Nghiên cứu thiết kế cải tiến thiết bị làm bánh tráng rế tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế phong phú

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Sản phẩm của cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú 2 Hình 1.2: Lon được sử dụng để rải bột và dòng bột khi qua lon 4 Hình 1.3: Các sản phẩm bánh tráng rế

kế và chế tạo thiết bị sản xuất bánh tráng rế bán tự động đáp ứng phương pháp tạo hình cũng như đạt hiệu quả hoạt động cao hơn các thiết bị đã có Những nghiên cứu thực hiện trong luận văn gắn chặt với điều kiện sản xuất thực tế tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú, cơ sở đầu tư cho nghiên cứu của luận văn

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 192.1 Lý thuyết thiết kế kết hợp chuyển động đẳng hướng 19

3.3 Phương án thiết kế cơ cấu dịch chuyển nội suy 42

3.5.1 Lựa chọn phương án đường quỹ đạo tạo hình bánh rế 45

3.5.3 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu dịch chuyển nội suy 48

4.3 Thí nghiệm ảnh hưởng bán kính rải bột đến đường kính bánh 57

4.3.5 Ứng dụng phương trình hồi quy 644.4 Tính toán thiết kế cơ cấu dịch chuyển nội suy 65

6.1 Đánh giá quá trình hoạt động thử nghiệm của thiết bị 91

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sản phẩm của cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú 2

Hình 1.2: Lon được sử dụng để rải bột và dòng bột khi qua lon 4

Hình 1.3: Các sản phẩm bánh tráng rế với các kích thước lần lượt từ trái sang

Hình 1.4: Sản xuất bánh tráng rế thủ công tại cơ sở bánh tráng rế Phong Phú

Hình 1.5: Sản phẩm bánh rế được sản xuất bởi thiết bị do PGS.TS.Trần Doãn

Hình 1.6: Thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do PGS.TS Trần Doãn Sơn

thiết kế và chế tạo được ứng dụng trong dây chuyền sản xuất 8

Hình 1.7: Thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động tại cơ sở Phong Phú 9

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý rải bột của thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết

Hình 1.9: Quỹ đạo rải bột của thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết kế và

Hình 1.10: Bản vẽ thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do PGS.TS Trần

Hình 1.12: Vị trí trục chính của thiết bị gồm (a) Tấm kim loại xác định góc

quay của trục chính, (b) Cơ cấu cổ góp điện, (c) Bộ phận phanh trục chính 13

Hình 1.13: Thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do Kĩ sư Nguyễn Lâm

Thành thiết kế và chế tạo được sử dụng tại cơ sở Phong Phú 14

Hình 2.1: Bộ truyền đẳng hướng có kiểm soát vị trí sử dụng đai răng [4] 19

Hình 2.2: Bộ truyền đẳng hướng có kiểm soát sử dụng vitme và đai răng [4] 20

Hình 2.3: Tính toán khoảng làm việc của bộ truyền [4] 20

Hình 2.5: Biểu đồ ứng suất theo chiều chuyển động [4] 24

Hình 2.9: Ổ bi cầu cho phép các chuyển động không đồng phẳng [7] 29

Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động [8] 30

Hình 2.14: Hệ thống servo điều khiển momen xoắn [8] 33

Hình 2.16: Một dạng mạch Arduino và phần mềm giao tiếp 35

Hình 2.18: Chiều dài xung và góc quay của động cơ [9] 38

Hình 3.1: Mô phỏng quỹ đạo của tâm lon bột trong phương án 1 trên phần

Hình 3.3: Mô phỏng quỹ đạo của tâm lon bột trong phương án 2 trên phần

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu dịch chuyển nội suy dùng bộ truyền đai răng 43

Hình 3.11: Mô phỏng cơ cấu dịch chuyển nội suy 49

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý rải bột của thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết

Hình 4.4: Quỹ đạo rải bột của thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết kế và

Hình 4.5: Cơ cấu rải bột tại vị trí khoảng cách hai ổ bi cầu 70 mm 55

Hình 4.8: Chia các khoảng thí nghiệm trên thanh truyền 58

Hình 4.10: Điều chỉnh khoảng cách 2 ổ bi cầu trên thanh truyền 59

Hình 4.12: Bảng số liệu và kết quả biểu đồ đường trên Minitab 61

Hình 4.13: Phương trình hồi quy và biểu đồ thặng dư 62

Hình 4.15: Thanh truyền được tiện chích các vạch chỉnh đường kính bánh 65

Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu dịch chuyển nội suy dùng bộ truyền đai

Hình 4.17: Vị trí các cảm biến hành trình trên bộ nội suy 66

Hình 4.21: Biểu đồ tốc độ và momen của dòng động cơ SGMP-02A [8] 71

Hình 4.25: Cập nhập các cụm chi tiết trên phần mềm ANSYS 77

Hình 4.26: Thay đổi các liên kết và tiến hành tạo lưới 77

Hình 4.27: Tạo khớp cố định và đặt lực trọng trường 78

Hình 4.29: Hệ số an toàn về ứng suất trên các thanh dẫn 79

Hình 4.30: Mức biến dạng trên thanh dẫn hướng trục X 79

Hình 4.31: Mức biến dạng trên thanh dẫn hướng trục Y 80

Hình 4.32: Phản lực tại vị trí ổ trượt trên trục X 80

Hình 4.35: Mạch rơle điều khiển bằng tín hiệu từ Arduino 84

Hình 4.38: Chu trình rải bột tại mỗi mâm nướng bánh 85

Hình 6.1: Sản phẩm bánh rế của (a) thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm sự phụ thuộc đường kính bánh vào khoảng

Bảng 4.2: Kết quả đánh giá sai số của phương trình với thực tế 63

Bảng 4.3: Các đường kính vòng bột và khoảng cách 2 ổ bi tương ứng 65

Đây là một cơ hội lớn cho các cơ sở sản xuất bánh tráng rế Tuy nhiên, do năng suất không ổn định kèm theo nhu cầu lớn đã gây không ít khó khăn cho các cơ sở này Điều này xảy ra do phần đông các cơ sở sản xuất này thuộc ngoại vi thành phố nên lao động tại đây thường là lao động thời vụ, tay nghề không cao, thời gian và năng suất làm việc không ổn định Năng suất không ổn định đã làm các cơ sở sản xuất bánh tráng rế mất đi nhiều cơ hội để mở rộng thị trường

Thông qua sự giới thiệu của ông Nguyễn Hữu Trí thuộc Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ số 11P/17, phường An Lạc A, quận Bình Tân, thành phố Hồ Chí Minh, tôi đã nhận được yêu cầu nghiên cứu và thiết kế thiết bị tự động hóa quá trình sản xuất bánh tráng rế của ông Nguyễn Minh Hoàng, đại diện Cơ sở bánh tráng rế Phong Phú địa chỉ Ấp Mỹ An, xã Mỹ Lợi A, huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang Ông Nguyễn Minh Hoàng đã tạo điều kiện cho tôi tham khảo quá trình sản xuất thủ công cũng như nghiên cứu một số thiết bị sản xuất bán tự động tại cơ sở Cùng sự hỗ trợ về phương pháp nghiên cứu và lý thuyết tính toán của giảng viên hướng dẫn TS Mai Đức Đãi, sự trợ giúp về lập trình từ ThS Nguyễn Văn Đoàn và

cơ sở gia công từ ThS Nguyễn Hữu Trí, tôi đã nhận yêu cầu của ông Nguyễn Minh Hoàng

Thông qua nghiên cứu này, tôi sẽ đề xuất công nghệ và thiết kế thiết bị nhằm mục tiêu tự động hóa quá trình sản xuất bánh tráng rế tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú, giúp nâng cao năng suất cho cơ sở sản xuất

Hình 1.1: Sản phẩm của cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Thực tế tại cơ sở bánh tráng rế Phong Phú, số lượng công nhân lành nghề là 7 người, số công nhân thời vụ là 3 người và 4 thiết bị sản xuất bánh tráng rế bán tự động Cơ sở sản xuất với năng suất khoảng 3 đến 4 tấn bánh mỗi tháng Tuy nhiên năng suất này không ổn định do công nhân thời vụ thường xuyên nghỉ làm và thiết

bị bán tự động thường xuyên phải dừng hoạt động để bảo trì do hư hỏng kĩ thuật Thực trạng này theo ông Nguyễn Minh Hoàng đã làm mất một số lượng lớn đơn hàng của cơ sở đặc biệt là đơn hàng với một cơ sở sản xuất chả giò Đài Loan trong năm vừa qua

Yêu cầu ông Nguyễn Minh Hoàng đặt ra cho thiết bị sản xuất bánh tráng rế là máy đạt năng suất 80 kg bột mỗi ngày, ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 5 tiếng, chất lượng bánh theo yêu cầu được nêu ở mục 1.5 Nếu thiết bị này đáp ứng được yêu cầu này thì cơ sở sản xuất có thể cải thiện năng suất và nhận thêm đơn hàng và có thể mở rộng sản xuất, đề xuất thêm thiết bị Việc hoàn thành thiết bị này có ý nghĩa lớn đến

sự phát triển của cơ sở sản xuất đồng thời mang lại một nguồn lợi và uy tín cho cơ

sở chuyển giao công nghệ mà tôi cùng hợp tác

Bên cạnh đó, việc nghiên cứu, đề xuất công nghệ và thiết bị tự động hóa quá trình sản xuất bánh tráng rế giúp góp phần giải phóng sức lao động của công nhân, ổn định năng suất cũng như chất lượng sản phẩm của cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú Đồng thời cũng là cơ hội để tôi có thể góp phần mình cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền sản xuất sản phẩm nông nghiệp vốn là thế mạnh của quốc gia

Những lý do trên đã trở thành động lực thôi thúc tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế cải tiến thiết bị làm bánh tráng rế tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú”

1.3 Mục tiêu của đề tài

- Khảo sát quá trình sản xuất, hệ thống thiết bị tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú

- Đánh giá ưu, nhược điểm của thiết bị hiện có

- Đề xuất thiết kế cải tiến

+ Phương pháp tạo hình bánh rế

+ Thiết kế cơ cấu tạo hình bánh rế

+ Thiết kế hoàn chỉnh thiết bị

- Chế tạo thiết bị, tiến hành thí nghiệm và hoàn thiện thiết kế

1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú tăng năng suất, qua đó đáp ứng được thêm yêu cầu của thị trường

- Giảm ảnh hưởng của yếu tố công nhân đến chất lượng, sản lượng của sản phẩm bánh tráng rế tại cơ sở sản xuất

- Mang lại nguồn lợi kinh tế cho cơ sở sản xuất bánh tráng rế cũng như cơ sở chuyển giao công nghệ mà tôi cùng hợp tác

1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu

1.5.1.1 Bánh tráng rế đƣợc sản xuất thủ công

- Bánh tráng rế sản xuất thủ công tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú

- Hỗn hợp bột bánh bao gồm nước, bột mì, bột gạo, đường, muối được pha theo tỉ lệ quy định tại cơ sở sản xuất

Hỗn hợp này được đánh đều đến khi có dạng hồ, khi chảy qua các lỗ trên lon tạo thành những đường mảnh

Hình 1.2: Lon được sử dụng để rải bột và dòng bột khi qua lon

Bánh loại 200 mm: 5 – 6 gram

Bánh loại 220 mm: 7 – 8 gram

Hình 1.3: Các sản phẩm bánh tráng rế với các kích thước lần lượt từ trái sang phải

160 mm, 200 mm và 220 mm

- Phương pháp tráng bánh thủ công bằng chảo:

Bước 1: Xoay vành ngoài để tạo biên dạng bánh

Bước 2: Tạo đường rế trong điền đầy những khoảng trống

Bước 3: Bánh chín nhờ nhiệt từ bếp, công nhân quan sát độ chín của bánh và khi bánh vừa tróc khỏi chảo thì lấy ra

Bước 4: Bánh được ủ cho mềm và nguội trước khi được đóng gói

- Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng bánh:

Bánh có vòng rế đều, kín để khi cuốn chả giò không bị lộ nhân ra ngoài

Bánh có biên dạng ngoài tròn, đạt yêu cầu kích thước

Bánh có khối lượng theo yêu cầu

Bánh đã qua quá trình ủ phải mềm, không bị khô

- Năng suất của quá trình sản xuất thủ công

Một công nhân đã qua đào tạo, trung bình hoàn thành khoảng 40 kg bánh một ngày với 2 ca làm việc, mỗi ca làm việc 5 tiếng

Hình 1.4: Sản xuất bánh tráng rế thủ công tại cơ sở bánh tráng rế Phong Phú và sản

phẩm thủ công

1.5.1.2 Bánh tráng rế đƣợc sản xuất bằng thiết bị bán tự động

- Bánh được sản xuất bằng thiết bị bán tự động có kích thước và khối lượng tương đương với bánh được sản xuất thủ công

- Khác biệt giữa sản phẩm của thiết bị và thủ công là phương pháp tạo đường rế

+ Thiết bị do PGS.TS.Trần Doãn Sơn thiết kế và chế tạo

Không có vành ngoài tạo biên dạng bánh, các đường rế trong dạng elip

Hình 1.5: Sản phẩm bánh rế được sản xuất bởi thiết bị do PGS.TS.Trần Doãn Sơn

thiết kế và chế tạo

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu nguyên lý tạo vòng rế từ phương pháp sản xuất thủ công và các thiết

bị bán tự động đã có, từ đó đề xuất nguyên lý tạo vòng rế

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị bán tự động sản xuất bánh tráng rế theo nguyên lý tạo vòng rế được đề xuất, thỏa các yêu cầu được đại diện cơ sở Phong Phú đề xuất:

+ Số công nhân vận hành: 1 công nhân thực hiện việc gỡ bánh

+ Năng suất: 100 kg bánh mỗi ngày, ngày làm 2 ca, mỗi ca 5 tiếng

+ Sản phẩm bánh tráng rế đáp ứng yêu cầu về hình dạng, kích thước và khối lượng

+ Thiết bị sử dụng nhiệt từ năng lượng gas để làm chín bánh

- Các nghiên cứu được thực hiện tại

Cơ sở bánh tráng rế Phong Phú Địa chỉ Ấp Mỹ An, xã Mỹ Lợi A, huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang

- Thời gian nghiên cứu:

Từ tháng 09/2016 đến tháng 08/2017

1.6 Nghiên cứu trong và ngoài nước

1.6.1 Nghiên cứu ngoài nước

Bánh tráng rế là sản phẩm truyền thống của Việt Nam nên không có các kết quả nghiên cứu ngoài nước

1.6.2 Nghiên cứu trong nước

1.6.2.1 Thiết bị sản xuất bánh tráng rế bán tự động – PGS.TS.Trần Doãn Sơn

Được ông Nguyễn Minh Hoàng tạo điều kiện, tôi được nghiên cứu thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do PGS.TS Trần Doãn Sơn, Trường Đại học Bách Khoa, thiết

kế và chế tạo Thiết bị được cấp bằng sáng chế (Số bằng sáng chế: 1-0007568, cấp ngày: 02/03/2009 tại Việt Nam) [13] và đã được công ty Cổ Phần Chế Biến Hàng Xuất Khẩu Cầu Tre nhập và áp dụng cho dây chuyền sản xuất của công ty

Hình 1.6: Thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết

kế và chế tạo được ứng dụng trong dây chuyền sản xuất

Thông số kỹ thuật thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết kế và chế tạo

- Thiết bị đạt năng suất 80 kg mỗi ngày, ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 5 tiếng

- Các kích thước bánh có thể sản xuất 160mm, 180mm, 200mm và 220mm

- Thiết bị sử dụng điện 220 V, 50 Hz; công suất 6 kW

- Số người vận hành thiết bị: 1 công nhân thực hiện công việc quan sát và lấy bánh

đã chín, đồng thời bôi trơn cho bề mặt chảo

Hình 1.7: Thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động tại cơ sở Phong Phú

Nguyên lý hoạt động [14]

Thiết bị bao gồm lon bột được chuyển động theo quỹ đạo cong nhờ cơ cấu tay quay

- con trượt và đĩa bánh tráng được chuyển động quay tròn, mâm xoay có các đĩa tráng bánh chuyển động phân độ không liên tục để mang đĩa tráng bánh sau khi tráng bánh sang vị trí làm chín bánh và lấy bánh, đồng thời đưa đĩa tráng bánh đã được bôi mỡ vào vị trí tráng bánh, phía dưới đáy lon bột được đục một hàng lỗ theo đường thẳng qua tâm

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý rải bột của thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết kế

và chế tạo

Hình 1.9: Quỹ đạo rải bột của thiết bị do PGS.TS Trần Doãn Sơn thiết kế và chế

tạo

Hình 1.10: Bản vẽ thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do PGS.TS Trần Doãn

Sơn thiết kế và chế tạo [13]

Vân bánh được hình thành nhờ hai chuyển động kết hợp với nhau: chuyển động theo quỹ đạo cong của lon bột do cơ cấu tay quay - con trượt tạo nên và chuyển động quay tròn của đĩa tráng Bánh được làm chín nhờ điện trở bố trí ở phía dưới mỗi đĩa tráng bánh Cơ cấu phân độ của mâm xoay nhờ công tắc hành trình không tiếp xúc sẽ ngắt chuyển động quay tròn của mâm xoay Vân bánh và đường kính bánh có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi khoảng cách từ tâm lon bột so với tâm đĩa tráng bánh

Hình 1.11: Cơ cấu tay quay – con trượt

Phân tích ưu, nhược điểm

Hình 1.12: Vị trí trục chính của thiết bị gồm (a) Tấm kim loại xác định góc quay

của trục chính, (b) Cơ cấu cổ góp điện, (c) Bộ phận phanh trục chính

- Nhược điểm

+ Tổn hao công suất lớn

Sự tổn hao này xảy ra do trục chính tương đối nặng (khoảng 60 kg) nên cần một động cơ công suất lớn (750 W) để tạo chuyển động nhưng lại liên tục bị buộc dừng đột ngột mỗi khi quay được 72o bởi phanh (Hình 1.12 (c)) Góc

quay này được xác định nhờ vào một cảm biến kim loại và tấm kim loại định

vị (Hình 1.12 (a))

+ Cổ góp điện (Hình 1.12 (b)) thường xuyên phải bảo trì (1-2 tuần) do mòn

chổi than

+ Thiết bị phải được bảo dưỡng sau mỗi 5 ngày hoạt động

+ Mâm nhiệt thường xuyên bị đứt do quá nhiệt

Điều này xảy ra do bố trí cảm biến nhiệt sai nguyên lý dẫn đến việc cảm biến không đo đúng nhiệt độ để ngắt điện mâm nhiệt

1.6.2.2 Thiết bị sản xuất bánh tráng rế bán tự động – KS Nguyễn Lâm Thành

Thiết bị sản xuất bánh tráng rế bán tự động do Kĩ sư Nguyễn Lâm Thành thiết kế và chế tạo đang được áp dụng sản xuất tại cơ sở Phong Phú

Hình 1.13: Thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do Kĩ sư Nguyễn Lâm Thành

thiết kế và chế tạo được sử dụng tại cơ sở Phong Phú

Thông số kỹ thuật thiết bị làm bánh tráng rế bán tự động do Kĩ sư Nguyễn Lâm Thành thiết kế và chế tạo

- Thiết bị đạt năng suất 80 kg bánh mỗi ngày, ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 5 tiếng

- Các kích thước bánh có thể sản xuất 160mm, 180mm, 200mm và 220mm

- Thiết bị sử dụng điện 220 V, 50 Hz; khí nén và gas

- Số người vận hành thiết bị: 1 công nhân thực hiện công việc quan sát và lấy bánh

đã chín, đồng thời bôi trơn cho bề mặt chảo

Bánh được làm chín nhờ nhiệt độ từ bếp gas bên dưới các mâm nướng bánh

Phân tích ưu, nhược điểm

+ Lửa bếp gas dễ tắt trong quá trình chuyển động

+ Có hiện tượng rò rỉ gas

+ Thiết bị thường xuyên phải bảo dưỡng

1.7 Phương pháp nghiên cứu

- Áp dụng Phương pháp quan sát khoa học [2] nhằm phân tích phương pháp tạo hình bánh rế trong quá trình sản xuất thủ công tại cơ sở bánh tráng rế Phong Phú

- Áp dụng Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm [2] nhằm phân tích phương pháp tạo hình bánh rế được áp dụng trong các thiết bị sản xuất bánh tráng rế đang được ứng dụng tại cơ sở bánh tráng rế Phong Phú

- Áp dụng Phương pháp thực nghiệm khoa học [2] nhằm đề xuất các phương pháp tạo hình bánh rế cho thiết bị đang nghiên cứu

có năng suất làm việc 80 kg bánh một ngày, ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 5 tiếng với các ưu điểm hơn các thiết bị sẵn có:

+ Hoạt động ổn định

+ Giảm hao phí năng lượng

+ Bảo đảm an toàn cháy nổ khi sử dụng gas

+ Tuổi thọ cao hơn và ít phải bảo dưỡng

- Hồ sơ kết quả vận hành thực tế làm tiền đề cho cải tiến trong tương lai

xuất: Quy mô, Thời

gian làm việc, Môi

trường, Phương pháp

sản xuất thủ công,

Thiết bị tại cơ sở

Cơ sở bánh tráng rế Phong Phú

KS Phạm Thế Linh Video,

Hình ảnh

Cơ sở chuyển giao công nghệ

KS Phạm Thế Linh

TS Mai Đức Đãi ThS Nguyễn Văn Đoàn (Hỗ trợ)

Phương pháp tạo hình bánh rế Quỹ đạo vòng rế

Cơ sở chuyển giao công nghệ

KS Phạm Thế Linh ThS Nguyễn Hữu Trí (Hỗ trợ)

Ông Nguyễn Minh Hoàng (Tham khảo ý kiến)

Kết quả thí nghiệm

và phương pháp tạo hình bánh rế được áp dụng

Cơ sở chuyển giao công nghệ

KS Phạm Thế Linh ThS Nguyễn Hữu Trí

Thiết bị sản xuất bánh tráng rế

Cơ sở chuyển giao công nghệ

KS Phạm Thế Linh ThS Nguyễn Văn Đoàn (Hỗ trợ)

Chương trình tự động hóa cho thiết bị

KS Phạm Thế Linh ThS Nguyễn Hữu Trí Ông Nguyễn Minh Hoàng (tham khảo ý kiến)

Sửa chữa các lỗi còn tồn tại của thiết bị Thiết bị hoàn chỉnh

thiết bị, chuyển giao

công nghệ cho cơ sở

- Lấy kết quả thực tế

hoạt động tháng đầu

của thiết bị

Cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú

KS Phạm Thế Linh Ông Nguyễn Minh Hoàng (tham khảo ý kiến)

Công nhân tại cơ sở sản xuất

Kết quả vận hành thực tế của thiết bị

08/2017 - Phân tích, đánh giá Phòng KS Phạm Thế Linh Hồ sơ

hướng phát triển cho

tương lai của thiết bị

nghiên cứu

Cơ sở chuyển giao công nghệ

TS Mai Đức Đãi ThS Nguyễn Văn Đoàn

ThS Nguyễn Hữu Trí

đánh giá kết quả quá trình nghiên cứu

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết thiết kế kết hợp chuyển động đẳng hướng

Nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất nhiệt độ do việc di chuyển các mâm bánh trong những thiết bị trước, thiết kế mới loại bỏ việc di chuyển của nguồn nhiệt và các mâm bánh

Như vậy, cần thiết phải có một cơ cấu để di chuyển cơ cấu rải bột đi qua các mâm Đây là một điều kiện thuận lợi để ứng dụng phương pháp truyền động đẳng hướng

có kiểm soát vị trí kết hợp hai phương X và Y

Hình 2.1: Bộ truyền đẳng hướng có kiểm soát vị trí sử dụng đai răng [4]

Theo tài liệu hỗ trợ thiết kế cơ cấu nội suy đẳng hướng của tập đoàn Thomson Industries [4], có hai loại bộ truyền thường được sử dụng để thiết kế bộ truyền động đẳng hướng có kiểm soát

Bộ truyền vitme bi

+ Độ chính xác trong kiểm soát vị trí cao với dung sai thấp hơn 0,01 mm trên đoạn chuyển động 0,025 mm suốt chiều dài 300 mm

+ Độ ổn định của chuyển động và độ bền cao

Bộ truyền đai răng

+ Độ chính xác trong kiểm soát vị trí thấp hơn bộ truyền vitme bi với dung sai thấp hơn 0,2 mm trên suốt chiều dài 300mm

+ Độ ổn định của chuyển động và độ bền trung bình

Do yếu tố kinh tế và khả năng thích ứng môi trường làm việc nên quyết định thiết

kế sử dụng bộ truyền đai răng

Hình 2.2: Bộ truyền đẳng hướng có kiểm soát sử dụng vitme và đai răng [4]

Phương pháp tính toán các thông số của bộ truyền theo tài liệu hỗ trợ thiết kế của tập đoàn Thomson Industries [4]

Tính toán khoảng làm việc (Ls)

Hình 2.3: Tính toán khoảng làm việc của bộ truyền [4]

(2.1) Trong đó

LS – Khoảng làm việc

T1 – Kích thước bàn dịch chuyển

L3 – Kích thước tấm gá đỡ

Phân tích dạng chuyển động khi làm việc

Hình 2.4: Dạng chuyển động khi làm việc [4]

a – Gia tốc (m/s2)

t – Tổng thời gian chuyển động (s)

x – Tổng chiều dài di chuyển (m)

ta – Thời gian tăng tốc (giây)

td – Thời gian giảm tốc (giây)

xa – Chiều dài khoảng tăng tốc (m)

xb – Chiều dài khoảng giảm tốc (m)

Trong đó

tc – Thời gian duy trì ổn định (giây)

xc – Chiều dài khoảng duy trì ổn định (m)

Tính lực căng đai theo tài liệu hướng dẫn thiết kế của tập đoàn Thomson Industries [4]

Xác định tổng lực dọc chiều chuyển động trên hệ thống đai nhằm đảm bảo lực căng không vượt lực căng tới hạn của đai và ứng suất cắt cho phép trên mỗi răng của đai

(2.8) Trong đó

Ps – Tổng lực dọc chiều chuyển động của đai

Lực gia tốc (Pa) cần được xác định nhằm thắng được sức ì gây ra bởi trọng tải, hệ thống và lực căng trên đai sinh ra khi thay đổi gia tốc

(2.9) Trong đó

a – Gia tốc (m/s2), được tính ở trên

Wc – Tải trọng bàn dịch chuyển (N)

Wp – Tải trọng tác động lên hệ thống (N)

µsys – Hệ số ma sát của hệ thống

Ds – Lực cản của gioăng cao su (N)

n – Số gioăng cao su trong hệ thống

Trong trường hợp thực hiện chuyển động thẳng đứng có thể bỏ qua lực ma sát (Pf)

Tính toán tổng lực dọc chiều chuyển động (Ps) và cần đảm bảo không vượt lực căng ban đầu của đai (tra bảng trang 348,349 [4])

Tính ứng suất cắt trên răng của đai

(2.11) Trong đó

Cts – Ứng suất cắt trên răng của đai (N/mm)

Csp – Ứng suất theo chiều chuyển động (N/mm)

Ze – Số răng đang chịu tải

W – Bề rộng đai (mm)

Giá trị Csp được tra từ biểu đồ ứng suất theo chiều chuyển động (Biểu đồ 2.1) Tra biểu đồ theo bước răng của đai và tốc độ bánh đai (Np) được tính

(2.12) Trong đó

Np – Tốc độ bánh đai (vòng/phút)

vmax – Vận tốc cực đại (m/s) (được tính ở trên)

d0 – Đường kính vòng chia bánh đai (mm) (tra bảng trang 348,349 [4])

Hình 2.5: Biểu đồ ứng suất theo chiều chuyển động [4]

So sánh giá trị của ứng suất trên răng của đai (Cts) với giá trị tổng lực dọc chiều chuyển động (Ps) Cần đảm bảo giá trị Ps không vượt quá Cts

Xác định tốc độ động cơ

(2.13) Trong đó

Nmax – Tốc độ lớn nhất của động cơ khi hoạt động (vòng/phút)

vmax – Vận tốc cực đại (m/s) (được tính ở trên)

i – Hệ số hộp giảm tốc

d0 – Đường kính vòng chia bánh đai (mm)

Tính Momen của động cơ

(2.14) (2.15) (2.16) (2.17) Trong đó

TA – Momen trong quá trình tăng tốc (Nm)

Tcv – Momen trong quá trình duy trì ổn định (Nm)

TD – Momen trong quá trình giảm tốc (Nm)

TH – Momen giữ khi đứng yên (Nm)

TL – Momen do tải trọng (Nm)

Jp – Sức ì của bánh đai dẫn (Kg.m2) (tra bảng trang 353 [4])

JM – Sức ì của motor (Kg.m2) (tra bảng trang 431 [4])

Jg – Sức ì của hộp giảm tốc (Kg.m2) (tra bảng trang 353 [4])

ξg – Hiệu suất hộp giảm tốc (ξg = 90%)

ξb – Hiệu suất đai (ξb = 90%)

Pa – Lực gia tốc (N) (tính ở trên)

Tính Momen do ma sát TF

(2.20)

(2.21) Trong đó

Pf – Lực do ma sát (N) (tính ở trên)

Tính Monmen do trọng lực Tg

(2.22) (2.23) Trong đó

Pe – Ngoại lực tác động lên hệ thống (N) (tính ở trên)

Xác định Momen lớn nhất (Tpeak) trong các Momen TA, Tcv, TD, TH

Từ đó xác định động cơ phù hợp

2.2 Thiết kế cần lắc rải bột

Nghiên cứu các phương pháp thiết kế cần lắc rải bột

Tham khảo tài liệu hướng dẫn thiết kế máy và kết cấu cơ khí [5]

Phân loại cơ cấu bốn khâu

Hình 2.6: Các dạng cơ cấu bốn khâu [5]

Cơ cấu chuyển đổi điểm (Hình 2.5 d)

Cơ chế chuyển đổi điểm với tổng chiều dài của liên kết ngắn nhất và dài nhất bằng với tổng của hai liên kết còn lại Với sự cân bằng này, cơ cấu chuyển đổi điểm có thể được định vị sao cho tất cả các liên kết trở thành đồng tuyến Cơ cấu chuyển đổi điểm quen thuộc nhất là liên kết bốn khâu song phẳng Khoảng cách tâm và chiều dài thanh truyền bằng nhau, tương tự với chiều dài của hai cần lắc Như vậy, các liên kết sẽ có những thời điểm chồng chéo lên nhau Vào những thời điểm đó, chuyển động của cơ cấu trở nên không xác định Chuyển động có thể vẫn được duy trì dạng song phẳng hoặc chéo thành dạng không song phẳng Vì lý do này, điểm chuyển đổi được gọi là cấu hình đặc biệt

Với phương án thiết kế cần lắc có khả năng thay đổi bán kính trong khi hoạt động, tham khảo sổ tay thiết kế máy [6] về thiết kế khớp cầu

Hình 2.7: Các dạng khớp động thường sử dụng [6]

Đa phần các liên kết thông thường thực hiện chuyển động trên một mặt phẳng hoặc hai mặt phẳng song song Các phương pháp thiết kế cao hơn của cơ cấu bốn khâu trong không gian cho phép cơ cấu chuyển động tự do hơn

Hình 2.8: Một cơ cấu bốn khâu không gian [6]

Việc thiết kế cơ cấu bốn khâu không gian cần sự hỗ trợ của ổ bi cầu Tham khảo tài liệu hỗ trợ thiết kế của tập đoàn SKF [7]

Ổ bi cầu có chân ren gồm bi cầu được đặt trong bạc có dạng lỗ cầu ở đầu và có chân ren ở sau hỗ trợ việc lắp ghép Ổ bi cầu cho phép thực hiện các chuyển động xoay không đồng phẳng trong giới hạn góc nghiêng của ổ bi cầu

Hình 2.9: Ổ bi cầu cho phép các chuyển động không đồng phẳng [7]

Hình 2.10: Góc nghiêng cho phép của ổ bi cầu [7]

2.3 Lý thuyết điều khiển hệ thống servo

Vì điều kiện thực tế thuận lợi sử dụng động cơ và bộ điều khiển của tập đoàn Yaskawa Electric nên luận văn sử dụng tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống servo của Yaskawa Electric [8]

Thuật ngữ hệ thống servo dùng để mô tả một cơ cấu kiểm soát giúp theo dõi sự thay đổi các đại lượng vật lý như vị trí

Hệ thống servo có thể được hiểu cách rõ ràng hơn là một cơ cấu di chuyển ở một vận tốc được định sẵn và dịch chuyển đến một vị trí được ấn định

Để phát triển một hệ thống servo cần một hệ thống điều khiển tự động có khả năng kiểm soát tín hiệu phản hồi (Hình 2.10)

Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động [8]

Hệ thống điều khiển tự động này xác định dữ liệu về vị trí của cơ cấu chấp hành (dữ liệu đầu ra), đưa dữ liệu về phía đầu vào, so sánh nó với vị trí được lập trình (dữ liệu lập trình) và di chuyển cơ cấu chấp hành bằng sự khác biệt giữa hai dữ liệu trên

Nói cách khác, hệ thống servo bắt buộc dữ liệu đầu ra phải trùng khớp với dữ liệu lập trình

Dữ liệu lập trình có thể là bất kì đại lượng vật lý nào như góc quay, áp suất hay hiệu điện hế