GIỚI THIỆU
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu và thiết kế mô hình máy định lượng và đóng gói bột là rất cần thiết cho sinh viên công nghệ và kỹ thuật chế tạo máy, đặc biệt trong bối cảnh nền kinh tế nông nghiệp đang phát triển tại Việt Nam.
Chế tạo được một mô hình máy định lượng và đóng gói dạng bột trong nước mang lại rất nhiều lợi ích:
Sản phẩm nội địa có giá thành rẻ hơn nhiều so với thiết bị ngoại nhập, nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng nhu cầu sản xuất Điều này giúp các cơ sở kinh doanh cá nhân và sản xuất nhỏ lẻ dễ dàng tiếp cận và sử dụng.
Để cạnh tranh hiệu quả với các sản phẩm nhập khẩu từ Trung Quốc, Ấn Độ và các nước khác, chúng ta cần thúc đẩy sản xuất nông nghiệp theo hướng tự động hóa Điều này không chỉ nâng cao năng suất mà còn khẳng định trình độ kỹ thuật công nghệ của chúng ta đang dần sánh ngang với thế giới.
Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài
Thiết kế các cơ cấu chấp hành đơn giản, ứng dụng công nghệ và kiến thức điều khiển đã học vào hệ thống điều khiển trung tâm
Tính toán các thông số chi tiết dựa trên số liệu của nhà sản xuất linh kiện, thiết bị có sẵn Kích thước máy: 560 x 660 x 1860mm
Gia công các chi tiết không có sẵn theo số liệu thiết kế từ bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp Việc lựa chọn loại vật liệu phù hợp cho từng chi tiết là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.
Lắp ráp và bố trí các thành phần trên khung máy một cách hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo máy vận hành đúng nguyên lý hoạt động và đáp ứng nhu cầu thực tế.
Vận hành máy và kiểm tra hiệu quả của các cơ cấu chấp hành là rất quan trọng, đồng thời cần tinh chỉnh kích thước của các chi tiết máy để đảm bảo máy hoạt động một cách trơn tru nhất.
− Điều khiển: PLC Mitshubisi FX3U-32MT
− Bộ phận công tác: Xylanh khí nén Airtac
− Kích thước sản phẩm: 100x150mm
Các đặc trưng cơ bản của một mô hình máy định lượng và đóng gói dạng bột
Nghiên cứu và thiết kế các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động, bao gồm cơ cấu chấp hành, thiết bị điều khiển và gia công cơ khí, là những yếu tố quan trọng để phát triển công nghệ tự động hóa hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát thị trường và nghiên cứu tính năng cũng như nguyên lý hoạt động của các máy định lượng và đóng gói dạng bột từ các công ty thương mại và sản xuất trong và ngoài nước giúp hiểu rõ tình hình và thực trạng sản phẩm hiện nay.
Tham khảo các công trình nghiên cứu về máy định lượng và đóng gói dạng bột đã trên mạng internet
Khám phá nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật của linh kiện, thiết bị cần thiết cho việc chế tạo máy định lượng và đóng gói thực phẩm dạng bột hiện có trên thị trường.
Tham khảo tài liệu từ sách thiết kế chế tạo máy và internet, cũng như các đồ án liên quan đến máy định lượng và đóng gói thực phẩm dạng bột, là bước đầu tiên quan trọng Áp dụng kiến thức lập trình đã học, nghiên cứu cách ứng dụng vào đề tài, giúp phát triển từ ý tưởng đến thiết kế Quá trình gia công, lắp ráp và tinh chỉnh sản phẩm cuối cùng cần được thực hiện cẩn thận để tránh những sai sót không mong muốn.
Giới hạn đề tài
Máy định lượng và đóng gói thực phẩm bột được thiết kế với khung nhôm định hình, giúp giảm chi phí so với vật liệu inox Với khả năng định lượng khối lượng nhỏ (150-200g), máy sử dụng hộp định lượng thay vì loadcell, không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn tăng tốc độ định lượng và đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra, đáp ứng tốt mục tiêu đề tài.
Khung nhôm định hình nổi bật với ưu điểm vượt trội so với khung inox cố định, cho phép dễ dàng thay đổi kích thước bố trí linh kiện và cơ cấu chấp hành, linh hoạt theo kích thước túi đóng gói Hệ thống điều khiển bằng PLC khí nén hoạt động ổn định, dễ dàng điều chỉnh chương trình để đáp ứng nhu cầu người dùng, từ đó nâng cao hiệu quả trong công tác sản xuất.
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Công nghệ tự động đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu nghiên cứu và cải tiến kỹ thuật cho các máy định lượng và đóng gói ngày càng cao Việt Nam đã chế tạo thành công nhiều loại máy cân định lượng, giúp giảm chi phí đầu tư cho doanh nghiệp và nâng cao năng suất sản xuất Đội ngũ nhà nghiên cứu trẻ và kỹ sư giỏi được đào tạo chuyên môn hứa hẹn sẽ mang đến nhiều phát minh và sản phẩm mới trong tương lai.
Trên toàn cầu, nhiều nghiên cứu đã dẫn đến sự ra đời của các công nghệ hiện đại trong lĩnh vực sản xuất cân đo Công nghệ này đã phát triển mạnh mẽ với quy trình sản xuất hoàn toàn tự động và khép kín Hiện tại, các nghiên cứu vẫn tiếp tục tập trung vào việc ứng dụng phần mềm mới, vật liệu mới và cơ cấu mới nhằm nâng cao hiệu quả và hoàn thiện sản phẩm.
2.1.1 Máy đóng gói tự động cân định lượng thiết kế theo nhu cầu
Hình 2.1 Máy đóng gói thiết kế theo nhu cầu
Thiết bị bao gồm 2 phần: Máy đóng gói và cân định lượng, hoạt động tự động như sau:
Cân định lượng bao gồm một bồn chứa nguyên liệu, nơi sản phẩm được đưa vào Cơ cấu rung động giúp chuyển nguyên liệu đến bồn chứa thứ hai, nơi có cảm biến trọng lượng được lắp đặt phía dưới để phát hiện giá trị cân Sau khi cân xong, cơ cấu xả liệu sẽ đưa nguyên liệu đã cân đến bước tiếp theo, và dưới họng xả có một cơ cấu đóng gói Sau khi hoàn tất quy trình xả liệu, máy sẽ tự động thực hiện lại quy trình cân.
Sau khi hoàn tất quá trình cân định lượng, nguyên liệu sẽ tự động được xả ra và đi qua cơ cấu tạo túi Trước khi nguyên liệu được xả, cơ cấu hàn sẽ hoạt động để tạo ra bao bì chứa nguyên liệu Tiếp theo, cơ cấu cắt sẽ hoạt động để cắt bao bì, và quá trình này sẽ diễn ra liên tục.
2.1.2 Máy định lượng và đóng gói hoàn toàn tự động
Hình 2.2 Máy định lượng và đóng gói tự động
Máy đóng gói bột canh giá rẻ được điều khiển bằng PLC, đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định Với động cơ bước kéo màng, máy thiết lập chiều dài túi nhanh chóng và chính xác.
Máy đóng gói muối và bột canh gia vị được trang bị cảm biến (mắt thần) để xác định điểm cắt chính xác trên cuộn màng Ngoài ra, máy còn có đồng hồ nhiệt giúp điều khiển và cài đặt nhiệt độ một cách trực quan, phù hợp với nhiều loại màng phức hợp khác nhau.
Vỏ máy đóng bột canh, phần tiếp xúc nguyên liệu được chế tạo bằng inox đảm bảo yêu cầu
Các chi tiêt máy đóng gói tự động được chế tạo bằng máy gia công tư động giúp lắp ráp chính xác
Thiết kế bao bì thân thiện, dễ dàng thay đổi kích thước máng và túi Loại bao bì thích hợp cho máy đóng gói gia vị giá rẻ là màng ghép phức hợp.
2.1.3 Máy đóng gói gia vị túi kép
Hình 2.3 Máy đóng gói gia vị túi kép
Máy thiết kế hiện đại, thao tác đơn giản Hệ thống điều khiển PLC, vận hành ổn định, có thể điều chỉnh tham số mà không cần dừng máy
Sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ và dừng máy dao dán tự động giúp tiết kiệm màng đóng gói Máy tự động có khả năng tạo túi, chiết định lượng, dán túi và đưa sản phẩm ra ngoài, đồng thời có thể đóng gói 2 túi cùng lúc.
Thực phẩm dạng bột
Thực phẩm dạng bột được sản xuất thông qua quá trình phơi khô, kết tinh và xay nhuyễn từ các nông sản như gạo, khoai mì, khoai tây, bắp, cà phê, cũng như từ các loại gia vị như gừng, tỏi, nghệ và mía đường.
Hình 2.4 Một số loại thực phẩm dạng bột
Ngoài các loại thực phẩm dạng bột dùng để chế biến món ăn và đồ uống, còn có những sản phẩm phục vụ cho làm đẹp, thẩm mỹ và thực phẩm chức năng giúp nâng cao sức khỏe.
Các loại bao bì thực phẩm
Hiện nay PE trở thành quan trọng nhất trong tất cả các loại vật liệu nhựa PE được phân loại thành các nhóm chính sau:
− LDPE - PE mật độ thấp, tỉ trọng = 0.91- 0.925 g/cm3
− MDPE (LLDPE: Linear) - PE mật độ trung bình, tỉ trọng = 0.926
− HDPE - PE mật độ cao, tỉ trọng = 0.941- 0.965 g/cm3
LDPE là loại nhựa quan trọng và phổ biến nhất, thường được sử dụng để sản xuất màng mỏng cho túi Với khả năng hàn nhiệt dễ dàng và chi phí thấp, LDPE trở thành lựa chọn ưu tiên trong ngành công nghiệp bao bì.
− MDPE: Được dùng tạo màng mỏng hoặc dùng khi có yêu cầu cần độ cứng cao hơn hoặc nhiệt độ làm mềm cao hơn LDPE
Màng PE là một trong những vật liệu bao bì phổ biến nhất nhờ vào các tính chất quan trọng như khả năng ngăn cản nước và độ bền cao Các loại PE khác nhau mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong ứng dụng bao bì, giúp bảo vệ sản phẩm một cách tối ưu.
Polyethylene (PE) có khả năng giữ ẩm tốt, đặc biệt khi mật độ của nó cao Ngoài ra, PE còn có tính hàn nhiệt xuất sắc và duy trì độ mềm dẻo ngay cả ở mật độ thấp, cho phép sử dụng trong điều kiện đông lạnh tới -50 °C (-58 °F) Độ nhớt của PE thay đổi đồng đều theo nhiệt độ, giúp dễ dàng trong việc xử lý và biến đổi.
Về mặt sinh lý học, không có sự bất lợi nào liên quan đến PE vì khi cháy nó chỉ sinh ra khí CO2 và nước
Polypropylen (PP) là một loại nhựa olefin cứng hơn polyethylene (PE), có khả năng chịu kéo tốt hơn và độ trong suốt cao hơn Với giá trị thấm hơi ẩm thấp và nhiệt độ làm mềm khoảng 150oC, PP được sử dụng hiệu quả trong việc tiệt trùng các sản phẩm y tế bằng nồi hấp Ngoài ra, PP cũng thường được dùng làm bao bì cho thực phẩm chế biến sẵn, có thể đưa vào lò đối lưu hoặc đun sôi, và phổ biến trong sản xuất nắp đậy bằng phương pháp ép phun.
Polypropylene (PP) với mật độ thấp (0.90 g/m3) và độ bền cao có khả năng tạo ra màng mỏng, giúp cạnh tranh với màng polyethylene (PE) trong một số ứng dụng đặc biệt Nó cũng có thể thay thế cellophan, chẳng hạn như trong việc bọc gói thuốc lá Tuy nhiên, PP có xu hướng trở nên giòn ở nhiệt độ thấp.
12 nhiệt độ thấp, điều này có thể vượt qua ở một mức độ nào đó, bằng cách đồng trùng hợp với một lượng nhỏ ethylene
PP được sử dụng nhiều dưới dạng màng mỏng, tương đối cứng, có khả năng ứng dụng giống với cellophane nhờ tính trong suốt của nó Màng
Màng OPP (PP được định hướng) được kéo căng theo một hoặc hai hướng, mang lại lực bền và độ cứng tốt hơn Với độ cứng vừa đủ, màng OPP dễ dàng được xử lý trên nhiều loại thiết bị đóng gói, đồng thời hoàn toàn trong suốt và có khả năng ngăn cản độ ẩm cũng như mùi hương hiệu quả Tuy nhiên, việc hàn nhiệt màng PP gặp khó khăn, nhưng có thể khắc phục bằng cách đùn kép với PE.
2.2.3 Màng PVC Được sản xuất thành 2 loại cứng và mềm dẻo Loại PVC cũng có tính ngăn cản độ ẩm và khí tốt, tính kháng mỡ tốt PVC cũng được dùng nhiều trong bao bì nhiệt định hình đóng gói bơ, dầu thực vật… Nhờ vào tính trong suốt mà PVC được dùng dưới dạng chai nước khoáng, dùng trong mỹ phẩm, dầu ăn và nước cốt trái cây Một vài loại PVC chịu được áp suất khí bền trong chai nên được dùng để đựng bia và nươc uống có gaz khác
Màng PVC mềm dẻo là vật liệu lý tưởng để đóng gói thực phẩm tươi như thịt, cá, trái cây và rau quả Ngoài ra, nó còn được sử dụng để bọc pallet, giúp giữ chặt hàng hóa trên đó bằng cách quấn căng màng Một số loại màng PVC cũng được thiết kế để bao gói nhằm chống hàng giả, đảm bảo an toàn cho sản phẩm.
Màng nhựa phức hợp, hay còn gọi là màng ghép, là vật liệu nhiều lớp kết hợp các tính chất ưu việt của các thành phần khác nhau Việc ghép các loại vật liệu giúp tạo ra sản phẩm với tính năng cải thiện, đáp ứng tốt yêu cầu bao bì Một tấm màng ghép có thể cung cấp đầy đủ các đặc tính như tính cản khí, hơi ẩm, độ cứng, khả năng in ấn tốt, dễ chế tạo và tính hàn hiệu quả Tính chất cuối cùng của màng nhựa phức hợp phụ thuộc vào các đặc điểm của từng lớp thành phần.
Màng ghép phức hợp được sử dụng phổ biến trong ngành bao bì thực phẩm và dược phẩm Quá trình hình thành màng ghép là sự kết hợp của nhiều lớp vật liệu khác nhau, giúp cải thiện tính năng bảo quản và chất lượng sản phẩm.
14 chọn lựa giữa màng nguyên liệu ban đầu, mực in, keo dán, nguyên liệu phủ sử dụng các phương pháp gia công có nhiều công đoạn, đa dạng
Vật liệu ghép được sử dụng phổ biến nhờ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và tiện dụng cho từng loại bao bì Chúng không chỉ bảo vệ chất lượng sản phẩm bên trong mà còn có giá thành hợp lý và an toàn cho người sử dụng.
Một số loại màng phức hợp:
2 lớp: BOPP/PE; PET/PE; BOPP/PP; NY/PE
3 lớp: BOPP(PET)/PET (M)/PE; BOPP(PET)/Al/PE;
4 lớp: BOPP(PET)/PE/Al/PE; Giấy/PE/Al/PE;
Cấu tạo chung máy định lượng đóng gói thực phẩm dạng bột
Mô hình máy định lượng đóng gói thực phẩm dạng bột đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:
− Cảm biến đọc vạch màng
− Cơ cấu điều khiển dập nhiệt túi dọc
− Cơ cấu điều khiển dập nhiệt và cắt túi ngang
Phương án định lượng
Máy đo lường sử dụng số vòng quay của trục vít kết nối với động cơ bước để định lượng bột Chỉ cần điều chỉnh số vòng quay của động cơ bước để thay đổi khối lượng bột cần chiết rót Ưu điểm của phương pháp này là độ chính xác cao, tuy nhiên, nhược điểm là chi phí gia công cao và độ phức tạp trong quá trình thực hiện.
Hình 2.9 Vít tải Năng suất vận chuyển của vít tải được tính theo công thức:
− Q: năng suất vận chuyển, kg/h
− D: đường kính ngoài của cánh vít, m
− n: số vòng quay trục vít, v/phút
− ρ: khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3
− ψ: hệ số nạp đầy Đối với vật liệu dạng hạt chọn ψ=(0,3-0,45);đối với vật liệu đã nghiền nhỏ (ψ=0,45-0,55)
− S: bước vít để vận chuyển hạt rời, thông thường S = (0,8-1)D
− C1: hệ số xét tới độ dốc của vít tải so với mặt phẳng ngang
2.5.2 Định lượng bằng cốc xoay
Máy định lượng cốc bán tự động cho phép điều chỉnh tốc độ và chiều dài gói một cách dễ dàng ngay cả khi đang hoạt động, sử dụng phương pháp định lượng bằng cốc Được chế tạo từ inox chất lượng cao, máy đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Phương pháp xác định khối lượng sử dụng cảm biến lực cân điện tử (loadcell) đảm bảo việc tiếp nhận và chuyển đổi giá trị khối lượng thành tín hiệu điện một cách chính xác và trung thực.
Cân định lượng là một hệ thống cân điện tử động, giúp cân khối lượng nguyên liệu cho sản xuất trực tiếp trên băng truyền cấp liệu Việc sử dụng cân định lượng trong dây chuyền sản xuất đảm bảo quy trình diễn ra liên tục và cung cấp khối lượng nguyên liệu chuẩn cho sản phẩm Điều này không chỉ nâng cao tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm mà còn tăng giá trị sản phẩm đầu ra.
Khi gia công với giá thành thấp nhưng chi tiết có kích thước lớn, yêu cầu phần điều khiển cần phải chính xác Để đạt được điều này, cần sử dụng động cơ xoay có công suất lớn nhằm xoay mâm định lượng hiệu quả.
Phương án ép nhiệt
Dây điện trở nhiệt ( thermistor ) còn được gọi là dây mayso có tác dụng chuyển điện năng thành nhiệt năng trong quá trình cản trở dòng điện
Dây trở này được thiết kế cho máy hút chân không, máy hàn túi đập tay và máy hàn miệng túi đạp chân, phù hợp với các cơ sở đóng gói yêu cầu đường hàn nhỏ với kích thước vết hàn từ 3-10mm.
Thanh gia nhiệt và que điện trở nhiệt sấy khô là những thiết bị quan trọng trong việc cản trở dòng điện Điện trở của vật dẫn điện tỷ lệ thuận với khả năng dẫn điện của nó; vật dẫn tốt sẽ có điện trở nhỏ, trong khi vật dẫn kém sẽ có điện trở lớn.
Điện trở vô cùng lớn ở mức 19 được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày thông qua các thiết bị như thanh gia nhiệt, que điện trở nhiệt sấy khô, đèn sưởi, và đun nước Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ.
Điện trở đốt nóng, hay còn gọi là điện trở nhiệt (thermistor), là thiết bị có khả năng cản trở dòng điện, chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng.
Phương án điều khiển
2.7.2 Các dữ liệu đầu vào điều khiển
Các dữ liệu đầu vào:
− Điều khiển cấp nguyên liệu
− Điều khiển hàn miệng túi dọc, hàn miệng túi ngang
− Điều khiển cắt rời túi
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Thực trạng công ty
Công Ty TNHH MTV SX TM Trường Thọ, thành lập năm 2007, chuyên sản xuất đa dạng các loại bột ngũ cốc và bột giải khát từ nguyên liệu tự nhiên như cam, dâu, chanh, bí đao, me, và các sản phẩm tăng lực khác.
Hình 3.1 Sản phẩm bột Công Ty TNHH MTV SX TM Trường Thọ
Công ty TNHH MTV SX TM Trường Thọ hiện đang sản xuất hơn 100 loại sản phẩm thực phẩm và đồ uống dạng bột, với sản lượng hàng ngày đạt trên 4 tấn bột giải khát và bột ngũ cốc Trong suốt quá trình hình thành và phát triển, công ty đã vinh dự nhận được sự tín nhiệm và ủng hộ từ khách hàng trong và ngoài nước.
Ty TNHH MTV SX TM Trường Thọ đã tạo công ăn việc làm cho hàng trăm lao động trên địa bàn tỉnh Bình Dương
Hiện nay, công ty đang tập trung vào việc nâng cấp dây chuyền sản xuất bằng cách đưa vào sử dụng các máy móc đóng gói hiện đại Sự áp dụng máy đóng gói tự động không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả công việc.
22 xuất dần thay thế sức người và các máy bán tự động để tăng năng suất sản lượng cung ứng ra thị trường.
Cấp nguyên liệu đầu vào
Để thiết kế cơ cấu cấp nguyên liệu đầu vào, nhóm nghiên cứu đã chọn đường cát làm nguyên liệu đầu vào
Đường cát, hay còn gọi là sucrose, là một loại bột kết tinh màu trắng, không mùi và có vị ngọt dễ chịu, dễ hòa tan trong nước Sucrose được hình thành từ sự kết hợp của glucose và fructose qua liên kết glucoside 1,2 Loại đường này chủ yếu được chiết xuất từ củ cải đường và mía, đồng thời cũng có mặt tự nhiên trong trái cây và rau quả Sucrose đóng vai trò quan trọng trong khẩu phần dinh dưỡng của con người.
Vai trò của sucrose trong đời sống:
Khi cơ thể bạn cảm thấy mệt mỏi, căng thẳng hoặc đói bụng, thực phẩm chứa sucrose có thể cung cấp năng lượng hiệu quả cho tế bào, giúp bạn phục hồi sức lực nhanh chóng.
Cơ và não bộ có khả năng hồi phục nhanh chóng, trong đó sucrose được lưu trữ như nguồn năng lượng dự trữ Điều này rất quan trọng khi cơ thể cần lượng đường glucose lớn ngay lập tức, đặc biệt là trong các hoạt động thể thao cường độ cao trong thời gian ngắn.
Sucrose là một nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, được sử dụng chủ yếu làm chất phụ gia tạo ngọt và là thành phần chính trong các sản phẩm như bánh, kẹo, siro và mứt.
− Trong lĩnh vực y tế: làm thuốc để điều trị, kiểm soát, phòng chống và cải thiện những bệnh, hội chứng như bỏng rát lưỡi, ho, làm đường giảm cân,…
− Trong lĩnh vực khoa học – công nghệ Công nghệ sản xuất isomaltulose từ sucrose sử dụng vi khuẩn enterobacter sp Isb-25
Hình 3.3 Góc nghiên tự nhiên
Khi bột được thả từ một độ cao nhất định, nó sẽ hình thành một hình nón Góc φ_R giữa mặt đáy và đường sinh của hình nón, khi khối bột hoàn toàn đứng yên, được gọi là góc nghỉ tự nhiên của bột.
Khi đặt bột lên một tấm phẳng nằm ngang và nâng dần một đầu tấm, hạt bột sẽ bắt đầu trượt khi đạt đến một góc nhất định Góc này, được gọi là góc trượt φ_F, là góc hình thành giữa mặt phẳng ngang và mặt tấm trượt.
Định lượng
Khâu định lượng là phần quan trọng nhất trong quy trình máy đóng gói Tùy thuộc vào sai số cho phép, có nhiều phương pháp định lượng khác nhau được áp dụng, nhưng về cơ bản vẫn giữ nguyên nguyên tắc.
25 được chia làm hai dạng: định lượng theo thể tích và định lượng theo trọng lượng
Cơ cấu định lượng theo thể tích thường áp dụng cho vật liệu dạng rời, nổi bật với tính đơn giản và dễ chế tạo Tuy nhiên, phương pháp này không đạt được độ chính xác cao như cơ cấu định lượng theo trọng lượng Các kiểu định lượng theo thể tích bao gồm tang quay, đĩa, vít xoắn và kiểu rung.
Vật liệu chính để chế tạo cơ cấu định lượng trong máy đóng gói thực phẩm thường là inox, nhằm đảm bảo tính thẩm mỹ, chất lượng và vệ sinh thực phẩm Bên cạnh đó, nhựa và một số loại vật liệu khác cũng có thể được sử dụng, mặc dù không phổ biến.
Mô hình máy định lượng và đóng gói thực phẩm dạng bột trong đồ án này là loại máy đóng gói nguyên liệu rời, sử dụng phương pháp định lượng bằng thể tích Máy có khả năng điều chỉnh trọng lượng định lượng và kích thước bao bì, mang lại sự linh hoạt trong quy trình đóng gói.
Hàn miệng túi
Hàn miệng túi, hay còn gọi là ép miệng túi ni lông, có vai trò quan trọng trong việc hàn kín túi bảo quản thực phẩm, từ đó giúp kéo dài thời gian bảo quản và nâng cao chất lượng bao bì sản phẩm.
Nhiệt độ của bộ phận ép nhiệt trong bao bì ni lông phụ thuộc vào cấu trúc của từng loại bao bì, nhằm ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt gây chảy hoặc thủng bao bì, cũng như tránh nhiệt độ không đủ làm hàn miệng túi không chắc chắn hoặc bị hở mối hàn.
Máy đóng gói thường gặp sai số ở bộ phận cắt bao, khi cắt không đúng vị trí đánh dấu Để khắc phục vấn đề này, cần có cơ cấu bù trừ sai số, có thể sử dụng hệ thống bánh răng vi sai hoặc thực hiện bù trong quá trình điều khiển.
Điều khiển
3.5.1 Phương án 1 – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp Ở phương án này máy hoạt động theo nhịp sản xuất được tạo bởi ly hợp hay cơ cấu Man Vì làm việc theo nhịp, lực căng của cuộn bao gói sẽ thay đổi liên tục do đó cần có cơ cấu điều hòa lực căng để máy hoạt động chính xác Ưu điểm của dạng thiết kế này là hệ thống điều khiển đơn giản, mỗi khi cảm biến quang phát hiện thấy vạch định vị thì bộ phận điều khiển phát lệnh cấp liệu và hàn (hàn dọc bao và hàn hai đầu bao đều bằng thanh kẹp, không dùng con lăn) do đó không cần hệ thống bù vi sai, hoạt động chính xác hơn
Nhược điểm lớn nhất của loại này là năng suất thấp, chủ yếu do thời gian chờ giữa các động tác của các cơ cấu, ảnh hưởng bởi quán tính.
3.5.2 Phương án 2 – Máy đóng gói hoạt động liên tục Đây là phương án được dùng phổ biến vì cho năng suất cao Đặc điểm của hệ thống loại này là luôn luôn xuất hiện sai số ở vị trí cắt giữa các gói, sai số này xuất hiện do nhiều nguyên nhân, trong đó hai nguyên nhân chủ yếu là sai số hệ thống của máy và sai số ngẫu nhiên ở khoảng cách của hai vạch liên tiếp trên bao gói (do sự biến dạng nhiệt hoặc do in sai vị trí) Do đó hệ thống này đòi hỏi phải có cơ cấu bù trừ sai số này, cơ cấu này sẽ hoạt động liên tục làm cho sai số dao động trong một phạm vi cho phép Ngoài ra ta cũng có thể bù trừ sai số này bằng giải thuật điều khiển
Phân tích cho thấy phương án hai là lựa chọn ưu việt hơn, bởi trong sản xuất hiện đại, năng suất luôn là yếu tố hàng đầu cần được chú trọng.
Việc chế tạo hệ thống bù trừ sai số vị trí cắt không quá phức tạp, do đó phương án hai sẽ được áp dụng trong đồ án này thông qua việc sử dụng giải thuật điều khiển để bù trừ sai số.
Thiết kế phễu cấp nguyên liệu
4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu cấp nguyên liệu
Phễu cấp nguyên được chế tạo từ tôn thép tráng kẽm, giúp tối ưu chi phí so với việc sử dụng inox Thành phần hóa học của phễu là hợp kim Fe-Zn.
Hình 4.1 Vật liệu phễu cấp nguyên liệu
Bề mặt tôn hợp kim được bảo vệ bằng một lớp kim loại chống gỉ, nằm tách biệt với lớp sơn màu của sản phẩm Hai loại lớp phủ kim loại phổ biến thường được sử dụng là
− Mạ kẽm: mạ kẽm 100% tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng sản phẩm
− Galvalume hoặc Zincalume: Một loại hợp kim của nhôm và kẽm
(55 % nhôm và 45% kẽm) Lớp mạ càng lớn, lớp bảo vệ chống gỉ sét càng kéo dài
4.1.2 Thông số phễu cấp nguyên liệu
− Khối lượng nguyên liệu đầu vào: 3kg
− Khối lượng riêng của đường cát: 1.587 g/cm³ = 1587 kg/m³ (theo https://vi.wikipedia.org/wiki/Saccarose)
− Khối lượng phễu là: 0.997kg
Hình 4.2 Kích thước phễu cấp nguyên liệu Thể tích phễu cấu nguyên liệu được chia làm 2 phần:
Thể tích khối trụ tròn (1)
= π 15 2 80 = 56520 𝑚𝑚 3 Thể tích khối chóp nón (2)
3 (150 2 +15 2 + 150.15) = 2614050 𝑚𝑚 3 Tính toán khối lượng nguyên liệu chứa trong phễu:
Khối lượng = (Thể tích x Khối lượng riêng nguyên liệu) – Khối lượng phễu
Nhóm nghiên cứu quyết định chọn phễu cấp dạng nón có góc nghiêng 34,2°, vật liệu: thiếc cho mô hình máy định lượng và đóng gói thực phẩm bột
Phễu cấp nguyên liệu dạng nón được thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN4996-9800, đảm bảo đáp ứng yêu cầu về cấp nguyên liệu đầu vào dựa trên các thông số và số liệu tính toán thiết kế.
− Mỗi công nhân vận hành một máy đóng gói
− Nguyên liệu không tồn dư hay kẹt lại trong phễu
− Thời gian làm việc: 8h/ngày
− Với 1 lần cấp nguyên liệu đầu vào là 3200g (3.2 kg) sẽ định lượng 250g/gói (12 gói sản phẩm đầu ra).
Thiết kế cơ cấu kéo màng
Hình 4.3 Bánh xe kéo màng
Bánh xe kéo màn có tiết diện tiếp xúc 10mm và đường kính lỗ lắp trục động cơ 5mm, được làm từ hợp kim nhôm A6061 Bánh xe được lắp trên trục động cơ bước Nema17 OK17STH47, với 2 bánh xe quay ngược chiều nhau để kéo cuộn màng nilon trong quá trình đóng gói Đường kính bánh xe kéo màng là DUmm, và chu vi bánh xe khi quay một vòng tương ứng với độ dài thân túi được hàn nhiệt, tính theo công thức với 𝜋 = 3.14.
Do đó để điều chỉnh kích thước đóng gói túi sản phẩm, ta chỉ cần điều chỉnh vòng quay dựa theo góc bước của động cơ bước
4.2.2 Động cơ bước Nema17 OK17STH47 Động cơ bước Nema17 OK17STH47 là loại động cơ bước hỗn hợp (hybrid), có góc bước 1.8° và kích thước 47x42x42mm, có 4 dây, mô- men xoắn giữ 0.46N.cm, khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình
Động cơ bước Nema17 OK17STH47 nổi bật với độ bền cao và giá thành hợp lý, dễ dàng thay thế, do đó thường được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điều khiển chuyển động kỹ thuật số và tự động hóa, như chế tạo máy vẽ, khắc laser CNC và in 3D.
Hình 4.5 Kích thước động cơ bước
Số dây 4 Điện áp 5-24VDC
Kích thước 47 x 42 x 42mm Đường kính trục 5mm
Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ bước Nema17 OK17STH47
4.2.3 Driver động cơ bước TB6560 3A
Mạch driver động cơ bước TB6560 3A là module chuyên dụng cho việc điều khiển động cơ bước lưỡng cực, hỗ trợ các chế độ như full step, half step, và vi bước (1/8 và 1/16 step) Các chế độ này được cài đặt thông qua phần cứng, mang lại sự linh hoạt trong việc điều khiển động cơ.
Hình 4.6 Driver động cơ bước TB6560
Hạn dòng cho motor được thực hiện thông qua việc cấp điện cho cuộn dây motor qua cầu H bên trong IC Khi dòng điện đạt mức quy định, ví dụ 1A, IC sẽ ngừng cấp điện và khi dòng điện giảm xuống, IC lại tiếp tục cấp điện Chu kỳ này phụ thuộc vào dao động nội bộ của IC, có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị tụ C5 Sử dụng tụ 330pF, dao động đạt 130kHz, trong khi tụ 100pF cho tần số 400kHz Tần số càng cao, IC càng kiểm tra sự thay đổi dòng điện nhanh chóng, giúp quá trình hoạt động trở nên mượt mà hơn với các mức độ 0%, 25%, 50%, 100%.
− Điện áp hoạt động: 10-35VDC
− Dòng tải tối đa: 3A, peak 3.5A
− Tích hợp Opto cách ly 6N137 tốc độ cao giúp cách ly tín hiệu điều khiển với board điều khiển, an toàn và chống nhiễu
− Tích hợp tản nhiệt nhôm lớn giúp tản nhiệt cho TB6560
− Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86 | 2 hoặc 4 pha | 4 dây hoặc
− Có công tắc để Setup dòng tải, tối đa 3A
− Có công tắc để Setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16
− Có công tắc để Setup Decay (lực giữ vị trí cố định)
Hình 4.7 Ký hiệu đầu nối dây
CLK+，CLK- Xung dương/Xung âm
CW+，CW Hướng quay cùng/ngược chiều kim đồng hồ
EN+，EN- Kích chân dương/âm
Bảng 4.2 Mô tả ký hiệu đầu nối dây Driver động cơ bước TB6560
4.2.4 Thiết kế hộp định lượng Để định lượng sản phẩm đóng gói, nhóm nghiên cứu đã thiết kế hộp định lượng Với ưu điểm:
− Cơ cấu hoạt động đơn giản, sử dụng chuyển động tịnh tiến
− Vận hành nhanh hơn so với dùng cơ cấu định lượng vít tải hoặc loadcell ở các máy có sẵn ngoài thị trường
− Có thể định lượng theo nhiều khối lượng khác nhau bằng cách thay đổi thể tích hộp định lượng phục vụ cho nhu cầu đóng gói theo nhu cầu
Hộp định lượng được làm từ mica (hay nhựa acrylic) và được gắn trực tiếp vào phễu cấp nguyên liệu, bao gồm hai bộ phận chính.
− Hộp trong được gắn với xylanh khí nén chuyển động tịnh tiến, thể tích hộp chứa định lượng và nắp chặn
− Hộp ngoài cố định lên thân máy có máng dẫn nguyên liệu
Hình 4.8 Hộp định lượng Nguyên lý hoạt động:
Phễu cấp nguyên liệu kết nối trực tiếp với cơ cấu định lượng, cho phép nguyên liệu được chuyển từ phễu xuống hộp định lượng Sau khi hộp định lượng được lấp đầy, nó sẽ kết nối với xylanh khí nén để đẩy nguyên liệu xuống máng dẫn đến quá trình đóng gói Sau đó, hộp định lượng sẽ trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu trình đóng gói tiếp theo.
Hình 4.9 Kích thước hộp định lượng
Hộp trong của cơ cấu định lượng có kích thước Dài: 70mm; Rộng: 66mm; Cao: 36mm
V = D x R x C = 70 x 66 x 36 = 166320 mm 3 Khối lượng riêng của đường cát theo là 1587kg/m 3
Do đó, khối lượng nguyên liệu cấp vào hộp định lượng là:
Sau nhiều lần định lượng thử trên máy, trừ hao 10g do mức độ phủ không đều trong thể tích hộp chứ Do đó, định lượng 1 gói sản phẩm là 250g.
Thiết kế bộ phận công tác ép nhiệt
4.3.1 Xác định phương án thiết kế
Cơ cấu trong hệ thống này rất quan trọng để hàn thân túi (ép nhiệt dọc) và miệng túi (ép nhiệt ngang), yêu cầu 2 bậc tự do Thiết kế cần chính xác để đảm bảo 2 thanh ép nhiệt không tạo ra khe khi ép lại.
38 hở, kết cấu đơn giản mà vẫn có thể đáp ứng được những yêu cầu của hệ thống
Một số thông số kỹ thuật của mô hình máy định lượng và đóng gói thực phẩm bột:
− Lực ép: là lực ép lớn nhất của bộ ép nhiệt khi màn nilong được kéo xuống
− Truyền động cho cơ cấu: dùng truyền động khí nén ép thân và miệng túi
− Nhiệt lượng: dùng điện trở nhiệt được kiểm soát thông qua đầu dò nhiệt loại K nối với đồng hồ nhiệt, nhiệt độ duy trì ở mức 160 o C
− Cơ chế đóng ngắt: sử dụng relay bán dẫn SSR-4DA và đồng hồ kiểm soát nhiệt độ REC-C100 (bộ điều khiển PID)
− Số bậc tự do: 2 bậc tự do chuyển động tịnh tiến
4.3.2 Quy trình hoạt động của bộ ép nhiệt
Hình 4.10 Quy trình hoạt động của xylanh ép nhiệt
Trước khi đóng gói, bộ ép nhiệt dọc sẽ ép dọc thân túi nilong, sau đó bộ ép nhiệt ngang sẽ ép miệng của đáy túi nilon để cố định hình dạng túi Nguyên liệu từ phễu cấp được định lượng và đổ xuống theo máng dẫn vào trong túi Bánh xe dẫn màng nilong kéo thân túi nilong xuống một khoảng cách nhất định Bộ ép nhiệt ngang sẽ ép miệng túi và cắt rời túi sau khi đã đóng gói, tiếp theo bộ ép nhiệt dọc sẽ tiếp tục ép thân túi nilong Chu trình này lặp đi lặp lại cho đến khi nguyên liệu trong phễu cấp đã hết.
4.3.3 Sơ lược về xi lanh khí nén
Xylanh khí nén, hay còn gọi là xylanh khí, là thiết bị cơ khí hoạt động bằng khí nén, thường là không khí Có hai loại chính của xylanh khí nén: xylanh khí nén 1 chiều và xylanh khí nén 2 chiều.
Hình 4.11 Xylanh 1 chiều a Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực b Chiều tác dụng ngược lại do lò xo
Xylanh khí nén 1 chiều, hay xylanh khí nén tác động đơn, là thiết bị sử dụng khí nén để di chuyển piston theo một hướng cố định Piston trở lại vị trí ban đầu nhờ lực từ lò xo hoặc lực đẩy bên ngoài.
Hình 4.12 Xylanh 2 chiều a Xilanh tác dụng hai chiều không có giảm chấn b Xilanh tác dụng hai chiều có giảm chấn
Xi lanh khí nén 2 chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép, là loại xi lanh có cơ cấu dẫn động ở cả hai đầu, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Xi lanh khí nén 2 chiều sử dụng lực đẩy của khí nén để thực hiện chức năng đẩy ra và rút lại Một đặc điểm nổi bật của loại xi lanh này là cần piston chỉ có ở một bên, dẫn đến kích thước hai đầu piston không giống nhau, từ đó tạo ra lực tác dụng khác nhau lên cần piston.
Nhóm nghiên cứu đồ án quyết định chọn 2 loại xylanh trượt Airtac TN10X50-S và TN25X60-S, sử dụng bộ van điện từ 24V 4V210-08 điều khiển để thiết kế bộ ép nhiệt
Xylanh khí nén AIRTAC mang lại độ chính xác cao và lực mạnh, với thiết kế nhỏ gọn, rất phù hợp cho việc chế tạo máy robot và máy công cụ chính xác Sản phẩm này có tuổi thọ bền bỉ hơn so với các loại xylanh khác và được trang bị tính năng nhận tín hiệu tự động hóa, nâng cao hiệu quả sử dụng.
4.3.3.1 Xylanh 2 ty trượt Airtac – TN10X50-S
− Áp suất chịu được : 1.5 MPa
4.3.3.2 Xylanh 2 ty trượt Airtac – TN25X60-S
− Áp suất chịu được : 1.5 MPa
Nhóm nghiên cứu sử dụng van điện từ Airtac 24VDC để điều khiển xylanh, với ngõ ra/vào khí qua ống khí nén phi 6mm Van có đầu nối ren tích hợp cùng với van tiết lưu, giúp điều chỉnh tốc độ hành trình của xylanh khí nén, đảm bảo phù hợp trong quá trình ép nhiệt.
Van điện từ khí nén là linh kiện phổ biến và được ưa chuộng hiện nay, với thiết kế gồm 5 cổng (lỗ ren) có kích thước phi 13 ở 2 vị trí.
Hình 4.16 Kích thước van điện khí nén
Kích thước cổng khí In=out=exhaust=1/8” In=out=1/4” Exhaust=1/8”
Loại van 5 cửa 2 vị trí
5 cửa 3 vị trí Áp suất hoạt động 175psi (1.2Mpa)
Tầng số tối đa 5 vòng/giây 3 vòng/giây 5 vòng/giây 3 vòng/giây
Cơ cấu tác động 2 xylanh kép
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật van điện khí nén Airtac
Cấu tạo của van điện từ khí nén 5/2 24V 4V210-08 bao gồm: 5 lỗ ren, 2 vị trí và 1 đầu cơ điện
Hình 4.17 Van điện khí nén 24V
Vị trí A, B, R, P, S là 5 lỗ ren có trên thiết kế của van khí nén 4V210-
08 với chức năng cụ thể như sau:
− P: Nơi đưa áp suất vào
− A và B: là vị trí kết nối trực tiếp với xilanh, đưa áp suất đến xilanh giúp xilanh hoạt động Cổng A và P sẽ được thông với nhau khi
45 van không hoạt động và khi van hoạt động, cổng B và P sẽ thông nhau
− R và S: cổng xả hơi dư của A và B
4.3.5 Relay bán dẫn SSR-40DA
Hình 4.18 Relay bán dẫn SSR-40DA
Relay bán dẫn SSR-40DA (Solid State Relay) Fotek chính hãng là một thiết bị điều khiển tải AC với điện áp đầu vào DC từ 4 đến 32VDC và điện áp đầu ra từ 24 đến 380VAC, cho phép dòng điện tối đa lên đến 40A Sản phẩm này lý tưởng cho các ứng dụng cần điều khiển tải AC bằng tín hiệu DC, với yêu cầu tần số đóng ngắt cao và độ bền vượt trội.
Môi trường hoạt động -40ºC ~ +80ºC
Thời gian phản hồi 8.3 ms ( 60hz)
Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật relay bán dẫn SSR-40DA
Hệ thống nhiệt của máy bao gồm:
− Ngàm ép nhiệt dọc (bộ phận hàn túi dọc) có lỗ dọc theo chiều dài thân thanh ép để gắn điện trở sinh nhiệt
− Ngàm ép nhiệt ngang (bộ phận hàn miệng túi ngang) có lỗ dọc theo chiều dài thân thanh ép để gắn điện trở sinh nhiệt
Nhiệt độ cần thiết để hàn miệng túi dao động từ 150-175°C, do đó cần tính toán lượng nhiệt cung cấp cho cả hai bộ phận hàn sao cho đủ bù đắp cho lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh, bao gồm sự truyền nhiệt vào không khí và thanh ép nhiệt.
Hình 4.19 Cấu tạo thanh gia nhiệt
Cấu tạo điện trở đốt nóng gồm những phần chính sau:
− Dây điện trở đốt nóng: dây dẹp hoặc dây tròn (Cr20Ni80, Cr25Al5, Cr27Al7Mo2,….)
− Lớp ngăn cách dẫn nhiệt, cách điện: giấy chịu nhiệt cách điện amiang, bột MgO
− Vỏ kim loại bọc ngoài (thép không gỉ), ống sứ
Hình 4.20 Mô hình 3D bộ ép nhiệt dọc
Bộ ép nhiệt dọc trang bị xylanh 2 ty trượt AIRTAC TN10-50S, có đường kính trong xylanh 10mm và đường kính piston 6mm, với hành trình 50mm Áp suất khí nén tại đầu vào xylanh đạt 8 bar (0,8MPa) với π = 3.14.
Diện tích có ích của xylanh phía không có trục piston:
4 = 78.5 𝑚𝑚 2 Diện tích có ích của xylanh phía có trục piston:
Lực đẩy ra của xylanh:
𝐹1 = 𝑝 × 𝐴1 = 0.8 × 78.5 = 62.8𝑁 ≈ 6.4𝑘𝑔 Lực lùi về của xylanh:
Hình 4.21 Mô hình 3D bộ ép nhiệt ngang
Bộ ép nhiệt ngang sử dụng xylanh 2 ty trượt AIRTAC TN25-60S, có đường kính xylanh 25mm và piston 12mm với hành trình 60mm Áp suất khí nén tại đầu vào xylanh đạt 8 bar (0,8MPa) với π=3.14.
Diện tích có ích của xylanh phía không có trục piston:
4 = 490.625 𝑚𝑚 2 Diện tích có ích của xylanh phía có trục piston:
Lực đẩy ra của xylanh:
𝐹1 = 𝑝 × 𝐴1 = 0.8 × 490.625 = 392.5𝑁 ≈ 40𝑘𝑔 Lực lùi về của xylanh:
4.3.8 Khâu cố định Đế xylanh (0), khung máy (1), con trượt tròn (2), thân xylanh (3)
Hình 4.23 Khâu động cơ cấu ép nhiệt
Khâu động: Trục xylanh (4), thanh ép nhiệt (5), lò xo (6), thanh trượt tròn
(7) Sử dụng trực tiếp xylanh 2 ty tạo chuyển động tịnh tiến
Chọn con trượt tròn phi 6mm và thanh dẫn hướng 6x100mm
4.3.9.1 Con trượt tròn LMK6UU
Hình 4.24 Con trượt tròn LMK6UU Các thông số kỹ thuật tra theo bảng sau:
Hình 4.25 Kích thước con trượt LMK
TẢI TĨNH Co(N) ĐƯỜNG KÍNH TRONG (mm) ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI (mm)
Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật con trượt tròn
− Độ cứng: HRC58 ± 2 (Gcr15: HRC60 ± 2)
− Độ chính xác: g6, Độ cong: Dưới 5μM/100mm
− Độ dày mạ chrome : 30μM (Rmax)
− Bề mặt gồ ghề: Dưới 1.5μM (Rmax)
− Bề mặt cứng dày 0.8μ ~ 3mm
Hình 4.27 Hệ thống điều khiển
− Khối xử lý trung tâm (PLC): Nhận, xử lý tín hiệu, điều khiển toàn bộ hoạt động hệ thống
Khối điều khiển, bao gồm HMI, các công tác và nút nhấn, có chức năng chuyền tín hiệu đến khối xử lý trung tâm, nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và hiển thị các thông số cần thiết của máy.
− Khối kéo màng (Step motor): kéo cuộn màng nhựa cho khối ẹp dọc và ép ngang
− Khối ép dọc (Xylanh, nam châm điện, thanh gia nhiệt): ép ngang cạnh miệng màng nhựa
− Khối ép ngang (Xylanh, nam châm điện, thanh gia nhiệt): ép dọc đáy bao và đầu bao
− Khối cấp nhiên liệu ( Xylanh, nam châm điện): cấp nhiên liệu
− Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn hệ thống
4.4.1 Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ các cảm biến và nút nhấn, sau đó xử lý thông tin để điều khiển các cơ cấu chấp hành như van điện từ và động cơ.
THI CÔNG
Thi công cơ khí
5.1.1 Gia công chi tiết hộp định lượng
Hộp định lượng sau khi đặt gia công CNC bằng vật liệu mica sẽ được dán cố định bằng keo 502
Hình 5.1 Dán chi tiết hộp định lượng
5.1.2 Gia công chi tiết ép nhiệt dọc – ngang
Các chi tiết của bộ phận ép nhiệt dọc dọc và ép nhiệt ngang được đặt hàng gia công CNC bằng vật liệu hợp kim nhôm A6061
Bộ phận ép nhiệt hoạt động với thanh gia nhiệt (điện trở đốt nóng) để làm nóng hiệu quả Để đảm bảo nhiệt độ ổn định, thanh gia nhiệt cần được điều chỉnh thông qua bộ điều khiển nhiệt độ và kiểm tra định kỳ.
Hình 5.2 Lắp ráp chi tiết gia nhiệt
5.1.3 Gia công vỏ tủ điện
Gia công cắt cửa tủ điện là quá trình cần thiết để lắp đặt các thiết bị điều khiển như HMI, nút nhấn điều khiển, công tắc ON/OFF, bộ điều khiển thanh gia nhiệt và đèn báo nguồn Việc này đảm bảo sự tiện lợi và hiệu quả trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện.
Trước khi tiến hành gia công, cần đo đạc kích thước các thiết bị điện sẽ được lắp đặt trên cánh cửa tủ và đánh dấu vị trí chính xác trước khi thực hiện các bước gia công.
Phương pháp gia công: dùng máy cắt cầm tay
66 Hình 5.3 Đo đạt chuẩn bị cho giai đoạn gia công
Hình 5.4 Cắt cửa tủ theo kích thước đã đo
Cắt máng nhựa theo từng kích thước lắp vào tủ điện để đi dây điện Ta có thể cắt bằng kiềm cắt, ở đây nhóm sử dụng cưa để cắt
Hình 5.5 Cắt máng nhựa đi dây điện
Cắt thay ray nhôm theo từng kích thước để chuẩn bị cho giai đoạn lắp ráp các thiết bị điện trên tủ điện
Hình 5.6 Cắt thanh ray nhôm và máng dây điện
5.1.4 Gia công bánh xe kéo màng
Taro lỗ ren khớp nối là bước quan trọng để kết nối bánh xe với trục motor Để thực hiện, cần sử dụng mũi taro ren M4 và máy khoan pin Trong quá trình thi công, việc tẩm dầu bôi trơn cho mũi taro là cần thiết để làm mát và giảm thiểu tình trạng kẹt mũi taro.
Hình 5.7 Taro ren khớp nối bánh xe kéo màng
5.1.5 Gia công chi tiết phụ trợ
Gia công khoan và taro là quy trình thiết yếu để gắn kết xylanh vào thân máy, đảm bảo xylanh được cố định chắc chắn Để thực hiện, cần sử dụng mũi khoan 6mm để khoan lỗ thông và mũi khoan 10mm để hạ bậc, giúp lắp bulong M6 kết nối vào khung máy một cách hiệu quả.
Hình 5.8 Gia công đế xylanh khí nén
Sau quá trình gia công, việc mài là cần thiết để loại bỏ các phần phôi dư, giúp các chi tiết lắp ghép mượt mà và chính xác hơn, đồng thời tạo nên vẻ ngoài bắt mắt hơn cho sản phẩm.
Hình 5.9 Mài loại bỏ ba vía trên chi tiết
Lắp ráp hoàn thiện mô hình và điều chỉnh
Sau khi nhôm định hình được gia công, kích thước sẽ được kiểm tra kỹ lưỡng Dựa vào bản vẽ lắp, từng phần sẽ được lắp ráp và sau đó các phần này sẽ được liên kết với nhau để tạo thành bộ khung máy hoàn chỉnh.
Hình 5.10 Đo kích thước các thanh nhôm định hình
Thanh nhôm định hình được liên kết với nhau nhờ bulong lục giác M6x12mm và ke góc 90 o
Sau khi lắp ráp khung máy với bulong và ke nhôm, cần đo lại kích thước thực tế của khung Việc sử dụng thước thủy giúp căn chỉnh mức độ cân bằng giữa các thanh nhôm, đảm bảo khung máy đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
Hình 5.12 Căn chỉnh độ cân bằng
5.2.2 Lắp ráp tủ điện Đầu tiên nhóm tháo táp lô tủ điện sau đó lấy các máng nhựa và thanh ray bắt vào táp tô để chuẩn bị cho việc đi dây điện và bắt các thiết bị điện vào thanh ray
Hình 5.13 Khoan lỗ định vị trên táp lô
Sau khi lắp các thanh ray, máng nhựa vào táp lô của tủ điện, nhóm tiến hành lắp các thiết bị điện vào thanh ray
Đối với các thiết bị có khớp nối với thanh ray, nhóm có thể dễ dàng lắp đặt Trong trường hợp thiết bị không có khớp nối, nhóm sẽ khoan lỗ trên táp lô tủ điện và sử dụng bulong đai ốc phù hợp để cố định thiết bị vào táp lô.
Hình 5.14 Lắp các chi tiết lên táp lô
Sau khi lắp các thiết bị lên táp lô, ta tiến hành lắp tủ điện lên khung nhôm để tiến hành đi dây cho các thiết bị điện
Hình 5.15 Lắp tủ điện vào khung máy
Sau khi hoàn tất gia công cánh cửa tủ, nhóm tiến hành lắp ráp các thiết bị cần thiết, bao gồm HMI và thiết bị điều khiển nhiệt độ, lên cánh cửa tủ.
Hình 5.16 Lắp cửa tủ điện
Các thiết bị điều khiển như nút nhấn, công tắc, HMI, bộ điều khiển nhiệt độ đã được lắp lên cánh cửa tủ điện
Sau khi hoàn tất việc lắp đặt các thiết bị điện cần thiết lên cửa tủ điện, nhóm sẽ tiến hành lắp đặt dây điện cho toàn bộ hệ thống.
Hình 5.18 Lắp ráp và đi dây điện hoàn thiện
5.2.3 Lắp ráp cụm ép nhiệt dọc – ngang
Cụm ép nhiệt dọc được lắp ráp từ các chi tiết đã gia công CNC, sử dụng bulong lục giác M3x8mm, M4x15mm và M4x10mm Ngoài ra, thanh gia nhiệt và đầu dò nhiệt cũng được lắp đặt dọc theo thanh ép để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Hình 5.19 Lắp ráp cụm ép nhiệt dọc
Cụm ép nhiệt ngang sẽ được lắp ráp sau khi gia công CNC từng chi tiết, sử dụng các bulong lục giác M3x8mm, M3x15mm và M4x10mm Ngoài ra, thanh gia nhiệt và đầu dò nhiệt cũng được lắp đặt dọc theo thanh ép.
Hình 5.20 Lắp ráp cụm ép nhiệt ngang
5.2.4 Lắp ráp cơ cấu định lượng
Sau khi hoàn tất gia công các chi tiết hộp định lượng, nhóm tiến hành lắp ráp bằng phương pháp dán keo Loại keo sử dụng có độ bám dính siêu tốt, đảm bảo độ cứng vững cho hộp định lượng.
Hình 5.21 Lắp ráp hộp định lượng
Sau khi hoàn tất lắp ráp hộp định lượng, nhóm tiến hành gắn hộp vào khung Hộp định lượng được cố định chắc chắn vào Xylanh và khung nhôm bằng keo và con trượt.
Hình 5.22 Lắp ráp cơ cấu định lượng vào khung
5.2.5 Lắp ráp cụm con lăn kéo màng
Ta tiến hành lắp giá đỡ động cơ để chuẩn bị lắp động cơ lên khung
Hình 5.23 Lắp giá đỡ động cơ
Hình 5.24 Lắp thanh cuộn màng
Hình 5.25 Lắp ráp bộ phận bánh xe kéo màng nilong
5.2.6 Lắp ráp phễu cấp nguyên liệu
Sau khi gia công phễu cấp nguyên liệu, ta tiến hành lắp lên khung nhôm
Ta có miếng mica cố định phần ống phễu
Hình 5.26 Lắp phễu cấp nguyên liệu
5.2.7 Lắp ráp cụm van và xylanh khí nén
Ta quấn cao su non cao cổ nối khí nén vào xylanh để không bị không khí rò rỉ
Hình 5.27 Quấn cao su non vào cổ nối khí nén
Hình 5.28 Lắp van điện khí nén
Nhóm lắp Xylanh vào khung nhôm với đế được gia công từ trước Nhóm tiến hành lắp đế vào khung nhôm và sau đó lắp xylanh lên đế
Hình 5.29 Lắp xylanh khí nén
Kết quả đề tài
Sau một thời gian nỗ lực nghiên cứu và phát triển đề tài thì nhóm đã thực hiện được các mục tiêu như sau:
Chúng tôi đã thiết kế và chế tạo thành công các cơ cấu hàn miệng túi dọc và ngang, cùng với cơ cấu con lăn cuộn màng và cơ cấu định lượng nguyên liệu Hệ thống còn bao gồm phễu cấp nguyên liệu đầu vào cho mô hình sản phẩm, đi kèm với bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp ráp.
− Hoàn thiện được bản vẽ chi tiết: Cơ cấu ép nhiệt, phễu cấp nguyên liệu đầu vào, cơ cấu định lượng, bánh xe kéo màng đóng gói
Hoàn thiện bản vẽ lắp ráp cho các cụm thiết bị bao gồm cụm ép nhiệt ngang, cụm ép nhiệt dọc, cụm con lăn kéo màng đóng gói, cơ cấu định lượng nguyên liệu và mô hình máy định lượng đóng gói.
− Gia công và lắp ráp hoàn thiện mô hình máy định lượng và đóng gói thực phẩm dạng bột
− Máy hoạt động đáp ứng yêu cầu định lượng và hàn miệng túi đóng gói
− Định lượng được 7-8 gói mỗi phút, kích thước gói sản phẩm: 100x150mm
− Điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ ổn định tại cơ cấu ép nhiệt hàn miệng túi dọc và ngang
− Đường hàn miệng túi chắc chắn, không có hiện tượng bị hở hay rơi rớt nguyên liệu sau khi đóng gói
Hướng phát triển
− Giảm tiếng ồn phát ra từ động cơ có gắn bánh xe kéo con lăn cuộn màn đóng gói
Thiết kế và chế tạo một cơ cấu cấp nguyên liệu lớn hơn sẽ giúp tăng cường khả năng cung cấp nguyên liệu đầu vào, phục vụ hiệu quả cho quá trình sản xuất Điều này sẽ giảm thiểu thời gian dừng máy để nạp nguyên liệu vào phễu, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc.
Tinh chỉnh vị trí các cơ cấu chấp hành giúp mô hình máy định lượng và đóng gói hoạt động hiệu quả và chính xác hơn, từ đó nâng cao năng suất, chất lượng và sản lượng sản phẩm đầu ra.
− Sử dụng thêm cảm biến để kiểm soát mức nguyên liệu có trong phễu cấp, khi gần hết nguyên liệu đầu vào sẽ có đèn và chuông báo
− Ứng dụng thêm các loại màng nilong, màng ghép phức hợp khác nhau để đưa vào đóng gói đa dạng sản phẩm
− Tích hợp dao cắt rời túi sau khi đóng gói thành phẩm
− Nghiên cứu áp dụng phương pháp định lượng bằng loadcell điều khiển PLC
