Trái chanh với lớp vỏ xanh bên ngoài có dược tính rất cao, thường ép lấy tinh dầu cho các loại dược phẩm. Vì tinh dầu vỏ chanh có hương thơm, công dụng làm giảm buồn nôn, có tính kháng khuẩn, chăm sóc da, hỗ trợ giảm cân ngăn ngừa ung thư, cải thiện bộ máy tiêu hóa. Đã có nhiều công ty sản xuất chế biến các sản phẩm từ vỏ chanh như bột chanh gia vị, vỏ chanh sấy, hương chanh... Nhiều sản phẩm từ trái chanh được xuất khẩu đem lại giá trị kinh tế.

Tuy nhiên, việc gọt vỏ trái chanh hiện tại vẫn còn phụ thuộc nhiều vào quy trình thủ công. Người công nhân hoặc người dân phải dùng dao các loại để gọt vỏ nên năng suất vẫn còn rất thấp, gọt lấn quá sâu vào phần thịt chanh và phụ thuộc nhiều vào tay nghề của công nhân. Vì vậy, phương pháp gọt thủ công thường tốn nhiều  thời  gian,  sức  lao  động  mà  năng  suất  lại không  cao. Do đó, máy gọt vỏ chanh được vận hành theo dây chuyền tự động sẽ mang lại hiệu quảvà chất lượng vỏ chanh cao hơn nhiều lần, đồng thời tiết kiệm được thời gian, nhân công, chi phí và giảm thiểu tai nạn lao động trong quá trình sản suất.

Nhiều kiểu máy gọt vỏ chanh đã có mặt trên thị trường để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Một số máy gọt vỏ chanh được biết đến trên thị trường là YDA-1200 được sản xuất vào năm 2012 có năng suất 1200 trái/giờ. Máy này có giá thành khá cao (khoảng 105 triệu đến 128 triệu) và khả năng gọt được 20 loại rau củ khác nhau với sự điều khiển của máy tính. Tuy nhiên, nhược điểm của máy này là các điều chỉnh chương trình máy để gọt rất phức tạp và khó sử dụng khi tiến hành gọt một loại quả khác.

Ngoài ra, máy gọt vỏ chanh bán tự động có xuất xứ từ Trung Quốc có công suất khá cao 3 tấn/ngày. Tuy nhiên, máy này cần một công nhân đặt trái đúng hướng, vị trí vào từng trục gọt vỏ thì mới vận hành được.

Như vây, để có thể gọt được vỏ trái chanh với chi phí thấp, hệ thống gọt vỏ trái chanh được tự động đưa đến vị trí cần gọt đã được thiết kế và thực nghiệm. Hệ thống đã chạy thử nghiệm thành công với trái chanh được gọt phù hợp dạng cắt sợi theo một chiều. Bài báo này được thực hiện nhằm đề xuất thiết kế hệ thống gọt vỏ trái chanh với biên dạng vỏ được gọt dạng sợi liền bằng cách di chuyển lưỡi dao trên cung tròn tiếp tuyến với mặt ngoài trái chanh và chanh được quay quanh trục thẳng đứng.

1. Thiết kế cơ khí

Tổng quát về hệ thống gọt vỏ trái chanh đề xuất được thiết kế, gồm năm thành phần chính với các nhiệm vụ như sau:

1.1. Bộ phận khung máy gọt vỏ chanh

Khung máy được thiết kế để chịu lực và kết nối sự liên kết các bộ phận của chi tiết máy. Phần khung máy được làm từ sắt hộp vuông 40 với kích thước 945 x 620 x 825 mm phù hợp và nhỏ gọn thuận tiện cho việc di chuyển.

1.2. Bộ phận dẫn động

Bộ phận dẫn động sẽ di chuyển từng trái chanh đến bộ phận con lăn ly tâm, nhờ cuộn xoắn được điều khiển bởi động cơ bước. Khoảng cách mỗi trái chanh được tách đều trên cuộn xoắn và rơi vào ổ chứa tại con lăn ly tâm.

1.3. Bộ phận con lăn ly tâm

Kích cỡ trái chanh được tóm tắt dựa trên khảo sát đặc tính giống chanh. Từ đó bộ phận con lăn ly tâm được thiết kế cho loại có kích cỡ trung bình và vừa với hai trục lăn quay ngược chiều nhau, nó tạo nên ổ chứa phù hợp nhiều loại cỡ chanh. Việc điều khiển con lăn quay với vận tốc độ phù hợp sao cho trái chanh đúng hướng theo chiều kim ghim.

1.4. Bộ phận bàn trượt ghim quay

Bộ phận bàn trượt có đầu ghim dạng 3 kim để cố định chanh và quay chanh quanh trục nhờ vào động cơ điều khiển trục ghim và bàn trượt cũng được điều khiển theo hướng lên xuống của bàn trượt.

1.5. Bộ phận dao gọt vỏ chanh

Bộ phận dao gọt vỏ trái chanh bao gồm dao quay góc cắt theo hướng từ dưới lên đỉnh. Vấn đề là lựa chọn lưỡi dao dạng hình cung phù hợp cho việc gọt vỏ chanh. Do đó, lực cắt được điều chỉnh bởi lò xo nén và tốc độ di chuyển dao gọt.

2. Thiết kế thí nghiệm

Sau quá trình chọn lựa chanh với kích cỡ vừa, đến giai đoạn gọt vỏ tại các cơ sở sản xuất mất một vài ngày trong thí nghiệm này, chanh sau khi được hái đã được bảo quản trong điều kiện bình thường từ 1 đến 3 ngày nhằm đảm bảo độtươi không bị mềm, héo và phù hợp với thực tế thu mua chanh.

Thí nghiệm được tiến hành 10 lần thử, mỗi lần thử cho 10 trái chanh có kich thước khác nhau. Để phù hợp với gọt vỏ dạng sợi theo máy gọt chanh bán thủ công, chanh đã được tuyển chọn qua khâu phân loại kích thước tại cơ sở thu mua tùy ý ở Hậu Giang. Hệ thống gọt vỏ trái chanh sau khi được chế tạo và được chạy thực nghiệm trên máy. Vào thời điểm thực hiện thực nghiệm, bộ phận đè trái chanh chữ C tự động thiếu lực nên trái chanh được tiếp sức lực đè vào giá tỳ đè hình chữ C trước khi bắt đầu quá trình ghim trái chanh để chuyển sang bộ phận xoay trái quanh trục gọt.

Trước khi thực hiện thí nghiệm, máy đã được điều khiển tốc độ quay trái chanh (110 vòng/phút) và vận tốc tịnh tiến dao (1/18 vòng/giây) sao cho lưỡi dao cắt liền có độ chồng lấp lên nhau vào khoảng 3,0 mm để tăng tỉ lệ gọt vỏ liền sạch khi bề mặt vỏ chanh nhiều lồi lõm. Lò xo nén tại dao gọt (vòng tròn đỏ) trong hệ thống hoạt động hiệu quả giúp dao cắt được lớp vỏ chanh theo đường cung tròn của trái chanh tốt hơn.

Trong 10 lần thử với độ sâu trung bình là 1,86 mm và lớn nhất là 2,1m, độ  cắt sợi vỏ  từ  3,0 mm đến 3,2 mm đạt được kết quả như sau: Hệ thống gọt được vỏ trái chanh hiệu quả với độ sâu dưới 1,9 mm đạt 80% và trên 1,9 mm đạt 97%, độ sắt sợi vỏ từ 3,0 mm đến 3,2 mm đạt 100%.

Thiết kế hệ thống gọt vỏ trái chanh với dạng sợi được gọt theo dạng tịnh tiến theo cung tròn đã được thiết kế và thử nghiệm thành công với độ sâu trung bình 1,86 mm và độ cắt sợi trung bình 3,1 mm.

Kết quả thử nghiệm cho thấy nguyên lý gọt này có thể gọt được vỏ trái chanh kích cỡ vừa và đạt năng suất trung bình khoảng 24 kg/giờ. Như vậy, thiết kế hệ thống gọt vỏ trái chanh đã đề xuất phù hợp cho các cơ sở nhỏ và vừa dạng hộ gia đình với công suất bằng hai công nhân.

Với hệ thống gọt đề xuất, hệ thống chỉ có thể áp dụng cho trái chanh có kích thước đường kính từ loại vừa trở lên. Vì thế, việc nghiên cứu thêm về bộ phận dẫn chanh và bộ phận con lăn ly tâm là cần thiết, nên được thiết kế  tương thích cho mọi kích cỡ khi đã phân loại, góp phần khai thác tối đa công suất gọt các loại trái chanh hiện có.