Tính toán, thiết kế máy hàn quai khẩu trang bán tự động

Đồ án tốt nghiệp loại giỏi của sinh viên cơ điện tử trường đại học bách khoa hà nội năm 2021 Kích thước quai khẩu trang: Chiều dài 180cm. Khoảng cách giữa 2 mối hàn: 80cm Tổng quan Thiết kế sơ đồ nguyên lý và tính toán kết cấu phần cơ khí Tính toán thiết kế cơ cấu xoay xylanh gắp dây Xây dựng sơ đồ điều khiển và lựa chọn mạch điều khiển Tổng kết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ)

Bộ môn: Cơ điện tử

Viện: Cơ khí

I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

“Tính toán, thiết kế máy hàn quai khẩu trang bán tự động”

II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Kích thước quai khẩu trang: Chiều dài 180cm

- Khoảng cách giữa 2 mối hàn: 80cm

III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

- Tổng quan

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và tính toán kết cấu phần cơ khí

- Tính toán thiết kế cơ cấu xoay xylanh gắp dây

- Xây dựng sơ đồ điều khiển và lựa chọn mạch điều khiển

- Tổng kết

IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ

- Bản vẽ lắp tổng thế (A0)

- Bản vẽ mạch điện (A0)

- Bản vẽ sơ đồ điều khiển (A0)

- Các bản vẽ chi tiết theo từng cụm (A0)

V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Chí Hưng

VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 06/10/2020

VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 15/01/2021

Hà Nội, ngày tháng năm 2021Giảng viên hướng dẫn

Đánh giá của giảng viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết quả đánh giá Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Họ và tên Điểm

Nguyễn Minh Công

Nguyễn Đình Hậu

Hà Hải Đăng

Giảng viên hướng dẫn

Đánh giá của giảng viên phản biện

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết quả đánh giá Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Họ và tên Điểm

Nguyễn Minh Công

Nguyễn Đình Hậu

Hà Hải Đăng

LỜI CẢM ƠN

Trải qua hơn bốn năm học tập và nghiên cứu ở trường Đại Học Bách Khoa

Hà Nội là khoảng thời gian quý giá và đầy ý nghĩa cho cuộc đời của em Lời đầutiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến quý thầy/cô, những người đãtừng giảng dạy trực tiếp hay gián tiếp em, đặc biệt là quý thầy cô bộ môn CơĐiện Tử, Viện Cơ Khí đã tận tình dạy bảo, truyền đạt những kiến thức chuyênmôn và những kinh nghiệm quý báu của quý thầy cô Cảm ơn Viện Cơ Khí đã tạođiều kiện tốt nhất có thể về cơ sở vật chất và trang thiết bị để chúng em có thểtiếp cận công nghệ và học tập Đi qua những năm tháng Bách Khoa mới biết trântrọng những công sức, những cố gắng của một thời sinh viên nhiều ước mơ, giàunghị lực và luôn căng tràn sức sống Và không thể không nhắc đến những sự hỗtrợ vô cùng chu đáo, nhiệt tình và tận tâm của những thầy, cô giáo trong trường –những con người ngày đêm không quản ngại khó khăn dẫn đường chỉ lối đếnthành công cho những sinh viên như chúng em Xin được gửi những lời cảm ơnchân thành, sâu sắc nhất đến với các thầy cô trong Viện – đặc biệt là TS NguyễnChí Hưng đã luôn hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình học tập tạitrường và trong quá trình thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này Em xin chúc Thầyluôn dồi dào sức khỏe, thành công trong công việc giảng dạy và nghiên cứu

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các anh/chị đang làm việc tạiCông ty

CP Nghiên Cứu Kỹ Thuật Cơ Khí Chính Xác RPMEC BK, đã hỗ trợ điều kiện vàthiết bị cho việc nghiên cứu, sử dụng trong đề tài

Cuối cùng con xin cảm ơn Bố, Mẹ, Anh, Chị, Em, Bạn bè và những ngườithân trong gia đình đã luôn động viên, là chỗ dựa tinh thần cho chúng con/emtrong những lúc gặp khó khăn để có được như ngày hôm nay, học tập tốt và hoànthành luận văn này Trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi nhữnghạn chế, sai sót Em rất mong nhận được những góp ý, chỉ bảo của các thầy/cô đểbản đồ án trở nên hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện(Ký và ghi rõ họ tên)

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Sau quá trình tìm hiểu kỹ lưỡng và đi thực hành thực tế tại nhiều cơ sở sản xuấtkhẩu trang y tế nội và ngoại thành Hà Nội Chúng em xây dựng lên bộ đồ án baogồm những nội dung chính:

1 Tổng quan về công nghệ dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế

2 Phân tích, thiết kế xây dựng hệ thống cơ khí cho dây chuyền theo nguyêntắc mô đun hóa

3 Phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển truyền động vận hành dây chuyềnsản xuất khẩu trang

4 Phân tích, thiết kế máy hàn quai khẩu trang y tế bán tự động

5 Một số công cụ hỗ trợ cho việc hoàn thành hệ thống

Sinh viên thực hiện(Ký và ghi rõ họ tên)

3.2.1 Bộ chuyển đổi điện áp 53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 10 Máy làm khẩu trang y tế bán tự động TM 120 – Cơ cấu cấp, tạo phôi.21

Hình 1 11 Máy làm khẩu trang y tế bán tự động TM 120 – Cơ cấu hàn quai 22

Hình 2 22 Mỏ kẹp 2 đầu dây 39

Hình 4 5 Ngõ ra Transistor 71

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Với diễn biến khó lường của dịch COVID-19 và việc vaccin vẫn còn trongquá trình nghiên cứu và thử nghiệm, đòi hỏi một biện pháp tình thế trước mắtnhằm giải quyết vấn đề nghiêm trọng mang tính toàn cầu này Cộng với tình hình

ô nhiễm không khí ở thủ đô ngày càng tăng, chất lượng không khí đang nằmtrong mức rất xấu

Chính vì sự an toàn bản thân và cho mọi người người xung quanh, nhà nướcxây dựng lên quy chế, quy định yêu cầu mọi công dân sinh sống tại Việt Namphải đeo khẩu trang nơi công cộng, đồng thời mỗi người đều phải tự có ý thứcđeo khẩu trang khi ra ngoài để bảo vệ bản thân hơn Điều này dẫn tới nhu cầu vềkhẩu trang tăng lên, đòi hỏi nguồn cung cấp đủ lớn và ổn định để thỏa mãn thịtrường Việt Nam cũng như quốc tế

- Khi có tình trạng văng, bắn, phun các chất dịch cơ thể

- Khi ở gần các chất tiết từ khoảng cách 1.5 mét trở xuống

- Khi làm việc trong môi trường vô trùng, để tránh lây nhiễm cho môitrường

Khẩu trang y tế có ba tác dụng chính là ngăn bụi, ngăn hóa chất (kể cả khóixe) và ngăn vi sinh vật Khẩu trang ngăn vi sinh vật phải được sản xuất bằngnhững nguyên liệu và công nghệ đặc biệt

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

nhân loại Nó làm bằng những thanh gỗ thông vót mỏng, uốn thành hình cái mỏcủa một con chim Bên ngoài mỏ, Charles De Lorme bọc vải lanh rồi cho vàotrong một số thảo mộc tỏa ra mùi thơm Đầu thế kỷ 17, bác sĩ Collin Mayer, làmviệc tại bệnh viện St George, bang Alabama nghĩ ra một loại khẩu trang khác.Ông may một cái túi bằng vải, có khoét 2 lỗ cho 2 con mắt Bước sang thế kỷ 19,năm 1827, bác sĩ người Tây Ban Nha Fernandez Carlos thiết kế chiếc khẩu trangdựa theo hình dáng của Hijab mà phụ nữ Hồi giáo dùng để che mặt Năm 1897,phát triển từ mẫu khẩu trang của bác sĩ Fernandez Carlos, nhà Vi khuẩn họcngười Đức là Carl Flugge và bác sĩ phẫu thuật người Pháp Paul Berger thaymiếng vải bằng miếng băng vết thương hình chữ nhật với 6 lớp nhưng hiệu năngkhông cao Năm 1899, chiếc khẩu trang tiến thêm một bước nhưng lần này đơngiản hơn Mỗi khi khám bệnh, các bác sĩ người Mỹ dùng một miếng băng vếtthương dài khoảng 40 cm, ngang 10 cm, chính giữa có thêm 04 gạc, cuốn quanhmiệng và mũi rồi buộc lại ở phía sau gáy Đến Đại dịch cúm 1918, các bác sĩ Anhquốc chế ra loại khẩu trang chỉ che kín phần miệng Nó gồm một cuộn băng vếtthương, buộc túm 2 đầu rồi buộc dây vòng qua gáy Tất cả mọi người dù nhiễmbệnh hay không, mỗi khi ra đường đều phải đeo Đó cũng là chiếc khẩu trang phổthông đại chúng đầu tiên Bên cạnh đó, sự hắt hơi cũng có thể phát tán mầm bệnhnên lần này, Hoa Kỳ cho ra đời chiếc khẩu trang chỉ che kín phần mũi Lúc bấygiờ, khẩu trang may bằng hai lớp vải cotton, còn màu sắc thì tùy theo ý thích củangười dùng Nó được phủ một lớp keo ở mặt ngoài để tạo hình chóp nón và có độcứng Nó có 4 sợi dây ở hai bên để đeo vòng qua tai Năm 1930, khingành Nhựa phát triển, khẩu trang được làm bằng nhựa trong suốt Năm 1947,Vải không dệt ra đời Từ loại vải không dệt này, chiếc khẩu trang y tế có cấu tạo

và hình dạng như ngày nay

1.1.3 Cấu tạo khẩu trang y tế

Về cấu tạo và đặc điểm của khẩu trang y tế bốn lớp, nó được sản xuất bằngchất liệu vải không dệt, vải than hoạt tính, vải lọc kháng khuẩn Trong đó có hailớp vải không dệt ở mặt ngoài và mặt trong với đặc tính không tan trong nước.Ngoài ra còn có một lớp lọc bụi và vi khuẩn, cùng với một lớp giấy lọc than hoạttính dạng tấm Lớp vải mềm, ôm sát mũi và miệng cùng với dây thun đeo vòngqua tai vừa giữ khẩu trang chắc chắn, vừa chống nắng và đặc biệt là ngăn ngừacác bệnh nguy hiểm lây qua đường hô hấp Vải lọc kháng khuẩn ở đây là mộtloại nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất khẩu trang y tế, nó được dùng đểlàm lớp giữa của khẩu trang y tế, có tác dụng ngăn ngừa khí thải, khói bụi, đặcbiệt nổi bật với tác dụng lọc khuẩn đạt 99,9%, kháng nước, chống bụi và chống

mùi hôi Với thiết kế khác hoàn toàn so với các loại khẩu trang thông thường,khẩu trang y tế thường có từ 3 – 5 lớp bao gồm:

- Lớp ngoài cùng và trong cùng là lớp vải không dệt cấu tạo từ Polypropylene(PP) có nhiều đặc tính hữu ích như: thấm hút, mềm mại, thoáng khí, đàn hồi,bền chắc và không gây dị ứng cho cơ thể con người

- Lớp chính giữa cấu tạo từ vải lọc kháng khuẩn cao cấp (màng PE), không thấmnước, khiến bề mặt luôn luôn khô thoáng Loại vải lọc này có công dụng đặcbiệt là lọc bụi bẩn, vi khuẩn và các bệnh nguy hiểm lây qua đường hô hấp…

- Lớp giấy lọc than hoạt tính còn hấp phụ khí, hơi độc trong không khí, ngănchặn bụi bẩn hiệu quả, đảm bảo an toàn cho hệ hô hấp

Dưới đây là hình ảnh mô tả cấu tạo của khẩu trang ý tế ngoài thị trường:

Hình 1 1 Cấu tạo lớp vải của khẩu trang.

1.1.4 Nguyên liệu làm khẩu trang y tế

a) Vải không dệt

Chất liệu vải không dệt là bộ phận thiết yếu đầu tiên mà chúng ta đề cập tới.Loại vải này được cấu thành từ các hạt nhựa tổng hợp và liên kết với nhau bằngchất kết dính Không được ứng dụng trong ngành may như các loại vải khác Vảikhông dệt được cấu thành từ những hạt nhựa nguyên chất Các hạt nhựa tổng hợpđược kéo sợi và kết hợp thành các tấm vải mỏng Vải không dệt có những đặc

Vải lọc kháng khuẩn được dùng làm lớp lót ở giữa, có chức năng là lọc sạchcác loại bụi mịn Theo thông tin từ các chuyên gia thì khả năng lọc bụi và vikhuẩn của loại vải này lên đến 99% Do đó có thể ngăn ngừa hữu hiệu các bệnhlây qua đường hô hấp Có khả năng lọc các loại khí độc và lọc bụi cao hơn khẩutrang thông thường Vốn cấu trúc bao gồm màng PE tạo nên sự chống thấm cựchữu hiệu Vải lọc kháng khuẩn là loại vải chuyên biệt để sản xuất khẩu trang y tế,vải lọc kháng khuẩn là nguyên liệu chính để ra đời những chiếc khẩu trang y tếđúng chuẩn Vải kháng khuẩn được sản xuất trên dây chuyển hiện đại hoàn toàn

tự động và hệ thống khép kín, tạo thành do các sợi tơ liên tục cho ra các sảnphẩm có độ bền cơ học cao, lực co giản tốt Có khả năng kháng tĩnh điện, chốngtia cực tím, kháng cháy và kháng thấm Thuộc loại vải dễ phân hủy, khi đốtkhông có khói hay mùi gì, thân thiện với môi trường Vải lọc kháng khuẩn mangtính đổi mới, vượt trội hơn hẳn so với các loại vải thường và các chất liệu khác

về độ bền, tính đàn hồi, tính thẩm mỹ và khả năng chống thấm, chịu nhiệt… Mộttrong những ứng dụng tiện ích của vải lọc kháng khuẩn là sản xuất khẩu trang ytế

sự tiếp xúc của da với môi trường bên ngoài Khi đeo thì chúng ta chỉ cần bópthanh nẹp ôm theo mũi là được

d) Dây đeo

Thun khẩu trang y tế là loại thun chuyên dụng cho việc sản xuất khẩu trang y

tế, được cấu tạo từ spandex và cotton Chúng thường có màu trắng hoặc đen,hồng, xanh lá, tuỳ vào từng yêu cầu cụ thể Loại thun này được sử dụng để làmquai đeo khẩu trang Mỗi chiếc khẩu trang có 2 quai đeo với độ dài tầm 20cm.Chúng có độ mềm mại và đàn hồi tốt để giúp khẩu trang ôm sát vào tai của ngườiđeo Chun làm quai khẩu trang đạt chất lượng không quá lỏng cũng không quáchặt, có thể đem lại sự thoải mái cho người đeo, đồng thời có màu sáng bóng vàkhông phai đi

1.1.5 Phân loại

- Theo hình dạng: thun khẩu trang y tế có 2 loại là tròn và dẹt

- Theo kích thước: có các loại thun 8 kim, 12 kim, 14 kim sẽ tạo ra các kíchthước thun khác nhau, đường kính dao động từ 0,3 - 0,5cm.

- Theo độ dài: có vài chỉ tiêu về chất lượng của thun như độ bóng, độ co dãn đàn hồi, màu trắng sáng hay trắng ngà Độ dính của thun tại mối nối với khẩutrang cũng là một điều quan trọng cần chú ý

-1.2 Ý tưởng

Từ những nhu cầu thực tế và sự nghiên cứu kỹ lưỡng Chúng em lên kếhoạch chi tiết nhằm xây dựng hệ thống sản xuất ra loại máy made in Việt Namtối ưu và phù hợp cho mọi đối tượng

1.3 Máy làm khẩu trang y tế

Máy làm khẩu trang y tế, với tên đầy đủ là dây chuyền sản xuất tự động tốc

độ cao, chuyên dùng để sản xuất loại khẩu trang y tế dùng một lần trong sản xuấthàng loạt Máy làm khẩu trang y tế bao gồm nhiều thiết bị, thành phần Để có thểhoàn thành toàn bộ quy trình sản xuất của một chiếc khẩu trang y tế gồm có

- Quá trình cung cấp nguyên liệu

- Quá trình gấp

- Quá trình cắt (cắt lớp vải khẩu trang, cắt dây nẹp mũi…)

- Quá trình hàn dây đeo

- Quá trình đóng gói ra sản phẩm

1.3.1 Modul của dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế

Hình 1 2 Dây chuyền sản xuất khẩu trang tự động.

a) Mô đun dây chuyền

Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế bao gồm những phần sau:

- Cơ cấu cấp phôi

- Băng chuyền chuyển tiếp

- Máy hàn quai đeo

- Bộ phận đóng gói

b) Đặc điểm

- Toàn bộ dây chuyền sản xuất được tự động hóa hoặc bán tự động

- Toàn bộ khung được làm bằng hợp kim nhôm và các bộ phận chính được làmbằng thép không gỉ, bền và dễ dàng thay thế theo mô đun, dễ làm sạch, khửtrùng, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đối với khẩu trang được làm ra

- Đồ gá bằng thép không gỉ, có thể dễ dàng điều chỉnh

- Các cơ cấu được lắp ghép theo mô đun dễ dàng tùy chỉnh để đảm bảo yêucầu chất lượng sản phẩm cũng như dễ dàng thay thế phù hợp cho tùy côngviệc

1.3.2 Quy trình sản xuất khâu trang y tế

Với mỗi quy trình sản xuất sẽ có một loại máy chế tạo riêng biệt Ở đâychúng em nêu ra 2 quy trình phổ biến tương ứng sẽ có 2 kiểu máy sản xuất Tuyvậy chúng em cũng tối ưu chọn một quy trình để tập trung nghiên cứu trong bộ

đề đồ án này

thành phẩm được hàn quai Khử trùng và đóng gói

quai khẩu trang Cắt sửa tạo thành phẩm Khử trùng và đóng gói

Hình 1 3 Quy trình sản xuất khẩu trang y tế.

Giải thích chu trình:

Bước 1: Xếp các lớp vải và tạo nếp gấp

Các lớp vải của khẩu trang y tế sẽ được lắp vào những trục quay lớn trên máylàm khẩu trang y tế, sau đó được kéo vào và sắp xếp theo thứ tự trên 1 băngchuyền chuyên dụng Tại đây, dải nguyên liệu sẽ được đi qua cơ cấu giúp tạo nếpgấp trên mặt khẩu trang, nếp gấp này có tác dụng thu nhỏ kích thước khẩu trangtheo yêu cầu Lớp kháng khuẩn sẽ được đặt ở bên trong và các lớp vải bên ngoàibao bọc lấy lớp kháng khuẩn của khẩu trang y tế Thông thường các khẩu trangthường sản xuất gồm có 4 lớp là chủ yếu, tùy vào loại khẩu trang đặt hàng của

Hình 1 4 Các trục vải và băng chuyền chuyên dụng.

Bước 2: Cơ cấu tạo nẹp mũi và phôi thành phẩm

Song song với quá trình này, một cơ cấu sẽ tạo thêm một thanh dây nẹp mũivào một đầu của chiếc khẩu trang theo chiều ngang và khâu dập hai mép chiềungang lại Miếng kim loại này có tác dụng giữ cho mép khẩu trang luôn ôm sátphần sống mũi của người đeo, đảm bảo rằng các dịch tiết từ mũi và miệng sẽkhông thể bắn ra bên ngoài cũng như đảm bảo bụi bẩn, vi khuẩn không theo khe

hở sống mũi bay vào miệng, mũi người dùng

Hình 1 5 Hệ thống dẫn dây nẹp mũi và gập viền khẩu trang.

Bước 3: Cụm hàn siêu âm 1

Đầu hàn siêu âm phía dưới ép với hệ thống tỳ (dạng con lăn roller) với các ônhám được gia công trên bề mặt Các con lăn đặc biệt này khi quay tròn trên bềmặt dải vải sẽ tạo ra các dải mép hàn trên dưới và 2 đầu cho khẩu trang Giúp cốđịnh các lớp vải khẩu trang theo 2 phương không bị xê dịch

Đầu cắt với lưỡi cắt trên con lăn đặc biệt sau 1 chu kỳ 1 vòng cắt đứt các liên kếttạo phôi khẩu trang thành phẩm Đầu cắt có lưỡi cắt gắn trên con lăn xoay tròn

vừa giúp tời dịch chuyển thân khẩu trang trên hệ thống băng tải của máy, vừa cắtdải vải thành các tấm có chiều dài bằng đúng chiều dài thân khẩu trang sau mỗivòng quay.

Hình 1 6 Hệ thống gồm nhiều con lăn Hình 1 7 Phôi thành phẩm

Bước 4: Hàn quai khẩu trang – Cụm hàn siêu âm 2

Tại khâu tiếp theo trong dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế, khẩu trang saukhi được tạo hình và cắt dời sẽ được chuyển đến cụm thêm dây đeo Vì trong quátrình đeo khẩu trang, dây đeo luôn ở trạng thái tương đối căng trong một thờigian dài Để tăng cường độ bền liên kết của dây và khẩu trang, cần phải hàn dínhdây đeo vào bốn góc của khẩu trang bằng công nghệ hàn siêu âm tương tự nhưcách hàn viền mép khẩu trang ở thao tác bên trên

Dây đeo của khẩu trang y tế có thể bằng thun hoặc bằng vải không dệt và có thể

co giãn, điều chỉnh để phù hợp với từng khuôn mặt khác nhau Dây đeo được dẫn

từ cuộn dây, kéo ra bởi xylanh Khi hai ngàm hạ xuống và giữ lấy dây, sẽ có hệthống cắt dây Hai ngàm sẽ đưa dây đeo vào vị trí phù hợp để máy hàn siêu âm

có thể cố định dây đeo

Hình 1 8 Dán dây đeo vào 2 bên viền khẩu trang.

Bước 5: Khử trùng và đóng gói

Trong toàn bộ quá trình sản xuất khẩu trang, việc tiếp xúc với chi tiết của máychắc chắn sẽ khiến khẩu trang bị nhiễm vi khuẩn Nếu nó là một chiếc khẩu trangthông thường, nó không cần phải được khử trùng, nhưng tiêu chuẩn y tế đòi hỏinhà sản xuất phải đảm bảo vệ sinh khử trùng những chiếc khẩu trang này Khẩutrang sử dụng loại vải không dệt sẽ sử dụng một số hóa chất như ethylene oxide(C2H4O) để tiêu diệt vi khuẩn, nấm mốc và bào tử nấm

Các lô khẩu trang được chuyển đến phòng khử trùng, sau đó khí ethyleneoxide được bơm vào (minh hoạ bằng hình màu vàng nhưng trên thực tế đây làkhí không màu) Quá trình khử trùng đã được hoàn thành sau khi lượng khí đạttới một nồng độ nhất định Sau đó, không khí và nitơ phải được đưa vào phòngkhử trùng để pha loãng và loại bỏ ethylene oxide, rất nhiều lần, cho đến khilượng ethylene oxide còn lại trên bề mặt của khẩu trang đạt tiêu chuẩn Sau đócác công nhân sẽ xếp số lượng khẩu trang đã quy định vào các túi nilon và chovào hộp giấy, đóng gói theo đúng quy chuẩn đã được đề ra

1.3.3 Các loại dây chuyền sản xuất khẩu trang trên thị trường

a) Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế bán tự động

Hình 1 9 Quy trình sản xuất khẩu trang bán tự động.

Hệ thống bao gồm các mô đun sản xuất từng phần khẩu trang được lắp ráp vàonhau:

- Máy làm thân khẩu trang

- Máy dập quai hàn quai

- Máy đóng gói sản phẩm

Tất cả các lọai máy trên đều dựa trên sự hỗ trợ và tác động của con người Đểtạo ra được chiếc khẩu trang hoàn chỉnh đòi hòi sự chính xác của máy với sự hỗtrợ của con người Sản phẩm có đẹp có thẩm mỹ cũng một phần phụ thuộc vàoyếu tố người công nhân thực hiện

Ưu điểm:

● Tiết kiệm nhiều chi phí đầu tư ban đầu

● Tận dụng tối đa được nguồn lực

● Đơn giản và dễ thực hiện

Nhược điểm:

Sản phẩm được làm ra có thể bị lỗi nếu người công nhân chưa có nhiều kinhnghiệm trong vận hành và xử lý máy

Dưới đây là hình ảnh máy hàn thân khẩu trang y tế bán tự động TM 120:

Máy hàn thân khẩu trang tự động công suất 100-120 chiếc/phút

Hình 1 10 Máy làm khẩu trang y tế bán tự động TM 120 – Cơ cấu cấp, tạo phôi.

Máy hàn quai thủ công công suất 20-25 chiếc/phút

Hình 1 11 Máy làm khẩu trang y tế bán tự động TM 120 – Cơ cấu hàn quai

Máy đóng gói sản phẩm: công suất 40 – 200 chiếc/phút

Hình 1 12 Máy đóng gói sản phẩm ALD - 250X

b) Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế tự động

Loại dây chuyền này hiện đang được sử dụng rộng rãi, bao gồm các loạimáy sản xuất ra các sản phẩm hoàn chỉnh theo cơ chế hoàn toàn tự động, khôngcần đến sự tác động của người điều hành Dây chuyền này có thể tạo ra các loạikhẩu trang từ 1 - 5 lớp cho cả trẻ em và người lớn

Ưu điểm:

● Tăng cao năng suất: một hệ thống tự động có thể sản xuất từ 10 - 50 thùng mỗingày tương đương với 100 - 200 cái/ phút Ngược lại, hệ thống bán tự độngchỉ đạt được một nửa năng suất trên

● Tiết kiệm nhân công: nếu như dây chuyền bán tự động cần nhiều nhân công đểgiám sát và vận hành máy thì dây chuyền tự động chỉ cần 1 - 2 người để sắpxếp thành phẩm

● Vận hành êm ái: máy móc trong dây chuyền tự động vận hành êm ái hơn sovới dây chuyền bán tự động.

● Tỷ lệ phế phẩm thấp hơn: kết quả tỷ lệ phế phẩm ở hệ thống sản xuất khẩutrang y tế tự động là thấp hơn 2% Bởi vì máy móc được tích hợp hệ điềukhiển lập trình và có mắt cảm biến điện tử

Nhược điểm: Giá thành cao hơn so với máy làm khẩu trang y tế bán tự động

Hình 1 13 Máy làm khẩu trang y tế tự động.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế.

Để xây dựng hệ thống cơ khí cho máy hàn quai khẩu trang theo yêu cầu Chúng

ta cùng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy thông qua sơ đồ khái quát dướiđây

Sơ đồ khái quát cấu tạo máy:

Hình 2 1 Sơ đồ tổng quát các cụm hoạt động trong máy

Nguyên lý hoạt động:

Sau khi có phôi khẩu trang từ khâu máy hàn thân khẩu trang, người công nhân sẽđặt phôi vào đúng vị trí cần hàn quai khẩu trang.Cụm kéo và cắt dây nhằm xácđịnh chiều dài dây quai đeo Cụm hàn cố định dây quai với phôi khẩu trang Saukhi hoàn thành một bên tai đeo, người công nhân xoay phôi để thực hiện hàn quai

đeo với bên còn lại Hoàn thiện một khẩu trang hoàn chỉnh có 2 quai đeo đúngtheo yêu cầu Kết thúc quá trình hoạt động Các cụm trở về trạng thái ban đầu.

Hình 2 2 Tổng quan về máy

Vật liệu gia công:

Do hệ thống cần nâng đe và chày hàn với khối lượng khá nặng và để hệ thốnghoạt động trơn tru và đảm bảo độ cứng vững trong quá trình hoạt động Nhómchúng em quyết định chọn vật liệu là thép thường C45 và nhôm

2.2 Tính toán thiết kế cơ khí

2.2.1 Tính toán cụm kéo dây và cắt dây quai

Dây quai được cuốn lại thành từng cuộn lớn có chiều dài mỗi cuộn dây khoảng

3 km Khi dây được dẫn đi ra thành từng đoạn ta cần một hệ thống kéo dây và cắtđứt đoạn dây đều nhau để đưa vào quá trình dập quai Chính vì thế ta phải thiết

kế một cơ cấu sẽ kéo dây từ cuộn dây ra theo yêu cầu Chiều dài dây quai khẩutrang trong thực tế khoảng 180 mm nên ta sẽ phải thiết kế cụm chi tiết kéo dâyquai ra để chuẩn bị cho công đoạn dập dây quai Cụm chi tiết này sẽ gồm cácthao tác: thao tác kéo dây ra, thao tác cắt dây, thao tác giữ dây

Mô hình cụm cơ cấu kéo dây quai: 1- Xilanh chính, 2-Xilanh kẹp, 3-Thanh ray,4-Xilanh kéo cắt, 5- Xilanh giữ dây, 6- Con lăn,7- Tấm Gá, 8- Giảm chấn, 9- Mỏkẹp

Hình 2 3 Cụm kéo dây và cắt dây quai

a) Thao tác kẹp và kéo dây quai

Ta dùng mỏ kẹp để gắp dây, mỏ kẹp này điều khiển nhờ xilanh kẹp để đóng

mở kẹp có nhiệm vụ gắp dây và hành trình công tác khoảng 5 mm, độ dài dâyquai khi mỏ kẹp kẹp đầu dây là 5 mm Xilanh được lắp thêm mỏ kẹp được chếtạo rất đặc biệt để khi đi vào có thể kẹp chặt dây và đưa dây đi ra, do dây rất nhỏnên để có thể kẹp chặt dây thì độ mở của kẹp nhỏ khoảng 0 đến 5 mm, mỏ kẹpthao tác được nhờ xilanh nên để có thể gá mỏ kẹp lên xilanh ta sẽ phải thiết kếsao cho có thể bắt được vào hai má cặp của xilanh kẹp, ngoài ra xilanh này cóhành trình rất nhỏ để có thể thực hiện được thao tác cặp dây một cách chính xác.Các Xilanh thao tác kéo dây gồm có trong hình dưới đây là: Xilanh Chính kéodây (1) và Xilanh kẹp dây (3)

Hình 2 4 Cụm kéo dây và cắt dây quai

Tính chọn Xilanh kẹp dây 3:

Với các thông số đầu vào: lực kẹp 5 N, áp suất p = 3 bar = 3,1183 kg/cm2 Ta tínhchọn đường kính xilanh như sau:

𝐷 = 4.𝐹𝑝.π = 3,1183 3,144.5 = 1, 44 𝑐𝑚Vậy ta chọn đường kính tiêu chuẩn của Xilanh: D = 1,6 cm = 16mm Nhómchúng em chọn Xilanh SMC MHZ2-16D để thực hiện thao tác kẹp dây Thông sốXilanh như sau:

● Đường kính piston: 16mm

● Hành trình max: 6mm

● Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.7 Mpa tương đương với 2-7 bar

Hình 2 5 Xilanh kẹp dây SMC MHZ2-16D

Tính chọn Xilanh kéo dây 1:

Với các thông số đầu vào: lực đẩy 7 N, áp suất 3 bar=3,1183 kg/cm2 Ta tínhchọn đường kính xilanh như sau:

𝐷 = 4.𝐹𝑝.π = 3,1183 3,144 7 = 1, 7 𝑐𝑚

● Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.7 Mpa

Hình 2 6 Xilanh kéo dây AIRTAC MAL20X250SCA

Chọn mỏ kẹp và thanh trượt

Mỏ kẹp này dịch chuyển trái phải để gắp dây và trở về lại vị trí ban đầu nên

ta dùng cơ cấu con trượt và thanh trượt để dẫn hướng, xilanh có nhiệm vụ dẫnđộng cho con trượt Trên thị trường hiện nay các con trượt thường dùng thanhtrượt tròn và thanh trượt vuông Mỏ kẹp này được có nhiệm vụ kẹp dây, dokhoảng cách đặt hai mỏ kẹp chỉ cách nhau khoảng 5- 10mm nên được thiết kếmột cách đặc biệt để có thể gá vào xilanh kẹp Xilanh kẹp này di chuyển đến cụmcấp dây để kẹp dây và kéo về vì thế ta cần đặt xilanh mỏ kẹp lên một hệ thống cóthể dẫn hướng, trên thị trường có hai cách để dẫn hướng phổ biến là dùng thanhtrượt tròn và thanh trượt vuông để dẫn hướng Dưới đây là hình ảnh thanh trượttròn và mỏ kẹp chế tạo:

Hình 2 7 Thanh trượt tròn và mỏ kẹp dây

Đặc điểm của thanh trượt tròn:

● Không chuyên cho mục đích chịu tải trọng cao

● Độ chính xác và độ bền và giá thành kém hơn thanh trượt vuông

Hình 2 8 Thanh trượt vuông

Đặc điểm thanh trượt vuông:

● Độ chính xác và độ bền cao

● Chuyển động mượt mà, êm

● Con trượt ôm sát thanh trượt nên không có độ rơ, lắc ngang

● Lắp đặt dễ dàng, dễ dàng sử dụng với thanh trượt dài

Chính vì vậy những ưu điểm trên nên nhóm chúng em chọn thanh trượt vuông

để dẫn hướng cho xilanh kẹp Khoảng dịch chuyển này lớn hơn chiều dài quaidây là 180 mm Vậy trong thao tác kéo dây quai gồm có: 2 xilanh và thanh trượt

dây để dây cắt ra không quá dài và cũng không quá ngắn nên ta sẽ thiết kế thaotác giữ lại dây sau khi kẹp đi vào và đã kéo đủ chiều dài dây cần thiết, cụm giữdây sẽ điều phối để dây không được kéo ra quá nhiều và kéo dễ cắt dây hơn dodây đã được kéo căng Dây sẽ được dẫn qua các con lăn giúp dây được thẳng vàtránh rối dây.

Mô hình cụm giữ dây được thiết kế gồm 1- Xylanh giữ dây, 2- Chi tiết kẹp, Các con lăn dẫn dây

3-Hình 2 9 Cụm chi tiết giữ dây

Tính chọn Xilanh giữ dây 1:

Với các thông số đầu vào: lực kẹp 0.8 N, áp suất 3 bar = 3,1183 kg/cm2 Ta tínhchọn đường kính xilanh như sau:

𝐷 = 4.𝐹𝑝.π = 3,1183 3,144 0.8 = 0, 56 𝑐𝑚Vậy ta chọn đường kính tiêu chuẩn của Xilanh: D = 0,6 cm = 6mm Nhómchúng em chọn Xilanh AIRTAC TR6X-10S để thực hiện thao tác giữ dây Thông

số Xilanh như sau:

● Đường kính piston: 6mm

● Hành trình max: 10mm

● Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.7 Mpa

Hình 2 10 Xilanh giữ dây AIRTAC TR6X-10S

Vậy ta chọn đường kính tiêu chuẩn của Xilanh: D = 2 cm = 20 mm Nhómchúng em chọn Xilanh SMC MHC2-20D để thực hiện thao tác cắt dây Thông sốXilanh như sau:

1 Xilanh AIRTAC MAL20X250SCA để thực hiện thao tác kéo dây

2 Xilanh SMC MHZ2-16D để thực hiện thao tác kẹp dây

3 Xilanh AIRTAC TR6X-10S để giữ dây

4 Xilanh SMC MHC2-20D để cắt dây

5 Mỏ kẹp và thanh trượt vuông dẫn hướng

2.2.2 Khâu thao tác kẹp và xoay 2 đầu dây

Đây là một trong các cụm chi tiết rất quan trọng trong quá trình dập quai dâykhẩu trang Để quá trình tạo ra chiếc dây quai đeo khẩu trang tiêu chuẩn cần đếnquá trình kẹp, gắp dây và xoay đầu dây Quá trình cần đến 1 cơ cấu mỏ kẹp gắpdây khẩu trang từ cụm kéo dây ở bên dưới và giữ dây, cụm gắp dây sẽ di chuyểnlên xuống để nhận dây, vì vậy ta sẽ thiết kế trục dẫn hướng cho cụm và dùngxylanh khí nén để di chuyển cả cụm gắp dây di chuyển lên xuống, để xylanh cóthể hoạt động trơn tru ta sẽ dùng các khớp nối mềm động trục piston với cơ cấu

kẹp và giữ Dây quai được gắp lên sau đó sẽ đưa vào phôi khẩu trang chuẩn bịcho quá trình hàn dập bắt đầu.

Hình 2 13 Cụm kẹp 2 đầu dây và xoay đầu dây

a) Tính toán Xilanh 1 nâng hạ cụm

Với các thông số đầu vào: lực nâng 30 N, áp suất 6 bar = 6,1183 kg/cm2 Ta tínhchọn đường kính xilanh như sau:

𝐷 = 4.𝐹𝑝.π = 3,1183 3,144 30 = 3, 5 𝑐𝑚Vậy ta chọn đường kính tiêu chuẩn của Xilanh: D = 4 cm = 40 mm Nhómchúng em chọn Xilanh ARITAC ACQJ40x20-20SB để thực hiện nâng hạ cụm.Thông số Xilanh như sau:

● Đường kính piston: 40 mm

● Hành trình Xilanh: 20mm

● Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.7 Mpa

Hình 2 14 Xilanh nâng hạ ARITAC ACQJ40x20-20SB

b) Tính toán Xilanh đẩy cơ cấu xoay

Dây quai lúc này đang được kẹp bởi Xilanh 3 và đang ở vị trị góc 180o, ta cầnxoay 2 đầu dây quai một góc 90o để vào được về trí cần dập hàn, do đó khi quay

90o thì khoảng cách của 2 mỏ gắp lúc này sẽ phải là 80mm Ở đây nhóm chúng

em sử dụng 1 xi lanh tròn và cơ cấu đẩy để xoay 2 xi lanh kẹp cùng nhau

Hình 2 15 Cơ cấu đẩy xoay

Nguyên lí hoạt động: Xilanh tròn được giữ cố định, khi đẩy ra thì sẽ tác dụng lựcvào 2 thanh nối thẳng, làm xoay 2 đĩa, khi đó đĩa đã được gắn chặt với 2 xi lanhkẹp Để cả 2 xilanh quay được 1 góc 90º thì ta sẽ dùng mỗi bên 2 cữ để chặnhành trình xoay của đĩa

Hình 2 16 Cữ chặn hành trình xoay của đĩa

● Tính chọn xilanh:

Với các thông số đầu vào: lực đẩy 5 N, áp suất p = 3 bar = 3,1183 kg/cm2 Ta tính

Vậy ta chọn đường kính tiêu chuẩn của Xilanh: D = 1,6 cm = 16mm Nhómchúng em chọn Xilanh 16x75 MAL AIRTAC để thực hiện thao đẩy Thông sốXilanh như sau:

Hình 2.18 Biểu diễn kích thước

Dựa vào tính chất tam giác vuông cân, thì ta có

Trong thực tế chiều dài dây quai khẩu trang khoảng 180mm chính vì vậykhoảng cách của 2 mỏ kẹp khi đến gắp dây cũng sẽ tương đương với khoảng180mm (vì đầu dây thò ra khỏi mỏ kẹp mỗi bên là 5mm) Sau khi gắp và giữ dâyquai, khoảng cách giữa 2 mối hàn quai khẩu trang trong thực tế là 80mm ta cầnđưa dây quai vào đúng vị trị cần dập.

Với các thông số đầu vào: lực kẹp 5 kg, áp suất 3 bar = 3,1183 kg/cm2 Ta tínhchọn đường kính xilanh như sau:

𝐷 = 4.𝐹𝑝.π = 3,1183 3,144.5 = 1, 44 𝑐𝑚Vậy ta chọn đường kính tiêu chuẩn của Xilanh: D = 1,6 cm = 16mm Nhómchúng em chọn Xilanh SMC MHZ2-16D để thực hiện thao tác kẹp 2 đầu dây.Thông số Xilanh như sau:

● Đường kính piston: 16mm

● Hành trình max: 6mm

● Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.7 Mpa

Hình 2.21 Xilanh kẹp giữ dây SMC MHZ2-16D

Xilanh kết hợp với mỏ kẹp giữ dây, dựa vào thao tác gắp dây và kẹp chính xác đểdây quai vào đúng vị trí dập nên hình dáng của mỏ kẹp cũng phải phù hợp vàkiểu dáng cũng phải nhỏ gọn.

Hình dạng mỏ kẹp dây quai của cụm gắp dây khi thiết kế

Hình 2 22 Mỏ kẹp 2 đầu dây

Đối với phần chi tiết mỏ kẹp, phần dưới mỏ kẹp hơi thò xuống và có hình dạngnhư hình giúp việc gắp và giữ dây được chắc chắn, phần dây khi làm việc sẽ thò

ra khoảng 5mm, chiều dài dây thực tế sau khi cắt dây sẽ có chiều dài là 180mm

Kết luận cụm kéo dây và cắt dây quai

Cơ cấu chấp hành gồm có:

1 Xilanh ARITAC ACQJ40x20-20SB để thực hiện nâng hạ cụm

2 Xilanh 16x75 MAL AIRTAC để thực hiện thao tác xoay 2 đầu dây vào vịtrí hàn

3 Xilanh SMC MHZ2-16D để thực hiện kẹp 2 đầu dây

2.2.3 Khâu thao tác hàn dây vào thân khẩu trang

❖Một số phương pháp hàn

Phương pháp hàn nối các phần tử thành một khối liên kết không thể tháo rời bằngcách nung nóng chỗ nối đến trạng thái chảy hoặc dẻo, sau đó vật liệu hóa rắn(hoặc chịu tác dụng lực) cho mối hàn Có nhiều phương pháp để hàn quai khẩutrang trên thực tế: như hàn điện, hàn hồ quang, hàn dung môi, hàn nóng chảy