Hcmute nghiên cứu và chế tạo hệ thống rút ruột chanh dây tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RÚT RUỘT CHANH DÂY TỰ ĐỘNG MÃ SỐ: SV2018-13 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RÚT RUỘT CHANH DÂY TỰ ĐỘNG SV2018-13 Thuộc nhóm ngành khoa học: TP Hồ Chí Minh, 6/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RÚT RUỘT CHANH DÂY TỰ ĐỘNG SV2018-13 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử SV thực (chủ nhiệm): Nguyễn Trần Thanh Phong Nam, Nữ: Nam SV thực 2: Võ Hưng Phát Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Cơ khí chế tạo máy Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử SV thực 3: Lữ Quốc Duy Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Cơ khí chế tạo máy Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử Người hướng dẫn: TS Phan Cơng Bình TP Hồ Chí Minh, 6/2018 Luan van MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TRANG BÌA CHÍNH i TRANG BÌA PHỤ ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG v THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI vi LỜI MỞ ĐẦU viii Chương Tổng quan chanh dây 1.1 Giới thiệu chanh dây 1.1.1 Tên gọi nguồn gốc chanh dây 1.1.2 Đặc điểm chanh dây 1.2 Bảo quản 1.3 Phân loại 1.4 Ứng dụng chanh dây 1.4.1 Lợi ích 1.4.2 Tác hại 1.5 Các sản phẩm từ chanh dây lợi ích kinh tế chanh dây 1.6 Chanh dây ý nghĩa y học Chương Nguyên cứu trái chanh dây 2.1 Kích thước trái chanh dây 2.2 Tỉ lệ ruột trái chanh dây Chương Tính tốn thiết kế khí 11 3.1 Hệ thống cấp phôi 11 3.1.1 Ý nghĩa hệ thống cấp phôi tự động 11 3.1.2 Phân tích phương án chọn phương án tối ưu 12 3.1.3 Hệ thống cấp phơi rời vít tải 14 3.1.4 Hệ thống cấp phôi rời băng tải 16 3.1.5 Hệ thống cấp phôi rời gàu tài 17 3.1.6 Hệ thống cấp phôi rời phễu rung 19 Luan van 3.1.7 Hệ thống cấp phôi kiểu giá nâng 20 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 21 3.2.1 Thiết kế giá nâng 22 3.2.2 Tính tốn cơng suất cấp phôi 24 3.2.3 Chọn phương án chuyển động cho cấu cấp phôi 26 3.2.3.1 Cơ cấu tay quay – trượt 26 3.2.3.2 Cơ cấu bánh 27 3.2.3.3 Cơ cấu trục vít – đai ốc 28 3.2.3.4 Cơ cấu cam 29 3.2.3.5 Cơ cấu xy lanh khí nén 31 3.2.4 Lựa chọn hành trình xylanh khí nén thiết kế giá nâng 33 3.2.4.1 Tính tốn chọn xylanh khí nén cho giá nâng 36 3.2.4.2 Chọn cấu bạc trượt cho giá nâng 38 3.2.5 Thiết kế ổ chứa phôi 40 3.2.6 Thiết kế máng dẫn phôi 43 3.2.7 Thiết kế cấu rút ruột 51 3.2.7.1 Tìm hiểu nghiên cứu phương pháp rút ruột chanh dây có 51 3.2.7.2 Nghiên cứu chế tạo cấu rút ruột chanh dây từ áp suất chân không 53 3.2.7.3 Tìm hiểu nguyên lý máy hút chân không 53 3.2.7.4 Nghiên cứu phương pháp rút ruột chanh dây sử dụng máy hút chân không 57 3.2.8 Cơ cấu đột lỗ phơi 60 3.2.8.1 Cơ cấu đột lỗ 61 3.2.8.2 Cơ cấu phơi 62 3.3 Thùng chứa ruột chanh dây 63 Chương Hệ thống điều khiển 66 4.1 Sơ đồ khối 66 4.2 Phương pháp điều khiển 67 4.2.1 Xy lanh tác động chiều 67 Luan van 4.2.2 Xy lanh khí nén tác động kép 68 4.2.3 Van điều khiển 68 4.2.4 Điều khiển van 69 4.2.5 Van điều khiển hút 70 4.2.6 Tín hiệu hồi tiếp cảm biến hành trình 71 4.2.7 Mạch điều khiển 72 4.3 Sơ đồ bước lưu đồ giải thuật 73 4.3.1 Sơ đồ bước điều khiển thiết bị 73 4.3.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển 74 4.4 Mạch điện kết nối 74 4.4.1 Kết nối nút nhấn với vi điều khiển 75 4.4.2 Kết nối điện van cho xy lanh 76 4.4.3 Kết nối điện van điều khiển cho đầu hút 77 4.4.4 Kết nối điện khiều khiển cho máy hút 78 Chương Kết vả thảo luận 80 5.1 Hình ảnh thực tế 80 5.2 Ưu điểm 84 5.3 Nhược điểm 84 Chương Kết luận hướng phát triển 85 6.1 Kết luận 85 6.2 Hướng phát triễn 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Quả chanh dây tía Lâm Đồng (Nguồn internet) Hình 1.2: Quả chanh dây vàng (nguốc internet) Hình 1.3: Quả chanh dây tía (nguồn internet) Hình 1.4: Các sản phẩm từ chanh dây Hình 2.1: Khoảng trống ruột trái chanh dây (nguồn internet) Hình 2.2: Kích thước trái chanh dây 10 Hình 3.1: Nguyên lý cấu tạo hệ thống máy rút ruột chanh dây tự động 11 Hình 3.2: Cấu tạo cấu cấp phơi vít tải 14 Hình 3.3: Cấu tạo cấu cấp phôi băng tải 16 Hình 3.4: Cấu tạo cấu cấp phôi gàu tải 19 Hình 3.5: Cấu tạo cấu phễu rung 19 Hình 3.6: Cấu tạo cấu phơi giá nâng cấu cam 21 Hình 3.7: Sơ đồ thiết kế cấu cấp phôi tự động 22 Hình 3.8: Tổng thể hệ thống cấp phôi tự động 23 Hình 3.9: Giá nâng sau tạo góc nghiêng 23 Hình 3.10: Cơ cấu cấp phơi bị lỗi 24 Hình 3.11: Hình ảnh giá nâng phơi sau tính tốn thiết kế 25 Hình 3.12: Cấu tạo cấu tay quay trượt 26 Hình 3.13: Cấu tạo cấu bánh rang 28 Hình 3.14: Cấu tạo cấu vít đai ốc 29 Hình 3.15: Cấu tạo cấu cam 30 Hình 3.16: Các loại cấu cam phẳng 31 Hình 3.17: Cơ cấu cam không gian 31 Hình 3.18: Cấu tạo xylanh khí nén 32 Hình 3.19: Kích thước giá nâng sau chọn hành trình xy lanh 34 Hình 3.20: Kích thước giá nâng gắn xy lanh khí nén 34 Hình 3.21: Giá nâng sau thiết kế gá đặt xy lanh 36 Hình 3.22: Bảng tiêu chuẩn kích thước xy lanh khí nén 37 Hình 3.23: Hai loại bạc 39 Hình 3.24: Kiểu bạc trượt lắp cho giá nâng 40 Luan van Hình 3.25: Hình dạng kích thước tổng thể ổ chứa phơi 41 Hình 3.26: Ổ chứa phơi sau thiết kế hồn chỉnh 42 Hình 3.27: Các loại máng dẫn phôi 44 Hình 3.28: Hình dáng máng dẫn phơi 45 Hình 3.29: Kích thước máng dẫn phơi 49 Hình 3.30: Tổng thể cấu cấp phôi tự động hệ thống 51 Hình 3.31: Cơ cấu ép chanh rulo 52 Hình 3.32: Máy bơm chân khơng thấp 54 Hình 3.33: Máy bơm chân khơng vịng nước 55 Hình 3.34: Máy hút bụi chân không kiểu cánh quạt 56 Hình 3.35: Ống hút ruột chanh dây 57 Hình 3.36: Ống hút ruột chanh dây sau vát chéo 58 Hình 3.37: Ống hút ruột chanh dây 58 Hình 3.38: Vị trí kht lỗ ống hút ruột chanh dây 59 Hình 3.39: Thanh gắn ống hút ruột chanh dây 60 Hình 3.40: Cơ cấu đột lỗ vỏ chanh dây 61 Hình 3.41: Máng dẫn cắt lỗ phơi 63 Hình 3.42: Bàn trượt cấu phơi 63 Hình 3.43: Kích thước thùng chứa dịch 64 Hình 3.44: Nắp thùng chứa ruột chanh dây 65 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cấu 66 Hình 4.2: Cấu tạo xy lanh tác động chiều 67 Hình 4.3: Cấu tạo xy lanh tác động kép 68 Hình 4.4: Cấu tạo van điều khiển khí nén 68 Hình 4.5: Sơ đồ ngun lí van 5/2 solenoid hai chiều 69 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý relay 5v 70 Hình 4.7: Cấu tạo van điện từ 2/2 71 Hình 4.8: Cấu tạo cảm biến từ tiệm cận 72 Hình 4.9: Sơ đồ bước điều khiển 73 Hình 4.10: Lưu đồ giải thuật hệ thống 74 Hình 4.11: Mạch kết nối nút nhấn 75 Luan van Hình 4.12: Sơ đồ kết nối khí cho xy lanh 76 Hình 4.13: Sơ đồ điện kết nối cho xy lanh 77 Hình 4.14: Sơ đồ kết nối cho đầu hút 77 Hình 4.15: Sơ đồ nối điện điều khiển máy hút 78 Hình 4.16: Sơ đồ kết nối relay điều khiển máy hút 79 Hình 4.17: Sơ đồ kết nối điện điều khiển máy hút 79 Hình 5.1: Máng cấp chanh dây 80 Hình 5.2: Thùng chứa chanh dây 80 Hình 5.3: Máng nghiên 81 Hình 5.4: Máng trượt chanh dây sau hút 81 Hình 5.5: Máng hứng vỏ chanh dây sau hút 82 Hình 5.6: Ống hút đột lỗ chanh dây 82 Hình 5.7: Máy rút ruột chanh dây tự động 83 Hình 5.8: Trái chanh dây sau rút ruột 84 Luan van DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị dinh dưỡng 100g phần ăn chanh dây đỏ Bảng 4.1: Kết nối nút nhấn 75 Bảng 4.2: Kết nối điều khiển xy lanh 76 Bảng 4.3: Kết nối điều khiển ống hút 78 Luan van trình cho sinh viên không chuyên điện tử với thư viện hàm hỗ trợ cho người sử dụng Thuận tiện cho trình lập trình số lượng chân Digital 13 chân nên dùng Arduino Mega 2560 để đáp ứng đủ yêu cầu thành phần điều khiển Để cấp lệnh từ người dùng cho vi điều khiển ta dùng hệ thống nút nhấn đèn báo 4.3 Sơ đồ bước lưu đồ giải thuật 4.3.1 Sơ đồ bước điều khiển thiết bị Hình 4.9: Sơ đồ bước điều khiển 73 Luan van 4.3.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển Nhấn Start Nhấn Stop Xy lanh cấp chanh lên Chanh đưa vào máng S2 Xy lanh cấp chanh xuống Xy lanh hút vào S4 Xy lanh tháo vỏ đóng S7 Xy lanh đột lỗ xuống Xy lanh tháo vỏ mở Tất xy lanh trở vị trí ban đầu van hút đóng S6 Hút từ ống hút đến ống hút ống hút 2s Xy lanh đột lỗ lên Hình 4.10: Lưu đồ giải thuật hệ thống 4.4 Mạch điện kết nối 74 Luan van 4.4.1 Kết nối nút nhấn với vi điều khiển Hình 4.11 Mạch kết nối nút nhấn Để lệnh điều khiển ta phải cần nút nhấn: Start, Reset, Stop nút E-Stop kết nối với nguồn để ngắt nguồn có cố Kí hiệu Nối với chân Arduino IP1 13 IP2 12 IP3 21 Bảng 4.1: Kết nối nút nhấn Nguyên lý hoạt động: Dùng mức điện áp 5V để kích cho vi điều khiển, điện trở 10k để kéo chân vi điều khiển xuống 0V không nhấn nút nhấn Nút E-Stop nối với nguồn kết nối vi điều khiển nguồn vào rơ-le điều khiển 75 Luan van 4.4.2 Kết nối điện van cho xy lanh Hình 4.12: Sơ đồ kết nối khí cho xy lanh Kí hiệu Nối với chân Arduino O1 23 O2 25 O3 27 O4 29 Bảng 4.2: Kết nối điều khiển xy lanh 76 Luan van Hình 4.13: Sơ đồ điện kết nối cho xy lanh Nguyên lý hoạt động: Vi điều khiển điều khiển rơ le đóng mở qua cổng OUTPUT O1, O2, O3, O4, rơ-le hoạt động thay đổi trạng thái van khí để điều khiển xy lanh hoạt động 4.4.3 Kết nối điện van điều khiển cho đầu hút Hình 4.14: Sơ đồ kết nối khí cho đầu hút Đầu số van chặn lại đầu số van kết nối với đầu hút thơng qua bình chứa ruột chanh Sơ đồ kết nối điện: 77 Luan van Hình 4.15: Sơ đồ kết nối điện điều khiển hút Kí hiệu Nối với chân Arduino O5 31 O6 33 O7 35 O8 37 O9 39 O10 41 Bảng 4.3: Kết nối điều khiển ống hút Nguyên lý: Khi chân O5, O6, O7, O8, O9, O10 vi điều khiển lên mức rơ le tương ứng đổi trạng thái làm cho van hút mở cho đầu hút ruột chanh dây ra, điều làm đến hết đầu, thời gian trễ để hút đầu 1s 4.4.4 Kết nối điện điều khiển cho máy hút Máy hút dùng để hút ruột chanh dây điều khiển relay điều khiển đầu hút van 5/2 78 Luan van Hình 4.16: Sơ đồ kết nối relay điều khiển máy hút Tín hiệu O11 nối với chân 43 vi điều khiển Hình 4.17: Sơ đồ kết nối điện điều khiển máy hút 79 Luan van Chương 5: Kết thảo luận 5.1 Hình ảnh thực tế Hình 5.1: Máng cấp chanh dây Hình 5.2: Thùng chứa chanh dây 80 Luan van Hình 5.3: Máng nghiên Hình 5.4: Máng trượt chanh dây sau hút 81 Luan van Hình 5.5: Máng hứng vỏ chanh dây sau hút Hình 5.6: Ống hút đột lỗ chanh dây 82 Luan van Hình 5.7: Máy rút ruột chanh dây tự động 83 Luan van Hình 5.8: Trái chanh dây sau rút ruột 5.2 Ưu điểm Máy rút ruột chanh dây tự động mà nhóm thực nghiên cứu có nhiều ưu điểm Đầu tiên, sản phẩm từ nghiên cứu có tính ứng dụng cao Ruột chanh dây sau rút vào bồn chứa trực tiếp sử dụng để chế biến thành nước uống chanh dây, kẹo chanh dây, nước cốt chanh dây….Thứ hai, giá thành máy rút ruột chanh dây nhóm rẻ sản phẩm loại thị trường lên đến 70% Bên cạnh đó, nhóm thiết kế dụng cấu cấp phôi đơn giản cho việc vận hành dễ dàng thuận tiện cho việc tháo lắp, bảo trì sửa chửa 5.3 Nhược điểm Bên cạnh ưu điểm đổ án “Nghiên cứu thiết kế máy rút ruột chanh dây tự động” nhóm cịn số vấn đề Vì sản phẩm thiết kế chế tạo thời gian ngắn, chưa qua cải tiến chỉnh sửa nên sản phẩm chưa mong muốn sử dụng xylanh khí nén để hoạt động nên gây ồn trình hoạt động Đồng thời máy to hút trái chanh dây theo kích thước định 84 Luan van Chương 6: Kết luận hướng phát triển 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu chế tạo máy đáp ứng 95% yêu cầu đặt 6.2 Hướng phát triển Mặc dù hoàn thành thiết kế lắp đặt máy chế biến nha đam, nhiên đề tài nhiều mặt cần cải tiến nhầm đạt hiệu suất tối đa sản xuất Một số hướng phát triển nhóm muốn hướng đến: Cải thiện hệ thống cấp phôi, trước cho trái chanh dây vào thùng chứa phải có cấu phân loại theo kích thước tiêu chuẩn máy Cải thiện hệ thống khí rãnh cấp phơi xylanh cấu hút thoát vỏ để hoạt động luân phiên để giảm thời gian nghỉ, đồng thời sử dụng máy hút có cơng suất lớn để giảm thời gian hút đạt hiệu suất cao Với thiết kế máy phải cần đến hai đến ba công nhân cho việc phân loại rửa bỏ cuống Nghiên cứu phát triển cấu định lượng sau ruột trái chanh dây hút vào bồn chứa tự động định lượng khối lượng theo quy định sau đóng gói theo dây chuyền đưa thị trường Sử dụng vi điều khiển để lập trình cho máy sau thời gian sinh lỗi nhiễu khơng mong muốn để máy hoạt động liên tục nhiều ta nên thay vi điều khiển PLC để thuận tiện cho việc bảo trì đảm bảo cho máy hoạt động liên tục Ngồi cải tiến trên, nhóm hi vọng máy trở thành hệ thống rút ruột chanh dây hoàn toàn tự động Từ khâu nhập liệu thơ, đến qua máy thu sản phẩm cuối ruột chanh dây đóng gói tiêu chuẩn chuẩn an tồn thực phẩm 85 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách Nguyễn Phương Ngọc – Nguyễn Trường Thịnh, “Hệ thống điều khiển tự động khí nén”, NXB Khoa học kỹ thuật Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Lý thuyết “Điều Khiện Tự Động” Ths Châu Mạnh Lực, Phạm Văn Song, “Trang bị công nghệ cấp phôi tự động”, năm 2003 Hồ Viết Bình, “Tự Động Hóa Q Trình Sản Xuất”, năm 2004 Internet http://luanvan.co/luan-van/ky-thuat-chan-khong-3324/ http://vientauthuy.com.vn/vi/ky-thuat-hut-chan-khong http://text.123doc.org/document/2436097-he-thong-cap-phoi-tu-dong.htm 86 Luan van S K L 0 Luan van ... đoạn rút ruột chanh dây, nhóm nghiên cứu chế tạo máy rút ruột chanh dây Trái chanh dây sau rửa đưa vào cấu cấp phơi sau chanh dây cấp cho cấu rút ruột Thành phẩm cuối máy ruột chanh dây rút Mục... chanh dây Hình 3.1: Nguyên lý cấu tạo hệ thống máy rút ruột chanh dây tự động 3.1 Hệ thống cấp phôi tự động Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động giải giai đoạn cách triệt để tổng thể tồn hệ thống. .. cung cấp cho hệ thống mà ta chia làm ba loại hệ thống cấp phơi là: hệ thống cấp phơi cuộn, hệ thống cấp phôi thanh, hệ thống cấp phôi rời 12 Luan van Hệ thống máy rút ruột chanh dây tự động có phơi