LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của Thầy hướng dẫn, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP, VÔ THÙNG TỰ ĐỘNG CHAI PET 297 ml”.. từ trước cùn
TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn là rất quan trọng để kiểm nghiệm tính chính xác và hiệu quả của các nghiên cứu Ý tưởng về dây chuyền sản xuất nước đóng chai ra đời từ nhu cầu này Dựa trên nền tảng hiện có và sự phát triển nghiên cứu của nhóm, chúng tôi đã thiết kế dây chuyền chiết rót, đóng nắp và vô thùng tự động cho chai PET.
Trong quy trình sản xuất nước uống đóng chai, các bước chiết rót, đóng nắp và vô thùng là những khâu quan trọng không thể thiếu Để hiểu rõ hơn về quy trình này, chúng ta có thể tham khảo sơ đồ mô tả tổng thể dây chuyền sản xuất.
Hình 1.1 Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai
Tìm hiểu và phân tích một số dây chuyền sản xuất nước đóng chai
Một số phương pháp chiết rót, đóng nắp, vô thùng tự động
TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NƯỚC ĐÓNG CHAI
1.2.1 DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT ASEPTIC CHO CHAI PET:
Dây chuyền sản xuất nước giải khát chủ yếu được sử dụng cho trà, nước ép trái cây và đồ uống có ga Hệ thống chiết rót Aseptic cho chai PET bao gồm các phân đoạn từ khâu định hình, xử lý vô trùng, chiết rót Aseptic đến đóng nắp Dây chuyền này có khả năng sản xuất lên đến 24,000 sản phẩm mỗi giờ.
Quy trình công nghệ Aseptic đảm bảo rằng toàn bộ phôi chai và nắp được sản xuất từ hạt nhựa nguyên sinh nhập khẩu chất lượng cao Các thành phần này được đưa vào máy làm nóng ở nhiệt độ từ 270 đến 300 độ C nhằm loại bỏ hoàn toàn các vi sinh vật có hại Sau đó, phôi chai và nắp được tạo hình theo khuôn, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.
Chai sau khi hình thành được rửa bằng hệ thống nước vô trùng tự động, với nước được tiệt trùng ở nhiệt độ 135°C trong 60 giây Sau đó, chai được đưa vào buồng chiết vô trùng để loại bỏ nguy cơ vi sinh vật và cách ly với môi trường bên ngoài Khi vào máy chiết Aseptic, chai được tiệt trùng ở nhiệt độ 65°C Môi trường chiết vô trùng là nền tảng của công nghệ Aseptic, đảm bảo sản phẩm không chứa chất bảo quản, không màu công nghiệp, không hóa chất chì, và giữ được hương vị tự nhiên cùng màu sắc tươi sáng.
Xuất xứ: Trung Quốc ( là sản phẩm của công ty JIMEI )
Giá thành: Tùy vào model, dao động từ 500.000 đến vài triệu USD
- Sở hữu công nghệ sản xuất hiện đại với một chu trình khép kín, sản phẩm tạo ra đạt chất lƣợng cao
- Thiết bị máy móc hiện đại, tự động hóa hoàn toàn
- Tối ƣu về nhân công
- Chỉ thích hợp với qui mô sản xuất lớn
- Cần đội ngũ nhân viên kỹ thuật có chuyên môn cao để vận hành, bảo trì, sửa chữa
- Vốn đầu tƣ ban đầu cao
Các phân đoạn chính trong dây chuyền :
Hình 1.2 Hệ thống thổi chai PET khép kín
Hình 1.3 Buồng sục rửa vô trùng
Hình 1.4 Buồng chiết vô trùng
Hình 1.5 Hệ thống vòi chiết
Hình 1.6 Hệ thống đóng nắp
Hình 1.7 Máy bắn ống nhãn vào chai
Hình 1.8 Máy đóng thùng carton
Hình 1.9 Hệ thống băng chuyền
1.2.2 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NƯỚC KHOÁNG:
- Sản phẩm chiết rót: Nước khoáng, nước tinh khiết
- Loại chai: Chai nhựa PET, dung tích 200 – 2500 ml, nắp vít xoắn
- Năng lực sản xuất: 3000 – 36000 chai/ giờ (chai 500ml)
- Nguồn điện sử dụng: 3phase 380/220V, 50/60 Hz
Giá thành: Tùy vào khả năng sản xuất, dao động từ vài tỷ đến hàng chục tỷ
Chai được truyền thông qua công nghệ cổ chai, cho phép hình dạng chai biến đổi mà không cần điều chỉnh mức trang thiết bị Chỉ cần thay đổi các tấm, bánh xe và phần cong bằng nylon là đủ.
- Tốc độ cao, chiết rót nhanh – chính xác với các thiết bị hàng đầu đảm bảo không chuyện rò rỉ xảy ra trong dây chuyền
- Máy chiết rót đƣợc thiết kế tự động riêng biệt có thể can thiệp kiểm soát nhanh
Hệ thống giao diện máy vi tính thông minh có khả năng nhận diện lỗi, xác định nguyên nhân và thực hiện sửa chữa, từ đó đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra suôn sẻ.
- Sử dụng linh kiện chính hãng German SIEMENS PLC hệ thống điều khiển cảm ứng kiểm soát hiệu năng hoạt động của dây chuyền
- Toàn bộ thiết bị điện nhập khẩu EU, bao gồm cả linh kiện máy nén khí, với hiệu suất ổn định
- Cần nhân viên có chuyên môn cao để vận hành và bảo trì
Hình 1.10 Hệ thống thẩm ngƣợc
Hình 1.11 Màng siêu vi lọc
Hình 1.12 Bồn chứa nước tinh khiết
Hình 1.13 Hệ thống vệ sinh tự động sau mỗi ca sản xuất
Hình 1.14 Máy chiết rót Mono block 3 trong 1
Hình 1.15 Hệ khử trùng đảo chai
Hình 1.16 Máy bắn ống nhãn cảm biến tự động
Hình 1.17 Máy nâng chai đặt vô thùng carton
Hình 1.18 Máy hàn miệng thùng carton
1.2.3 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NƯỚC ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG:
Hình 1.19 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động
Mã sản phẩm: SD-WT-500ml
Stt Mục Đặc điểm dây chuyền sản xuất nước đóng chai
1 Bơm nạp Thương hiệu CNP/ south/ nanofang hoặc thương hiệu
2 Bơm rửa Thương hiệu CNP/ south/ nanofang hoặc thương hiệu
4 Xylanh khí Thương hiệu Airtac hoặc thương hiệu Festo
5 Năng suất 2000 đến 24000 chai/giờ
6 PLC Thương hiệu omron / Mitsubishi siemens
7 Thành phần điện Thương hiệu Schneider
8 Ống dẫn SS304 hoặc U-PVC tùy chọn
Xuất xứ: Việt Nam ( là sản phẩm của Công ty TNHH Quốc tế VNMAY)
Giá thành: Từ 50000 USD (tùy theo nhu cầu sản xuất)
- Khả năng sản xuất 3000 – 24000 chai/giờ với điều chỉnh tốc độ vô hạn
- Dây chuyền sản xuất tự động dừng khẩn cấp khi gặp sự cố và các tính năng an toàn khác, cung cấp sự an toàn cho người vận hành
- Hệ thống điều khiển PLC, công nghệ điều khiển tiên tiến, các thành phần điện chủ yếu đến từ các thương hiệu nổi tiếng như Mitsubishi, Schneider, Omron
- Mức độ tự động hóa cao nên cần ít nhân công
- Cần nhân viên có chuyên môn cao để vận hành và bảo trì
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP, VÔ THÙNG
1.3.1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHIẾT RÓT, ĐỊNH LƯỢNG SẢN PHẨM LỎNG:
1.3.1.1 Phương pháp chiết rót: Có 3 phương pháp như sau :
Rót áp suất thường cho phép chất lỏng tự chảy vào chai nhờ vào sự chênh lệch độ cao thủy tĩnh Phương pháp này có tốc độ chảy chậm, do đó chỉ phù hợp với các chất lỏng có độ nhớt thấp.
Rót chân không là phương pháp kết nối chai với hệ thống hút chân không, giúp chất lỏng chảy vào chai nhờ chênh lệch áp suất giữa thùng chứa và áp suất trong chai Phương pháp này cũng có thể áp dụng để bù trừ hoặc chiết đầy chai một cách hiệu quả.
Rót đẳng áp là phương pháp được sử dụng cho các sản phẩm có gas như bia và nước ngọt Trong quá trình rót, áp suất trong chai được duy trì cao hơn áp suất khí quyển để ngăn chặn sự thoát khí CO2 khỏi chất lỏng Thông thường, khí CO2 được nạp vào chai cho đến khi áp suất trong chai đạt bằng áp suất trong bình chứa, sau đó sản phẩm sẽ được rót vào chai nhờ vào chênh lệch độ cao.
1.3.1.2 Phương pháp định lượng: Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
• Định lƣợng bằng bình định mức: Chất lỏng đƣợc định lƣợng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai
Hình 1.20 Cơ cấu rót kiểu van.
Nút van ba ngã xoay tại vị trí nạp kết nối ống dài với bình chứa, cho phép chất lỏng chảy vào bình lường và đẩy không khí ra qua ống thông hơi Khi đầu ống ngập dưới mực chất lỏng, không khí không thể thoát ra, khiến chất lỏng dâng lên cao hơn miệng ống một đoạn nhỏ Mức dâng này phụ thuộc vào mực chất lỏng trong thùng chứa, và áp suất không khí trong bình bị nén đến mức bằng với áp suất chất lỏng ở độ sâu tương ứng Khi áp suất đạt đến mức này, chất lỏng không thể chảy vào bình lường Để tháo chất lỏng vào bao bì chứa, cần xoay van ba ngã đến vị trí tháo, cho phép chất lỏng trong bình định lượng chảy xuống bao bì bên dưới.
Thể tích trong bình có thể điều chỉnh bằng cách nâng hoặc hạ ống thông hơi Các máy sử dụng cơ cấu này có thể là loại quay tay, bán tự động hoặc tự động, tùy thuộc vào cách quay van Năng suất máy tăng lên khi chất lỏng chảy ra nhanh hơn.
Định lượng chất lỏng bằng cách chiết tới mức cố định được thực hiện bằng cách chiết đầy chai, sau đó loại bỏ khối thể tích thừa để đạt được mức yêu cầu.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng nhƣ nhau ngay cả thể tích của các chai có bằng nhau hay không Bên cạnh đó còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dứng lại Phương án này có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai
Ứng dụng và nguyên lý:
Khi chất lỏng được bơm vào đến mức định mức, sản phẩm dư thừa và bọt sẽ bị đẩy ra khỏi chai và quay trở lại bồn chứa sản phẩm Máy chiết tràn tự động dạng thẳng được sử dụng để chiết các chất lỏng có độ nhớt từ thấp đến trung bình, phù hợp cho quy mô sản xuất từ trung bình trở lên.
Hiệu suất cao, dễ vệ sinh, dễ vận hành, mỏ rộng với chi phí thấp Cung cấp sự linh hoạt lớn nhất với chi phí thấp nhất
Định lượng chất lỏng có thể thực hiện bằng cách chiết theo thời gian, trong đó chất lỏng được cho chảy vào chai trong một khoảng thời gian xác định, với giả định rằng lưu lượng chất lỏng chảy là cố định.
Ứng dụng và nguyên lý của thiết bị chiết rót này rất phù hợp cho các chất lỏng có độ nhớt thấp và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường Nó đặc biệt hiệu quả trong việc chiết rót các chất lỏng có tính ăn mòn cao.
Việc cung cấp một lượng lớn sản phẩm vào bồn chứa được thực hiện thông qua bộ van vận hành bằng khí nén Các van này được điều khiển để đóng mở theo thời gian đã được thiết lập, đảm bảo bơm một lượng chính xác Chất lỏng sau đó sẽ chảy vào chai nhờ vào trọng lực.
Máy chiết rót Ƣu – Khuyết điểm là lựa chọn kinh tế nhất cho các ứng dụng hạn chế, phù hợp với sản phẩm có giá trị thấp và không yêu cầu độ chính xác cao trong định lượng.
Hình 1.22 Kiểu bơm định thì
Ngoài ra còn một số phương pháp định lượng khác như:
• Định lượng bằng lưu lượng kế:
Hình 1 Kiểu bơm lưu lượng kế
Ứng dụng và nguyên lý của phương pháp chiết rót bằng bơm chất lỏng sử dụng thiết bị đo lưu lượng (flowmeter) để định lượng thể tích Phương pháp này có khả năng chiết rót cho nhiều loại chất lỏng, từ những chất lỏng có độ nhớt thấp đến những chất lỏng có độ nhớt cao.
Phương pháp này rất hiệu quả khi thế tích chiết thay đổi liên tục trong từng lần chiết rót
• Định lƣợng bằng cân định lƣợng:
Hình 1 Kiểu sử dụng cân định lƣợng
Ứng dụng và nguyên lý:
Kiểu chiết rót sử dụng đầu cân là phương pháp lý tưởng cho việc chiết rót theo khối lượng, đặc biệt là khi khối lượng chiết rót lớn hoặc cần chiết rót phối hợp Phương pháp này phù hợp với nhiều loại chất lỏng, từ những chất lỏng có độ nhớt thấp đến cao, và rất hiệu quả khi khối lượng chiết thay đổi liên tục trong từng lần chiết rót.
Việc cung cấp một lượng lớn sản phẩm vào bồn chứa được thực hiện thông qua các van vận hành bằng khí nén Mỗi van được điều khiển độc lập bởi hệ thống máy tính của máy chiết rót, đảm bảo rằng chất lỏng chảy vào chai một cách chính xác nhờ vào trọng lực.
KẾT LUẬN VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN LUẬN VĂN
Sau khi tiến hành khảo sát và phân tích tổng thể các phương án thiết kế, chúng tôi đã quyết định thiết kế dây chuyền chiết rót, đóng nắp và vô thùng tự động cho chai PET Quyết định này nhằm hạn chế tối đa những khó khăn về mặt kỹ thuật và tiết kiệm chi phí thi công chế tạo.
297 ml” dựa trên các phương án sau:
Phương pháp chiết rót: Chiết ở áp suất thường, định lượng bằng xylanh
Cơ cấu đóng nắp: Đóng nắp qua mâm xoay
Cơ cấu vô thùng: Kẹp và nâng hạ
Với các yêu cầu: - Chiết vào chai PET có dung tích 297 ml
1 Nội dung thực hiện Luận văn:
Nội dung Luận văn này bao gồm:
Một cuốn thuyết minh với những nội dung sau đây:
Chương 2: Chọn phương án thiết kế
Chương 3: Tính toán kết cấu cơ khí
Chương 4: Tính chọn hệ thống động lực
Chương 5: Tính chọn hệ thống điều khiển
Chương 6: Thực hiện mô hình
1 Bản vẽ kết cấu tổng thể
2 Bản vẽ lựa chọn phương án định lượng chất lỏng
3 Bản vẽ lựa chọn phương án cấp nắp tự động
4 Bản vẽ mâm xoay chiết rót, đóng nắp
5 Bản vẽ nguyên lý mạch điện
6 Bản vẽ lưu đồ quy trình hoạt động
7 Bản vẽ lưu đồ giải thuật
8 Bản vẽ mạch điều khiển
9 Bản vẽ mạch động lực
10 Bản vẽ sơ đồ kết nối mạch PLC - khí nén.
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ KHÍ
Trong phần này ta lần lƣợt phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí theo sơ đồ sau:
Sơ đồ khối 2.1 Phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí
2.1.1 Chọn kết cấu cơ khí cho bộ phận vận chuyển chai:
2.1.1.1 Phương án băng tải đai:
Băng tải là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu, bao gồm cả vật liệu đơn chiếc và vật liệu rời, theo phương ngang và phương nghiêng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cấu kiện nhẹ, trong ngành luyện kim để chuyển quặng và than đá, cũng như trong các kho bãi để vận chuyển hàng bao kiện, vật liệu hạt và các sản phẩm khác Tại các công trường, băng tải cũng đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển vật liệu xây dựng.
Phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí
Phân tích và lựa chọn nguồn động lực
Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển
Phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí
Cơ cấu định vị chai
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ dựng, trong một số ng nh c ng nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất v một số ng nh c ng nghiệp khác th dùng để vận chuyển sản phẩm đã ho n th nh v chƣa ho n th nh của các công đoạn, các phân ƣởng, đồng thời cũng để bỏ các sản phẩm kh ng đƣợc sử d ng
- Độ bền của băng tải cao
- Tốc độ vận chuyển nhanh
2.1.1.2 Phương án băng tải tấm:
Bộ phận chính của xích tải tấm là các tấm đỡ, bao gồm các tấm tháp gắn với bộ phận kéo, thường được kết nối với ích kéo Các khớp quay của xích được bố trí với các con lăn tựa di chuyển Xích tải tấm khác với băng tải ở chỗ nó được sử dụng để vận chuyển những vật liệu nặng hơn trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Nó thường được sử dụng như băng tải công nghiệp trong các dây chuyền sản xuất để lắp ráp.
- Có thể vận chuyển các vật liệu rời khác nhau
- Vật liệu đơn chiếc trong mặt phẳng ngang v nghi ng với góc nghi ng 35- 45°
- Cho phép uốn trong mặt phẳng ngang với bán kính cong 3-10mm)
- Việc m i m n của ích tải nhỏ hơn nhiều so với các loại băng tải khác
- Trọng lƣợng phần di chuyển lớn, giá th nh cao, bảo dƣỡng khó khăn do có nhiều khớp xoay
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.1.3 Phương án băng tải con lăn:
Băng tải con lăn là thiết bị vận chuyển vật liệu dạng kiện theo hướng ngang và hơi nghiêng Dựa trên phương pháp tác động, băng tải con lăn được phân thành hai loại: loại không dẫn động và loại dẫn động.
Các băng lăn kh ng có dẫn động đƣợc lặp đặt với một độ nghiêng n o đó, đảm bảo cho vật chuyển động dưới tác động của trọng lực
Trong các con lăn có dẫn động, đường kính thường lớn hơn so với băng lăn không dẫn động, thường dao động từ 100 đến 300mm Chuyển động quay được truyền cho các con lăn thông qua động cơ, hộp giảm tốc và các hệ thống truyền động như bánh răng, bộ truyền ích và bộ truyền đai.
- Băng tải con lăn với độ bền v độ cứng lớn Nó cho phép di chuyển hàng hòm lớn, nặng
- Có thể di chuyển hàng theo tuyến thẳng hoặc tuyến cong
- Với kết cấu thuần tuý, thuận tiện để việc chất tải và dỡ tải
- Trong băng tải con lăn có nhiều d n con lăn n n đ i hỏi phải chăm sóc v bảo dưỡng thường uy n, do đó chi phí vận hành lớn
- Băng tải con lăn truyền động bằng xích tải công nghiệp rất nhạy cảm cùng sự không cân bằng gi a các tr c
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Hình 2.3 Băng tải con lăn
2.1.2 Chọn kết cấu cơ khí cho bộ phận dẫn động:
2.1.2.1 Phương án hộp giảm tốc:
1.Khớp nối, 2.Bộ truyền ích, 3.hộp số 4.Con lăn tr c dẫn động, 5.Băng tải, 6.Con lăn tr c bị động
Trong đề tài này ta chọn băng tải đai l m băng tải vận chuyển cho dây chuyền vì nh ng lý do sau:
Dễ thiết kế, chế tạo
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
- Kh ng thay đổi đƣợc nhiều cấp tốc độ
- Cho ph p mở rộng dải điều chỉnh v n ng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ oay chiều
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, l m việc được trong nhiều m i trường khác nhau
- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ d ng
- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng d ng khác nhau
- Có thể thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một l c
- Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ: quá d ng, quá áp, mất pha, đảo pha…
- Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung t m
- Đ i hỏi người lắp đặt v vận h nh thiết bị phải có kiến thức nhất định
- Chi phí đầu tƣ ban đầu cao
V hệ thống kh ng y u cầu hoạt động ở nhiều cấp tốc độ v để giảm thiểu chi phí đầu tư n n phương án được chọn l hộp giảm tốc
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.3 Chọn kết cấu cơ khí cho bộ phận chiết rót:
2.1.3.1 Chọn dạng kết cấu: a Phương án 1: Máy chiết rót dạng xoay
H nh 2 6 Chiết rót tự động dạng xoay
Đĩa chiết rót bao gồm các thành phần chính như vòi phun, khớp trượt, thanh trượt, bánh e, và đĩa cam Hệ thống này hoạt động thông qua cơ cấu trượt, khớp nối, hộp giảm tốc, động cơ, và bộ truyền đai Đặc biệt, đĩa cam hành trình kết hợp với khớp trượt mỏ kẹp chai nước và bánh xe để đảm bảo quá trình chiết rót diễn ra hiệu quả.
Chai nước được truyền từ bộ truyền vào cầm dẫn hướng chai, nơi khoảng cách được chia đều để đặt chai chính xác Khi đạt 360 chai, chúng chạm vào cần gạt và di chuyển theo băng tải vào cầm băng tải Tại đây, chai được cố định để tránh dịch chuyển và di chuyển với vận tốc ổn định vào cầm chiết rót Tại vị trí này, chai được chiết rót một lượng nước nhất định theo yêu cầu và dung tích của chai.
- Cơ cấu oay v ng đƣợc thực hiện một cách liên t c kh ng gián đoạn
- Cơ cấu xoay vòng, hoạt động với khoảng cách cố định, khi xảy ra sự cố cả dây chuyền đều ảnh hưởng
- Máy có kích thước lớn, khó di chuyển, khó tháo lắp nên việc vệ sinh là một vấn đề khó
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ b Phương án 2: Máy chiết rót dạng thẳng
H nh 2 7 Chiết rót tự động dạng thẳng sử d ng xylanh nâng
Mâm xoay chai, băng tải inox, khung đỡ inox, cơ cấu chặn chai, cơ cấu nâng hạ vòi chiết, cơ cấu xy lanh piston định lượng chiết, và bộ phận điều khiển là những thành phần quan trọng trong quy trình đóng chai.
Chai được cấp liên tục lên bàn xoay, sau đó được đưa vào băng tải để chuyển đến cầm chiết Khi cảm biến phát hiện chai, xy lanh tiến lên, đẩy tấm chặn chai để dừng lại, trong khi các chai phía sau vẫn tiếp tục di chuyển Khi cảm biến đếm đủ chai, xy lanh sẽ đẩy tấm chặn còn lại để định vị trí chai Tại cầm định lượng, chất lỏng chảy xuống xy lanh định lượng qua van một chiều Tại cầm chiết, xy lanh nâng hạ vòi chiết vào miệng chai, và chất lỏng được đẩy vào chai thông qua van phân phối Sau khi chiết xong, xy lanh lui lại và rút tấm chặn để tiếp tục quy trình.
- Cơ cấu đơn giản, có thể chiết đƣợc nhiều dạng chai khác nhau, thể tích khác nhau
- Tất cả đƣợc chế tạo bằng ino n n đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.3.2 Chọn cơ cấu định vị chai và máng hứng chất lỏng: a Phương án 1: Cơ cấu di chuyển dùng bánh răng - thanh răng
H nh 2 8 Cơ cấu di chuyển dùng bánh răng - thanh răng
1.Xylanh khí n n, 2.Khung đỡ ylanh, 3.Bánh răng, 4.Thanh răng
5.Tr c vít, 6.Khung đỡ khối V, 7.Khối V, 8.Máng hƣng chất lỏng
Khi chưa chiết, máng hứng chất lỏng có nhiệm vụ hứng những giọt chảy ra từ vòi phun Khi các chai ở vị trí chuẩn bị chiết, ylanh khí nén tác động lên các bánh răng trên thanh răng, đưa các khối V vào định vị cổ chai.
- Định vị chính ác tuy nhi n chi phí cao
- Cơ cấu phức tạp tốn diện tích
Kết luận: Hệ thống chiết rót chai PET yêu cầu khả năng chiết rót nhiều loại chai với các thể tích khác nhau, do đó, việc sử dụng hệ thống chiết rót dạng xoay là giải pháp tối ưu.
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ b Phương án 2: Cơ cấu định vị bằng mâm xoay
Hình 2.9 Cơ cấu định vị bằng mâm xoay
Mâm xoay cần có độ cứng vững cao, chính xác và ổn định trong quá trình hoạt động Do đó, chi tiết mâm xoay được gia công từ vật liệu cao cấp và được gắn cố định trên trục bằng inox chống rỉ.
Mâm xoay được lắp đặt trên băng tải, với động cơ gắn ở đầu mâm xoay Mỗi ô chứa chai ở cuối mâm được trang bị một miếng cao su nhằm tăng cường độ bám của chai với mâm.
Động cơ sẽ điều khiển mâm xoay và cảm biến quang sẽ xác nhận vị trí của chai Chai sẽ được cố định trên mâm xoay, sau đó mâm xoay sẽ đưa chai đến vị trí chiết rót, tiếp tục quay đến vị trí đóng nắp và cuối cùng chuyển chai đến băng tải.
Cơ cấu này nổi bật với khả năng hoạt động đồng bộ cùng các cơ cấu khác, đạt được độ chính xác và tốc độ cao.
- Máy có năng suất cao
- Sự làm việc liên t c đồng bộ với đóng nắp
- Có kích thước nhỏ gọn, có kết cấu đơn giản, có khả năng c ng nghệ cao
- Đ y l loại cơ cấu chiết rót hiện đại, khả năng tự động hoá cao và hiện đang đƣợc sử d ng ở nhiều nơi
- Kết cấu phức tạp nên khó thay thế bảo dƣỡng
Ta chọn phương án 2 định vị bằng m m oay v nh ng ưu điểm đã được n u ở tr n
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.3.3 Chọn cơ cấu định lƣợng: a Phương án 1: Định lượng trực tiếp
H nh 2 1 Định lƣợng trực tiếp
1.V i phun, 2.Van ph n phối, 3.Van, 4.Thùng chƣa chất lỏng
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN NGUỒN ĐỘNG LỰC
Trong phần này ta lần lƣợt phân tích và lựa chọn nguồn động lực theo sơ đồ sau:
Sơ đồ khối 2.2 Phân tích lựa chọn nguồn động lực
LU? N VAN T? T NGHI? P THI? T K? DÂY CHUY? N CHI? T RÓT, ÐÓNG N? P, VÔ THÙNG T? Ð? NG
H? và tên Chu~ ky´ Nga`y Trách nhi?m Thiê´t kê´
Hu o´ng dâ~n Ph?n bi?n
TRU ? NG Ð? I H? C CÔNG NGH? SÀI GÒN KHOA CO KHÍ
B? N CH? A CH? T L? NG B? N CH? A CH? T L? NG
Xylanh d?y chai Ð?ng co bang t?i d?u ra
C?m bi?n d?m chai ra Ð?u v?n Xylanh nâng h? c?m dóng n?p 8
Xylanh ch?n chai Xylanh d?y chai l?i T? di?n Ð?ng co bang t?i d?u vào Vòi chi?t
H?p gi?m t?c Ð?ng co bu?c Xylanh rút t?m d?
Phân tích và lựa chọn nguồn động lực Động cơ điện cho hệ dẫn động băng tải, m m oay, đầu vặn
Khí nén cho các cơ cấu tác động
Thủy lực cho các cơ cấu tác động Động cơ bước Động cơ DC Động cơ AC Động cơ
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2 2 1 Các phương án lựa chọn động cơ điện cho hệ dẫn động băng tải, mâm xoay chiết rót và cơ cấu vặn nắp:
2.2.1.1 Phương án động cơ bước:
Động cơ bước hoạt động theo cơ chế đặc biệt, quay theo từng bước với độ chính xác cao trong điều khiển Chúng sử dụng các bộ chuyển mạch điện tử để đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, trong khi chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi.
Chúng được ứng dụng trong các thiết bị yêu cầu điều khiển chính xác, như điều khiển robot, điều chỉnh tiêu cự trong hệ quang học, định vị trong hệ quan trắc, bắt và bám mục tiêu trong khí tài quan sát, lập trình điều khiển trong thiết bị gia công cắt gọt, cũng như điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay.
Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử d ng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in
- Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số ung điều khiển
- Động cơ đạt đƣợc m men to n phần tại l c đứng y n khi d y quấn động cơ c n đƣợc cung cấp điện)
Chuyển động có khả năng lặp lại các trạng thái cổ độ ổn định và tin cậy, điều khiển vị trí chính xác với các động cơ bước có cấp chính xác cao, có sai số từ 3-5% trong mỗi bước.
Động cơ không sử dụng chổi than có độ tin cậy cao, do đó tuổi thọ của động cơ chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của các bộ phận truyền động cơ khí như bạc đạn.
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
- Các động cơ bước đáp ứng các tín hiệu ung điều khiển cung cấp từ bộ điều khiển v ng hở, do đó dễ d ng điều khiển động cơ
- Động cơ có khả năng quay với tốc độ đồng bộ có giá trị rất thấp khi mang tải trực tiếp tr n tr c
- Động cơ có thể đạt đƣợc một phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với giá trị tần số của ung điều khiển
- Có thể ảy ra trạng thái cộng hưởng nếu kh ng được điều khiển thích hợp
- Khó điều khiển khi động cơ hoạt động ở các cấp tốc độ cao
- Vận tốc thấp Vma < 300v ng / ph t
- Động cơ bước với rotor là nam châm vĩnh cửu (PM stepper motor)
- Động cơ nam ch m vĩnh cửu dường như có các nấc khi dùng tay oay nhẹ rotor của ch ng
- Động cơ bước từ dẫn thay đổi
Động cơ biến từ trở th dường như hoạt động tự do, mặc dù có cảm giác rằng có những nấc nhẹ do sự giảm từ tính trong rotor.
Các phương pháp điều khiển:
Có 3 phương pháp phát ung đến các bộ d y stator để điều khiển thay đổi chiều quay v tốc độ của động cơ bước:
- Truyền động kiểu sóng Wave Drive)
- Truyền động kiểu một bước full step drive)
- Truyền động kiểu n a bước half step drive)
2.2.1.2 Phương án động cơ DC:
Stator của động cơ điện 1 chiều thường l 1 hay nhiều cặp nam ch m vĩnh cửu, hay nam ch m điện, rotor có các cuộn d y quấn v đƣợc nối với nguồn
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều l bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm v l đổi chiều d ng điện trong khi chuyển động quay của rotor l li n t c Th ng thường bộ phận n y gồm có một bộ cổ góp v một bộ chổi than tiếp c với cổ góp
Khi khởi động máy lớn, cần tránh tải nặng để đảm bảo an toàn Hơn nữa, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng với khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ rất phù hợp cho hệ thống tự động hóa, giúp thay đổi tốc độ một cách mượt mà.
Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp và đắt tiền, nhưng thường không hoạt động tin cậy và dễ hư hỏng, đòi hỏi bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên Hơn nữa, tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ Một khuyết điểm khác là mạng điện cung cấp chủ yếu ở dạng xoay chiều, do đó để động cơ hoạt động, cần có bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều, dẫn đến chi phí cao.
2.2.1.3 Phương án động cơ servo:
Động cơ servo kết nối với mạch điều khiển để tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín, được cấp nguồn DC từ 4.8 - 7.2 V Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi tới mạch điều khiển, khởi động động cơ qua chuỗi bánh răng và kết nối với vôn-kế Vị trí của vôn-kế cho biết vị trí đầu ra của servo, và khi đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ.
CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Phạm vi ứng dụng: Động cơ servo đƣợc ứng d ng rộng rãi trong ngành công nghiệp e hơi, máy bay và các máy gia công kim loại chính xác
Động cơ servo điều khiển chính ác với bộ phản hồi n giúp tối ưu hóa việc điều khiển các cơ cấu chấp hành, đặc biệt trong các ngành công nghiệp tự động.
- Hiệu suất cao, giảm rung động cơ khí, giảm kh ng gian lắp đặt
- Giá th nh cao hơn so với các loại động cơ khác
Phân loại: Động cơ Động cơ DC servo Động cơ AC servo Động cơ servo đồng bộ Động cơ servo cảm ứng Động cơ bước
Ph n tích các loại động cơ Động cơ bước Động cơ DC servo Động cơ servo đồng bộ Động cơ ervo cảm ứng
C ng suất