Ảnh: mô hình thiết kế máy tách sợi từ thân cây chuối
Nhóm sinh viên trường Đại học Cửu Long đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy có khả năng tách được sợi từ thân cây chuối bị bỏ đi sau thu hoạch, sợi sau khi tách có thể thay thế các loại sợi có trên thị trường và đồng thời áp dụng sản xuất các mặt hàng thủ công thân thiện môi trường. Để có thể giải quyết vấn đề trên nhóm nghiên cứu đã đưa ra các phương án thiết kế dựa trên tìm hiểu các nghiên cứu trước đó, tiếp tục phân tích các ưu, nhược điểm để chọn phương án thiết kế tối ưu. Cùng với sự hỗ trợ tính toán thiết kế máy bằng phần mềm Autodesk Inventor 2019, từ đó đưa ra các bản vẽ của máy được trình bày cụ thể với các thông số và yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất. Thông qua thực nghiệm để đánh giá được năng suất máy tách sợi đạt 2 kg sợi/h, máy đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, từ đó có thể áp dụng vào sản xuất thực tế tại các hộ dân.
TỔNG QUAN
Cây chuối là loại được trồng phổ biến ở nước ta, loại cây này chỉ ra quả một lần trong đời và sau thu hoạch phần còn lại của thân bị vứt bỏ như chất thải nông nghiệp, không còn giá trị kinh tế.
Hình 1. Thân cây chuối sau thu hoạch bị bỏ lãng phí.
Với xu hướng tái tạo và tận dụng những vật liệu từ thiên nhiên, tìm đến những sản phẩm thân thiện với môi trường ngày càng được ưa chuộng, đồng thời cũng thúc đẩy loại bỏ những sản phẩm, rác thải gây ảnh hưởng xấu đến con người thì sợi chuối được xem là một giải pháp mới, sợi tơ chuối hay còn gọi là sợi musa, loại sợi tự nhiên được biết đến với khả năng dẻo dai, bền chắc bậc nhất cùng với khả năng phân hủy sinh học đặc biệt, có thể thay thế các loại sợi khác.
Xuất phát từ những thực tiễn cũng như những ý nghĩa từ việc tận dụng sợi chuối mang lại, nhóm nghiên cứu mong muốn nghiên cứu để chế tạo máy tách sợi từ thân cây chuối với mục tiêu sẽ góp phần nâng cao năng suất, giảm công lao động cũng như giảm chi phí sản xuất cho các hộ dân, máy có kết cấu nhỏ gọn, dễ vận hành, giá thành phù hợp với các hộ nông dân, đạt năng suất tách 2 kg sợi/h, từ đó giúp đạt được những mục tiêu đề ra của đề tài.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Thông qua tham khảo những ưu, nhược điểm của các kiểu máy đã thương mại hóa, từ đó chúng tôi đã phân tích, đưa ra các phương án thiết kế, chế tạo máy tách sợi từ thân cây chuối và chọn ra phương án tối ưu.
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý làm việc.
Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai; 3- Đĩa cắt; 4- Miệng cấp liệu và trục cán; 5- Vỏ bảo vệ; 6- Puly; 7- Miệng thoát liệu; 8- Trục chính; 9- Trục chêm (thớt).
Nguyên lý hoạt động:
Khi động cơ 1 làm việc, truyền cho bộ truyền đai 2 qua Puly 6 làm cho trục 8 quay, đĩa cắt 3 quay thông qua trục chính dẫn động. Bẹ chuối được đưa vào từ miệng cấp liệu và được trục cán đưa vào lưỡi cắt thẳng (được gắn trên đĩa cắt 3). Bẹ chuối sau khi qua đĩa cắt được tách sạch phần bã khỏi sợi và rơi xuống ra theo miệng thoát liệu, sợi được kéo ngược lại và tiếp tục phần đầu còn lại.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sau khi lựa chọn được phương án thiết kế, nhóm chúng tôi thực hiện tính toán thiết kế thành công các bộ truyền, cơ cấu, chi tiết của máy tách sợi từ thân cây chuối, mô phỏng máy trên phần mềm.
Hình 3. Các cụm chi tiết 3D và máy chế tạo thực tế
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Qua quá trình chế tạo, chúng tôi nhận thấy so với thiết kế ban đầu là tương đối phù hợp. Máy tách sợi từ thân cây chuối đạt được những mục tiêu yêu cầu: dễ vận hành, vận hành ổn định, an toàn, năng suất đạt chỉ tiêu đề ra, sợi sau khi tách đảm bảo chất lượng yêu cầu, công suất động cơ phù hợp. Tuy nhiên năng suất hiện tại của máy chỉ có thể đáp ứng cho các hộ gia công nhỏ lẻ. Đối với các cơ sở sản xuất sợi quy mô lớn máy cần được cải tiến để đạt năng suất cao hơn.
Máy tách sợi này cần thêm thời gian để kiểm nghiệm hoạt động của máy như: độ ổn định, sự quá tải, công suất tối đa. Triển khai áp dụng thực tế lên các hộ gia đình trồng chuối nhỏ lẻ để có thể nhận định chính xác thông qua nhận xét đánh giá từ người dùng, từ đó tìm hướng tối ưu hóa máy để đạt được năng suất cũng như chất lượng tốt nhất. Tiếp tục khảo nghiệm với nhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau (độ cứng khác nhau) để xác định chính xác năng suất tạo sợi cũng như tính đa năng của nó.
Để tăng tính hiệu quả sử dụng của máy, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu lắp thêm bộ phận cấp liệu tự động để sản xuất theo hướng dây chuyền, cùng kết hợp với bộ phận se sợi tự động cho đầu ra nguyên liệu có thể sử dụng tùy theo mục đích. Lắp mạch điều chỉnh tốc độ của động cơ để điều chỉnh phù hợp với từng loại vật liệu khác, và đưa ra bảng hướng dẫn sử dụng điều chỉnh tốc độ.
Nghiên cứu và thử nghiệm làm vật liệu composite từ sợi chuối. Bằng cách thay đổi cách đan sợi tạo tấm và ghép nhiều tấm sợi chuối theo các phương khác nhau để thử nghiệm khả năng chịu lực tác động của các tấm composite này.
Để tận dụng phần bã chuối, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu ủ chúng để làm thức ăn cho trùn quế và làm phân bón.
Chúng tôi vô cùng mong muốn có thể đem công nghệ tách sợi từ thân cây chuối để áp dụng phổ biến với quy mô từ nhỏ lẻ cho tới các hợp tác xã, nhằm mục đích mở rộng phát triển mô hình này, giúp biến đổi những thứ từng là phế phẩm thành một sản phẩm mới thân thiện môi trường và con người, đồng thời tạo thêm một nguồn thu nhập mới cho các hộ dân.
