: Thông số động cơ bộ phận cắt vỏ quả ca cao. 93
Bảng 5.3: Thông số động cơ bộ phận sàng. 105
Bảng 6.1: Thông số lực kéo của lò xo. 111
Bảng 6.2: Kết quả thực nghiệm xác định lực cắt của lò xo. 115
Bảng 6.3: Kết quả thực nghiệm.. 121
Bảng 6.4: Các mức thực nghiệm.. 122
Bảng 6.5: Bảng ma trận thí nghiệm.. 123
Bảng 6.6: Các số liệu dùng để tính phương sai tương thích. 124
Bảng 6.7: Các số liệu để tính hệ số xác định. 125
Bàng 6.8: Các thông số của máy. 127
Bảng 6.9: Thông số thực nghiệm.. 127
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 2.1: Giá hạt ca cao trên thị trường London và New York niên vụ 2012/2013. 24
Biểu đồ 2.2: Diện tích trồng ca cao ở các tỉnh tính đến 11/2013. 26
Biểu đồ 3.1: Phân phối xác xuất chiều dài L của quả ca cao. 50
Biểu đồ 3.2: Phân phối xác xuất chiều rộng B của quả ca cao. 51
Biểu đồ 3.3: Phân phối xác xuất chiều dày T của quả ca cao. 52
Biểu đồ 6.1: Ảnh hưởng của lò xo đến tỉ lệ cắt vỏ quả ca cao. 115
Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong năm 2012 tổng kim ngạch xuất khẩu các mặt hàng nông sản của cả nước đạt gần 30 tỉ USD. Trong đó có sự đóng góp quan trọng của ngành hàng ca cao. Tuy đây là cây trồng mới ở nước ta nhưng ca cao đang được đánh giá là một cây nhiều tiềm năng của Việt Nam. [28]
Tháng 06 năm 2013 mức bán ca cao thô trên thị trường Luân Đôn ước đạt gần 2.600 USD/tấn. Ở thời điểm này thì cây ca cao đang được đánh giá là mặt hàng nông sản đầy tiềm năng và được trồng ở mười ba tỉnh ở phía Nam với diện tích là 25.000 hecta, chủ yếu là trồng đan xen. Thấy được tiềm năng và lợi thế này, chính phủ cũng đã xác định tăng diện tích từ 35.000 hecta năm 2015 lên 50.000 hecta năm 2020. Với những mục tiêu này thì Việt Nam đang nỗ lực đưa cây ca cao trở thành một trong những mặt hàng nông sản chủ lực trong những giai đoạn tiếp theo. [28]
Trong vài năm trở lại đây, giá ca cao hạt khô đã lên men trên thị trường tăng từ 45.000 – 60.000 đ/kg nên đã bắt đầu thu hút đông đảo nông dân đầu tư phát triển cây ca cao. Dưới những tán dừa ở xứ cù lao Bến Tre, ca cao cũng đã mang lại giá trị kinh tế cho người dân. [28]
Giá hạt ca cao suốt mười năm qua luôn ổn định từ 40.000 – 50.000 đồng/kg điều này cho thấy triển vọng đầu ra của cây ca cao ở Việt Nam rất sáng sủa. Với nhiều tiềm năng và lợi thế này Việt Nam đang có cơ hội để trở thành nước xuất khẩu mạnh về ca cao. Tuy nhiên trước những thách thức mới đang đặt ra thì điều kiện quan trọng để thúc đẩy ngành sản xuất ca cao phát triển ổn định và bền vững vẫn cần có những chiến lược thích hợp trong dài hạn. [28]
Ca cao Việt Nam được xuất khẩu dưới hai dạng thô và thành phẩm, trong đó xuất khẩu thành phẩm thu được lợi nhuận lớn hơn. Nếu bán ca cao sơ chế chỉ có thể lãi 15% trong khi đó sản phẩm từ ca cao như kẹo, bột có thể lãi đến 400%. Chính vì vậy cần có sự liên kết giữa nhà nước, nhà doanh nghiệp, nhà khoa học, nhà vườn trong việc trồng, chế biến và tiêu thụ ca cao. Để sản phẩm từ cây ca cao có vị trí xứng đáng trong nền kinh tế nông nghiệp cũng như trong hoạt động xuất khẩu nông sản của nước ta. [28]
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Ca cao là cây trồng đang được đánh giá là loại cây có nhiều tiềm năng ở Việt Nam. Cây ca cao hiện đang được đầu tư phát triển ở Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và các tỉnh ở Đồng Bằng Sông Cửu Long.
Ca cao sau thu hoạch được người công nhân tiến hành tách vỏ thủ công bằng tay để lấy hạt đưa vào quá trình chế biến. Công việc này tốn nhiều công lao động, thời gian tách hạt kéo dài, giảm chất lượng sản phẩm.
Do đó, việc thiết kế, chế tạo máy tách hạt ca cao để phục vụ cho quá trình chế biến sẽ giảm được lao động, tăng năng suất tách hạt, tiết kiệm được thời gian. Hơn nữa, việc chế tạo máy tách hạt ca cao đưa vào sản xuất là hướng đi thích hợp trong việc cơ khí hóa nông nghiệp, nông thôn trong giai đoạn hiện nay.
Để đáp ứng những yêu cầu trên, tác giả thực hiện đề tài “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy tách hạt ca cao”.
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Đề xuất được phương án đẩy quả ca cao có kích cỡ khác nhau qua bộ phận dao cắt vỏ quả ca cao.
- Đề xuất được đường kính dao, góc độ dao cắt vỏ quả ca cao.
- Đánh giá được sự ảnh hưởng của góc nghiêng và số vòng quay của sàng thùng ảnh hưởng đến quá trình tách hạt ca cao.
- Xác định được lực cắt vỏ quả ca cao, lực đẩy quả ca cao qua bộ phận dao cắt để cung cấp thông số đầu vào cho việc tính toán, thiết kế.
- Đề xuất được kích thước và độ lớn lực kéo của lò xo để quá trình cắt vỏ quả ca cao không bị bể.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đề tài đề xuất thông số thiết kế, thông số hoạt động của máy cũng như năng suất, chất lượng tách hạt làm cơ sở để phục vụ các công trình nghiên cứu tiếp theo trong quá trình chế biến ca cao.
- Xác định được đường kính dao phù hợp để cắt vỏ ca cao đạt hiệu quả.
- Đề tài đáp ứng nhu cầu của các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. Các cơ sở này không cần phải thuê nhiều lao động trong việc tách hạt ca cao bằng tay. Thay vào đó, họ có thể đầu tư máy tách hạt ca cao để phục vụ quá trình chế biến.
1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Đề tài khi thực hiện cho phép giải quyết:
- Đề xuất nguyên lý tách hạt ca cao bằng dao đĩa tròn.
- Cơ khí hóa khâu phân loại vỏ và hạt ca cao.
- Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh máy tách hạt ca cao công suất vừa và nhỏ mang lại hiệu quả kinh tế, rút ngắn thời gian tách hạt.
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu
- Các giống ca cao cần được tách hạt.
- Quy trình tách hạt ca cao.
- Cách thức cắt vỏ quả ca cao.
- Cách thức phân loại vỏ và hạt ca cao.
- Các loại máy tách hạt ca cao.
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài được tập trung nghiên cứu về “tính toán, thiết kế, chế tạo máy tách hạt ca cao” cho các giống ca cao TD1, TD2, TD3, TD5, TD6, TD8, TD10, TD14 (mục 2.1.3).
- Phần thu hạt được thực hiện bằng tay để phù hợp với các cơ sở chế biến quy mô nhỏ.
- Các thiết bị liên quan khác không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Chế tạo thử nghiệm máy tách hạt ca cao.
- Năng suất của máy 2400 quả/giờ.
1.6 Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Phương pháp phân tích lý thuyết
- Thu thập tài liệu từ các bài báo khoa học, tạp chí, sách giáo trình và nguồn từ internet trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu ưu nhược điểm của các phương pháp tách hạt ca cao từ các công trình trong và ngoài nước. Từ đó đề xuất giải pháp thiết kế máy tách hạt ca cao.
- Từ số liệu thí nghiệm, kết hợp cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế các bộ phận của máy tách hạt ca cao.
1.6.2 Phương pháp thực nghiệm
- Tiến hành thí nghiệm đo kích thước trung bình của quả ca cao, đo lực cắt vỏ ca cao và lực đẩy quả ca cao qua dao cắt.
- Tiến hành chế tạo thử nghiệm máy tách hạt ca cao, thử nghiệm hoạt động để lấy các thông số và hoàn chỉnh thiết kế.
- Thực nghiệm xác định lực kéo cần thiết của lò xo để quá trình cắt vỏ quả ca cao không bị bể.
- Thực nghiệm xác định góc nghiêng và số vòng quay của sàng thùng ảnh hưởng đến tỉ lệ tách hạt.
- Đánh giá kết quả và rút kinh nghiệm.
1.7 Kết cấu của luận văn tốt nghiệp
Đề tài “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy tách hạt ca cao”gồm có 7 chương:
- Chương 1: Mở đầu.
- Chương 2: Tổng quan.
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
- Chương 4: Ý tưởng và các giải pháp
- Chương 5: Tính toán, thiết kế máy tách hạt ca cao
- Chương 6: Chế tạo và thực nghiệm máy tách hạt ca cao
- Chương 7: Kết luận và kiến nghị.
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu chung về cây ca cao
2.1.1 NguồngốccâyCa cao
Cây ca cao (Theobroma Ca cao) thuộc về thứ (genus) Theobroma ca cao L., và họ (family) sterculiaceae. Thứ theobroma bao gồm hơn 20 loài (species), trong đó chỉ có loài Theobroma ca cao được trồng rộng rãi còn các loài khác hoặc hoang dại, hoặc rất ít được trồng. [1]
|
Hình 2.1: Cây ca cao [15]
|
Theobroma ca cao là loài duy nhất có giá trị thương phẩm và nó được chia ra hai loài phụ là Criollo và Forastero, ngoài ra còn có một loài nữa là Trinitario là kết quả của sự tạp giao giữa hai loài Criollo và Forastero. Tên Criollo (bản xứ) do người Tây Ban Nha đặt cho cây Ca cao trồng đầu tiên ở Venezuela. Nhóm Forastero là các giống ca cao thường của Brazil và Tây Phi, chúng phân tán tự nhiên trong thung lũng sông Amazon. Nhóm Trinitario là giống lai của hai giống trên xuất hiện đầu tiên ở hòn đảo Trinidad, thuộc địa Tây Ban Nha trong thế kỷ 18. [1]
Nông dân Maya là những người đầu tiên trồng cây ca cao ở Trung Mỹ và chủ yếu ở Mexico. Sử của người Astèque xác minh rằng, từ thế kỷ 14 cây ca cao đã được trồng ở Mexico. Ở đây gieo trồng và thu hoạch vào những dịp tổ chức các lễ bái tôn giáo. [1]
Thực tế thì chỉ trong những năm của thế kỷ 19 nghề trồng ca cao mới đạt được những tiến bộ đáng kể, giúp cho ngành sản xuất chocolate có cơ sở để phát triển ở Châu Âu. Ở Châu Mỹ, hai nước sản xuất ca cao mới xuất hiện là Ecuador và Brazil. Ở Châu Phi, cây ca cao chỉ mới trồng ở các hòn đảo của vịnh Guinea. [1]
Trong thế kỷ 20, sản xuất ca cao phát triển với quy mô rất lớn vì có sự mở rộng cực kì nhanh chóng các diện tích trồng cây ca cao ở Châu Phi. Trong giai đoạn 1945 - 1985, năm “cường quốc” ca cao là Brazil (19%), Cameroon (6%), Ghana (11%), Ivory Coast (30%) và Nigeria (6%). Từ năm 1985 trở lại đây, các nước Châu Á bắt đầu phát triển mạnh ca cao, trước hết là ở các nước Malaysia, Indonesia, Ấn Độ, Sri Lanka,… [1]
Ở Việt Nam, cây ca cao theo chân người Pháp đến Nam Bộ vào đầu thế kỷ 19, nhưng cây ca cao chưa bao giờ được trồng với quy mô đồn điền như cây cao su. Có lẽ vì cao su không thể thiếu với ngành công nghiệp Pháp, còn hạt ca cao thì không được như vậy. [1]
Khoảng năm 1994, một dự án của nhà nước về trồng cây ca cao với quy mô 10.000 ha được thực hiện, chủ yếu ở Quảng Ngãi nhưng đã thất bại vì nhiều lý do. Mong muốn phát triển trồng cây ca cao tương tự như cây cà phê không thành. [1]
Chương trình nghiên cứu giống ca cao của nhà nước được bắt đầu thực hiện từ năm 2000. Đến năm 2002, tổ chức Success Alliance có dự án phát triển cây ca cao mà khởi đầu từ tỉnh Bến Tre, sau đó là các tỉnh Tiền Giang, Bình Phước, Bà Rịa Vũng Tàu, Daklak. Đến nay một bộ giống ca cao gồm 8 dòng thương mại đã được công nhận để nhân giống phục vụ sản xuất. [1]
Tương lai của cây ca cao ở đồng bằng Sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên sẽ có nhiều tiềm năng để từ một quốc gia không có tiếng tăm về sản xuất hạt ca cao, Việt Nam có thể bước lên thành một cường quốc xuất khẩu hạt ca cao trên thế giới như đã thành công với cây cà phê. [1]
2.1.2 Đặc điểm thực vật học của cây ca cao
Ca cao là loại cây thân gỗ nhỏ, tán lá thuộc tầng trung bình, cây ca cao có thể cao 10 – 20 m nếu mọc tự nhiên. Trong sản xuất, khống chế ở chiều cao trung bình khoảng 3 – 5 m, đường kính thân 10 – 18 cm.
Thời kỳ kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài 25 – 40 năm, sau 3 năm cây bắt đầu ra hoa, kết quả và cho quả quanh năm. [1]
- Rễ
Bộ rễ ca cao gồm một rễ trụ chính dài 1,5 – 2,0 m, hệ thống rễ chủ yếu nằm ở tầng đất mặt 20 – 25 cm. Trên suốt chiều dài của rễ trụ có rất nhiều rễ ngang và 10 phân nhánh với nhiều rễ con. Các rễ con tập trung chủ yếu ở vùng phía dưới cổ rễ khoảng 20 cm, chiếm 80% khối lượng rễ. [1]
- Thân
Cây ca cao có hai loại thân:
+ Thân ca cao phát triển từ hạt có thể chia thành 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Hạt nảy mầm vươn lên mặt đất, đoạn thân dưới tử diệp không có mầm bất định là nơi để ghép khi nhân giống vô tính.
Giai đoạn 2: Cây sinh trưởng về chiều cao, tử diệp mở 4 lá đầu, mỗi đợt sinh trưởng thường kéo dài 6 tuần, đốt thường mọc dài trong giai đoạn này. Tuỳ theo điều kiện môi trường, trong giai đoạn này thân có thể cao 0,5 – 2,0 m.
Giai đoạn 3: Cây tạm ngừng sinh trưởng về chiều cao. Cành ngang trên đỉnh ngọn phát triển tạo tầng cành đầu tiên, cành ngang phát triển theo hướng nằm ngang hoặc nghiêng và lá đính trên cành ngang theo vị trí đối cách trong khi thân chính mọc thẳng đứng và lá mọc xoắn ốc. Nếu đỉnh ngọn bị tổn thương trước khi phát triển tầng cành, chồi bên ở nách lá tăng trưởng theo hướng thẳng đứng thành chồi vượt và sau đó cũng phân cành như thân chính. Sự phát triển lặp lại nên cây có thể có 4 – 5 tầng lá. [1]
+ Thân phát triển từ cành ghép (mầm ghép lấy từ thân cành chính hoặc chồi vượt của cây ca cao khác có nhiều ưu điểm hơn so với cây mọc từ hạt) không tăng trưởng thẳng đứng mà mọc ngang.
Sự sinh trưởng của thân mọc từ cành ghép cũng giống như thân của cây mọc từ hạt. Thân phát triển gồm nhiều cành chính, chồi nách phát triển sớm và nhiều nên cây có dạng bụi gồm nhiều cành chính và không có tầng cành.[1]
|
Hình 2.2: Thân cây ca cao |
- Lá
Lá non phát triển theo từng đợt, sau mỗi đợt lá đỉnh cành rơi vào trạng thái ngủ. Thời gian ngủ của lá ca cao phụ thuộc vào điều kiện môi trường nhưng thường kéo dài 4 – 6 tuần. Màu sắc lá non thay đổi tuỳ giống ca cao.
Lá trên cành chính (cành vượt) có cuống dài 7 – 9 cm, mọc theo hình xoắn ốc và dễ bị gió làm hư. Lá trên cành ngang có cuống ngắn từ 2 – 3 cm mọc đối cách và chịu được cường độ ánh sáng cao hơn lá trên thân chính. [1]
|
Hình 2.3: Lá ca cao |
- Hoa
Hoa ca cao thuộc hoa lưỡng tính, xuất hiện trên sẹo lá ở thân hoặc cành. Hoa ca cao thường nở tập trung vào mùa mưa, những nơi có đủ nước hoa thường ra quanh năm nhưng vẫn có đỉnh ra hoa rộ, hoa dài từ 1 – 3 cm, có 5 cánh đều đặn. Hằng năm hoa xuất hiện cùng một chỗ nên lâu ngày phình to ra được gọi là đệm hoa. Mỗi đệm hoa mang rất nhiều hoa và nếu bị tổn thương số lượng hoa sẽ giảm hoặc không ra hoa nữa.
Hoa bắt đầu nở từ khoảng 3 giờ chiều hôm trước đến 9 giờ sáng hôm sau. Hoa ca cao ra nhiều nhưng chỉ thụ phấn và đậu khoảng 1 – 5%, phần lớn hoa không được thụ phấn sẽ rụng sau 48 giờ. [8]
|
Hình 2.4: Hoa ca cao |
- Quả
Sự phát triển của quả ca cao: Sau khi thụ phấn, quả tăng trưởng chậm trong khoảng 40 ngày đầu và đạt tối đa sau 75 ngày. Sau khi quả được 85 ngày, sự tăng trưởng của quả chậm lại, hạt bên trong bắt đầu tăng trưởng nhanh, đây là thời kỳ hạt tích luỹ chất béo. Lớp cơm nhầy hình thành khi quả được 140 ngày, khi hạt tăng trưởng tối đa thì quả bắt đầu vào giai đoạn chín. Quả chín không nở bung ra và rất ít khi rụng khỏi cây nên cuống hóa gỗ rất dai. Từ khi thụ phấn đến khi quả ca cao chín kéo dài 5 – 6 tháng tùy theo giống. [8]
Hình dạng: Quả ca cao có hình dạng thay đổi theo giống, có thể là dạng hình cầu, hình trứng… Số lượng rãnh và độ sâu của rãnh trên quả cũng thay đổi, thường từ 5 – 10 rãnh, rãnh có thể nông, sâu hoặc trơn nhẵn.
Màu sắc: Quả ca cao có màu sắc khá đa dạng. Quả chưa chín có màu xanh, đỏ, xanh điểm đỏ tím… đến khi chín quả màu xanh chuyển sang màu vàng, đỏ tím chuyển sang màu da cam.
Vỏ quả có thể dày từ 1 – 3 cm, trọng lượng quả nặng từ 0,2 – 1 kg. Cây cho sản lượng cao nhất khoảng 9 – 10 tuổi. [8]
|
Hình 2.5: Quả ca cao |
- Hạt
Hạt ca cao có lớp cơm nhầy bao quanh có vị chua, ngọt và có mùi thơm. Hạt có vỏ mỏng, nhiều đường gân. Hạt ca cao rất dễ mất sức nảy mầm sau khi tách khỏi quả nên phải gieo ngay. Hạt khi tách khỏi lớp cơm nhầy và hong khô nếu được giữ trong mùn cưa có thể giữ sức nảy mầm khoảng 3 – 4 tuần. Lá mầm có màu tím, trắng ngà hoặc vàng nhạt tuỳ theo giống và sẽ hoá nâu sau khi lên men. Trong mỗi quả có từ 30 – 40 hạt và thường được chia làm 5 dãy. Mỗi hạt ca cao khô nặng khoảng 1 gram.
Kích thước hạt thay đổi tuỳ theo giống và mùa vụ. Hạt phát triển trong mùa khô thường có kích thước và trọng lượng nhỏ, lượng chất béo thấp và tỉ lệ hạt lép nhiều hơn trong mùa mưa. [8]
|
Hình 2.6: Hạt ca cao |
2.1.3 Các giống ca cao
Ca cao có 3 nhóm chính:
- Criollo: Hạt có chất lượng rất cao do có hương ca cao đặc trưng, cây phát triển kém, lá nhỏ, rất mẫn cảm với sâu bệnh.
- Forastero: Được trồng rộng rãi trên thế giới, có năng suất cao. Trong nhóm này loại Amelonado được trồng chủ yếu ở Châu Phi và Nam Mỹ.
- Trinitario: Có nguồn gốc từ Trinidad là con lai của hai loại trên.
Hiện nay tại Việt Nam, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã phê duyệt bộ giống ca cao được phép trồng rộng rãi trên cả nước. Đó là các dòng vô tính TD1, TD2, TD3, TD5, TD6, TD8, TD10, TD14 do trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh tuyển chọn. Đây là những dòng vô tính có tiềm năng năng suất từ 2 – 5 tấn/ha. [8]
+ Giống ca cao TD1: Nhân giống từ hai dòng ca cao PA 35 x NA 32. Vỏ trái xanh, khi chín màu hơi vàng, bề mặt vỏ sần sùi, chiều sâu rãnh hơi cạn, dạng trái nhọn, năng suất 2,4 tấn hạt/ha. Loại giống này thường nhiễm bệnh thối lá do phytopthora và bệnh nấm hồng.
|
Hình 2.7: Giống ca cao TD1 |
|
a) Trái xanh b) Trái chín |
........................
2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.5.1 Các nghiên cứu của nước ngoài
2.5.1.1 Máy tách hạt ca cao hiệu Pinhalense
- Thông số kỹ thuật: [32]
+ Năng suất: 1200 kg/giờ
+ Công suất động cơ: 1,5/2,0/3HP
+ Khối lượng máy: 1,430 kg
+ Hiệu suất tách hạt: 94 – 96%
+ Số lượng trục nghiền: 2
+ Điện áp sử dụng: 230/400V, 50/60 Hz, 3 pha
- Sơ đồ nguyên lý:
|
Hình 2.26: Sơ đồ nguyên lý của máy tách hạt ca cao hiệu Pinhalense |
|
(1) Phễu chứa ca cao |
(2) Trục nghiền |
(3) Máng |
|
(4) Sàng lắc |
(5) Bộ phận đảo trộn |
(6) Sàng tách vỏ lớn |
|
(7) Sàng tách hạt ca cao |
(8) Sàng tách vỏ vụn |
(9) Lò xo lá |
|
(10) Motor và cate sàng lắc |
(11) Motor trục nghiền |
(12) Bộ truyền xích |
- Nguyên lý hoạt động:
Máy tách hạt ca cao Pinhalense của Brazil hoạt động theo nguyên lý nghiền. quả ca cao được đưa vào phễu (1), hai trục nghiền có rãnh (2) quay ngược chiều nhau ép vỡ vỏ quả ca cao. Hỗn hợp vỏ và hạt ca cao rơi qua máng hứng (3) đến bộ phận sàng lắc (4). Phía trên sàng lắc có bộ phận tay gạt (5) để đảo, trộn hỗn hợp giúp cho các hạt ca cao rơi xuống dưới được dễ dàng. Vỏ ca cao có kích thước lớn được phân loại ở sàng số (6), hạt ca cao và một phần vỏ có kích cỡ gần bằng hạt được đưa ra ở sàng số (7), phần vỏ ca cao bị bể vụn được phân loại ở sàng số (8).
|
Hình 2.27: Máy tách hạt ca cao hiệu Pinhalense [32] |
- Ưu điểm:
+ Tách hạt theo nguyên lý này có ưu điểm cắt liên tục.
+ Không giới hạn về kích thước quả ca cao.
- Nhược điểm:
+ Dùng phương pháp này vỏ lẫn vào hạt nhiều, gây trở ngại trong quá trình ủ.
+ Tốn nhiều thời gian để phân loại phần vỏ còn lẫn trong hạt ca cao sau khi bóc vỏ.
...............................
Chương 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Đặc điểm của quả ca cao
Mỗi một loại quả đều có cấu trúc vật lý khác nhau. Việc khảo sát cấu trúc vật lý là công việc quan trọng để xác định các yếu tố đầu vào làm cơ sở cho quá trình thiết kế máy móc thiết bị.
Tuỳ theo từng loài, điều kiện sinh trưởng và kỹ thuật chăm sóc mà quả ca cao có chiều dài 10 – 30 cm, đường kính 6 – 10 cm, cân nặng từ 200 – 1000g. Hình dạng của quả từ hình cầu, hình dài và nhọn hoặc hình trứng. Màu sắc của quả khá đa dạng, có loại quả màu xanh, loại màu vàng và loại màu đỏ. [17]
Đặc tính của quả ca cao là khi chín thì vỏ không nở bung ra và ít bị rụng khỏi cây. Mỗi quả ca cao thường chứa 30 - 40 hạt được bao quanh bằng lớp nhầy. Lớp nhầy này có vị hơi ngọt và đó chính là cơ chất cho quá trình lên men khi ủ hạt. Cấu trúc vật lý của quả ca cao theo chiều dọc và ngang được thể hiện trong hình 3.1.
|
Hình 3.1: Cấu trúc vật lý của quả ca cao |
3.2 Khảo sát đặc tính của quả ca cao
3.2.1 Mục đích
- Đo các kích thước cơ bản của trái ca cao, lấy số liệu trung bình để có cơ sở phục vụ quá trình thiết kế.
- Trên cơ sở đó ta xác định được đường kính của dao, xác định được khoảng cách của hai trục bánh dẫn đẩy quả ca cao qua bộ phận dao cắt.
- Xác định các thông số kích thước của máy để chế tạo thực tế.
3.2.2 Loại ca cao được khảo sát
- Là 8 dòng ca cao được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê duyệt trồng rộng rãi trên cả nước. Đó là các dòng vô tính TD1, TD2, TD3, TD5, TD6, TD8, TD10, TD14 do trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh tuyển chọn. Các dòng này đang được trồng phổ biến ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long.
3.2.3 Khảo sát kích thước cơ bản của quả ca cao
|
Hình 3.2: Mặt cắt dọc quả ca cao |
- Chiều dài quả ca cao được ký hiệu là L (mm).
- Chiều rộng quả ca cao được ký hiệu là B (mm).
- Chiều dày vỏ ca cao được ký hiệu là T (mm).
Việc khảo sát kích thước cơ bản của quả ca cao được thực hiện với số lượng 300 trái ca cao thuộc 8 dòng ca cao được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê duyệt trồng rộng rãi trên cả nước. Số ca cao này được mua tại thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang.
3.2.4 Xử lý số liệu khảo sát
- Tiến hành đo cụ thể 300 trái ca cao được trình bày ở phụ lục 1.
- Lần lượt đo:
+ Chiều dài L của quả ca cao
+ Chiều rộng B của quả ca cao
+ Chiều dày T của vỏ ca cao
Ghi số liệu vào phụ lục 1, tiến hành xử lý số liệu theo các bước sau:
3.2.4.1 Xử lý số liệu đo chiều dài L của quả ca cao
|
Hình 3.3: Đo chiều dài L của quả ca cao |
Xử lý số liệu với chiều dài trung bình của quả ca cao là Ltb = 155,3 mm, phương sai 10,9. Chia mẫu ra làm 7 khoảng với tần suất tuyệt đối, tần suất tương đối được thống kê trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Phân phối xác xuất chiều dài L của quả ca cao
|
Khoảng của trung bình mẫu (mm) |
Tần suất tuyệt đối |
Tần suất tương đối |
|
120 đến 130 |
9,0 |
0,03 |
|
Trên 130 đến 140 |
16,0 |
0,05 |
|
Trên 140 đến 150 |
55,0 |
0,18 |
|
Trên 150 đến 160 |
131,0 |
0,44 |
|
Trên 160 đến 170 |
66,0 |
0,22 |
|
Trên 170 đến 180 |
19,0 |
0,06 |
|
Trên 180 đến 190 |
4,0 |
0,01 |
|
Tổng |
300,0 |
1,0 |
|
Biểu đồ 3.1: Phân phối xác xuất chiều dài L của quả ca cao |
|
0,00 125 135 145 155 165 175 185 |
|
(mm) |
|
(%) |
3.2.4.2 Xử lý số liệu đo chiều rộng B của quả ca cao
|
Hình 3.4: Đo chiều rộng B của quả ca cao |
Xử lý số liệu với chiều rộng B trung bình của quả ca cao là Btb = 86,0 mm, phương sai 5,9. Chia mẫu ra làm 7 khoảng với tần suất tuyệt đối, tần suất tương đối được thống kê trongbảng 3.2.
Bảng 3.2: Phân phối xác xuất chiều rộng B của quả ca cao
|
Khoảng của trung bình mẫu (mm) |
Tần suất tuyệt đối |
Tần suất tương đối |
|
71 đến 75 |
10,0 |
0,03 |
|
Trên 76 đến 80 |
15,0 |
0,05 |
|
Trên 81 đến 85 |
57,0 |
0,19 |
|
Trên 86 đến 90 |
134,0 |
0,45 |
|
Trên 91 đến 95 |
61,0 |
0,20 |
|
Trên 96 đến 100 |
17,0 |
0,06 |
|
Trên 100 đến 105 |
6,0 |
0,02 |
|
Tổng |
300,0 |
1,0 |
|
Biểu đồ 3.2: Phân phối xác xuất chiều rộng B của quả ca cao |
|
0,00 70,0 75,0 80,0 85,0 90,0 95,0 100,0 105,0 |
|
(%) |
|
(mm) |
3.2.4.3 Xử lý số liệu đo chiều dày T của quả ca cao
|
Hình 3.5: Đo chiều dày T của quả ca cao |
Xử lý số liệu với chiều chiều dày T trung bình của quả ca cao là Ttb = 18,4 mm, phương sai 1,2. Chia mẫu ra làm 7 khoảng với tần suất tuyệt đối, tần suất tương đối được thống kê trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Phân phối xác xuất chiều dày T của quả ca cao
|
Khoảng của trung bình mẫu (mm) |
Tần suất tuyệt đối |
Tần suất tương đối |
|
Trên 15 đến 16 |
14,0 |
0,05 |
|
Trên 16 đến 17 |
30,0 |
0,10 |
|
Trên 17 đến 18 |
60,0 |
0,20 |
|
Trên 18 đến 19 |
126,0 |
0,42 |
|
Trên 19 đến 20 |
44,0 |
0,15 |
|
Trên 20 đến 21 |
16,0 |
0,05 |
|
Trên 21 đến 22 |
10,0 |
0,03 |
|
Trên 15 đến 16 |
14,0 |
0,05 |
|
Tổng |
300,0 |
1,0 |
|
Biểu đồ 3.3: Phân phối xác xuất chiều dày T của quả ca cao |
3.2.5 Kết quả khảo sát
- Kết quả đo cụ thể 300 trái ca cao được trình bày ở phụ lục 1. Qua bảng kết quả ta có giá trị kích thước trung bình như sau:
+ Chiều dài L của quả ca cao: 120,0 mm ≤ L ≤ 189,0 mm
+ Chiều rộng B của quả ca cao: 72,2 mm ≤ B ≤ 105,0 mm
+ Chiều dày T của vỏ ca cao: 15,8 mm ≤ T ≤ 21,9 mm
- Giá trị trung bình:
+ Chiều dài trung bình của quả ca cao: Ltb = 155,3 mm
+ Chiều rộng trung bình của quả ca cao: Btb = 86,0 mm
+ Chiều dày trung bình của vỏ ca cao: Ttb = 18,4 mm
3.3 Thí nghiệm xác định lực cắt quả ca cao
3.3.1 Mục đích thí nghiệm
- Đo lực cắt vỏ ca cao.
- Sử dụng lực cắt làm cơ sở tính toán bộ phận cắt vỏ ca cao.
3.3.2 Mẫu thí nghiệm
Quả ca cao trong thời gian trữ thuộc các giống của 8 dòng ca cao được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê duyệt trồng rộng rãi trên cả nước. Số ca cao này được mua tại thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang.
|
Hình 3.6: Quả ca cao |
3.3.3 Số lần thí nghiệm
- Số lần thí nghiệm: 10 lần.
- Số mẫu thí nghiệm: 9 mẫu.
3.3.4 Thiết bị thí nghiệm
|
Hình 3.7: Sơ đồ đo lực cắt vỏ quả ca cao |
