Thiết kế và thử nghiệm hình dạng răng để tách vỏ và xơ dừa
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021)
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
65
THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HÌNH DẠNG RĂNG
ĐỂ TÁCH VỎ VÀ XƠ DỪA
DESIGN AND EXPERIMENT THE TOOTH SHAPE
TO SPLIT THE COCONUT’S SKIN AND FIBROUS HUSK
Đặng Hoàng Vũ1, Nguyễn Nhựt Phi Long 2, Dương Minh Hùng1
1 Trường Đại học Trà Vinh, Việt Nam
2 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam
Ngày toà soạn nhận bài 8/9/2020, ngày phản biện đánh giá 25/9/2020, ngày chấp nhận đăng 7/11/2020
TÓM TẮT
Cây dừa là một trong những cây kinh tế mũi nhọn của các tỉnh miền Tây Nam Bộ. Các
sản phẩm từ xơ dừa mang lại tiềm năng kinh tế cho địa phương như tơ xơ dừa, thảm xơ dừa,
chậu xơ dừa, mụn dừa, .. Quá trình tách vỏ và xơ dừa theo phương pháp truyền thống mất
nhiều thời gian và tiềm ẩn nhiều nguy cơ tai nạn lao động. Vì vậy, cần khắc phục khâu tách
vỏ dừa bằng cách chế tạo máy tách vỏ và xơ cho quá trình sản xuất xơ dừa. Bài báo trình bày
tính toán lý thuyết và mô phỏng hình dạng răng chẻ so với thực tế. Tính toán và thực nghiệm
tải trọng và moment xoắn cần thiết trên trục tách và dạng răng tách đảm bảo khả năng tách
được vỏ đa dạng quả dừa chín tự nhiên cho đến quả dừa khô.
Từ khóa: dừa chín tự nhiên và dừa khô; vỏ và xơ dừa; trục và dạng răng chẻ/tách; tải trọng
và moment xoắn cần thiết; máy tách vỏ và xơ dừa.
ABSTRACT
made from fibrous husk bring local economic potentials such as coir silk, coir carpet, coir pots,
and coco peat. The process of separating the coconut’s skin and fibrous husk by method
traditional much time and has potential risks of the occupational accident. So, it is necessary to
overcome the stage of peeling by fabricating the coconut’s skin and fibrous husk separator for
coir production. The paper presents theoretical calculation and the split tooth shape simulation
compared with actual experiments. Calculating and experimentation the required load and
torque moment on the separating shaft and the split tooth shape ensures the ability to separate
the diverse shells of natural ripe coconuts to dried coconuts.
Keywords: natural ripe and dried coconuts; skin and fibrous husk; shaft and the split tooth
shape; the required load and torque moment; the coconut’s skin and fibrous husk separator.
máy móc phù hợp để hỗ trợ các nhiệm vụ khác
nhau trong việc sản xuất và nâng cao chuỗi giá
trị cho quả dừa. Thiết bị tách vỏ truyền thống
hiện đang được sử dụng là cây nầm mang tiềm
ẩn nguy hiểm trong lao động và năng suất hạn
chế [1].
1. GIỚI THIỆU
Miền Tây Nam Bộ là nơi có diện tích
trồng dừa lớn nhất cả nước. Trong đó, các tỉnh
Trà Vinh, Bến Tre, Vĩnh Long chiếm diện tích
trồng dừa lớn và tập trung rất nhiều cơ sở sản
xuất các sản phẩm từ quả dừa: nước cốt dừa,
cùi dừa, dầu dừa, bánh dừa, kẹo dừa, tơ xơ
Bên cạnh đó, nhằm thay thế lao động trực
dừa, thảm xơ dừa, mụn dừa,.. Hiện nay, trong tiếp của con người, máy tách vỏ và xơ dừa với
quá trình sản phẩm từ xơ dừa, công đoạn tách các trục con lăn có răng nhọn có thể tách dễ
vỏ dừa cần được cải tiến so với phương pháp dàng với quả dừa có hình dạng và kích thước
truyền thống. Điều này đòi hỏi phải sử dụng bất kỳ. Máy dễ vận hành, không cần lao động
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021)
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
66
lành nghề, nhanh chóng, an toàn và bảo trì xanh, dừa Ta vàng, dừa Dâu xanh, dừa Dâu
đơn giản. Và việc tháo lắp, di chuyển cũng vàng, dừa Lửa, dừa Bung; giống dừa lai như
khá linh hoạt, tăng năng suất, và giảm rủi ro PB121, PB141, JVA1, JVA2, và cả một số
và tai nạn.
giống dừa đặc biệt khác như dừa Sọc, dừa
Sáp, dừa Dứa [6].
2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Mục tiêu thiết kế máy để tương thích với
các kích thước quả dừa thông dụng, đạt được
năng suất tách mong muốn. Trong nghiên
cứu này, tác giả chủ yếu tập trung vào loại
dừa lấy dầu. Kích thước đã được đo bằng
thước cặp ngoài. Tiến hành đo bằng thước
cặp ngoài, đường kính theo phương X và Y
chênh lệch rất ít. Ngoài ra, kích thước theo
phương Z (kích thước đo từ đầu quả đến chóp
đuôi quả dừa) cũng là kích thước góp phần
đáng kể trong thiết kế.
Việc cơ giới hóa công đoạn này sẽ gián
tiếp thúc đẩy kinh tế địa phương và góp phần
nâng cao chuỗi giá trị của dừa. Máy tách vỏ
dừa hiện nay được dựa trên nguyên lý hai trục
răng tách đặt song song với nhau theo khoảng
cách thích hợp. Hai trục con lăn có bố trí số
lượng răng cách nhau một khoảng cách và có
quan hệ song song với nhau. Hình dáng răng
tách và vị trí được thiết kế và bố trí trên trục
con lăn [2, 3]. Việc chọn bộ răng tách hợp lý
của máy giúp cho giảm thời gian sản xuất,
tăng năng suất, máy tiêu thụ điện năng thấp và
chi phí bảo trì cho máy thấp.
Hiện nay, một số dạng răng đang sử dụng
trong máy tách vỏ dừa là cọc nhọn, thanh răng
bản, răng bản xoắn, ..
Hình 2. Kích thước quả dừa theo 3 phương
Bảng 1. Kích thước quả dừa
Hình 1. Một số dạng răng máy tách vỏ dừa
X
Y
Z
STT
Trong nghiên cứu của G. Sujaykumar và
cộng sự [4], răng tách dạng cọc nhọn có kích
thước 30 × 40 mm, với moment xoắn bóc tách
là 45 Nm, đạt được năng suất 150 – 170
trái/giờ. Amal PV và cộng sự [5] đã đưa kích
thước dạng răng cọc nhọn là 25 x 27 mm, và
năng suất của máy đạt được trong khoảng 120
– 150 trái/giờ.
(mm)
(mm)
(mm)
1
2
143
157
162
168
210
216
237
234
241
253
139
146
161
170
208
220
240
245
238
245
160
167
198
210
230
243
272
281
287
290
3
4
3. GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT
3.1 Thu thập dữ liệu
5
6
Hình dáng và kích thước của quả dừa
trưởng thành có ý nghĩa quan trọng với thiết
kế máy tách vỏ. Hiện nay, tính đa dạng về
kích thước lẫn hình dạng của quả dừa thể hiện
qua một số giống dừa uống nước: dừa Xiêm
xanh, dừa Xiêm lửa, dừa Ẻo nâu, dừa Ẻo xanh,
dừa Tam Quan; giống dừa lấy dầu: dừa Ta
7
8
9
10
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021)
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
67
Hình 4. Quan hệ đường kính theo phương X
và Y của quả dừa với lực tách
Hình 3. Phân bố độ dày vỏ quả dừa
Hình 3 cho thấy độ dày vỏ ở phần đầu
cuống là 60 mm, ở phần gần đầu cuống là 34
mm, độ dày ở giữa vỏ và 24 mm từ một nửa
khoảng cách từ đầu xích lô và độ dày phần
chóp đuôi vỏ là 28 mm.
Bảng 2 và Hình 4 cho thấy lực cần thiết
để bóc tách vỏ dừa khô cao hơn lực cần thiết
để xuyên qua vỏ quả dừa và cho thấy lực tách
thay đổi dựa trên kích thước đường kính của
quả dừa.
3.2 Thực nghiệm các thông số lực cần thiết
3.3 Thiết kế trục răng tách
Vỏ dừa được tách ra thông qua lực tách
và moment được tác động bởi các con lăn có
răng cố định trong máy. Các lực này được đo
kiểm nghiệm thông qua thiết bị kiểm tra kéo
nén và kiểm tra moment. Các loại dừa khác
nhau như dừa thô, khô vừa phải, khô và khô
hoàn toàn cho kết quả lực xé và lực bóc tách
vỏ khác nhau.
Kích thước của trục con lăn hình trụ được
thiết kế theo cách để có được hiệu quả với vỏ
dừa. Giả định được sử dụng là các tiếp điểm
dừa với hình trụ ở góc 30 – 40 độ, tiếp xúc khu
vực và 1/8 chiều rộng của dừa nên được đưa
vào không gian trung gian giữa các trục.
Độ bám dính giữa các sợi trong vỏ dừa
lớn hơn so với giữa vỏ và sọ dừa; do đó quá
trình tách xảy ra ở vị trí vỏ ngoài. Độ dày của
sợi nằm trong khoảng từ 20 đến 60 mm. Kích
thước của răng nên được lựa chọn sao cho có
được sự thâm nhập hiệu quả với quả dừa. Các
lưỡi dao tách có thể được gắn vào các con lăn
hình trụ bằng cách hàn hoặc bằng cách sử
dụng ốc vít.
Bảng 2. Khảo nghiệm lực xé và tách các mức
độ chin của quả dừa
Lực
xé xuyên
(N)
Lực
bóc tách
(N)
Trạng thái
Dừa rám
250 – 265 350 – 400
(màu hơi xanh)
Dừa khô vừa
260 – 285
290 – 300
350 – 450
(màu nâu)
Dừa khô
350-450
(màu xám)
Dừa khô
hoàn toàn
(màu xám
hơi trắng)
300 – 330
400 – 450
Hình 5. Lực tác động trong khi tách vỏ.
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021)
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
68
con lăn có kích thước góc 640 mm × 600 mm
× 500 mm với kích thước con lăn có đường
kính trục là 114 mm, chiều dài 550 mm.
Khung bao gồm 2 con lăn trơn dẫn hướng dừa,
2 trục lăn. Trong đó có 1 trục mang răng tách
Mỗi trục con lăn là một thanh thép trụ có
đường kính 45mm, với chiều dài 750 mm
được đỡ ở hai đầu bằng vòng bi. Vòng bi 6207
với các thông số kỹ thuật sau đây: đường kính
lắp trục là 35 mm, dung sai của K6, khả năng
chịu tải tĩnh 8800 N, khả năng chịu tải động
12500 N, cho phép tối đa 13000 vòng/phút.
Lựa chọn các thông số kỹ thuật trên được thực
hiện trên đường kính trung bình của quả dừa
và các lực tác dụng trong mặt phẳng thẳng
đứng và nằm ngang.
Hình 6. Dạng răng tách vỏ.
Khoảng cách lưỡi đến chân là chiều cao
răng, được bố trí dọc theo trục hoặc chiều dài
của con lăn. Để chọn chiều cao răng, phụ
thuộc vào chiều dày trung bình của vỏ dừa,
chiều dài trung bình của dừa sẽ được xem xét
để chọn chiều dài bố trí răng. Chiều dài đoạn
răng được bố trí là 400mm. Các thanh răng
tách được gắn trên trục con lăn theo cách sao
cho số lượng tối ưu phải tiếp xúc với quả dừa.
Điều này sẽ giúp giảm tải cho mỗi răng. Do đó
chọn số lượng là 6 – 9 thanh răng phù hợp
nhất để có thể tiếp xúc tốt và hiệu quả
Từ các giá trị thí nghiệm Moment xoắn
cần thiết đã được xác định. Moment xoắn cần
thiết (Mx) để răng tách vỏ dừa tính toán như
sau:
Khoảng cách từ tâm ngõng trục tới vị trí
răng tách = 88,5mm.
Moment xoắn cần thiết (Mx) = 300 x
88.5mm = 26550 Nmm =26,55 Nm.
3.4 Phân tích lực
Với hệ số an toàn là k=1,25.
Tải trọng bằng tay (Fo) và trọng lượng
của quả dừa sẽ tác động tại điểm tiếp xúc trên
hai con lăn. Lực cắt (F1) và Lực tách (F2) sẽ
tác động vào giữa vỏ và gáo dừa. Kết quả của
hai lực này sẽ tác động lên con lăn quay trong
khi quay tách. Phương pháp đánh giá lực cắt
được xem xét để tính toán chịu lực. Các ký
kiệu sau đây được sử dụng trong tất cả các
tính toán mang được trình bày. RAx và RBx là
các tải trọng tác dụng lên ổ trục trong mặt
phẳng nằm ngang và Moment Mx.
Vậy Moment xoắn cần thiết Mx = 26,55 x
1,25 = 33,18Nm.
Hình 8. Hệ thống thực nghiệm thực tế
dạng răng
Với động cơ có công suất 1HP (0,745
KW), số vòng quay là 1360 vòng/phút thì
động cơ tạo ra lực Moment (Mx) là 5,23 Nm.
Công thức tính toán cơ bản trên cho thấy khi
trục răng tách quay với số vòng quay là từ 30
– 70 vòng/phút thì Moment trên trục tách sẽ
tạo ra từ 85 – 140 Nm. Khả năng máy có thể
Hình 7. Các lực tác dụng lên trục răng tách.
Thực nghiệm răng tách trên máy tách dừa
được chuẩn bị và vận hành bằng hệ thống
truyền động cơ khí. Hệ thống này tạo ra lực
tác động gấp nhiều lần so với lực tác dụng
trong phương pháp thủ công. Bàn máy đỡ trục
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021)
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
69
tách các loại quả có hình dạng và kích thước công theo kích thước thiết kế và sau đó được
khác nhau. Công suất của máy có thể tách 250 hàn trên bề mặt trục con lăn.
– 300 trái/giờ.
3.5 Mô phỏng thực nghiệm
Thực nghiệm mô phỏng biến dạng răng
tách bằng phần mềm Inventer phiên bản 2018
với các thông số thiết kế như trên. Chọn vật
liệu cho răng là thép CT38. Mật độ chia lưới
là 0.05. Kết quả cho thấy ứng suất khi tác
động với lực F1 = 300 N (lực cắt) và F2 = 300
N (lực bóc tách) thì Ứng suất đạt = 0,694
MPa nằm trong điều kiện làm việc của trục
răng tách.
Hình 10. Hệ thống trục răng bố trí
thực nghiệm.
Khoảng cách con lăn của máy đã được cố
định tính từ răng cách nhau 4 cm, đây là kích
thước của vỏ dừa sau khi lột đi qua, khoảng
cách này có thể thay đổi được bằng cách điều
chỉnh vị trí của trục con lăn có răng tách và
trục con lăn cố định. Việc các thông số cơ bản
như lựa chọn lực cắt, trọng lượng của quả dừa
và tải trọng bằng tay tác động lên dừa và kết
quả kiểm nghiệm biên dạng răng tách và số
lượng răng được bố trí trên trục góp phần
trong thiết kế và chế tạo máy tách vỏ một cách
hợp lý.
4
KẾT LUẬN
Nội dung chính của nghiên cứu này là
kiểm nghiệm giữa lý thuyết và quá trình thực
nghiệm thực tế của hệ răng tách vỏ trái dừa
khô. Kết quả cho thấy khả năng tách được của
bộ răng tách dạng thanh chẻ và từ đây có thể
áp dụng và phát triển chế tạo máy tách vỏ với
năng suất cao. Trong các cụm của máy tách
công suất cao quan trọng nhất đó là trục răng
tách vì thể dẫn đến ảnh hưởng chất lượng
phần vỏ dừa sau khi tách và sọ dừa (gáo dừa).
Máy tách vỏ dừa được nghiên cứu chế tạo
thay thế công lao động và tăng năng suất. Việc
các thông số cơ bản như lựa chọn lực cắt,
trọng lượng của quả dừa và tải trọng bằng tay
tác động lên dừa và kết quả thiết kế và kiểm
nghiệm dạng răng tách góp phần làm cho máy
tách vỏ tiêu thụ điện năng thấp và chi phí bảo
trì cho máy thấp tăng hiệu quả kinh tế cho các
cơ sở chế biến dừa.
Hình 9. Mô phỏng biến dạng trục răng với
ứng suất tác dụng lên răng tách.
Thực nghiệm thực tế thiết kế răng tách có
dạng thanh và nguyên lý tách vỏ bằng trục con
lăn trong đó hai con lăn chứa một loạt các
cạnh có răng sắc tác động vào vỏ dừa và tách
vỏ bằng chuyển động lăn liên tục. Trong đó
trục con lăn 1 sẽ đóng vai trò tách vỏ và trục
con lăn 2 sẽ đóng vai trò là con lăn dẫn hướng.
Trục con lăn 1 quay theo chiều kim đồng hồ
trong khi con lăn 2 quay theo chiều ngược
chiều kim đồng hồ. Các răng tách được gia
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021)
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] R.W. Titmas, R.S Hicklish, Coconut Husking Machine, US patent No.1724732, 1929.
[2] Muhammad.C.P, Final report of the Project on ‘Development of equipment and
technology for pre-processing of coconut, Kelappaji College of Agricultural Engineering
and Technology, Tavanur, India, 2002.
[3] Rahul Sabale, Dr. K. P. Kolhe, Design and Development of Coconut Dehusking Machine
for Marginal Farmers and Small Scale Coir Industry, International Engineering Research
Journal (IERJ), Special Issue 2 Page 3068-3076, 2015
[4] G. Sujaykumar, Shashidhar B. Asantapur, Vishwas C., Prashanth Kumar, Dhanush D,
Design and Fabrication of Coconut Dehusker, Journal of Mechanical Engineering and
Automation, 7(3): 77-81, 2017.
[5] Amal PV, Sibin Sebastian, Abhiram Babu E, Albin Jose Saibu, Prof. Sony Kuriakose,
Design and fabrication of coconut dehusking machine, International Research Journal of
Engineering and Technology (IRJET), Volume: 05 Issue: 04, pp 4485-4489, 2018.
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Đặng Hoàng Vũ
Trường Đại học Trà Vinh
Email: danghoangvutv@gmail.com
6 trang
15/04/2022
103860
Bạn đang xem tài liệu "Thiết kế và thử nghiệm hình dạng răng để tách vỏ và xơ dừa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- thiet_ke_va_thu_nghiem_hinh_dang_rang_de_tach_vo_va_xo_dua.pdf
