Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống băng chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động

Chính vì vậy mà nhóm đã quyết định tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn về “ Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống băng chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động” Nhóm hy vọng đề tài này sẽ là

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

BĂNG CHUYỀN CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP

CHAI TỰ ĐỘNG

Ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S LÊ HOÀI

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: GIỚI THIỆU 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 4

1.4 Phương pháp nghiên cứu 5

1.5 Giới Hạn Đề Tài 6

Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 8

2.1 Các phương pháp định lượng 8

2.2 Phương pháp chiết sản phẩm 8

2.3 Chọn phương pháp 13

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 14

3.1 Thực trạng ở công ty 14

3.2 Phương pháp giải quyết thực tế 16

Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 19

4.1 Sơ đồ hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động 19

4.2 Thiết kế máng trượt cấp nắp 20

4.3 Thiết kế cơ cấu vặn nắp 22

4.4 Thiết kế mâm xoay 25

4.5 Thiết kế băng tải 26

4.6 Thiết kế hệ thống điều khiển 32

4.7 Thiết kế từng khối 34

Chương 5:THI CÔNG 48

5.1 Gia công cơ khí 48

5.2 Lắp rắp 54

5.3 Hoàn thiện mô hình chiết rót và đóng nắp chai, chạy thử và điều chỉnh 57

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61

6.1 Kết quả đề tài 61

6.2 Hướng phát triển 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 64

1 Tính toán thiết kế băng tải 64

2 Tính toán thiết kế cụm đóng và vặn nắp 65

3 Tính toán thiết kế mâm xoay 66

PHỤ LỤC 2: THÔNG SỐ CHI TIẾT 67

1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 67

2 Cảm biến màu sắc TCS3200 68

3 Máy bơm DP - 512 70

PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH PLC 71

PHỤ LỤC 4 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 73

1 Tên chi tiết: Khớp nối 73

2 Khớp nối 73

PHỤ LỤC 5: BẢN VẼ THIẾT KẾ 81

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2 1 Nguyên lý chiết rót bằng phương pháp rót áp suất thường 9

Hình 2 2 Phương pháp chiết rót chân không 10

Hình 2 3 Phương pháp chiết rót đẳng áp 11

Hình 2 4 Cơ cấu rót kiểu van 12

Hình 3 1 Nguyên lý chiết rót đóng chai 17

Hình 4 1 Sơ đồ hệ thống chiết rót và đóng nắp chai 19

Hình 4 2 Máng trượt nắp 21

Hình 4 3 Minh họa phương pháp vặn nắp chai 22

Hình 4 4 Động cơ giảm tốc JGB37-520 23

Hình 4 5 Xilanh tác dụng một chiều 24

Hình 4 6 Xilanh tác dụng hai chiều 24

Hình 4 7 Cơ cấu mâm xoay 25

Hình 4 8 Động cơ bước ST4118L1804 26

Hình 4 9 Cấu tạo chung của bang tải 27

Hình 4 10 Băng tải pvc 29

Hình 4 11 Động cơ JGY37-520 30

Hình 4 12 Mô hình băng tải của hệ thống cấp phôi 31

Hình 4 13 Sơ đồ khối hệ thống 32

Hình 4 14 Lưu đồ giải thuật 34

Hình 4 15 Một giải pháp tự động hóa cho gia công, lắp ráp, chuyển giao, kiểm tra, đóng gói của phôi gia công 35

Hình 4 16 PLC board FX3U 24MT 6AD 2DA RS485 36

Hình 4 17 PLC là một máy vi tính dành riêng cho mục đích công nghiệp 37

Hình 4 18 Sự phát triển các dòng PLC 38

Hình 4 19 Sơ đồ chân Boar PLC FX3U- 24MT 40

Hình 4 20 Cảm biến E3F-DS30C4 41

Hình 4 21 Cảm biến quang Omron E3Z - D81 42

Hình 4 22 Mạch nối dây cho động cơ bước 43

Hình 4 23 Sơ đồ nối dây cụm khí nén 45

Hình 4 24 Relay 24V và van điện từ 5/2 1coil 45

Hình 4 25 Nguồn tổ ong 46

Hình 4 26 Sơ đồ nối dây theo kiểu Sink và Source 47

Hình 5 1 Tiện núm vặn nắp chai 48

Hình 5 2 Tiện khớp nối 49

Hình 5 3 Thành phẩm sau khi tiện 49

Hình 5 4 Hàn các linh kiện lại với nhau 50

Hình 5 5 Máng trượt thực tế sau gia công 50

Hình 5 6 Cắt mặt mâm xoay 51

Hình 5 7 Đế bàn xoay sau khi gia công 51

Hình 5 8 Mâm xoay sau khi gia công 52

Hình 5 9 Hàn các thanh kẹp chai 52

Hình 5 10 Thanh kẹp trước sau 53

Hình 5 11 Đồ gá động cơ sau gia công 53

Hình 5 12 Bao bàn xoay sau khi gia công 54

Hình 5 13 Lắp cụm bàn xoay vào mặt bàn 54

Hình 5 14 Lắp cụm cấp nắp vào bàn 55

Hình 5 15 Lắp băng tải trước vào mặt bàn 55

Hình 5 16 Lắp băng tải trước vào mặt bàn 56

Hình 5 17 Lắp thanh kẹp vào mặt bàn 56

Hình 5 18 Lắp cụm nhấn và vặn nắp vào mặt bàn 57

Hình 5 19 Đi dây điện và lắp tủ điện lên mặt bàn 57

Hình 5 20 Mô hình sau khi hoàn thành 60

Hình Phụ Lục 2 1 Sơ đồ dây cảm biến E3F-DS30C4 68

Hình Phụ Lục 2 2 Sơ đồ chân cảm biến quang 68

Hình Phụ Lục 2 3 Kích thước của cảm biến quang 69

Hình Phụ Lục 2 4 Giản đồ điều khiển cảm biến quang 69

Hình Phụ Lục 2 5 Máy bơm nước DP - 512 70

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4 1 Thành phần hóa học củaInox 304 20

Bảng 4 2 Đặc điểm cơ tính của Inox 304 21

Bảng 4 3 So sánh chức năng các dòng PLC 38

Bảng 4 4 Thông số kỹ thuật Boar PLC FX3U- 24MT 39

Bảng 4 5 Cài đặt cường độ dòng điện 44

Bảng 4 6 Cài đặt vi bước cho driver 44

Bảng 4 7 Địa chỉ kết nối các thiết bị với PLC 46

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của các ngành công nghiệp điện tử và cơ khí, trong

đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực Bên

cạnh đó, Việt Nam cũng đang đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa

đất nước, do vậy mà chúng ta cần phải học hỏi, tiếp thu và vận dụng điều khiển

tự động trong quá trình sản suất một cách thật hiệu quả, góp phần phát triển nền

khoa học kỹ thuật nước nhà

Dựa theo quá trình quan sát và tìm hiểu trong thực tế, nhóm nhận thấy rằng

trong các dây chuyền sản suất của các doanh nghiệp thì khâu cấp phôi là khâu

khá quan trọng trong quá trình gia công sản suất Chính vì vậy mà nhóm đã quyết

định tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn về “ Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống

băng chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động”

Nhóm hy vọng đề tài này sẽ là cơ sở cho các nhóm sau có thể tham khảo, tiếp

tục nghiên cứu phát triển mở rộng hơn cho nhiều mục đích ứng dụng trong đời

sống, sản xuất

Chương 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, việc ứng dụng khoa học – công nghệ vào lao động sản xuất là một

nhu cầu không thể thiếu Nó quyết định việc tăng năng suất lao động, hạ giá

thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu quả

kinh tế, chất lượng sản phẩm

Đối với một đất nước đang trong thời kì phát triển của sự nghiệp công nghiệp

hóa – hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giới hóa hoạt động

lao động sản xuất là rất quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết Sự phát

triển của công nghệ đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hang loạt dây chuyền

sản xuất, máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội nhờ sự chính xác cao,

tốc độ nhanh, khả năng thích ứng, sự chuyên môn hóa… đã và đang được ứng

dụng rộng rãi nền công nghiệp hiện đại

Công nghệ tự động hóa đang trở thành một ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ, nó

đáp ứng những đòi hỏi không ngừng của các ngành khác như trong công nghiệp,

xây dựng, y tế… kể cả trong nông lâm và ngày càng ứng dụng trong đời sống

thực tế hàng ngày

Nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm

xuất hiện một loại điều khiển thiết bị khả trình PLC

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm

lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử

dụng công nghệ lập trình PLC Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao

động của công nhân mà sản xuất đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống

xã hội

Trong công nghiệp, trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai thì

dây chuyền chiết rót và đóng nắp là một khâu không thể thiếu và rất quan trọng

Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó, nhóm chúng em đã chọn đề tài: “ Thiết kế

và chế tạo máy rót nước”, nhằm phục vụ việc chiết rót sản phẩm cho các ngành

sản xuất có nhu cầu Và đây cũng chính là đề tài tốt nghiệp của nhóm chúng em

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Cuộc sống con người ngày một phát triển kéo theo các nhu cầu để đáp ứng với

cuộc sống càng tăng cao, và vấn đề nước sạch là một trong những vấn đề cấp

thiết, nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, cuộc sống con người và điều đặc biệt

là nước uống hằng ngày

Để sử dụng nước uống hằng ngày thì hầu hết các hộ gia đình, cơ quan, xí

nghiệp,… đều chọn nước uống đóng sẵn bằng chai hoặc thùng… với việc lựa

chọn này thì rất là tiện lợi, nhanh chóng và không phải tốn nhiều thời gian như

đun nước sôi hay lọc nước…, nhưng đồng thời nó cũng đặt ra câu hỏi vô cùng

lớn đó là: “liệu nước đóng sẵn trong chai, thùng…đã đảm bảo an toàn vệ sinh

thực phẩm hay chưa? và giá cả hiện tại của nó là như thế nào?”

Với những yêu cầu trên nhóm chúng em đã áp dụng các cơ cấu cơ khí đơn

giản, gọn nhẹ, không phải áp dụng nhiều những hệ thống phức tạp trong dây

chuyền chiết rót Tuy hệ thống không quá phức tạp so với những sản phẩm trong

và ngoài nước nhưng hiệu quả cũng không hề thua kém và điều đặc biệt là hoàn

toàn hợp vệ sinh thực phẩm từ các khâu xúc rửa đến khâu chiết rót

Với mức dân số ngày càng đông, nhu cầu sử dụng nước ngày càng lớn, cuộc

sống ngày càng phát triển bên cạnh với nhu cầu sử dụng nước sạch và an toàn

không ngừng gia tăng Để đáp ứng những điều đó, hiện nay có rất nhiều nhà máy,

cơ sở sản xuất nước lọc, với dây chuyền và quy mô rất lớn và đa phần là sử dụng

tự động hóa trong các quá trình sản xuất, tuy nhiên vệ sinh an toàn đảm bảo nước

sạch thì còn là một vấn đề không phải cơ sở sản xuất nào cũng làm được

Sản phẩm sản xuất được bảo quản trong chai lọ, ngoài sự bảo quản của các

hóa chất (nếu có) thì rõ ràng phải được đóng nắp cẩn thận để nhằm bảo quản một

cách tốt nhất cho sản phẩm, và hiện nay các sản phẩm đóng chai được sản xuất

ngày càng nhiều phục vụ nhu cầu ngày càng cao của xã hội, một phần do các sản

phẩm đóng chai nói chung được bảo quản tốt hơn và có thể để được lâu hơn so

với khi bảo quản trong hộp, túi nilong…và tất nhiên một phần nữa đó là về mặt

thẩm mỹ của sản phẩm (ở đây chưa nói về nhãn mác của sản phẩm) nên các sản

phẩm đóng trong chai, lọ ngày càng được sản xuất nhiều hơn Và tất nhiên song

song với nó là công nghệ đóng nắp chai điều khiển bằng hệ thống PLC, khâu

không thể thiếu trong dây chuyền sản xuất các sản phẩm đóng chai

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu

Khi thiết kế đề tài này chúng em đưa ra mục tiêu như sau:

- Thiết kế các chi tiết cần gia công: các chi tiết băng tải, các chi tiết cụm

bàn xoay, các chi tiết cụm cấp nắp chai, cụm nhấn và vặn nắp chai

- Gia công và chế tạo các chi tiết: các chi tiết cụm bàn xoay, các chi tiết

cụm cấp nắp chai, cụm nhấn và vặn nắp chai

- Tính toán thiết kế các cơ cấu: cơ cấu dẫn động của băng tải, cơ cấu dẫn

động của bàn xoay, cơ cấu vặn nắp chai

- Thiết kế hệ thống điều khiển

- Xây dựng lưu đồ giải thuật

- Tìm hiểu các bộ điều khiển

- Tìm hiểu cảm biến

- Tìm hiểu các loại van khí nén, rơ-le

- Lập trình điều khiển hệ thống

- Lắp ghép các chi tiết thành mô hình hoàn chỉnh

- Thực nghiệm chạy mô hình, có thể loại bỏ những sản phẩm lỗi

Khi mô hình hoạt động có thể chạy với công suất 1000 chai/giờ, chịu được tải

trọng 10kg, hệ thống cấp nắp tự động, phân biệt được những sản phẩm lỗi

1.3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

Các phương pháp tính toán, thiết kế và chế tạo các chi tiết hay cụm chi tiết

theo nguyên lý vá các thông số cơ bản Hệ thống điều khiển tự động, bộ lập

trình điều khiển PLC

Cơ sở sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai hoặc nước khoáng, hoặc các

loại nước uống không gas khác

- Phạm vi nghiên cứu:

Các tài liệu, sách, giáo trình có liên quan, tìm hiểu thực tế ở các cơ sở sản

xuất, các nhà máy, xí nghiệp

Tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót Hệ thống bao gồm những

phần chính như: băng tải, cơ cấu bơm nước, mâm xoay, cơ cấu nắp tự động,

cơ cấu nắp chai, cơ cấu đẩy…

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Hệ thống kết hợp 3 chu trình: vận chuyển chai, chiết rót và đóng nắp thành 1

dây

Mạch điều khiển trung tâm PLC của Mitsubishi: điều khiển xuyên suốt hệ

thống vận chuyển chai, chiết rót, đóng nắp

Khung sườn: được làm bằng gỗ và nhôm định hình

Động cơ xoay vòng bằng mâm xoay: các chai được vận chuyển tự động trên

băng chuyền xoay vòng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúc rửa

Ống dẫn: bằng nhựa PE, chất liệu an toàn, không độc hại có thể sử dụng trong

ngành công nghiệp dược phẩm nên rất an toàn với người sử dụng Ống nhựa

PE có độ bền cao, chịu được áp lực lớn, chịu được sự khắc nghiệt của thời tiết

Cơ cấu cấp nắp tự động: gồm 2 phần chính thân trượt nắp và miệng kẹp

nắp chờ sẵn để chai qua gạt lấy nắp

Cơ cấu đóng nắp: gồm piston xylanh đẩy lên xuống vị trí đóng nắp, động cơ

DC giảm tốc dùng để xoay đóng nắp, bít cao su kẹp xylanh xoay đóng nắp

Đường ray dẫn chai: Được tạo thành từ thanh Inox kẹp thân chai ở 2 băng tải

giúp đưa chai vào mâm xoay và gạt chai từ mâm xoay ra băng tải ngoài tránh

tình trạng đổ ngã

Mặt đế: bao gồm trục động cơ và mâm xoay giúp điều khiển góc quay đưa

chai đến vị trí cần

1.4.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Vận dụng được các kiến thức đã học vào một vấn đề cụ thể:

Kết hợp các môn học của ngành như:

Đo lường điện và cảm biến: tìm hiểu kết nối các cảm biến (cảm biến quang,

Nguyên lý chi tiết máy, thực hành cơ khí: Lựa chọn tín toán thông số vật liệu

cho đề tài, gia công chi tiết hàn - cắt - mài nối các vật liệu với nhau thành mô

hình hoành chỉnh Vẽ solidworks, mạch điện: Dùng solidworks để thiết kế mô

phỏng cấu tạo của hệ thống, hình dung được mô hình như thế nào từ đó thực hiện

đề tài với thiết kế tương tự Vẽ mạch điện để kết nối điều khiển chương trình…

Trau dồi được kĩ năng trả giá, tìm hiểu thị trường linh kiện

Chọn các phương pháp tính toán

Các công thức tính toán mạch điện và các thiết bị điện

1.5 Giới Hạn Đề Tài

Trong quy trình chiếc rót và đóng chai trong công nghiệp Họ có thể vẫn

chuyển chai ở một số lượng rất lớn và khả năng chịu tải của băng chuyền công

nghiệp cao hơn Do vậy, giới hạn của đề tài chỉ tính toán, thiết kế hệ thống chiết

rót và đống nắp với số lượng 4 chai và có khối lượng không lớn hơn 2kg Sử

dụng với loại chai có dung tích 455 ml Mô hình chỉ sử dụng cho các sản phẩm

tương tự Mô phỏng và thực nghiệm quá trình hoạt động của mô hình Tính toán

tải trọng băng tải và mâm xoay Tính lực đẩy của xy lanh Chế tạo máng trượt

bán tự động

Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

2.1 Các phương pháp định lượng

2.1.1 Định lượng bằng bình định mức:

Chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào

chai

2.1.2 Định lượng bằng chiết tới mức cố định:

Chất lỏng được chiết tới mức cố định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó

lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một

khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không Ngoài ra

còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng đựoc chiết tới khi ngập miệng ống thông

hơi sẽ dứng lại Phương pháp này có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng

đều của chai

2.1.3 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian:

Cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định, có thể xem như

thể tích chất lỏng chảy là không đổi phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản

phẩm có giá tri thấp, không yêu cầu độ chính xác định lượng

Trong ba phương pháp định lượng cơ bản: theo bình định mức, định lượng

theo mức và định lượng theo thời gian chảy thì phổ biến nhất đối với sản phẩm

lỏng là hai phương pháp đầu

2.2 Phương pháp chiết sản phẩm

2.2.1 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt

Cơ cấu rót có bình lường và van trượt được dùng trong ngành sữa, rượu, rượu

vang, và trong nhiều lãnh vực công nghiêp thực phẩm khác để rót sản phẩm thực

phẩm lỏng ít nhớt

Trong thùng rót có bình lường, đáy bình vặn chặt với van trượt Phần bên trên

của van trượt rỗng còn phần bên dưới đặc Bên phần rỗng của van trượt có lỗ

Van trượt di chuyển lên xuống được bên trong một ống lót lắp cố định dưới đáy

thùng Ống lót có lỗ nối với ống dẫn sản phẩm vào bao bì

Một lò xo lắp ở đáy bình chứa luôn luôn giữ cho van trượt ở vị trí thấp nhất

Khi đó miệng của bình lường nằm bên dưới mặt thoáng chât lỏng trong bình

chứa Khi nâng van trượt lên một khoảng (chu kỳ rót) thì bình lường chứa chất

lỏng được đưa lên cao hơn mặt thoáng trong bình chứa, đồng thời xảy ra sự trùng

khít các lỗ của van trượt và ống lót, nhờ đó chất lỏng ở trong bình lường chảy

vào vào bao bì chứa Sau khi chảy hết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống,

chất lỏng lại chảy vào đầy bình lường và chu trình làm việc sẽ lặp lại

Lượng chất lỏng chảy vào trong bao bì bằng thể tích của bình lường, do đó khi

cần thay đổi định lượng phải thay đổi bình lường khác có thể tích thích hợp

Hình 2 1 Nguyên lý chiết rót bằng phương pháp rót áp suất thường

2.2.2 Phương pháp rót chân không:

Trong cơ cấu rót chân không hiện nay dùng van bi hoặc van trượt Trong thân

của cơ cấu rót có hai rãnh Một trong hai rãnh đó được nối với bơm chân không,

rãnh còn lại nối với bình chứa sản phẩm

Ở vị trí đóng, van trượt (hoặc van bi) đóng cả hai đường thông với bơm chân

không và sản phẩm Khi có chai đưa vào, van được nâng lên và quá trình rót bắt

đầu Không khí trong chai được bơm chân không hút làm áp suất giảm Khi đó

sản phẩm từ bình chứa sẽ chảy vào trong chai Quá trình diễn ra liên tục đến khi

chai được nạp đầy sản phẩm Khi đó đường ống hút khí sẽ bị ngắt khỏi bơm chân

không, bên trong chai được thông áp và sản phẩm ngừng chảy vào trong chai

Tuy nhiên sẽ có một lượng nhỏ sản phẩm bị hút theo không khí, phần sản phẩm

nầy sẽ được tách ra ờ bình tách lỏng đặt trước máy hút chân không Thông

thường người ta điều chỉnh lượng sản phẩm trong chai bằng cách sử dụng ống

thông áp có thể dịch chuyển được hoặc thay đổi thời gian hút chân không

Cơ cấu rót chân không được dùng để rót các sản phẩm dễ hư hỏng hoặc giảm

chất lượng khi tiếp xúc với không khí, hoặc được sử dụng trong các trường hợp

các sản phẩm dễ rót và yêu cầu năng suất rót lớn, thời gian rót cho một chai

nhanh

Hình 2 2 Phương pháp chiết rót chân không

2.2.3 Cơ cấu rót đẳng áp để rót chất lỏng có nạp khí

Ðể tránh tổn thất khi rót chất lỏng có nạp ga CO2 người ta sử dụng loại cơ cấu

rót đẳng áp Chu trình làm việc của cơ cấu rót đẳng áp gồm:

- Nạp đầy khí vào bao bì, áp suất của khí bằng áp suất của chất lỏng đã nạp khí

- Mở lỗ nạp chất lỏng

- Chất lỏng chảy vào bao bì chứa không có chênh lệch áp suất mặt thoáng, chỉ

chảy nhờ chênh lệch cột áp

- Nạp vào đầy bao bì đến mức chất lỏng đã định trước hoặc theo thời gian

(thông thường thì không có thiết bị định lượng )

- Đóng lỗ nạp chất lỏng

Với qui trình nạp như vậy, sản phẩm trong chai còn giữ được hàm lượng khí

CO2 cần thiết Thông thường quá trình rót đẳng áp được tiến hành ở nhiệt độ

thấp để giảm thiểu sự thoát CO2 ra khỏi sản phẩm lỏng

Hình 2 3 Phương pháp chiết rót đẳng áp

2.2.4 Cơ cấu rót kiểu van:

Cơ cấu rót kiểu van là một trong các cơ cấu đơn giản nhất, nó gồm có bình

lường có chia vạch, van ba ngã, ống thông hơi có thể dịch chuyển lên xuống

được, ống nối để nạp đầy bình lường và ống để rót thể tích đã đinh lượng vào bao

bì chứa

Hình 2 4 Cơ cấu rót kiểu van Thể tích chất lỏng đi vào trong bình lường phụ thuộc vào vị trí đầu bên dưới

của ống thông

Ở vị trí nạp, nút van ba ngã xoay nối ống dẫn chất lỏng trong bình chứa chảy

vào bình lường, đẩy không khí trong bình ra qua ống thông hơi Khi đầu dưới của

ống ngập dưới mực chất lỏng thì không khí không thoát ra được nữa, chất lỏng

dâng lên cao hơn miệng ống một đoạn nhỏ, rồi dừng lại Khoảng dâng cao hơn

miệng ống thông hơi phụ thuộc vào mực chất lỏng ở trong thùng chứa Khi đó áp

suất không khí trong bình bị nén tới áp suất bằng với áp suất chất lỏng có độ sâu

tính từ mặt thoáng trong thùng chứa và mặt thoáng trong bình lường, chất lỏng

không chảy vào bình lường được nũa Chất lỏng trong ống thông hơi sẽ dâng lên

và theo quy tắc bình thông nhau đến bằng mực chất lỏng ở trong thùng chứa

Ðể tháo chất lỏng vào bao bì chứa, xoay van ba ngã tới vị trí tháo Chất lỏng

trong bình định lượng sẽ theo ống dẫn chảy xuống bao bì chứa bên dưới

Thể tích chất lỏng trong bình có thể điều chỉnh bằng cách nâng hoặc hạ ống

thông hơi xuống.Tùy theo cách quay van mà những máy dùng cơ cấu rót này

thuộc loại quay tay, bán tự động và tự động Chất lỏng chảy ra càng nhanh thì

năng suất máy càng lớn

2.3 Chọn phương pháp

Trong đề tài này chúng em chọn các cơ cấu sau để thiết kế và chế tạo mô hình hệ

thống:

- Cơ cấu định lượng: chiết rót tới mức cố định

- Cơ cấu vận chuyển: băng tải và động cơ

- Cơ cấu đóng nắp chai: xy lanh khí nén

- Cơ cấu điều khiển: PLC Mitsubishi và cảm biến

Chúng em chọn những phương án này vì nó phù hợp với quy mô nhỏ và giá

thành phù hợp

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

3.1 Thực trạng ở công ty

Dây chuyền là hệ thống những loại máy móc khác nhau, ứng dụng công nghệ

hiện đại được kết hợp lại để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh Để thực hiện

công việc, quy trình sản xuất gồm nhiều công đoạn khác nhau để tạo nên sản

phẩm cuối cùng chất lượng, phù hợp tiêu chuẩn

Bao gồm: định hình chai chiết rót, sục rửa chai, chiết rót nước, đóng nắp chai,

dán nhãn, co màng Trong số đó, công đoạn quan trọng nhất là chiết rót nước vào

trong chai Với khả năng tự động hóa cao, đảm bảo năng suất hoạt động ổn định,

êm ái và vô trùng Điều này mang đến lợi ích cho các doanh nghiệp khi lựa chọn

Theo đó, dây chuyền này có nhiều ưu điểm, đáp ứng nhu cầu của các doanh

nghiệp Cụ thể:

– Khi vận hành người dùng chỉ cần thiết lập các thông số trên màn hình cảm ứng,

đảm bảo việc điều khiển dễ dàng, nhanh chóng

– Với việc sử dụng các thiết bị, chi tiết thông minh, công nghệ hiện đại vì thế

máy móc hoạt động rất chính xác, dễ dàng làm chủ

– Máy hoạt động nhờ điều khiển biến đổi tần số giúp điều chỉnh tốc độ chiết rót

nhanh chóng, chuẩn xác với tốc độ cao Nhờ đó mang đến năng suất làm việc

tốt nhanh, hoàn hảo theo nhu cầu

– Máy được làm bằng chất liệu cao cấp, phần tiếp xúc với chất chiết rót làm bằng

ống đồng hạn chế gỉ sét, chống ăn mòn với độ bền cao Nước tinh khiết là sản

phẩm trong ngành thực phẩm vì thế vấn đề an toàn, vệ sinh luôn được chú

trọng Những loại máy móc được lựa chọn và sử dụng cũng cần đáp ứng yêu

cầu này

Theo đó, dây chuyền chiết rót đóng chai nước tinh khiết được cấu tạo từ nhiều

chi tiết, bộ phận cụ thể khác nhau Chúng vận hành tuần tự, theo hệ thống để đảm

bảo mang đến hiệu quả sản xuất, đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp Cụ thể:

Bộ phận sục rửa chai: Bao gồm bánh xe với phần kẹp lật ngược chai, hai bộ

phận này có thiết kế thông minh Trong đó, bánh xe được làm bằng vật liệu inox

304 – 316 chống gỉ hiệu quả Đây là phương pháp giúp chai được kẹp chặt ở cổ,

hạn chế tình trạng nhiễm bẩn vào miệng chai

Bộ phận này có thể làm việc với áp suất mạnh, hiệu quả để sản xuất Bên cạnh

đó, cơ chế làm sạch được ứng dụng công nghệ Spraying Systems hiện đại nhằm

loại bỏ những vết bẩn ở tren chai Doanh nghiệp cũng tiết kiệm tối đa việc tẩy

rửa với thiết kế theo hướng dẫn động đặt ở bên trong khung máy qua hộp số

Việc tối ưu thiết kế này mang đến hiệu quả và vận hành đơn giản, dễ dàng hơn

Bộ phận chiết nước :Đối với dây chuyền tại Uniduc, bộ phận này được làm từ

công nghệ tiên tiến của Ý giúp cho quá trình chiết rót được tiến hành tuần tự,

chất lượng, hiệu quả và hạn chế tối đa việc thất thoát Để đảm bảo vệ sinh, an

toàn chúng được làm bằng chất liệu thép không gỉ

Kết hợp với đó, hệ thống van chiết được nghiên cứu, thiết kế bởi đội ngũ kỹ sư

tại Đức, chất liệu sử dụng là inox 304 Nhờ ứng dụng công nghệ hiện đại, chất

lượng tốt vì thế van hoạt động chính xác, hạn chế bọt khí khi tiến hành chiết rót

nước tinh khiết

Khi vận hành, những chai nhựa này nâng lên hạ xuống nhờ xilanh với cơ chế

điều khiển trục cam Kết hợp với cơ chế đóng mở van khí được thực hiện bởi hệ

thống xi lanh khí Bên cạnh đó, những ống lót của ống dẫn đều được ứng dụng

công nghệ chống ăn mòn Igus hiện đại nhất tại Đức Với ưu điểm này vì thế bộ

phận có thể làm việc tốt, trong thời gian dài và hạn chế tình trạng ăn mòn

Bộ phận đóng nắp chai: Trong dây chuyền chiết rót đóng chai nước tinh khiết,

hệ thống này thiết kế chính xác bởi chúng tác động trực tiếp đến chất lượng sản

phẩm Bởi lẽ, nếu như nắp không được đóng chặt sẽ gây nhiễm bẩn chéo còn nếu

đóng chặt sẽ gây vỡ nắp chai

Khi thiết kế, phần nắp có bộ phận ngăn và lấy nắp bị đảo chiều ra bên ngoài

Cảm biến được gắn trên thiết bị giúp đóng ngắt mạch điện khi không có nắp

đóng ở đường ray Nhờ đó giúp hạn chế tình trạng chai chưa được đóng nắp mà

vẫn bị trượt trên băng chuyền

Một thiết bị nữa trong hệ thống giúp kiểm tra chai với một chiếc xilanh gắn

trên khớp của rãnh nắp và đậy nắp Chi tiết này giúp kiểm soát dòng chảy của

nắp, tự động dừng khi không có chai cũng như giảm việc rớt nắp

Bể chứa: Chức năng của bể này là chứa nước tinh khiết, vô trùng được tạo nên

để chảy qua vòi được chỉ định sẵn Tùy thuộc vào nhu cầu sản xuất với phương

pháp lưu lượng nước mà quy định vật liệu kích thước và vị trí đặt bể trong dây

chuyền sản xuất

Trên thực tế, có nhiều loại bể chứa khác nhau được dùng cho những loại máy

chiết rót nhất định Chẳng hạn như những loại máy chiết rót bằng phương pháp

trong lực sẽ sử dụng bể chứa đặt ở phía bên trên đầu phun để tận dụng trọng lực

tự nhiên khi chiết rót

Đường dẫn nước: Khi vận hành hệ thống, nước sẽ di chuyển từ bể chứa đến hệ

thống chai chờ Để thực hiện được công việc này người ta cần sử dụng đến hệ

thống đường dẫn Hệ thống này sẽ bao gồm ống dẫn nước, đầu phun, ống kết nối

Tùy thuộc vào thiết kế dây chuyền khác nhau mà người ta sẽ sử dụng hệ thống

đường dẫn riêng biệt Bên cạnh đó, vật liệu cho đường ống với hệ thống ống

nước có thể khác nhau tùy vào kiểu máy và yêu cầu sản xuất Hệ thống này còn

có những phụ kiện vệ sinh, là những thành phần của máy vệ sinh

Một số thành phần khác của dây chuyền chiết rót đóng chai nước tinh khiết

bao gồm khung thay đổi theo nhu cầu của quá trình đóng gói Nếu như thiết lập

dây chuyền sản xuất này cần chú ý những chi tiết cần thiết Bên cạnh đó, mức giá

của dây chuyền cũng khác nhau tùy vào các yếu tố như chất lượng, kiểu dáng

máy và đơn vị phân phối… Nhờ đó đảm bảo chất lượng tốt nhất, dây chuyền vận

hành êm ái, hiệu quả

3.2 Phương pháp giải quyết thực tế

Sau khi nhóm bàn luạn và lựa chọn được các cơ cấu sử dụng cho đồ án chúng em

đưa ra cách giải quyết như sau:

- Cơ cấu định lượng: chiết rót tới mức cố định: sử dụng cảm biến điện dung để

định mức lượng nước được bơm vào

- Cơ cấu vận chuyển: băng tải và động cơ: sử dụng động cơ DC giảm tốc dùng

cho băng tải để di chuyển chai nước và sử dụng động cơ bước đẻ di chuyển

chai trên bàn xoay

- Cơ cấu đóng nắp chai: xy lanh khí nén: sử dụng xi lanh kết hợp với động cơ

DC giảm tốc để nhấn và vặn nắp chai nước

- Cơ cấu điều khiển: PLC và cảm biến: sử dụng cảm biến để phát hiện truyền tín

hiệu cho PLC bơm thông qua rờ-le để điều khiển các động cơ

3.2.1 Dây chuyền hiện tại

Với các dây chuyền chiết rót và đóng nắp thủ công, cần có một công nhân phụ

trách vận hành cho một máy Công việc chiếc rót và đóng năp lặp di lặp lại kéo

dài kèm theo ảnh hưởng của con người có thể làm cho quá trình chiết rót và đóng

nắp không đảm bảo vệ sinh nên hiệu xuất làm việc chỉ đạt dưới 80%, số lượng

sản phẩm sẽ không ổn định, tỷ lệ phế phẩm do ảnh hưởng bới yếu tố con người

cũng tăng

Hình 3 1 Nguyên lý chiết rót đóng chai

Chính vì vậy, cần có một hệ thống chiết rót trong dây chuyền sản suất để giảm

các sai sót do con người, giảm được lượng nhân công, đảm bảo vệ sinh và tăng

năng suất sản xuất

Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống chiết rót và đóng nắp

Chai rỗng sẽ được đưa vào băng tải 1 và được vận chuyển vào mâm xoay khi

tới mâm xoay chai nước sẽ kích hoạt cảm biến quang Cảm biến sẽ điều khiển

bang tải 1 ngừng và khởi động máy bơm Sau khi chai 1 đã được rót tới định mức

sẽ kích hoạt cảm biến điện dung, cảm biến điện dung sẽ điều khiển máy bơm

ngưng hoạt động và khởi động mâm xoay Chai 2 sẽ được đưa vào và lặp lại quá

trình bơm, sau khi được bơm xong sẽ đưa chai 1 di chuyển đến máng trượt nắp

nhận nắm và di chuyển đến vị trí vặn nắp Khi đến vị trí vặn nắp thì sẽ kích hoạt

cảm biến tiệm cận điều khiển xy-lanh và động cơ để vặn nắp sau khi nắp được

vặn sẽ đưa xy-lanh về vị trí ban đầu Và chai 3 vào mâm xoay, sau khi được bơm

xong thì sẽ đưa chai 1 ra ngoài băng tải 2 và những chai tiếp theo vào mâm xoay

sẽ lặp lại quá trình nhận và vặn nắp những chai trước đó

Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Hình 4 1 Sơ đồ hệ thống chiết rót và đóng nắp chai

Hệ thống điều khiển được thể hiện , bao gồm:

Thiết bị đầu vào: nút nhấn, cảm biến

Thiết bị điều khiển: bộ điều khiển lập trình plc

Thiết bị đầu ra: rơ-le, van khí nén, động cơ

Nguyên lý hoạt động: Bộ xử lý trung tâm PLC nhận tín hiệu đầu vào từ nút

nhấn, cảm biến, sau đó tiến hành xử lý tín hiệu, lập trình điều khiển, xuất tín hiệu

điều khiển động cơ DC, van khí nén, bơm thông qua rơ-le

4.2 Thiết kế máng trượt cấp nắp

4.2.1 Chọn vật liệu chế tạo máng trượt

Máng trượt được làm bằng inox dạng tấm 304, Là một loại thép không gỉ, loại

thép đại diện cho họ Austenitic với thành phần hóa học chứa hàm lượng Niken

cao từ 8% đến 10,5% trọng lượng và lượng Crôm ở khoảng 18% đến 20% tính

Bảng 4 2 Đặc điểm cơ tính của Inox 304

GIỚI HẠN CHẢY (Mpa) MIN

ĐỘ GIẢN DÀI (%) MIN

ĐỘ CỨNG

ROCKWELL

M (HR B) MAX

BRINELL (HB)

Hình 4 2 Máng trượt nắp

4.3 Thiết kế cơ cấu vặn nắp

Cơ cấu vặn nắp sử dụng cơ cấu xy-lanh, giúp động cơ di chuyển tịnh tiến lên

xuống để vặn nắp

4.3.2 Chọn Cơ Cấu Dẫn Động

Sử dụng động cơ giảm tốc với thông số kỹ thuật như sau: [1]

vòng)

Hình 4 3 Minh họa phương pháp vặn nắp chai

• Tốc độ chịu đựng tối đa khi có tải: 28RPM (28 vòng 1 phút)

4.3.3 Sơ lược về xi lanh khí nén

Xi lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, xi lanh khí là một thiết bị

cơ học, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển

động Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành

động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó

truyền động đến thiết bị hoạt động Bởi vì khí nén có khả năng nở rộng,

không có sự xuất hiện của năng lượng đầu vào từ bên ngoài Để thực hiện

chức năng của mình, khí nén dãn nở ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển,

áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theo hướng mong muốn

Xy lanh khí nén (đôi khi được gọi là xi lanh khí) là các thiết bị cơ được

chạy bằng khí nén (thường là không khí) Trong đó bao gồm 2 loại xi lanh

Hình 4 4 Động cơ giảm tốc JGB37-520

chính:

xi lanh khí nén này sử dụng khí nén để dịch chuyển pít tông theo một hướng

chuyển động nhất định Pít tông trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lò xò

hoặc một lực đẩy từ bên ngoài

a Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực

b Chiều tác dụng ngược lại do lò xo

là loại xi lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu Xi lanh khí nén 2 chiều sử

dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại Đặc điểm nổi bật của hầu

hết xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ có ở 1 phía, vì vậy kích thước 2 đầu

piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hoàn toàn

Sử dụng trực tiếp xi lanh đôi tạo chuyển động tịnh tiến, với đế động cơ được lắp

ở vị trí

Hình 4 5 Xilanh tác dụng một chiều

Hình 4 6 Xilanh tác dụng hai chiều

4.4 Thiết kế mâm xoay

Sử dụng động cơ bước để vận chuyển chai sau khi được bơm đầy nước từ chỗ

bơm đến cơ cấu vặn nắp và tới băng tải 2

Sử dụng động cơ bước kèm giảm tốc có thông số kỹ thuật:

Hình 4 7 Cơ cấu mâm xoay

- Đường kính trục: 8 mm

- Giảm tốc hành tinh có tỉ số truyền: 49:1

4.3.1 Thiết Kế Đĩa Xoay Và Mặt Mâm Xoay

a Đĩa xoay

Đĩa xoay dưới giúp định vị chai nước khiến cho chai nước không ngã khi bàn

xoay di chuyển và giữ vững khi bơm Vật liệu chủ yếu là mica

b Đế mâm xoay

Chủ yếu để cho chai nước trượt trên đó giúp cho đĩa xoay trên dưới không

phải chịu tải nhiều Vật liệu là mica và nhựa PVC

4.5 Thiết kế băng tải

4.5.1 Giới thiệu chung

Băng tải là một thiết bị truyền tải sản phẩm, nguyên vật liệu, giúp di chuyển

từ vị trí này sang vị trí khác với tốc độ nhanh, hiệu quả và chính xác Băng tải

công nghiệp được thiết kế để chịu được khối lượng công việc lớn, điều kiện môi

trường làm việc khắc nghiệt, cũng như di chuyển theo các hướng khác nhau Các

Hình 4 8 Động cơ bước ST4118L1804

loại băng tải được cấu tạo bởi nhiều loại vật liệu khác nhau, chủng loại thì rất

phong phú và đa dạng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử

dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cấu kiện nhẹ, trong các

xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm

thủy điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu Trên các kho, bãi thì dùng để vận

chuyển các loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác; trong

một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hoá chất thì dùng để vận

chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các

phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được

Dựa vào từng loại băng tải mà chúng có ưu nhược điểm khác nhau nhưng

nhìn chung thì băng tải có các ưu điểm như: Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng

vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết

hợp nằm ngang và nghiêng Vốn đầu tư không lớn lắm có thể tự động được, vận

hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc không ồn ảo, năng suất cao và tiêu

hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm Tuy vậy, bên cạnh

đó sẽ có các nhược điểm như: phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế, đô dốc

thọ sử dụng của băng tải chỉ nên chạy với tốc độ trung bình – không cao, không

đi theo đường cong được

Cấu tạo chung:

Hình 4 9 Cấu tạo chung của bang tải

Trong đó:

• Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

• Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

• Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

• Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các

4.5.2 Phân loại băng tải

Trong sản xuất và láp ráp chi tiết, băng tải được phân loại dựa vào tải trọng

- Tải trọng: 30÷500 kg

50m

4.5.3 Chọn loại băng tải phù hợp

Dựa theo yêu cầu của đề tài cấp phôi tự động, tác giả lựa chọn thiết kế hệ

thống băng tải đai vì lý do:

- Nhiệt độ làm việc: -10/+80 (oC)

4.5.4 Chọn cơ cấu dẫn động

Lựa chọn động cơ Động cơ giảm tốc JGY37-520 [3] làm bộ phận dẫn động

cho băng tải vì:

Thông số kỹ thuật :

- Tỉ số truyền 168:1 (động cơ quay 168 vòng trục chính hộp giảm tốc quay

1 vòng)

- Dòng không tải: 50mA

- Dòng chịu đựng tối đa khi có tải: 1.2A

- Tốc độ không tải: 35RPM (35 vòng 1 phút)

- Tốc độ chịu đựng tối đa khi có tải: 28RPM (28 vòng 1 phút)

- Lực kéo Moment định mức: 2.5KG.CM

Hình 4 11 Động cơ JGY37-520

- Lực léo Moment tối đa: 10KG.CM

- Chiều dài hộp số L: 26.5mm

4.5.5 Thống Số Thiết Kế Và Mô Hình

Thông số băng tải:

• Chiều dài băng tải: 500 (mm)

• Chiều rộng băng tải: 60 (mm)

4.6 T hiết kế hệ thống điều khiển

Chức năng từng khối:

động hệ thống

diện chai nước và gửi tín hiệu về cho khối xử lý trung tâm để xử lý

nắp

Hình 4 13 Sơ đồ khối hệ thống

4.7 Thiết kế từng khối

4.7.1 Khối xử lý trung tâm

Định nghĩa PLC:

A programmable Logic Controller (PLC) được gọi là bộ điều khiển logic

khả trình (lập trình được) hay bộ điều khiển tuần tự Một PLC được định

nghĩa là “một thiết bị điện tử kiểm soát nhiều loại hệ thống thông qua các

cổng I/O của nó và tích hợp một bộ nhớ để lưu trữ các lệnh lập trình”

Công dụng thực tế:

Hình 4 14 Lưu đồ giải thuật