Nghiên cứu tối ưu các thông số cơ bản làm cơ sở thiết kế, chế tạo máy thái măng năng suất 100kgh

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN VĂN THẠCH

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
LÀM CƠ SỞ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÁI
MĂNG NĂNG SUẤT 100KG/H

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 60.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐỖ MINH CƯỜNG

HUẾ - 2015


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả được tôi trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thạch


ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tôi luôn nhận
được sự hổ trợ, động viên và giúp đở của gia đình, quý thầy cơ giáo, cơ quan và bạn bè
đồng nghiệp.
Để hồn thành luận văn này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy giáo Đỗ Minh Cường đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt quá
trình học tập thực hiện đề tài này.
Ban giám hiệu, Phịng sau đại học, Khoa Cơ khí – Cơng nghệ, và qúy thầy cô
giảng viên Trường Đại học Nông Lâm Huế, đã tạo điều kiện, truyền đạt những kiến
thức, kinh nghiệm quý báu trong thời gian học tập tại trường.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, cơ quan, bạn bè đồng nghiệp đã tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi trong q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Huế, ngày 29 tháng 5 năm 2016
Học viên

Nguyễn Văn Thạch

.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................1
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................................1
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỂN .................................................................1
3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................1
3.2. Ý nghĩa thực tiển .....................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .............................................................. 2
1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................2
1.1.1. Tổng quan về nguyên liệu măng ...........................................................................2
1.1.1.1. Giới thiệu chung về tre lấy măng .......................................................................2
1.1.1.2. Thành phần dinh dưỡng của măng .....................................................................3
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ măng ở Việt Nam và thế giới ............................... 4
1.1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ măng ở Việt nam ...............................................4
1.1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ măng ở thế giới [6] ............................................4
1.1.3. Một số sản phẩm chủ yếu từ măng [6] ..................................................................5
1.1.3.1. Măng tươi ...........................................................................................................5
1.1.3.2. Măng muối chua .................................................................................................5
1.1.3.3. Măng tự nhiên .....................................................................................................5
1.1.3.4. Măng dầm dấm ...................................................................................................5
1.1.3.4. Măng khô ............................................................................................................6
1.2. CƠ SỞ THỰC TIỂN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................6


iv

1.2.1. Tầm quan trọng của máy thái măng ......................................................................6
1.2.2. Một số máy thái rau củ hiện nay ...........................................................................6
1.2.2.1. Máy thái sắn quay tay .........................................................................................6
1.2.2.2. Máy thái chuối ....................................................................................................7
1.2.2.3. Máy thái củ quả PKP – 2.0 .................................................................................8
1.1.2.4. Máy thái củ quả FC 501 .....................................................................................9
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .............................................................................................................11
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................11
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................11
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 11
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................11
2.2.1.Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái ................................................11
2.2.2. Tính tốn thiết kế và chế tạo máy thái măng .......................................................11
2.2.3. Khảo nghiệm hệ thống.........................................................................................11
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................11
2.3.1. Phương pháp tính tốn thiết kế ............................................................................11
2.3.2. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................................12
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI ....................13
3.1. CÁC CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI ........................................13
3.2. NHỮNG YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CẮT THÁI BẰNG
LƯỠI DAO.....................................................................................................................14
3.2.1. Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái ................................ 15
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng chính của dao thái ............................................................ 15
3.2.2.1. Độ sắc của lưỡi dao ..........................................................................................15
3.2.2.2. Góc cắt thái .......................................................................................................16
3.2.2.3. Độ bền của vật liệu làm dao .............................................................................17
3.2.2.4. Vận tốc của dao thái .........................................................................................17
3.2.2.5. Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật liệu.........................................................17

v

3.2.2.6. Quan hệ giữa lưỡi dao và tấm kê thái ............................................................... 20
3.2.3. Năng lượng cắt thái và công cắt thái riêng ..........................................................20
3.2.3.1. Năng lượng cắt thái ..........................................................................................20
3.2.3.2. Công cắt thái riêng............................................................................................ 22
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................24
4.1. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.....................................................................................24
4.1.1. Những yêu cầu cơ bản .........................................................................................24
4.1.2. Chọn phương án thiết kế .....................................................................................24
4.1.2.1. Các phương án chuyển động của dao ............................................................... 24
4.1.2.2. Chọn phương án thiết kế. .................................................................................26
4.2. TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ..........................................................28
4.2.1. Cơ sở tính tốn .....................................................................................................28
4.2.1.1. Chọn năng suất cho máy...................................................................................28
4.2.1.2. Chọn loại và số lượng dao ................................................................................28
4.2.1.3. Chọn đĩa cắt ......................................................................................................30
4.2.2. Tính tốn động lực học thiết bị ............................................................................31
4.2.2.1. Tính chọn số vịng quay của đĩa cắt .................................................................31
4.2.2.2. Tính lực cản cắt ................................................................................................ 32
4.2.2.3. Tính cơng suất cần thiết cho máy [7] ............................................................... 34
4.3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY............................................................ 35
4.3.1. Chọn động cơ dẫn động .......................................................................................35
4.3.1.1. Chọn quy cách động cơ. ...................................................................................35
4.3.1.2. Xác định tỷ số truyền động của tồn hệ thống, cơng suất, mơmen ..................36
4.3.2. Thiết kế bộ truyền đai ..........................................................................................37
4.3.2.1. Chọn loại đai và tiết diện đai. ...........................................................................37
4.3.2.2 Xác định các kích thước và thơng số bộ truyền ................................................38

4.3.3. Thiết kế trục .........................................................................................................42
4.3.3.1. Chọn vật liệu chế tạo ........................................................................................42
4.3.3.2. Tính sơ bộ đường kính trục .............................................................................42


vi

4.3.3.3. Tính gần đúng trục............................................................................................ 43
4.3.4. Tính then ..............................................................................................................49
4.3.5. Tính ổ lăn .............................................................................................................50
4.3.6. Thiết kế khung, thùng máy ..................................................................................51
4.3.6.1. Khung máy .......................................................................................................51
4.3.6.2. Thùng máy ........................................................................................................52
4.4. CHẾ TẠO MÁY THÁI MĂNG .............................................................................53
4.5. THỰC NGHIỆM MÁY THÁI MĂNG ..................................................................54
4.5.1. Sơ đồ bố trí và các thiết bị phục vụ thí nghiệm ...................................................54
4.5.1.1. Mục đích, yêu cầu và tiêu chí thực nghiệm ......................................................54
4.5.1.2. Sơ đồ bố trí thực nghiệm ..................................................................................55
4.5.1.3. Các thiết bị phục vụ thí nghiệm ........................................................................55
4.5.2. Thực nghiệm đánh giá máy thái măng ................................................................ 57
4.5.2.1. Chuẩn bị phương tiện thí nghiệm .....................................................................57
4.5.2.2. Vận hành thiết bị và tiến hành đo .....................................................................57
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................62
5.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................62
5.2. ĐỀ NGHỊ. ...............................................................................................................62
5.2.1. Hướng phát triển của đề tài .................................................................................62
5.2.2. Kiến nghị. ............................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................64

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng được xác định trong măng tươi của một số
loài tre ................................................................................................. 4
Bảng 4.1. Công suất – Tỉ số truyền – Số vịng quay – Mơmen ........................ 37
Bảng 4.2. các thơng số của bộ truyền đai thang. ............................................... 42
Bảng 4.3. Thông số ổ lăn ................................................................................... 43
Bảng 4.4. Chọn chiều dài trục ........................................................................... 43
Bảng 4.5. Thông số then ................................................................................... 46
Bảng 4.6. Thông số ổ bi .................................................................................... 50
Bảng 4.7. Số liệu trung bình tại vận tốc dao 220 vòng/phút ............................. 58
Bảng 4.8. Số liệu trung bình tại vận tốc dao 250 vịng/phút ............................. 58
Bảng 4.9. Số liệu trung bình tại vận tốc dao 280 vịng/phút ............................. 58
Bảng 4.10. Số liệu trung bình tại vận tốc dao 310 vòng/phút ............................. 59
Bảng 4.11. Đồ thị biểu diễn các thơng số góc đặt dao ở 00 ................................ 59
Bảng 4.12. Đồ thị biểu diễn các thơng số góc đặt dao ở 50 ................................ 60
Bảng 4.13. Đồ thị biểu diễn các thơng số góc đặt dao ở 10 0 .............................. 60


viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.

Tre trồng lấy măng ........................................................................... 2

Hình 1.2.

Một số sản phẩm măng trên thị trường hiện nay .............................. 5

Hình 1.3.

Máy thái sắn quay tay ....................................................................... 7

Hình 1.4.

Máy thái chuối cây ............................................................................ 8

Hình 1.5.

Máy thái củ quả PKP - 2.0 ................................................................ 8

Hình 1.6.

Máy thái kiểu sợi FC 501.................................................................. 9

Hình 3.1

Tác dụng cắt thái của lưỡi dao ........................................................ 13

Hình 3.2.

Đồ thị phụ thuộc lực cắt thái R vào độ dịch chuyển S ................... 14

Hình 3.3.

Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái .................................... 14

Hình 3.4.

Sơ đồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao với lưỡi dao có góc mài  15

Hình 3.5.

Cạnh sắc lưỡi dao ............................................................................ 16

Hình 3.6.

Góc cắt thái ..................................................................................... 16

Hình 3.7.

Đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ thái sâu .................................. 17

Hình 3.8.

Đồ thị phụ thuộc giữa áp suất cắt thái riêng và vận tốc dao thái ... 17

Hình 3.9

Vận tốc của điểm M trên cạnh sắc lưỡi dao .................................. 18

Hình 3.10. Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái ...................... 18
Hình 3.11. Đồ thị phụ thuộc của δ và N ........................................................... 20
Hình 3.12. Sơ đồ tính năng lượng cắt thái ........................................................ 21
Hình 3.13

Xét đoạn dao thái  S với góc quay dθ ........................................... 21

Hình 3.14

Các đồ thị phụ thuộc ....................................................................... 22

Hình 4.1.

Dao chuyển động tịnh tiến .............................................................. 25

Hình 4.2.

Dao chuyển động quay trịn ............................................................ 25

Hình 4.3.

Sơ đồ ngun lý máy thái măng ..................................................... 27

Hình 4.4.

Một số loại dao cắt thái ................................................................... 28

Hình 4.5.

Kích thước dao ................................................................................ 29

Hình 4.6.

Đĩa dao cắt ...................................................................................... 30

Hình 4.7.

Chế tạo đĩa và dao ........................................................................... 30


ix

Hình 4.8.

Góc trượt của vật liệu...................................................................... 31

Hình 4.9.

Đai hình thang thường .................................................................... 38

Hình 4.10. Phản lực tại các nút của trục ........................................................... 44
Hình 4.11. Biểu đồ Mơ men.............................................................................. 44
Hình 4.12. Bản vẽ phác thảo trục..................................................................... 46
Hình 4.13. Các kích thước thiết kế trục ............................................................ 49
Hình 4.14. Chế tạo trục ..................................................................................... 49
Hình 4.15. Sơ đồ trục ........................................................................................ 50
Hình 4.16. Các kích thước thiết kế khung máy ................................................ 51
Hình 4.17. Chế tạo khung máy ......................................................................... 51
Hình 4.18. Các kích thước thiết kế thùng máy ................................................. 52
Hình 4.19. Chế tạo thùng máy .......................................................................... 52
Hình 4.20. Các kích thước thiết kế cơ bản của máy thái măng ........................ 53
Hình 4.21. Chế tạo máy thái măng ................................................................... 54
Hình 4.22. Sơ đồ bố trí thực nghiệm ................................................................ 55
Hình 4.23. Bộ biến tần ...................................................................................... 56
Hình 4.24. Cân điện tử ...................................................................................... 56

Hình 4.25. Đồng hồ bấm giây ........................................................................... 56
Hình 4.26. Măng sau khi thái ............................................................................ 57


1

MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Măng là loại cây mọc phổ biến ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở nước ta, nó
có giá trị kinh tế cũng như giá trị dinh dưỡng cao được người dân ưa chuộng và chế
biến thành nhiều món ăn khác nhau phục vụ cho nhu cuộc sống hằng ngày. Đây cũng
là loại cây rất được chú trọng góp phần đa dạng cây trồng, làm thực phẩm cho con
người, là mặt hàng xuất khẩu mang lại giá trị kinh tế cao. Hiện nay, nhiều cơ sở chế
biến măng quy mô nhỏ chủ yếu sử dụng hình thức thái lát bằng tay vì vậy năng suất
thấp, sản phẩm không đồng đều, không đảm bảo vệ sinh an tồn thực phẩm, cần nhiều
nhân cơng hơn… khơng đảm bảo hiệu quả kinh tế. Trên thị trường đã có một số
loại máy thái măng, tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm như: giá thành đắt, chất
lượng làm việc kém, khơng phổ biến và cịn sản xuất đơn chiếc, chủ yếu do các
cơ sơ sản xuất cơ khí nhỏ lẻ chế tạo, các thông số của máy lựa chọn theo kinh nghiệm
mà chưa có nhiều nghiên cứu cơ bản về lý thuyết tính tốn thiết kế máy thái măng. Vì
vậy ảnh hưởng đến: năng suất và chất lượng thấp, tiêu tốn nhiều điện năng, tuổi thọ
máy thấp, mỹ quan công nghiệp chưa đạt yêu cầu…
Với những lý do trên việc nghiên cứu chế tạo máy thái măng phục vụ trong sản
xuất nông sản để tăng năng suất và cải thiện sức lao động của con người nhằm đem lại
hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu tối ưu các thông
số cơ bản làm cơ sở thiết kế chế tạo máy thái măng năng suất 100kg/h”.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Thiết kế và chế tạo mẫu máy nhằm nâng cao năng suất và chất lượng của
máy thái măng.

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỂN
3.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần nghiên cứu chuyên sâu về việc thiết
kế chế tạo các máy cắt thái nói chung và máy thái măng nói riêng.
3.2. Ý nghĩa thực tiển
Đề tài đã góp phần tạo ra một sản phẩm thiết thực, đáp ứng kịp thời nhu cầu của
đời sống kinh tế xã hội.


2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.1. Tổng quan về nguyên liệu măng
1.1.1.1. Giới thiệu chung về tre lấy măng
Tre có nguồn gốc vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc họ (Poaceae), trong
lớp thực vật một lá mầm. Nhưng đặc điểm hình thái của thân tre khơng giống các
lồi cỏ, cũng không giống các thân cây gỗ. Thân tre không mềm và cũng không quá
cứng. Dưới gốc cây là thân ngầm; trên mặt đất là thân kí sinh mang bẹ mo, cành và
lá. Do thuộc tính cây dễ trồng, tăng trưởng rất nhanh, thời gian thu hoạch ngắn, dễ
chế biến đồng thời tre được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau và mang lại
hiệu qủa kinh tế cao.
Về cấu tạo tre có rễ chùm, thân hình trụ, lóng rỗng và độ dài các lóng khơng
bằng nhau có màu xanh, màu vàng, màu nâu hoặc sọc trắng, xanh. Thân tre thẳng
đứng khơng phân nhánh, cứng, rỗng hình ống, chia thành từng lóng được phân chia
bởi các mắt, nơi mắt mọc những nhánh lá. Lá tre là cơ quan quan trọng của quá trình
quang hợp. Lá do bẹ lá và phiến lá tạo thành. Mo tre chính lá phiến lá trên thân. Mo
thường sớm rụng, nhưng có loại mo chỉ tách ra mà không rụng, chúng tồn tại trên thân

mấy năm. Mo nang có bẹ mo, lá mo, lưởi mo và tai mo. Tre chỉ ra hoa một lần, khi đó
gọi là tre khuy, hoa dạng bông, màu vàng nhạt, nhị hoa mang bao phấn màu vàng tươi.
Quả dạng như hạt thóc; quả rụng xuống mọc thành cây con.

Hình 1.1. Tre trồng lấy măng [14], [15]


3

Măng tre là loại thực phẩm sạch và được nhiều nước nghiên cứu, chế biến nhằm
mang lại giá trị xuất khẩu cao như Trung Quốc, Thái Lan, Đài Loan,…Ở nước ta cho
đến nay cũng đã tuyển chọn nhiều loại giống tre trồng để lấy măng như tre Lục Trúc,
Mạnh Tông, Tạp Giao, Mao Trúc, Điền Trúc,…Tuy nhiên tre Điền Trúc có nhiều ưu
điểm nổi bậc nên được chọn lựa và trồng nhiều tỉnh trong cả nước.
Tre Điền Trúc có tên khoa học là Sinocalamus sp, là loại tre láy măng có năng
suất cao (100 tấn/ha), búp măng kích thước lớn đường kính gốc 10 – 30cm, cân nặng 3
– 8 kg. Sau khi trồng 3 năm thì có thể thu hoạch trong thời gian từ 15 đến 20 năm.
Điền trúc là loại tre có thân mọc cụm, nhưng xa cây mẹ hơn các loại khác, thân khơng
có gai, thẳng, thành vách dầy, lá to, nhẵn, thân cao từ 7-8m, đường kính 9-12cm, măng
to, lớp mỏng, vị ngọt dịu và khơng đắng, ăn tươi được, nhưng khi chế biến màu không
đẹp (hơi tím) [6].
Điền trúc thích hợp trên nhiều loại đất và khí hậu khác nhau, nhưng phát triển tốt
trên tầng đất dầy, khí hậu ẩm, đất khơng bị ngập úng. Là loại cây ưa sáng, độ cao thích
hợp 600m so mức nước biển, khả năng phân bổ và thích nghi ở biên độ rộng.
1.1.1.2. Thành phần dinh dưỡng của măng
Măng tre có nhiều dinh dưỡng và cũng là món ăn truyền thống của nước ta.
Măng tre tươi, có nhiều dinh dưỡng là thức ăn truyền thống của nước ta. Măng khơng
chỉ là thức ăn hàng ngày mà cịn trở thành thương phâm, khơng chỉ ăn tươi mà cịn làm
chế phẩm công nghiệp. Chủng loại măng tre rất nhiều, số lượng được sử dụng cũng
ngày một tăng lên; hầu hết các nhà hàng, khách sạn lớn đều có món măng được chế

biến đơn giản hay cầu kỳ, sang trọng. Măng khô, măng hộp đã được nhiều nước ưa
chuộng và phổ biến trên tồn cầu.
Măng là một món rau tươi bổ. Theo phân tích, măng tươi có lượng đường,
lipit, protein và các chất P, Fe, Ca và các nguyên tố khác, các vitamin cũng khá
nhiều.
Theo luật tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm, các hàm lượng chất độc trong rau, quả,
nấm ăn đều phải có hạn độ nhất định. Thơng qua xác định, măng có sáu nguyên tố chất
độc là: g, As, Cu, Si, Fe, nhưng hàm lượng các chất đó khơng vượt quá phạm vi quy
định và có tác dụng chữa bệnh tốt.
Hiện nay, người ta coi măng là loài rau quan trọng và nước sản xuất măng lớn
nhất thế giới hiện nay là Trung Quốc, Nhật Bản và các nước Đông Nam Á. Thị trường
tiêu thụ măng lớn nhất là các nước Âu, Mỹ và Nhật Bản [10].


4

Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng được xác định trong măng tươi của một số loài tre
Loài
tre

Tổng Đường
Nước Protein Lipit Xenlul
Tro
P
Fe
đường khử
(%)
(%)
(%) o (%)
(%) (ppm) (ppm)

(%)
(%)

Trúc
cần
câu

90,8

3,23

0,21

0,89

0,46

0,44

1,31

391

11

149

Luồng

91,2

2,06

0,13

1,17

2,16

0,23

0,88

472

29

76

Trúc
sào

85,5

3,16

0,49

0,66

5,86

1,42

0,19

640

8,2

19

K
(ppm)

1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ măng ở Việt Nam và thế giới
1.1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ măng ở Việt nam
Theo kết qủa nghiên cứu của viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam (2008) thì có
trên 216 lồi thuộc 25 chi tre trúc phân bố tự nhiên ở Việt Nam với tổng diện tích ước
tính khoản 1.489.000 ha, trong đó 1.415.500 là rừng tự nhiên (thuần loài hoặc hỗn
loài), và khoảng 73.500 ha là rừng trồng tre trúc [8].
Mơ hình trồng tre lấy măng được triển khai ở các tỉnh miền núi và trung du phía bắc
như Tuyên Quang, Phú thọ, Vĩnh Phúc…; các tỉnh miền trung như Thanh Hóa, Nghệ An,
Quảng Bình, Thừa Thiên Huế… Đồng thời các tỉnh phía nam cũng đã bắt đầu trồng từ năm
2001 – 2002 như Gia Lai, Kon Tum, Đắk Lắk, Bình Phước… Trong đó diện tích măng tre
dẫn đầu là Gia Lai, Sơn La, Lai Châu, Hà Giang, Bắc Giang, Hà Tĩnh [6].
1.1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ măng ở thế giới [6]
Cho đến nay trên thế giới người ta đã phát hiện được 1.250 loài tre thuộc 47
giống tre trúc. Phần lớn các loại tre sống hoang dã tự nhiên ở các nước trong vùng
Đông Nam Á, bao gồm Đài Loan, Nhật Bản, Philippin, Lào Việt Nam, Malaixia,

Indonesia và một số tỉnh miền Nam Trung Quốc.
Các nước nhập khẩu chủ yếu là Nhật Bản và Mỹ, chiếm khoản 74% và 11,5%.
Theo Tổ chức nông lương thế giới (FAO), nhu cầu tiêu thụ sản phẩm măng trên thị
trường thế giới khoảng 250 ngàn tấn/năm và nhu cầu này có xu hướng tăng từ 18 –
21%/năm. Dự báo trong 10 năm tới, mỗi năm thế giới thiếu từ 25 – 30 tấn măng.
Trong đó các thị trường nhập khẩu lớn là Mỹ, các nước EU, Nhật Bản, Đài Loan, Úc.


5

Các sản phẩm măng tre ngày càng được các nước trên thế giới quan tâm. Vì vậy,
nhiều quốc gia đã đầu tư mạnh vào việc trồng, sản xuất và phát triển các sản phẩm
măng tre đáp ứng cho nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
1.1.3. Một số sản phẩm chủ yếu từ măng [6]
1.1.3.1. Măng tươi
Măng tươi được sử dụng như một loài rau tươi dùng để luộc,xào, nấu canh, ăn
sống. Tuy nhiên khi sử dụng măng tươi nếu luộc khơng kỷ dễ gây ngộ độc cấp tính với
biểu hiện nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn, trường hợp nằng có thể gây nên tử vong.
1.1.3.2. Măng muối chua
Măng chua là sản phẩm được chế biến bằng cách cho lên men lactic đường có
trong nguyên liệu, người ta muối chua bằng muối ăn.
1.1.3.3. Măng tự nhiên
Quy trình chế biến măng tự nhiên được thực hiện như sau: măng tươi bóc bẹ,
luộc chín loại bỏ chất đắng, tạo hình xếp vào lọ/hộp/thùng, rót dịch, đóng nắp,
thanh trùng, làm nguội, kiểm tra bảo ơn, dán nhãn, đống gói, nhập kho, tiêu thụ.

Hình 1.2. Một số sản phẩm măng trên thị trường hiện nay [15], [16], [17]

1.1.3.4. Măng dầm dấm
Quy trình chế biến măng đâm dấm được thực hiện như sau: măng tươi bóc bẹ,

luộc chín, tạo hình, chần, cân vào lọ, rót nước dịch, đóng nắp, thanh trùng, làm nguội,
bảo ơn, dán nhãn đóng gói, nhập kho, tiêu thụ. Măng dầm dấm thành phẩm được dùng


6

trong các bửa ăn hàng ngày.
1.1.3.4. Măng khô
Măng được sấy khô là một loại bán thành phẩm, phải qua chế biến tiếp mới sử
dụng được. măng khơ có độ già lớn hơn măng tự nhiên.
1.2. CƠ SỞ THỰC TIỂN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Tầm quan trọng của máy thái măng
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ việc áp dụng các máy cắt rau, củ,
quả đã được thị trường tiêu dùng ưa chuộng, không chỉ các nhà hàng, khách sạn,
xưởng chế biến thực phẩm mà còn được ứng dụng ở các hộ gia đình, hộ chăn nuôi,
trồng trọt. Nâng cao năng xuất trong sản xuất nông nghiệp nói chung và trong khâu
thái măng nói riêng. Sản lượng măng thái trong một đơn vị thời gian sẽ tăng gấp
nhiều lần, vừa thuận lợi cho quá trình sản xuất mà còn đảm bảo được chất lượng.
Nâng cao chất lượng măng sau khi thái, măng thái ra sẽ đồng đều về kích thước
và thuận tiện cho những giai đoạn chế biến về sau. Khi áp dụng máy thái sẽ giảm thời
gian và chi phí cho một đơn vị cơng việc góp phần làm giảm đáng kể sức lao động,
nâng cao năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân.
1.2.2. Một số máy thái rau củ hiện nay
Để giàm chi phí trong q trình sản suất và tăng năng suất cho người lao động,
hiện nay ở các nhà máy sản xuất thực phẩm hầu hết đều sử dụng máy cắt thái trong
dây chuyền sản xuất như: máy thái gia vị trong dây chuyền sản xuất mì tơm; máy thái
khoai tây, bí đỏ trong dây chuyền sản xuất bim bim, máy thái lát thịt, máy thái sắn, ...
Những chiếc máy đó có thể làm việc bằng thủ công hoặc tự động đều tùy thuộc vào
nhà sản suất và nhu cầu của người sử dụng.
Từ nguyên lý cắt thái chung, nhiều cơ sở trong nước cũng đã chế tạo ra một số

máy cắt thái phục vụ sản xuất. Tuy khả năng làm việc còn hạn chế so với máy nhập từ
nước ngồi nhưng góp phần làm giảm chi phí nhập khẩu. Mặt khác, chúng ta chế tạo
ra máy móc dựa trên tính chất của ngun liệu trong nước nên rất phù hợp và dễ sử
dụng. Nhưng do yêu cầu của sản xuất, một số nhà máy cũng đã nhập khẩu máy của
nước ngoài. Sau đây là một số máy đang được sử dụng hiện nay.
1.2.2.1. Máy thái sắn quay tay
Đây là máy thái sắn được được cơ sở Bình Quân sản xuất, model 2008. Cấu tạo
của máy gồm một giá đỡ, vòng bi gối đỡ, một tay quay lắp cố định vào đĩa, trên đĩa
được gắn các lưỡi dao. Khi làm việc người ta sẽ tác động vào tay quay và truyền
chuyển động quay này làm cho các lưỡi dao quay theo. Sắn được đưa vào và dao sẽ cắt


7

thành từng lát mõng rồi được thốt r ngồi qua khe hở.

Với loại máy này có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giá thành hạ và dễ sử dụng.
Nhưng nhược điểm là làm việc bằng thủ công, năng suất thấp, chất lượng cắt còn
kém, mức độ ứng dụng chưa cao. Do đó máy thái sắn loại này chỉ được sử dụng ở
các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, phần lớn được sử dụng ở các hộ gia đình.

Hình 1.3. Máy thái sắn quay tay [19]

1.2.2.2. Máy thái chuối

Đây là loại máy dùng để thái chuối cây. Cấu tạo máy thái chuối gồm: động cơ
điện, bốn vòng bi gối đỡ, hai lưỡi dao cắt, trục trung gian, trục chính và khung máy.
Máy làm việc được nhờ nguồn điện 220V, khi bật công tắc động cơ điện hoạt động
làm các lưỡi dao quay theo, người ta chỉ cần đưa thân cây chuối vào máy sẽ tự
động cắt ra những lát chuối mỏng và rơi ra ngồi. Để có những lát chuối dầy mỏng

theo u cầu thì có thể điều chỉnh kích cỡ có sẵn trên máy theo ý muốn của người
dùng.
Khi sử dụng loại máy này việc cắt thái nhanh hơn, điều chỉnh được lát thái
dày mỏng tùy theo yêu cầu sử dụng, tuy nhiên việc tiếp thị chưa tốt nên chưa được
sử dụng rộng rãi trong từng hộ gia đình.


8

Hình 1.4. Máy thái chuối cây [20]
1.2.2.3. Máy thái củ quả PKP – 2.0

Hình 1.5. Máy thái củ quả PKP - 2.0 [7]
1 – Thùng đựng củ quả; 2 – Đĩa lắp dao; 3 – Dao thái;
4 – Máng thoát sản phẩm; 5 – Trục quay; 6 – Tay quay; 7 – Bánh đai
Đây là loại máy thái kiểu đĩa, đặt thẳng đứng có thể quay tay hoặc dùng động cơ
(hình 1.5). Máy gồm có thùng đựng củ quả 1 dạng nón cụt, phần dưới lắp về một
bên trục máy, cửa cấp liệu kề sát với vùng quay của dao. Củ quả chất vào thùng,
do trọng lượng của bản thân sẽ áp sát vào mặt đĩa lắp dao. Đĩa dao 2 bằng gang,
đường kính 600mm, trên đó có lắp 4 dao lưỡi thẳng ở 4 khe thoát lát thái. Dao


9

thái có 2 lưỡi, lưỡi thẳng liền dùng để thái lát rộng, lưỡi răng lược dùng để thái
thành lát hẹp (bề rộng lát thái 15 – 20mm). Các dao thái lắp nghiêng 300 so với
mặt đĩa. Máng thoát sản phẩm thái 4 đặt phía dưới đĩa dao gắn liền với vỏ bao
đĩa. Trục quay 5 có 2 gối đỡ bi. Tay quay 6 lắp với bánh đai 7.
Để điều chỉnh chiều dày lát thái, trên dao có các lỗ dài vặn bu lơng để có thể dịch vị trí
dao so với mặt đĩa. Khi sử dụng có thể cho máy chạy bằng động cơ hoặc quay tay.

Đổ đầy củ quả vào thùng chứa. Củ quả sẽ dồn về cửa cấp liệu, ép vào mặt đĩa, được
các dao nạo thành lát. Các lát thái chui qua khe hở, thốt ra ngồi qua máng thốt 4. Khi
cần thái lát hẹp thì tháo lắp dao cho các dao răng lược làm việc. Chú ý trong trường hợp
này, cứ 2 dao răng lược mới cắt hết một lớp vật thái, nghĩa là phải lắp số dao chẵn. Máy
thái PKP – 2.0 có khả năng thái tốt đối với nhiều loại củ quả. Tuy nhiên khi thái lát hẹp thì
bị gãy vụn
1.1.2.4. Máy thái củ quả FC 501

Hình 1.6. Máy thái kiểu sợi FC 501 [21]
Hiện nay trên thị trường cũng đã có một số kiểu máy thái củ quả được nhập khẩu
từ nước ngoài như kiểu máy thái dạng sợi, thái dạng lát mỏng, nhưng số lượng không
nhiều. Máy thái kiểu sợi FC 501 làm việc nhờ vào dao cắt của máy có hệ thống chuyển
động quay quanh trục một cách liên tục, sản phẩm được cắt bỡi dao quay giống như thái
bằng tay vậy, có thể chế biến các loại lát đơng dược hoặc trong ngành thực phẩm như


10

thái sợi hoặc thái lát măng, khoai, cà rốt, củ cải, gừng, … và các loại củ khác cho ra
những sản phẩm có độ dày mỏng khác nhau.
Bên cạnh những tính năng nổi bậc ấy thì giá cả của những chiếc máy này cũng khá
cao khiến người tiêu dùng phải quan tâm. Do đó, hiện nay nó chỉ được sử dụng chính
trong các cơ sở chế biến đồ ăn nhanh, chế biến thực phẩm…


11

CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
-

Các loại măng được trồng trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế và Quảng Trị;

-

Các nguyên lý cắt thái và các loại máy thái măng;

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
-

Thiết kế chế tạo máy thái măng với năng suất 100 kg/h.

-

Đề tài được thực hiện trong phạm vi 6 tháng từ 9/2015 đến 3/2016.

2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1.Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của q trình cắt thái
2.2.2. Tính tốn thiết kế và chế tạo máy thái măng
-

Lựa chọn vật liệu, ngun lí, kết cấu của máy thái;

-

Tính tốn, thiết kế máy thái măng;

-

Tính tốn, lựa chọn động cơ;

-

Chế tạo máy thái măng.

2.2.3. Khảo nghiệm hệ thống
- Lắp đặt, khảo nghiệm, thay đổi các thông số làm việc và đánh giá năng
suất, chất lượng làm việc của máy;
-

Tính tốn giá thành của máy;

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp tính toán thiết kế
- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các quá trình cắt thái cũng như các quy
trình thiết kế máy thái;
- Lựa chọn nguyên lý cắt thái, nguyên lý truyền động, nguyên lý cấp liệu,
quy cách sản phẩm;
- Thiết kế các cơ cấu và hệ thống máy, các thông số hình học và cấu trúc của
máy được thể hiện trên bản vẽ sử dụng phần mêm AutoCad 2007;


12

- Trên cơ sở bản vẽ chi tiết, chế tạo máy thái măng tại xưởng khoa Cơ khí
Cơng nghệ.

2.3.2. Phương pháp thực nghiệm
- Thực nghiệm xác định năng suất, chất lượng cắt thái của máy thái măng khi
thay đổi tốc độ dao (4 mức tốc độ dao) và góc đặt dao (3 mức đặt dao).
- Năng suất của máy xác định bằng tỷ số giữa khối lượng măng mà máy đã
cắt được với thời gian, dùng cân với độ chính xác 0,1g và đồng hồ bấm dây;
- Chất lượng cắt thái được đánh giá thông qua quan sát độ đồng đều, độ dập
vỡ, chiều dày lát cắt theo yêu cầu…
- Thay đổi tốc độ của dao thông qua thay đổi tốc độ quay của động cơ nhờ
một máy biến tần.
- Thay đổi góc đặt dao thơng qua cơ cấu thay đổi góc đặt dao được thiết kế
trên hệ thống máy thái măng.
* Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tại khoa Cơ khí Cơng
nghệ, Trường Đại học Nơng Lâm Huế - Đại học Huế. Trong đó chú trọng đến việc
thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu của máy thái măng. Kết quả được tiến
hành phân tích, đánh giá và đi đến kết luận.


13

CHƯƠNG 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI

3.1. CÁC CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI [7]
Các bộ phận làm việc của máy cắt thái rau cỏ, củ quả thường dựa theo nguyên
lý cắt thái bằng cạnh sắc của lưỡi dao. Quá trình cắt thái thường được thực hiện
bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của
lưỡi dao theo hướng p pháp tuyến với cạnh đó hoặc theo hai hướng vng góc với
cạnh đó: vừa theo hướng p (hướng cắt pháp tuyến), vừa theo hướng q vng góc
với hướng p (hướng cắt tiếp tuyến), nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp r, hướng cắt
nghiêng (hình 3.1).

Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao
Viện sĩ V.P.Gơriatkin đã chứng minh rằng q trình cắt thí nghiệm có trượt làm
giảm đáng kể lực cắt và tăng chất lượng thái và được mơ tả bằng phương trình có
dạng:
3.

S  A.e N hoặc N S = C

te

(3.1)

Trong đó: A- hằng số;
S – độ dịch chuyển (mm);
N – lực cắt thái (N);
V.P.Gơriatkin gọi trường hợp cắt pháp tuyến (theo thí nghiệm S = 0) là q trình
chặt bổ, cắt thái khơng có trượt; (máy thái trống dao thẳng) trường hợp cắt nghiêng
(theo thí nghiệm S ≠0) là q trình cắt thái có trượt (máy thái kiểu đĩa dao hoặc trống
dao cong). Rõ ràng là khi cắt thái có trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt
thái không trượt.


14

Khi cắt thái có trượt bề rộng lát thái giảm, do đó q trình cắt thái dễ dàng hơn.
Lát thái do đoạn S của lưỡi thái trượt theo phương P với diện tích F (cm2) sẽ có bề
rộng bp nhỏ hơn bề rộng bn khi đoạn thái S thái không trượt (theo phương N) cùng
với diện tích F đó. Trên hình 3.3 ta có:

Hình 3.2. Đồ thị phụ thuộc lực cắt thái R vào độ dịch chuyển S
bp =

AAn
F
= bncos
 bn
AAp
AAp

(3.2)

Hình 3.3. Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái
Do tính chất đàn hồi của vật thái cũng làm giảm lực cắt thái. Các vật thái trong
nông nghiệp thường có tính đàn hồi và nhiều thớ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương đối với chỗ tiếp xúc với vật thái. Nếu vật cứng rắn
khơng đàn hồi, ít thớ thì cắt trượt bằng lưỡi dao khơng có tác dụng.
3.2. NHỮNG YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH CẮT THÁI BẰNG
LƯỠI DAO [7]
Để cắt thái vật liệu thành đoạn thái bảo đảm chất lượng, giảm được năng lượng
cắt thái, cần xét đến số yếu tố thuộc phạm vi dao thái và vật thái ảnh hưởng đến quá
trình cắt thái.


15

3.2.1. Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái
Áp suất cắt thái riêng q là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật
liệu và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật liệu thái. Nếu gọi
lực cắt thái cần thiết là Q (N) và độ dài đoạn lưỡi dao là S (cm) thì:

q

Q
S

N/cm

(3.3)

Theo viện sĩ V.P.Gơriatkin thì khi cắt thái khơng có trượt (chặt bổ τ= 0), đối với rau cỏ
là q= 40 - 80 (N/cm), cịn đối với củ quả thì q= 20 - 40 (N/cm). Cịn khi cắt có trượt thì
q thay đổi phụ thuộc vào góc trượt τ. Đối với măng củ, là loại vật liệu thái chứa
xenlulo, có thể xem như là loại rau cỏ nên chọn q = 40 - 60 (N/cm).
Trong quá trình thái lưỡi dao đi vào vật thái còn phải khắc phục lực ma sát T 1 do
áp lực cản của vật thái tác dụng vào mặt bên của dao và T2 do vật thái dịch chuyển bị
nén ép tác động vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao.
Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì:
Q = Pt + T1 + T2cos 

(3.4)

 - góc mài dao của lưỡi dao

Hình 3.4. Sơ đồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao với lưỡi dao có góc mài 
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng chính của dao thái
3.2.2.1. Độ sắc của lưỡi dao
Độ sắc của lưỡi dao chính là bề dày s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao. Đối với các
máy cắt thái s không vượt quá 100μm, nếu s quá 100μm lưỡi dao coi như bắt đầu cùn
và thái kém. Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. Nếu gọi ứng
suất cắt của vật liệu là  c thì q  s. c