GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Nước uống an toàn là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống, chiếm 70-80% trọng lượng cơ thể Người trưởng thành có thể nhịn ăn nhưng không thể sống thiếu nước trong 3-4 ngày Do đó, nhu cầu nước uống ngày càng tăng, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều thương hiệu nước đóng chai, từ nước tinh khiết, nước khoáng đến các loại nước giải khát đa dạng.
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân Nó không chỉ giúp tạo ra sản phẩm chất lượng cao mà còn nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Kỹ thuật Cơ - Điện tử đang phát triển nhanh chóng nhờ vào tiến bộ của khoa học công nghệ Tự động hóa ngày càng trở nên phổ biến trong cả đời sống và sản xuất, trở thành một nhu cầu thiết yếu trong ngành công nghiệp Sự ra đời của các dây chuyền tự động hóa không chỉ đáp ứng yêu cầu công nghệ mà còn giảm thiểu nhân công, từ đó nâng cao năng suất lao động.
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, sự tiến bộ của khoa học và công nghệ đã mang lại những biến chuyển rõ rệt cho thế giới, khiến nó trở nên hiện đại hơn Đặc biệt, công nghệ tự động hóa đã phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều dây chuyền sản xuất và thiết bị máy móc hiện đại với tính năng vượt trội như tốc độ nhanh, độ chính xác cao và sự chuyên môn hóa, được ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại.
Trong các nhà máy sản xuất nước uống đóng chai, hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động là yếu tố thiết yếu, mặc dù có chi phí cao và quy mô lớn, hoạt động trong môi trường khép kín Đối với các quy mô nhỏ và vừa, hệ thống chiết rót bán tự động được sử dụng, nhưng quy trình rời rạc có thể dẫn đến việc chiết rót thủ công, gây ra sự chênh lệch về dung tích sản phẩm và tăng chi phí nhân công với năng suất không hiệu quả Đáp ứng nhu cầu này, nhóm đã thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cho dây chuyền sản xuất.
2 chiết rót và đóng nắp tự động ”, với quy mô nhỏ và đáp ứng chi phí thấp, đảm bảo vệ sinh cho sản phẩm.
Mục tiêu của đề tài
Mô hình hoạt động ổn định, chiết rót và đóng nắp chai đúng như yêu cầu của đề tài là
Hệ thống chiết rót hoạt động hiệu quả với tốc độ 12 chai/phút, cho phép giám sát rõ ràng các thông số trên màn hình Sau khi hoàn thành đề tài, người dùng nắm vững quy trình chiết rót, lắp đặt và vận hành cảm biến, cũng như sử dụng và lập trình PLC cho các thiết bị tự động hóa Ngoài ra, người dùng còn học cách thiết kế layout, vẽ bản điện, và sử dụng phần mềm thiết kế 3D, kết hợp WinCC để giám sát hệ thống Cuối cùng, mô hình chiết rót được lắp đặt với cơ cấu xi lanh và chức năng đóng nắp chai tự động.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các hệ thống chiết rót, đóng nắp chai tự động có trên thị trường cho cơ sở quy mô nhỏ
Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiết rót, đóng nắp chai với dung tích chai 297ml, đường kính chai là 6 cm và có chiều cao 16,5 cm.
Phương pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu đề tài nhóm bắt đầu thực hiện các phương pháp như sau:
Phương pháp quan sát giúp tìm hiểu các hệ thống trên thị trường thông qua việc đọc sách, báo và xem video thực tế, đồng thời khám phá nhu cầu sử dụng của các cơ sở nhỏ và hộ gia đình Sau đó, phương pháp tổng hợp và phân tích được áp dụng để nghiên cứu và đánh giá các hệ thống đã quan sát, kết hợp với yêu cầu của nhóm nhằm đưa ra những ưu nhược điểm và đề xuất cải tiến, phát triển cho hệ thống.
Quá trình thực nghiệm bao gồm việc tìm hiểu tài liệu liên quan đến thiết kế cơ khí và thiết kế mạch điện - điện tử, cùng với phần mềm lập trình để hỗ trợ thiết kế và tính toán Sau đó, chúng tôi tiến hành phác thảo, mô phỏng và thi công chế tạo thực tế Qua quá trình chạy thực nghiệm, chúng tôi rút ra những kinh nghiệm quý báu nhằm khắc phục các sai sót đã xảy ra.
Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp
Đồ án bao gồm 7 chương với các nội dung như sau:
Chương 1: Giới thiệu đề tài: Giới thiệu về lí do chọn đề tài, đặt vấn đề, mục tiêu đề tài, đối tượng, phạm vi đề tài và phương pháp nghiên cứu của đề tài
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu về đề tài: Giới thiệu máy chiết rót, các phương pháp định lượng và chiết rót, tình hình nghiên cứu máy chiết rót trong nước và ngoài nước hiện nay
Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Liệt kê các lý thuyết, công thức cần tính toán thiết kế mô hình
Chương 4: Phương hướng và giải pháp: Nêu ra các phương hướng của từng khâu để lựa chọn giải pháp hợp lí, phù hợp cho mô hình
Chương 5: Tính toán thiết kế mô hình: Tính toán thiết kế cơ khí cho các động cơ, vị trí lắp đặt cảm biến từ để chiết rót chính xác Tính toán thiết kế điện để lựa chọn thiết bị và tiết diện dây phù hợp Phác thảo mô hình và lưu đồ giải thuật điều khiển
Chương 6: Thực nghiệm và đánh giá: Hình ảnh lắp ráp mô hình thực tế, giao diện giám sát, trình bày các lỗi và cách khắc phục trong quá trình chạy thực nghiệm Đánh giá sau quá trình chạy thực nghiệm
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển: Những nhận xét về kết quả trong quá trình thực hiện đồ án và hướng phát triển của đồ án trong tương lai
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Máy chiết rót
2.1.1 Khái niệm máy chiết rót
Trong thị trường đóng chai chiết rót công nghiệp hiện nay, hệ thống chiết rót đóng vai trò thiết yếu, kết nối các công đoạn từ súc rửa, chiết rót đến đóng nắp Tất cả các nhà máy và xí nghiệp trong các lĩnh vực như hóa chất, mỹ phẩm, dầu nhớt, dược phẩm, nước uống và thực phẩm đều cần đến thiết bị này để đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả.
Sử dụng hệ thống 3 trong 1 tự động giúp doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể nhân công, thời gian và nâng cao năng suất lao động.
2.1.2 Đặc điểm máy chiết rót
Máy chủ yếu được chế tạo từ inox cao cấp và thép không gỉ, giúp chống ăn mòn hiệu quả Nhờ vào chất liệu này, máy có thể hoạt động ổn định trong mọi môi trường Đầu chiết rót được thiết kế nâng chiết, hạn chế tình trạng kéo và nhỏ giọt, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay đổi nguyên liệu màu sắc khác nhau và dễ dàng vệ sinh máy.
Hệ thống vận hành linh hoạt và dễ bảo trì, cho phép người dùng khởi động máy chỉ với vài thao tác đơn giản mà không cần giám sát chặt chẽ.
Trên thị trường hiện nay, máy chiết rót định lượng được phân thành ba loại chính: máy chiết rót tự động, máy chiết rót bán tự động và máy chiết rót thủ công, mỗi loại đều có những tính năng và ứng dụng riêng biệt.
2.1.3 Máy chiết rót tự động
Hiện nay, máy chiết rót được sử dụng phổ biến tại các công ty lớn, với thiết kế linh hoạt và kích thước rộng rãi Máy tích hợp hệ thống 3 trong 1 bao gồm rửa chai, chiết rót và đóng nắp, được làm hoàn toàn từ inox 304 chống ăn mòn và rỉ sét Công nghệ chiết đẳng áp giúp đảm bảo chiết rót chính xác, giảm hao hụt và đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm Thiết bị này lý tưởng cho dây chuyền sản xuất quy mô lớn, đảm bảo sản phẩm đồng đều và năng suất cao, với công suất từ 3.000 đến 5.000 chai/giờ nhờ vào thiết kế từ 8 đến 12 vòi chiết.
2.1.4 Máy chiết rót bán tự động
Phù hợp với các cơ sở có quy mô nhỏ, các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ Thiết kế gồm
2 - 6 vòi chiết với hiệu suất làm việc đạt từ 800 – 1.000 sản phẩm/giờ
2.1.5 Máy chiết rót thủ công
Máy có công suất nhỏ, lý tưởng cho phòng thí nghiệm và xưởng nhỏ Các dòng máy này được thiết kế riêng theo nhu cầu sản xuất, quy mô và ngân sách của doanh nghiệp, đảm bảo hiệu quả trong các công đoạn như định hình chai, súc rửa chai, chiết rót và đóng nắp.
Các phương pháp định lượng nước
Định lượng nước có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau Đầu tiên, nước được định lượng chính xác bằng bình định mức trước khi chiết rót vào chai Thứ hai, phương pháp chiết tới mức cố định cho phép nước được rót đầy vào chai, sau đó lấy khối thể tích dư ra ngoài, tuy nhiên độ chính xác không cao do phụ thuộc vào sự đồng nhất của chai Cuối cùng, định lượng bằng chiết theo thời gian cho phép nước chảy vào chai trong khoảng thời gian cố định, phù hợp cho các mặt hàng có giá trị thấp mà không yêu cầu độ chính xác cao về mực nước.
Các phương pháp chiết rót sản phẩm
Phương pháp chiết rót bằng áp suất thường sử dụng sự chênh lệch độ cao để nước chảy vào chai Phương pháp này rất phù hợp cho việc chiết rót các dung dịch ít nhớt như dầu gội, xà phòng và dầu ăn do tốc độ chảy chậm.
Phương pháp chiết rót chân không là kỹ thuật kết nối chai với hệ thống hút chân không, tạo ra chênh lệch áp suất giữa chai và bình chứa, giúp dung dịch chảy vào chai một cách hiệu quả Phương pháp này thường được áp dụng khi không thể đặt thùng chứa dung dịch ở vị trí cao để sử dụng nguyên lý chiết rót áp suất thông thường.
Phương pháp chiết rót đẳng áp được sử dụng cho các sản phẩm chất lỏng có gas như nước ngọt và rượu bia Trong quá trình chiết rót, áp suất trong chai cao hơn áp suất khí quyển, giúp ngăn chặn sự thoát ra của khí CO2 khỏi chất lỏng.
Khi nạp khí CO2 vào chai, áp suất trong chai sẽ được điều chỉnh cho đến khi đạt mức tương đương với áp suất trong bình chứa Sau đó, chất lỏng từ bình chứa sẽ chảy vào chai nhờ vào sự chênh lệch độ cao.
Tình hình nghiên cứu của máy chiết rót hiện nay
Máy chiết rót KM5000 là thiết bị chiết rót tự động hai vòi, được phân phối bởi công ty cổ phần Uniduc, với công suất lớn lên đến 800-1000 sản phẩm mỗi giờ Máy có khả năng lắp ghép linh hoạt với các loại máy khác như súc rửa, đóng nắp và dáng máng, tạo nên dây chuyền sản xuất hiện đại với hiệu quả cao Phạm vi chiết rót của máy từ 50-5000ml, với công suất đạt 800 chai/giờ và trọng lượng 300kg.
Hình 2.1: Máy chiết rót KM5000
Máy chiết rót không dùng điện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào tính năng hoàn toàn thủ công và không cần điện năng Sản phẩm này mang lại sự an toàn, tiện lợi và tiết kiệm chi phí cho nhà đầu tư Được chế tạo từ chất liệu inox 304, máy có 4 vòi chiết với năng suất từ 600 đến 1000 chai mỗi giờ, phù hợp với dung tích từ 100 đến 1500ml.
Hình 2.3: Mô hình hoạt động máy chiết rót 1 vòi và vặn nắp chai thủ công của cty chế tạo máy Phú Thịnh
Hình 2.2: Máy chiết rót không dùng điện của công ty Công Nghệ Máy Hoa Việt
Máy chiết rót 1 vòi là thiết bị bán tự động sử dụng piston khí nén định lượng, giúp người dùng dễ dàng lắp đặt, vận hành và vệ sinh Sản phẩm này mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội so với việc sử dụng sức lao động thủ công Với trọng lượng 25kg, máy có năng suất từ 4 đến 60 chai mỗi phút.
Hình 2.4: Mô hình hoạt động của máy DP278 Ưu điểm:
Máy chiết bằng tay sở hữu thiết kế đơn giản với các thành phần như phễu chứa nguyên liệu, vòi chiết và xi lanh chiết có khả năng tháo rời, giúp việc vệ sinh, lau chùi và bảo quản máy trở nên thuận tiện hơn.
- Các thao tác sử dụng máy đơn giản Máy vận hành trơn tru, tính năng ổn định cao, ít phải sửa chữa các lỗi nhỏ
Tất cả các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu của máy đều được chế tạo từ inox 304, giúp máy luôn sáng bóng, chống hoen gỉ và hạn chế nhiễm khuẩn từ các nguyên liệu khác.
- Máy được thiết kế chế tạo giúp cho việc điều chỉnh thể tích chiết rót nguyên liệu vào các chai đựng rất thuận tiện và nhanh chóng
- Thiết kế gọn nhẹ, di chuyển dễ dàng và có thể đặt trên bàn để sử dụng
- Máy hoạt động độc lập, cần số lượng nhân công nhiều, tăng chi phí trong quá trình sản xuất
Máy chiết rót DP278 là sản phẩm công nghệ cao, hoạt động hoàn toàn tự động và tiết kiệm nhiên liệu, lý tưởng cho ngành công nghiệp nước giải khát đóng chai Với công nghệ hiện đại từ Hoa Kỳ, máy đảm bảo độ chính xác tuyệt đối, có khả năng sản xuất từ 800 đến 10.000 chai mỗi giờ.
Máy VACGF8000 là thiết bị đóng gói hiện đại với thiết kế 6 công đoạn tự động, có khả năng thay thế cho khoảng 10 thiết bị khác.
Hình 2.5: Mô hình hoạt động của máy VACGF8000
Máy VAQGF100 là một thiết bị sản xuất với công suất 8000 chai mỗi giờ, hoạt động qua 6 công đoạn chính Các công đoạn này bao gồm băng tải khí, tráng rửa, chiết rót, đóng nắp, máy tải nắp chai và máy soi dị vật, đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả và chất lượng.
Máy chiết rót bình 20L tự động VAQGF100, được nhập khẩu từ Hoa Kỳ, ứng dụng công nghệ chiết rót hiện đại Thiết bị này thực hiện ba công đoạn tự động: tráng rửa bình, chiết rót và đóng nắp bình, với công suất đạt 100 bình 20L mỗi giờ.
Máy chiết rót Monoblock Hill 80-80-18C, đến từ thương hiệu nổi tiếng Malaysia, được thiết kế theo công nghệ tiên tiến từ Nhật Bản và Đức Sản phẩm này nổi bật với khả năng chiết rót nhanh chóng, độ chính xác cao và tính năng chống nhỏ giọt, rò rỉ Với công suất lên đến 3000 - 36000 chai/giờ, máy tích hợp đồng bộ hệ thống chiết rót, rửa chai và đóng nắp tự động, bao gồm 80 đầu rửa chai, 80 đầu chiết và 18 đầu đóng nắp.
Hình 2.7: Mô hình hoạt động máy chiết rót Monoblock
Máy chiết Krones là thiết bị chiết rót nóng chuyên dụng cho nước ép trái cây và nước trà xanh, với công suất thiết kế từ 3.000 đến 20.000 chai mỗi giờ (tính theo chai 500ml) Máy có khả năng sản xuất nhiều loại chai với thể tích khác nhau, bao gồm 330ml, 500ml, 1000ml, 1500ml và 2000ml.
Hình 2.8: Mô hình hoạt động máy Krones
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tính toán xích tải nhựa
Băng tải xích nhựa là thiết bị vận chuyển sản phẩm hiệu quả và linh hoạt Với thiết kế mắt xích nhựa, băng tải này tối ưu hóa lợi ích, giảm tiếng ồn, và có khả năng chống mài mòn Ngoài ra, băng tải dễ dàng lắp đặt và sử dụng, đồng thời có mẫu mã đa dạng và độ thẩm mỹ cao.
Băng tải xích nhựa thường được thiết kế với các ray dẫn hướng và khung nhôm chắc chắn
Hình 3.1: Băng tải xích nhựa b) Giá trị cho trước
Qt - Năng suất số lượng sản phẩm (cái/ giờ) m - Tổng trọng lượng sản phẩm và xích tải nhựa belota (kg) p - Bước xích tải nhựa (mm) z – Số răng đĩa xích
B – Chiều rộng băng tải (mm)
L – Chiều dài xích tải (mm)
G – Trọng lượng vật đúc (kg)
Q – Trọng lượng 1m dài của xích tải nhựa k – Hệ số nạp liệu không đều c) Tính toán
• Vận tốc băng tải xích: v = 𝑄 𝑡
Trong đó: 𝛾 – khối lượng riêng tính toán của vật liệu (tấn/m 3 ) v – vận tốc băng tải s = 1,01 – hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng băng tải
A – diện tích mặt cắt ngang dòng chảy (m 2 ), được tính theo công thức:
• Công suất trên trục đĩa xích dẫn được tính theo công thức:
P = 0,0024.q.v.L + 0,00033.Q.L + 0,006.Q.B (kW) (3.2) Trong đó: q = 0,79 (kG/m): trọng lượng 1 mét dài xích tải
B(m): chiều rộng tấm đỡ v(m/s): vận tốc xích tải
Q(tấn/h): năng suất khối lượng xích tải nhựa, được tính theo công thức:
G(kg): trọng lượng vật đúc k =2: hệ số nạp liệu không đều
• Tốc độ quay của đĩa xích dẫn được tính theo công thức: n = 6.10
Trong đó: v(m/s): vận tốc xích tải
Z: số răng đĩa xích tải dẫn p(mm): bước xích tải
Chọn động cơ
Tính toán chọn động cơ rất quan trọng vì những yếu tố sau:
- Chọn động cơ thiếu công suất sẽ không thể kéo tải hoặc chạy sẽ bị nóng gây giảm tuổi thọ
- Chọn động cơ thừa công suất sẽ lãng phí công suất và tiền bạc đầu tư
- Chọn động cơ không đúng nguyên lý hoạt động của mô hình
Dựa vào tài liệu tham khảo từ sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1”, chúng tôi tiến hành tính toán để lựa chọn động cơ phù hợp cho hệ thống.
Dựa trên công suất và tốc độ trục công tác đã xác định ở phần 1, cụ thể là công suất trục đĩa xích dẫn (Pt) và vận tốc quay của đĩa xích dẫn (n), phần này sẽ tiến hành tính toán để lựa chọn động cơ phù hợp.
Sau đó tiến hành tính toán các bước sau:
Xác định công suất trên trục động cơ điện:
𝜂 (3.4) Trong đó : 𝑃 𝑐𝑡 - công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)
𝑃 𝑡 - công suất tính toán trên trục máy công tác (kW)
Với 𝜂 1 , 𝜂 2 , 𝜂 3 là hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫn động, chọn theo bảng 8.1 phụ lục 3
Để xác định công suất động cơ, cần biết công suất tính toán 𝑃 𝑡 Giá trị của 𝑃 𝑡 và công suất động cơ phụ thuộc vào chế độ làm việc và tính tải trọng của động cơ.
Trường hợp tải trọng không đổi: Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác:
Hệ thống dẫn động băng tải thường xác định trước lực kéo và vận tốc của băng tải hoặc xích tải, từ đó công suất làm việc được tính toán theo công thức cụ thể.
Trong đó : 𝑃 𝑙𝑣 - công suất trên trục tang quay (kW)
F - lực kéo băng tải hoặc xích (N) v - vận tốc băng tải hoặc xích tải (m/s)
Số vòng quay của trục máy công tác (trục tang quay hoặc đĩa xích tải): n lv = 60000.v π.D (3.7)
Trong đó : v - vận tốc băng tải hoặc xích tải (m/s)
D - đường kính tang quay (mm)
Tỉ số truyền toàn bộ 𝑢 𝑡 của hệ thống dẫn động được tính theo công thức:
Trong đó : u 1 , u 2 , u 3 là tỉ số truyền của từng bộ truyền tham gia vào hệ thống dẫn động theo bảng 8.2 phụ lục 3
Từ 𝑢 𝑡 và n lv có thể tính được số vòng quay sơ bộ của động cơ: n sb = n lv 𝑢 𝑡 (3.9)
Dựa trên công suất cần thiết theo (3.1) và số vòng quay sơ bộ của động cơ theo (3.6), cùng với yêu cầu về moment mở máy và phương lắp đặt, động cơ được lựa chọn cần có công suất Pdc và số vòng quay đồng bộ đáp ứng các điều kiện đã đề ra.
Khi đã tính toán chọn động cơ cần các công thức sau để hoàn thành bảng thông số động học
Bảng 3.1: Thông số động học cho hệ dẫn động
T/s Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục n Trục công tác
Bộ truyền bánh răng
Truyền động bánh răng trụ yêu cầu xác định thông số cơ bản của bộ truyền, trong đó khoảng cách trục aw là yếu tố quan trọng Khoảng cách này được tính theo công thức: aw = Ka (u ± 1) √ 𝑇 1 𝐾 𝐻𝛽.
Trong đó: Ka, Kd - hệ số, phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng
T1 – moment xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm
[𝜎 𝐻 ] - ứng suất tiếp xúc cho phép, MPa u – tỉ số truyền
𝑑 𝑤1 – các hệ số, trong đó bw là chiều rộng vành răng
Hệ số K Hβ phản ánh sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng trong tính toán tiếp xúc Giá trị K Hβ có thể tra cứu trong bảng Hệ số ψ bd được xác định theo công thức ψ bd = 0,53 ψ ba (u ± 1) (3.12).
Trong công thức (3.11) và (3.12) dấu + dùng trong trường hợp bánh răng ăn khớp ngoài, dấu – là ăn khớp trong b) Xác định các thông số ăn khớp
Sau khi xác định được khoảng cách trục aw có thể theo công thức sau để tính môdun: m = (0,01 ÷ 0,02).aw (3.13)
Xác định số răng, góc nghiêng 𝛽 và hệ số dịch chỉnh x: aw = m(z1 + z2 )
- Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
Ta có góc nghiêng 𝛽 = 0, từ (3.14) xác định số răng bánh nhỏ:
Lấy z1 nguyên và từ tỉ số truyền tính z2 :
Lấy z2 nguyên, tính số răng tổng zt = z1 + z 2 và từ zt tính lại khoảng cách trục: aw = 𝑚.𝑧 𝑡
Rõ ràng là aw tính theo (3.16) khác với (3.11) và nói chung nó là một số lẻ
- Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Để xác định số răng z1, z2, góc nghiêng 𝛽 và hệ số dịch chỉnh đối với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
Chọn trước 𝛽 = 8…20 o (đối với răng nghiêng)
Từ công thức (3.14) tính số răng bánh nhỏ :
Lấy z1 nguyên tính z2 = u.z1, lấy z2 nguyên và từ z1 = z1 + z2 tính lại góc 𝛽 cos 𝛽 = 𝑚.𝑧 𝑡
Để đảm bảo hiệu quả trong thiết kế răng, giá trị 𝛽 cần nằm trong khoảng từ 8 đến 20 độ đối với răng nghiêng Nếu giá trị 𝛽 nằm ngoài khoảng này, cần lựa chọn lại z1 và tính toán lại 𝛽 Bên cạnh đó, kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của răng trong bộ truyền cũng rất quan trọng, với điều kiện rằng ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng phải đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định.
Trong đó: ZM – hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, trị số của ZM tra trong [2]
ZH – hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
𝑠𝑖𝑛2𝛼 𝑡𝑤 Ở đây: 𝛽𝑏 – góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở: tg 𝛽𝑏 = cos𝛼 𝑡 tg 𝛽
Trị số của ZH có thể tra trong [2]
𝑍 𝜀 – hệ số kể đến sự trùng khớp của răng”
Với 𝜀 𝛽 – hệ số trùng khớp dọc, tính theo công thức:
Khi tính gần đúng có thể xác định 𝜀 𝛼 theo công thức:
KH – hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
Với 𝐾 𝐻𝛽 là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
𝐾 𝐻𝛼 là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, trị số của 𝐾 𝐻𝛼 đối với bánh răng thẳng 𝐾 𝐻𝛼 = 1
𝐾 𝐻𝑣 là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp và được tính theo công thức: 𝐾 𝐻𝑣 = 1+ 𝑣 𝐻 𝑏 𝑤 𝑑 𝑤1
Với 𝛿 𝐻 – hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp go – hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2
Trị số của vH tính được phải nhỏ hơn vHmax xác định từ khả năng chịu tải trọng động lớn nhất của bánh răng aw - khoảng cách trục, mm
T1 – moment xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm
Tỉ số truyền bw được tính bằng công thức ѱ 𝑏𝑎, với chiều rộng vành răng là mm Ứng suất tiếp xúc cho phép được ký hiệu là [𝜎 𝐻] Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn tại chân răng không được vượt quá giá trị cho phép, được biểu thị qua công thức σF1 = 2.T1.KF.Yε.Yβ.YF1/(bw.dw1.m) ≤ [σF1] và σF2 = σF1.YF2/(YF1) ≤ [σF2] Trong đó, Yε được tính bằng 1/εa.
Trường hợp σF1 > [σF1] hoặc σF2 > [σF2] cần tăng môđun m và chọn lại các thông số của bánh răng
Để kiểm nghiệm răng về quá tải, cần đảm bảo rằng ứng suất tiếp xúc cực đại σHmax không vượt quá giá trị cho phép, được tính theo công thức σHmax = σH.√𝐾𝑞𝑡 ≤ [σ 𝐻 ] 𝑚𝑎𝑥 Đồng thời, để tránh biến dạng dư hoặc hư hỏng tại mặt lượn chân răng, ứng suất uốn cực đại σFmax cũng phải tuân thủ giới hạn cho phép, được xác định bởi σFmax = σF.Kqt ≤ [σ 𝐹 ] 𝑚𝑎𝑥.
Truyền động xích
Thông số đầu vào: Điều kiện làm việc :
Pt: công suất trên trục đĩa xích tải (W) n: Tốc độ quay trên trục đĩa xích dẫn (vòng/phút) u: tỉ số truyền a) Chọn loại xích
Có 3 loại xích: xích ống, xích con lăn và xích răng Các kích thước cơ bản của xích ống cho trong bảng 8.3 phụ lục 3 Trong các bước xích p là thông số hình học quan trọng nhất, tải trọng phá hỏng Q là đặc trưng cơ bản về độ bền
Xích ống là một giải pháp đơn giản với chi phí thấp và khối lượng nhẹ do không sử dụng con lăn, nhưng điều này cũng dẫn đến việc bản lề nhanh chóng bị mòn Do đó, xích ống chỉ nên được sử dụng trong các bộ truyền không yêu cầu độ quan trọng cao và có yêu cầu về khối lượng nhỏ.
Hình 3.2: Cấu tạo của xích ống
20 b) Chọn số răng đĩa xích
Dựa trên tỉ số truyền u để chọn z1 theo bảng 8.4 hoặc theo công thức sau nên quy tròn theo số lẻ:
Z2 = u.z1 ≤ zmax (3.30) zmax 0 đối với xích ống và xích con lăn, zmax = 140 đối với xích răng c) Xác định bước xích P
Số bước xích đươc tính theo công thức sau:
Trong đó: Ft – lực vòng
Diện tích mặt tựa bản lề được xác định bởi công thức tính toán công suất: Pt = P.k.kz.kn ≤ [P], trong đó Pt, P, [P] lần lượt đại diện cho công suất tính toán, công suất cần truyền và công suất cho phép, tính bằng kilowatt (kW) Hệ số kz được quy định là 25.
𝑧 1 – hệ số số răng kn = 𝑛 01
Hệ số số vòng quay k được tính theo công thức k = k0.ka.kđc.kbt.kđ.kc, trong đó k0 phản ánh ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, ka liên quan đến khoảng cách trục và chiều dài xích, kđc thể hiện ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích, kbt là hệ số bôi trơn, kđ phản ánh tải trọng động, và kc liên quan đến chế độ làm việc của bộ truyền Việc xác định khoảng cách trục và số mắt xích cũng là yếu tố quan trọng trong quá trình tính toán này.
Khoảng cách trục nhỏ nhất giới hạn bởi khe hở nhỏ nhất cho phép giữa các đĩa xích (30…50mm) amin = 0,5(da1 + da2) + (30…50) (3.34)
Khi thiết kế thường sơ bộ chọn: a = (30…50)p (3.35)
Từ khoảng cách trục a chọn theo (3.17) xác định số mắt xích x: x = 2𝑎
Quy tròn đến số nguyên (tốt nhất là số chẵn) rồi tính lại khoảng cách trục a theo số mắt xích chẵn xc: a * = 0,25.p{xc – 0,5(z2 + z1 ) + √[𝑥 𝑐 − 0,5(𝑧 2 + 𝑧 1 )] 2 − 2[ (𝑧 2 −𝑧 1 )
𝜋 ] 2 } (3.37) Để xích không chịu lực căng quá lớn, cần giảm bớt đi 1 lượng: ∆𝑎 = (0,002…0,004)a Kiểm nghiệm số lần va đạp i của bản lề xích trong 1 giây: i = 𝑧 1 𝑛 1
(15𝑥) ≤ [i] (3.38) e) Kiểm nghiệm xích về độ bề
Q – tải trọng phá hỏng (N), tra ở bảng 8.3 kđ – hệ số tải trọng; 1,2 ứng với tải trọng trung bình
Fv – lực căng do lực li tâm sinh ra: Fv = q.v 2 với q là khối lượng 1 mét xích
F0 – lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra (N); F0 = 9,81kf.q.a, với a – khoảng cách trục, kf = 6 hệ số phụ thuộc độ võng nằm ngang
[s] – hệ số an toàn cho phép tra ở bảng 8.9 phụ lục 3 f) Xác định các thông số của đĩa Đường kính vòng chia:
Với r =0,5025dl + 0,05; giá trị dl tra ở bảng 8.3 phụ lục 3
Kết luận: sau khi tính toán được thông số của bộ truyền xích sẽ điền hoàn thiện bảng 3.2
Bảng 3.2: Thông số bộ truyền xích
Số mắt xích, đường kính vòng chia d1 (mm), đường kính vòng chia d2 (mm), đường kính xích đỉnh da1 (mm), đường kính xích đỉnh da2 (mm), đường kính chân df1 (mm), và đường kính chân df2 (mm) là các thông số quan trọng trong thiết kế và sản xuất xích Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của xích trong các ứng dụng công nghiệp.
Chọn xilanh
Với thông số đầu vào là Q – năng suất (chai/phút)
P – áp suất khí nén cung cấp (MPa)
23 v – thể tích chai nước (ml) d – đường kính ống bơm (mm)
• Hành trình piston có chiều dài: h = 𝑉
Trong đó: h - chiều dài hành trình piston
V – thể tích chai nước r – bán kính ống bơm
Trong đó : Pt – áp suất đáy cột chất lỏng (Pa)
D – trọng lượng riêng chất lỏng (N/m 2 ) h – chiều cao của cột chất lỏng (m)
Trong đó : A – diện tích mặt cắt dọc của ống bơm (m 2 ) : theo công thức A = 𝜋.r 2
Fnước – lực nén của nước (N)
• Để lựa chọn xilanh phù hợp thì phải đáp ứng được điều kiện sau:
P – áp suất khí nén (Mpa)
A = 𝜋.r 2 : diện tích mặt cắt xilanh (m 2 )
Trong đó: F là lực của xilanh (N) p là áp suất đầu vào của xilanh (N/m 2 )
S là tiết diện của piston (m 2 )
Lưu ý : trước khi tính áp suất p cần trừ đi áp suất của khí quyển tương ứng 1 bar
Động cơ bước
Động cơ bước có thể quay với bất kỳ tốc độ nào trong giải từ 0 vòng/phút đến giá trị cực đại cho phép
Động cơ bước có khả năng dừng đột ngột ở bất kỳ vị trí nào trong độ phân giải của góc bước, cho phép nó hoạt động với nhiều tốc độ khác nhau Do tính năng này, động cơ bước thường không được sử dụng cho các thiết bị yêu cầu quay với vận tốc đều, mà chủ yếu được áp dụng trong các hệ thống điều khiển thích nghi, nơi tốc độ quay có thể biến đổi liên tục và cần dừng lại ở vị trí chính xác.
Với lẽ đó, vận tốc quay của động cơ bước thường luôn được hiểu là vận tốc trung bình
Giả sử trong thời gian t (giây) ta thực hiện n lần dịch bước (mỗi lần dịch 1 bước) thì tần số dịch bước là f = 𝑛
Giả sử góc bước của động cơ là Ɵ 0 thì để đạt 1 vòng quay ta phải cho động cơ quay
Vận tốc trung bình của động cơ bước trong thời gian t giây là:
Trong đó: m – khối lượng tải (kg) r – bán kính mâm xoay (m) v – vận tốc mâm xoay (m/s)
Trong đó: F – lực kéo (N) r – bán kính mâm xoay (m)
3.6.1 Cấu tạo động cơ bước Động cơ bước (còn được gọi là Step motor, Stepper motor, Steping motor) là một loại động cơ điện khá khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường khác, vì nó chấp hành
Bài viết trình bày về việc điều khiển chuyển động bằng tín hiệu xung điện rời rạc, cho phép vận hành theo góc quay hoặc chuyển động roto Đồng thời, hệ thống cũng có khả năng cố định roto tại các vị trí cần thiết theo thứ tự và tần số chuyển đổi đã được xác định.
Động cơ bước khác biệt so với các loại động cơ khác ở chỗ nó hoạt động dựa trên tín hiệu xung điện, thông qua bộ chuyển mạch điện tử để truyền tải tín hiệu điều khiển Tổng số góc quay, chiều quay và tốc độ quay của roto trong động cơ bước tương ứng với số lần chuyển mạch, thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi tín hiệu.
Mỗi xung điện đi qua cuộn dây stato của động cơ bước làm cho roto quay một góc nhất định, được gọi là bước quay của động cơ.
Khi các xung điện liên tục được truyền qua cuộn dây stato, rotor sẽ quay liên tục, giúp động cơ hoạt động hiệu quả.
Cấu tạo chính của một động cơ bước sẽ gồm: Rotor (phần cảm) và stato (phần ứng) Trong đó:
Rotor là hệ thống gồm nhiều nam châm vĩnh cửu được sắp xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận Các nam châm này được chia thành các cặp đối xứng, tạo thành hai vòng nam châm song song.
- Stato được cấu tạo bằng sắt từ, chưa nhiều rãnh nhỏ để đặt các cuộn dây vào trong
3.6.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước
Nguyên lý hoạt động: Step motor di chuyển theo từng bước một, nhờ vậy nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học
Động cơ bước hoạt động nhờ vào các bộ chuyển mạch điện tử, chúng truyền tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và tần số nhất định.
Số góc quay của từng rotor tương ứng với số lần chuyển mạch của động cơ Chiều quay và tốc độ của rotor phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi.
Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ bước
3.6.3 Phương pháp điều khiển động cơ bước
- Điều khiển dạng sóng (Wave):Là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo thứ tự chon từng cuộn dây pha
- Điều khiển bước đủ (Full step):Là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho 2 cuộn dây pha kế tiếp nhau
Điều khiển nửa bước (Half step) là phương pháp điều khiển kết hợp giữa điều khiển dạng sóng và điều khiển bước đủ Phương pháp này giúp giảm giá trị góc bước xuống dưới hai lần và tăng số bước của động cơ bước lên gấp đôi so với điều khiển bước đủ Tuy nhiên, điều khiển nửa bước yêu cầu bộ phát xung điều khiển phức tạp hơn.
Điều khiển vi bước (Microstep) là một phương pháp tiên tiến trong điều khiển động cơ bước, cho phép động cơ dừng và định vị tại các vị trí giữa hai bước Phương pháp này mang lại ưu điểm nổi bật với góc bước nhỏ và độ chính xác cao, giúp động cơ hoạt động êm ái hơn nhờ vào dạng sóng cung cấp Hơn nữa, việc áp dụng điều khiển vi bước còn hạn chế tình trạng cộng hưởng khi động cơ hoạt động.
Bộ điều khiển động cơ bước
Microstep driver là bộ điều khiển cho động cơ bước, giúp nâng cao độ chính xác và độ phân giải Động cơ bước hoạt động bằng cách nhận tín hiệu xung vào các cuộn dây, từ đó xoay một góc xác định mỗi khi nhận tín hiệu.
Sử dụng tín hiệu xung đơn giản có thể gây ra sự nhảy bước cho động cơ, dẫn đến giảm độ chính xác và độ phân giải của nó.
Microstep driver sử dụng chuỗi tín hiệu xung nhỏ để điều khiển động cơ bước, cho phép động cơ xoay với góc rất nhỏ, thường là 1/16 hoặc 1/32 so với động cơ bước thông thường Điều này không chỉ tăng độ chính xác mà còn cải thiện độ phân giải, giúp giảm thiểu hiện tượng mất bước.
Khối nguồn: Sử dụng nguồn 12 – 24VDC để cấp cho động cơ
Khối thiết lập chế độ cho phép người dùng tùy chỉnh các chế độ hoạt động thông qua việc sử dụng các switch Người dùng có thể lựa chọn dòng điện cấp cho động cơ và điều chỉnh chế độ vi bước theo nhu cầu sử dụng.
Khối cách li: cách li tín hiệu điều khiển với mạch động lực
Khối tín hiệu điều khiển: gồm 6 chân lần lượt là:
“Enable +”, “Enable –” là chân tín hiệu cho phép module được kích hoạt hay không kích hoạt
“Pulse +”, “Pulse -” là chân tín hiệu xung điều khiển động cơ bước
“Dir +”, “Dir -” là chân tín hiệu điều khiển chiều quay thuận nghịch của động cơ
Khối động cơ bao gồm 4 chân A+, A-, B+ và B- kết nối với 4 dây của động cơ bước Để điều khiển hoạt động của động cơ, cần cấp xung vào chân Pulse+, với mỗi xung tương ứng với một bước quay của động cơ Chiều quay của động cơ được xác định bởi chân Dir+.
Giới thiệu về PLC
PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị linh hoạt cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người lập trình thiết lập trình tự sự kiện, được kích hoạt bởi cảm biến hoặc các hoạt động thời gian Khi sự kiện xảy ra, PLC sẽ điều khiển các thiết bị vật lý bằng cách bật hoặc tắt chúng Bộ điều khiển lập trình liên tục lặp lại chương trình, chờ tín hiệu đầu vào và xuất tín hiệu đầu ra theo thời gian đã được lập trình.
Chế độ bảo mật của PLC:
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU và chương trình điều khiển
Chế độ bảo mật quyền truy cập vào CPU và khối hàm cho phép người dùng cấu hình mức độ bảo mật và mật khẩu, từ đó giới hạn chức năng và vùng nhớ truy cập mà không cần sử dụng mật khẩu.
Bảng 3.3: Mức độ bảo mật CPU
PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500
Logo: Là dòng sản phẩm cho các ứng dụng nhỏ khoảng 16-24 I/O
Hình 3.4: PLC Siemens Logo S7-200: Là dòng sản phẩm trung bình có ứng dụng cho các dự án với I/O khoảng 128
Cấp độ bảo mật Mức độ truy cập
Full access Toàn quyền truy cập
Cho phép HMI truy cập tới PLC và chỉ được đọc với TIA Portal Muốn toàn quyền truy cập phải có password
HMI access Chỉ cho phép HMI truy cập tới PLC Muốn toàn quyền truy cập phải có password
No access Bảo mật hoàn toàn kể cả với HMI Muốn toàn quyền truy cập phải có password
S7-300 và S7-400: Là dòng sản phẩm cao cấp cho các dự án lớn, có số lượng I/O lớn, viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, thời gian đáp ứng nhanh
Hình 3.6: PLC Siemens S7 - 300 và S7 - 400 S7-1200: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-200, truyền thông qua cổng Ethernet có thể kết nối PC-PLC, PLC-HMI, PLC-PLC
Hình 3.7: PLC Siemens S7 – 1200 S7-1500: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7300, S7-400 vừa được ra mắt trong thời gian gần đây với những ưu điểm vượt trội
Phần đầu vào của hệ thống bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thực tế khác, được kết nối với PLC thông qua đường ray đầu nối Trong khi đó, phần đầu ra có thể là động cơ, solenoid, đèn hoặc lò sưởi, hoạt động dựa trên việc điều chỉnh các tín hiệu đầu vào.
CPU: (Central Processing Unit) là đơn vị xử lý trung tâm Nó là một bộ vi xử lý mà có
Hệ thống PLC có khả năng kết hợp với 31 thể loại khác nhau, trong đó CPU thực hiện chương trình xử lý tín hiệu I/O CPU được kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các đường dây phù hợp bên trong PLC.
Thiết bị lập trình là nền tảng cho việc viết chương trình hoặc logic điều khiển, có thể là thiết bị cầm tay, máy tính xách tay hoặc máy tính chuyên dụng.
Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng 24V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra
Bộ nhớ: Bộ nhớ được chia thành hai phần – Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình
Thông tin chương trình và logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình, từ đó CPU thực hiện việc tìm nạp lệnh Tín hiệu đầu vào và đầu ra, cùng với tín hiệu bộ định thời và bộ đếm, được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng Điều khiển vị trí được thực hiện thông qua hệ thống Motion Control.
CPU S7-1200 hỗ trợ điều khiển vị trí cho motor bước và servo motor thông qua chế độ phát xung on-board Việc điều khiển vị trí được thực hiện nhờ các bộ drive, giúp giám sát trạng thái của motor Đối tượng "Axis technology" đảm nhiệm cấu hình tham số, dữ liệu cơ khí, giao tiếp với drive và các tham số khác.
Người dùng thực hiện cấu hình ngõ ra pulse và direction để điều khiển driver
Lập trình sử dụng các tập lệnh điều khiển vị trí để điều khiển trục (axis) và vị trí bắt đầu hoạt động
Giao thức Profinet cho phép kết nối giữa CPU và phần mềm lập trình, giúp thực hiện kiểm tra trạng thái CPU trực tuyến, hỗ trợ quá trình commissioning và chẩn đoán lỗi trong chế độ điều khiển chuyển động.
Phasing: Người dùng có 4 lựa chọn để thực hiện phasing với driver của stepper/servo motor:
Bảng 3.4: Các chế độ thực hiện phasing
Với chế độ này ngõ ra P0 thực hiện phát xung và ngõ ra P1 điều khiển hướng phát xung:
- Nếu P1 = 1 thì phát xung theo hướng thuận (positive)
- Nếu P1 = 0 thì phát xung theo hướng nghịch (negative)
Nếu thực hiện phát xung với PTO1 thì P0 là Q0.0 và P1 là Q0.1
PTO (count up A and count down B)
Với chế độ này thì ngõ ra P0 thực hiện phát xung thuận (positive) và ngõ ra P1 thực hiện phát xung nghịch (negative)
Cả 2 ngõ ra P0 và P1 đều phát xung nhưng lệch nhau 90° Với cấu hình 1X, điều này có ý nghĩa là 1 xung phát ra là thời gian giữa 2 sườn lên của P0 Nếu P0 nhanh hơn phase P1 thì di chuyển theo hướng thuận, nếu P1 nhanh phase hơn P0 thì di chuyển theo hướng nghịch
Chế độ này chỉ sử dụng ngõ ra P0 để điều khiển xung mà không cần cấu hình P1 làm chân điều hướng phát Do đó, ngõ ra P1 có thể được sử dụng cho một chức năng khác tùy theo ứng dụng của người dùng Trong chế độ motion control, hệ thống chỉ có thể phát theo một hướng duy nhất.
Cảm biến
Cảm biến là thiết bị điện tử có khả năng nhận diện các trạng thái và quá trình vật lý, sau đó chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện Chức năng của cảm biến không chỉ giúp thu thập thông tin về các trạng thái hay quá trình mà còn hỗ trợ trong việc truyền và xử lý thông tin, cũng như điều khiển các quy trình khác.
Cảm biến cung cấp các đại lượng điện như điện tích, điện áp và dòng điện Thường được lắp đặt trong vỏ bảo vệ, cảm biến tạo thành đầu thu hoặc đầu dò, kèm theo các mạch điện hỗ trợ Trong nhiều trường hợp, toàn bộ hệ thống này cũng được gọi là "cảm biến".
Có thể chia các cảm biến thành hai nhóm chính:
Cảm biến vật lí: sóng điện từ, ánh sáng, hồng ngoại, tiệm cận, kim loại, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường, gia tốc
Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, ion, khói
Cảm biến sinh học: biến đổi sinh hóa, biến đổi vật lý, hiệu ứng trên cơ thể sống
Cảm biến có vai trò vô cùng quan trọng điều khiển tự động
Cảm biến giúp "cảm nhận" các tín hiệu điều khiển vào ra
Cảm biến giúp đo đạc các giá trị
Cảm biến giới hạn cảm nhận với đại lượng vật lý cần đo
Hình 4.1: Các công đoạn trong mô hình
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP
Yêu cầu của đề tài
- Đạt năng suất được sản phẩm 12 chai/phút
- Mỗi chai có thể tích 297ml và dung sai chiết rót không quá 10ml
- Hệ thống hoạt động ổn định
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Mô hình chiết rót và đóng nắp chai được thực hiện qua 6 công đoạn, với thiết kế có chiều dài và chiều rộng là 1,02 mét Các công đoạn 1 và 6 được bố trí hợp lý để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Công đoạn 1 và 6 là những bước quan trọng trong quá trình di chuyển chai trong toàn bộ hệ thống, đòi hỏi sự chắc chắn và ổn định để đảm bảo an toàn cho chai khi di chuyển Nhóm đã đề xuất một số phương án nhằm cải thiện hiệu quả của quá trình này.
Bảng 4.1: Phương án cấp chai
Phương án 3: Băng tải xích Ưu điểm: Dễ tìm kiếm vật liệu và lắp ráp
Chai được cấp nhanh mà không sợ kẹt hoặc bị đổ ngã
Chắc chắn, độ bền cao, chịu tải lớn
Nhược điểm: Sự ổn định kém Chi phí cao, khó lắp đặt Khó lắp đặt
Sau khi so sánh ưu nhược điểm của ba phương án, nhóm đã quyết định chọn phương án 3 là cấp chai bằng băng tải xích nhựa vì dễ tìm kiếm vật liệu lắp ráp, chi phí thấp và đáp ứng yêu cầu cấp chai cho hệ thống Công đoạn 2, chiết rót, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất hoạt động của mô hình, và dưới đây là một số phương án chiết rót được đề xuất.
Bảng 4.2: Phương án chiết rót
Phương án 3: Áp suất Ưu điểm: Tốc độ bơm nhanh hơn Nhỏ gọn, chi phí thấp Vận hành đơn giản
Nhược điểm: Chi phí cao Bơm chậm Dung sai chiết rót
Đề xuất sử dụng phương án chiết rót bằng xi lanh nhằm nâng cao năng suất hệ thống và đáp ứng yêu cầu của đề tài Hệ thống hoạt động ổn định với dung sai chiết rót thấp.
Công đoạn 3 là lấy chai và di chuyển chai đến vị trí mong muốn nên được đề xuất các phương án sau:
Bảng 4.3: Phương án di chuyển chai
Băng tải Ưu điểm: Giảm diện tích mô hình Chi phí thấp, dễ gia công
Nhược điểm: Chi phí thấp, dễ gia công Không bền Đề xuất và thực hiện phương án 1 là lấy chai, di chuyển chai bằng mâm xoay Kết hợp
Quá trình 3 trong 1 bao gồm chiết rót, cấp nắp và vặn nắp trên mâm xoay Để đảm bảo công đoạn cấp nắp hoạt động ổn định và đạt tỷ lệ chính xác cao, một số phương án cấp nắp đã được đề xuất.
Bảng 4.4: Phương án cấp nắp
Máng dẫn nắp Ưu điểm: Chính xác, độ bền cao Chi phí thấp, dễ gia công
Nhược điểm: Chi phí cao, khó gia công Dễ lệch
Lựa chọn phương án 2 là sử dụng máng dẫn nắp, vì phương pháp này đảm bảo hoạt động ổn định Hệ thống hoạt động bằng cách cấp nắp thủ công lên máng dẫn, sau đó nắp sẽ tự động được lấy khi chai đi qua.
Để đảm bảo chai được chắc chắn và không rò rỉ nước, công đoạn 5 yêu cầu lực vặn nắp chai phải vừa đủ và có độ chính xác cao Dưới đây là một số phương án đề xuất cho quá trình này.
Bảng 4.5: Phương án vặn nắp
Núm vặn nắp Ưu điểm: Chắc chắn, bền, nhanh Chi phí thấp, dễ gia công
Nhược điểm: Chi phí cao, khó gia công Không bền
Sử dụng núm vặn nắp là phương án tối ưu nhờ chi phí thấp, dễ gia công và độ tin cậy cao, phù hợp với yêu cầu trong quá trình hoạt động của mô hình.
Hình 4.2 cho thấy núm vặn nắp bao gồm các chi tiết sau: (01) - Đầu nhựa vặn nắp, (02)
4.2.2 Phần điện a) Bộ xử lý Để cho mô hình hoạt động cần có một bộ xử lý trung tâm mạnh, có nhiệm vụ xử lý và thông dịch các chương trình điều khiển và sau đây là các phương án được đề xuất lựa chọn bộ xử lý:
Bảng 4.6: Phương án điều khiển
PLC S7-1200 Ưu điểm: Chi phí thấp, nhỏ gọn
Tốc độ xử lí nhanh, đáp ứng trong công nghiệp, sử dụng nguồn điện cao
Tốc độ xử lí chậm, không đáp ứng trong công nghiệp, sử dụng nguồn điện thấp
Lựa chọn phương án 2 là hợp lý do yêu cầu về tốc độ xử lý nhanh và khả năng kết nối với internet, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của đề tài Để đảm bảo việc vận chuyển chai diễn ra ổn định và chính xác đến các vị trí mong muốn, cần xem xét các phương án lựa chọn động cơ phù hợp với phương pháp điều khiển pulse.
Bảng 4.7: Phương án chọn động cơ
Motor Servo Ưu điểm: Chi phí thấp, độ chính xác cao Chịu tải lớn, tốc độ nhanh
Nhược điểm: Chịu tải nhẹ, dễ trượt bước Chi phí cao
Chọn phương án 1 là Motor Step do mô hình hoạt động ở tần số thấp, mang lại độ chính xác cao và chi phí thấp Để đảm bảo Motor Step hoạt động ổn định và chính xác, cần sử dụng các driver động cơ phù hợp.
Bảng 4.8: Phương án chọn driver
DM542 Ưu điểm: Chi phí thấp Điều khiển xung có điện áp 5-
Nhược điểm: Điều khiển xung có điện áp
Chọn phương án 2 là DM542 do điện áp xung phù hợp với bộ xử lý Để mô hình nhận diện chai vào vị trí bơm hiệu quả, cần đề xuất các phương án tối ưu cho hoạt động của mô hình.
Bảng 4.9: Phương án nhận diện
Camera Ưu điểm: Chi phí thấp Nhận diện chính xác
Nhược điểm: Bị nhiễu Chi phí cao
Lựa chọn phương án 1 là cảm biến tiệm cận, vì chi phí thấp những vẫn đáp ứng được nhận diện chai khi mô hình hoạt động
Quy trình thực hiện
Bảng 4.10: Công việc thực hiện
Công đoạn thực hiện Nội dung
Nghiên cứu và tìm hiểu - Tìm hiểu các loại máy chiết rót
- Tìm hiểu các phương án chiết rót
Tổng hợp đưa ra phương án - Tiến hành tổng hợp và đưa ra phương án phù hợp
Lên ý tưởng, thiết kế - Định dạng kích thước, hình dáng
- Phác thảo, mô phỏng trên phần mềm
Gia công và lắp đặt
- Mua linh kiện, thiết bị
- Gia công các chi tiết cơ khí
- Lắp đặt hệ thống điện
Thực nghiệm và đánh giá
- Viết, điều chỉnh chương trình điều khiển
- Chạy thử nghiệm và sửa chữa các lỗi gặp phải
- Đưa ra kết luận để đánh giá mô hình
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Tính toán phần cơ khí
Hình 5.1: Sơ đồ động hệ thống băng tải xích nhựa
Các số liệu ban đầu: p = 12,7 (mm): bước xích tải
Z = 21 (răng): số răng đĩa xích dẫn
B1 = 82,5 (mm): chiều rộng băng tải
B2 = 60 (mm): chiều rộng bệ đỡ băng tải
L = 600 (mm): chiều dài băng tải
Qsp = 720 (chai/ giờ): năng suất sản phẩm q = 0,79 Kg/m: trọng lượng 1m xích tải k = 2: hệ số nạp liệu không đều
𝛾 = 0,997 (tấn/m 3 ): khối lượng riêng của vật s = 1,01 : hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng
A = 0,00059 (m 2 ): diện tích mặt cắt dòng chảy
Năng suất khối lượng xích tải nhựa:
1000 = 0,864 (tấn/h) a) Vận tốc băng xích tải: v = 𝑄 𝑡
60.0,00059.0,997.1,01 = 6,06 (m/phút) = 0,1 (m/s) b) Công suất trên trục đĩa xích dẫn:
= 0,6 (W) c) Tốc độ quay của đĩa xích: n = 6.10
5.1.2 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
Với công suất và tốc độ trục công tác đã xác định ở phần 5.1.1, cụ thể là Pt = 0,36(W) và n = 22,49 (vòng/phút)
Công suất cần thiết tiêu thụ trên động cơ :
0,8 = 0,75 (W) Với hiệu suất của bộ truyền được che kín :
Số vòng quay trục công tác:
Số vòng quay sơ bộ: nsb = nlv.(ɳ 𝑥 ɳ ℎ ) = 22,49.3.40 = 2699 (vòng/phút)
Ta có 𝑃 𝑐𝑡 nên cần chọn động cơ có công suất thỏa điều kiện: {𝑃 đ𝑐 ≥ 𝑃 𝑐𝑡
Có nhiều động cơ thỏa mãn điều kiện Vì mục đích an toàn và thông số đã cho nên chọn động cơ sau đây
Hình 5.2: Động cơ DC giảm tốc JGB37-520
P đc = 1,17 (W), n = 6000 (vòng/phút), hộp số 4 cấp có tỉ số truyền 90
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc JGB37-520
Động cơ giảm tốc JGB37-520, hoạt động với điện áp 24 VDC, được chế tạo từ kim loại mang lại độ bền và ổn định cao, thường được ứng dụng trong các mô hình robot, xe, và thuyền Hộp giảm tốc của động cơ có tỉ số truyền giúp điều chỉnh lực kéo và tốc độ, với nguyên tắc rằng lực kéo lớn hơn sẽ làm giảm tốc độ và ngược lại Động cơ này được sử dụng để kéo băng tải trong các mô hình, với điện áp làm việc từ 12 đến 30 VDC và điện áp định mức là 24 VDC.
Lực kéo moment: 0,6 kg.cm
Công suất: 1W Đường kính trục: 6mm
Bảng 5.2: Thông số động học cho hệ dẫn động
Thông số Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục IV Trục công tác
5.1.3 Tính thông số của bộ truyền xích
Thông số đầu vào được xác định trong bảng 5.2 với công suất trục đĩa xích dẫn P = 1,04 W, tốc độ quay n = 66 vòng/phút, và tỉ số truyền u = 3 Bộ truyền hoạt động trong môi trường không bụi, dưới tải trọng tĩnh, đảm bảo làm việc êm ái và chỉ hoạt động một ca.
Tỉ số truyền thực tế là: ut = 𝑍 2
Kiểm tra sai lệch tỉ số truyền: ∆𝑢 = |𝑢 𝑡 −𝑢|
Xác định bước xích p với điều kiện Pt ≤ [PO]
Hệ số truyền động được xác định là 66 = 3,03 (W), với các ký hiệu ko = 1 (hệ số ảnh hưởng vị trí bộ truyền) và ka = 1 (hệ số khoảng cách trục và chiều dài xích) Công thức tính toán cho thấy k = ko.ka.kđc.kđ.kc.kbt = 1 1.1.1.1.0,8 = 0,8.
Hệ số kdc bằng 1 thể hiện ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích, trong khi kđ cũng bằng 1, phản ánh tải trọng động Hệ số kc, cũng bằng 1, cho thấy chế độ làm việc của bộ truyền Cuối cùng, hệ số kbt là 0,8, chỉ ra tác động của bôi trơn.
Theo bảng 8.6 với n01 = 200(vòng/phút), chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích p 4,76 mm thỏa mãn điều kiện bền mòn:
Pt < [P] = 0,68 (kW) Đồng thời theo bảng 8.7, p < pmax
2 4,76 4.𝜋 2 142,8 = 84,4 Lấy số mắt xích chẵn x = 84 và tính lại khoảng cách trục theo công thức (3.19): a * = 0,25.p{xc – 0,5(z2 + z1 ) + √[𝑥 𝑐 − 0,5(𝑧 2 + 𝑧 1 )] 2 − 2[ (𝑧 2 −𝑧 1 )
= 142 (mm) Để xích không chịu lực căng quá lớn, giảm a một lượng bằng
Số lần va đập của xích: i = 𝑧 1 𝑛 1
Kiểm nghiệm xích về độ bền: 𝑆 = 𝑄
Trong đó: tải trọng quá hỏng Q = 22 kN, với khối lượng 1m xích q = 0,087 kg, kđ = 1,2 tải trọng trung bình
(1,2×1677)+0,7+0,03 = 10,9 > [ S ] = 7 (độ bền được đảm bảo) Đường kính vòng chia: d1 = 𝑝
𝑠𝑖𝑛 ( 12 𝜋 ) = 18,39 (mm) d2 = 𝑝 sin ( 𝜋 𝑍2 ) = 4,76 sin ( 36 𝜋 ) = 54,61 (mm) Đường kính đỉnh xích: da1 = p.[0,5 +cotg( 𝜋
36)] = 56,78 (mm) Đường kính chân: df1= d1 -2r = 20,14 – 2.2,5625 = 15,01 (mm) df2= d2 -2r = 56,78 – 2.2,5625 = 51,65 (mm)
Bảng 5.3: Thông số bộ truyền xích
Số mắt xích là 84, với đường kính vòng chia d1 là 18,39 mm và d2 là 54,61 mm Đường kính xích đỉnh lần lượt là da1 20,14 mm và da2 56,78 mm Đường kính chân được ghi nhận là df1 15,01 mm và df2 51,65 mm.
Hình 5.3: Lực tác dụng lên băng tải 1 theo phương dọc
Ta có số liệu: Diện tích mặt cắt dọc của nhôm định hình 20x40 là S = 1,9.600 = 1140 (mm 2 )
Diện tích mặt cắt ngang của nhôm định hình 20x40 là S = 300 (mm 2 ) Ứng suất cho phép của nhôm: [𝜎] 𝑛ℎô𝑚 = 30 ( 𝑘𝑔
𝑚𝑚 2 ) Khối lượng riêng của nhôm: ρ = 2.7 (g/ cm 3 )
Một chai không nước có khối lượng 0,01 (kg) = 0.000098 (kN)
Mà có 9 chai trên băng tải cùng lúc nên: F = 0,000098.9 = 0,000882 (kN)
Vậy nội lực tập chung có giá trị là: F = 0,000882.60 = 52,92 (N) = 5,4 (kg) Ứng suất nén thực tế theo phương dọc của thanh nhôm định hình: σ = 𝐹
Do có 2 thanh ngang nên F/2 Ứng suất nén thực tế theo phương ngang của thanh nhôm định hình: σ = 𝐹
Nhận xét cho thấy rằng ứng suất nén theo phương ngang và phương dọc của nhôm đều nhỏ hơn ứng suất cho phép, chứng tỏ nhôm đáp ứng điều kiện bền vững trong quá trình hoạt động.
Hình 5.4: Mô phỏng chuyển vị của băng tải
Hình 5.4 mô phỏng chuyển vị trên phần mềm inventor với vật có khối lượng 1kg thì vị trí chuyển vị lớn nhất là 0,001401 (mm)
Hình 5.5: Mô phỏng ứng suất nén của băng tải
Hình 5.5 mô phỏng ứng suất trên phần mềm inventor với vật 1kg thì ứng suất lớn nhất là 0,4907 (MPa) nhỏ hơn ứng suất cho phép của nhôm định hình
Hình 5.6: Mô phỏng chuyển vị của đế mâm xoay
Hình 5.6 mô phỏng chuyển vị với khối lượng 3kg thì giá trị chuyển vị lớn nhất là 0,005037 (mm)
Hình 5.7: Mô phỏng ứng suất nén của đế mâm xoay
Hình 5.7 mô phỏng ứng suất với khối lượng 3kg thì ứng suất lớn nhất là 0,9877 (MPa) nhỏ hơn ứng suất cho phép của inox là 205 (MPa)
5.1.5 Mâm xoay a) Chọn động cơ mâm xoay
Với bán kính mâm xoay: r = 147 (mm)
Mâm xoay có độ dày 5 (mm) và có diện tích S = 0.068 (m 2 ) nên có khối lượng là: 0,408 (kg), mà do có hai tấm nên tổng khối lượng m1 = 2.0,408 = 0,816 (kg)
Khối lượng của trục: mtrục = (7850.L.3,14.D 2 )/4 Trong đó: L - chiều dài của trục (m)
D - đường kính của trục (m) Khối lượng của trục ỉ12: m2 = [7850.0,15.3,14.(12.10 -3 ) 2 ]/4 = 0.13 (kg)
Khối lượng của trục ỉ8x3: m3 = 3.[7850.0,127.3,14.(8.10 -3 ) 2 ]/4 = 0.15 (kg)
Khối lượng của đai ốc, vòng đệm: m4 = 0.05 (kg)
Khối lượng của 3 chai nước: m5 = 3.0,3 = 0.9 (kg)
Vậy tổng khối lượng của mâm xoay: m = m1 + m2 + m3 + m4 + m5 = 2.046 (kg) Chiều dài vòng cung được tính theo công thức:
180 Trong đó: L - chiều dài vòng cung (m)
R - bán kính của mâm xoay (m) n - góc xoay của mâm xoay ( o )
Do cài đặt driver DM542 là: 3200 pulse/vòng và tốc độ động cơ được cài đặt trong chương trình là: 1200 pulse/s
Chiều dài vòng cung mà motor step chạy 1 pulse là:
Hình 5.8: Động cơ Step 57 và driver DM542
Nên suy ra vận tốc cài đặt là: v = 1200.0,288 = 346 (mm/s) = 0.35 (m/s)
0,147 0,35 2 = 1,7 (𝑁) Xác định công suất bộ phận công tác là mâm xoay:
Công suất cần thiết của động cơ: 𝑃 𝑐𝑡 = 𝑃 𝑙𝑣
Số vòng quay trục công tác: 𝑛 𝑐𝑡 = 60000.𝑣
Hiệu suất chung của hệ thống u = 1 vì nối động cơ trực tiếp thông qua nối trục đàn hồi
Vậy số vòng quay sơ bộ của động cơ là: nsb = nct.u = 418.1 = 418 (vòng/phút)
Moment xoắn của lồng trục:
M = F.r= 1,7.0,147 = 0,25 (N.m) Dựa vào moment xoắn vừa tìm được Chọn động cơ: step 57 có moment xoắn 1.8 N.m và driver DM542
Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật động cơ step 57 Đường kính trục động cơ 8 mm
Góc bước động cơ 1,8 độ
Dòng điện 3A Điện áp động cơ 24-50VDC
Khối lượng động cơ 0,95 kg
Nhiệt độ động cơ Max 80 0 C
Driver cấp xung phù hợp TB6600, DM542
Động cơ bước (Step 57) được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như máy khắc laser, máy in 3D, máy CNC mini và nhiều loại máy móc công nghiệp khác Trong quá trình thiết kế, việc lựa chọn động cơ phù hợp là rất quan trọng, với động cơ dài hơn thường mang lại momen xoắn lớn hơn Các kích thước động cơ bao gồm 56mm, 76mm và 112mm Nhóm nghiên cứu đã chọn loại động cơ dài 76mm để điều khiển mâm xoay, đồng thời cần tính toán tốc độ hoạt động của động cơ bước.
Quá trình thực nghiệm cho thấy thời gian để xilanh 2 hoàn thành hành trình và xilanh 1 cấp nước cho chai là 3 giây Để chiết rót đủ 12 chai mỗi phút, quá trình này cần thực hiện 14 lần, tương đương với tổng thời gian là 42 giây Do đó, để đạt được tốc độ chiết rót 12 chai/phút, động cơ bước phải quay 14 lần, với mỗi lần quay tạo ra một góc nhất định.
90 0 ) Suy ra mỗi lần quay sẽ mất thời gian là: 60−42
14 = 1,29 (s) Cài đặt thông số của driver động cơ bước thực tế là: 3200pulse/vòng và mỗi bước 0,1125 0 Để quay 90 0 thì cần số lần dịch bước là: 90
Hình 5.9: Thông số lực đo moment vặn nắp
Vận tốc động cơ bước là: V = 𝑛
360 = 0,194 (vòng/s) Trong đó: n - là lần dịch bước t - là thời gian (s)
∅ - là góc bước của động cơ
Vận tốc động cơ bước là: V = 0,194.3200 = 620 (pulse/s)
Vậy để đạt thời gian ≤ 1,29s cho 1 lần quay thì cần vận tốc động cơ phải ≥ 620 (pulse/s)
5.1.6 Tính toán động cơ vặn nắp chai
Lực moment đóng nắp vào chai: M,25 (IbF in) = 1,16 (Nm) = 11,8 (Kg.cm)
Vậy chọn động cơ: DC giảm tốc GA25
Bảng 5.5: Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc GA25 Điện áp làm việc 12 ~ 30 VDC Điện áp định mức 24VDC
Momen xoắn 12 kg.cm Đường kính trục 6 mm
5.1.7 Tính toán thiết kế cơ cấu chiết rót
Chọn đường kính ống bơm d = 44 (mm) thì để rót đầy một chai với thể tích 297ml thì hành trình xilanh đi được có chiều dài là:
𝜋.2,2 2 = 19,5 (cm) Chọn chiều dài xilanh là 250 (mm) Áp suất của nước khi đầy:
𝑃 𝑡 = D.h = 1000.10.0,3 = 3000 (N/m 3 ) = 0,003 (MPa) Lực của nước tác động lên đầu cần xilanh:
Ta có: rcần = 2,2cm = 22 (mm)
Để tính toán lực nước tác động lên ống bơm, ta sử dụng công thức Fnước = 𝑃 𝑡 A = 0,003.π.rcần 2, kết quả là Fnước = 4,56 (N) Đồng thời, lực ma sát của sợi O-ring tác động lên thành ống bơm là Fms = 50 (N) Để đẩy được lượng nước, lực nước Fnước 4,56 (N) cần phải vượt qua lực ma sát Fms = 50 (N).
Thì Fđẩy xilanh1 > Fnước + Fms
0,1.π = 13,17 (mm) dxilanh1 > 26,4 (mm) Chọn hành trình xilanh là: Lxilanh1 = 250 (mm)
Thời gian mong muốn xilanh đẩy hết 297 ml nước là: 3 (s)
3 = 65 (mm/s) Dựa vào dxilanh1 > 26,4 (mm), Lxilanh = 250 (mm), v = 65 (mm/s)
⟹ Nên chọn sử dụng xilanh SC63x250:
Sử dụng máy khí nén có áp suất 10 bar: suy ra p = 10 - 1 = 9 bar
Diện tích của piston xilanh SC63x250 là:
Lực xilanh 1 kéo về là:
Fkéo = p.S = 𝜋.p.(R 2 -r 2 ) = 3,14.0,9.10 6 (0,0315 2 - 0,01 2 ) = 2521 (N) Lực xilanh 1 đẩy ra là:
Tính toán phần điện
5.2.1 Tính toán lựa chọn các thiết bị điện
Ta có: tổng dòng điện tiêu thụ của các thiết bị: I = 4,7 (A)
Nên công suất tiêu thụ sẽ là: P = U.I = 24.4,7 = 112,8 (W)
Từ dòng điện và công suất tiêu thụ ta chọn bộ nguồn ở hình 5.6:
Dựa trên dòng điện tiêu thụ 4,7 A, để đảm bảo an toàn cho hệ thống tủ điện, cần chọn cầu dao (CB) có dòng lớn hơn 4,7 A Để bảo vệ các thiết bị khỏi tình trạng ngắn mạch, nên sử dụng cầu chì có dòng 2 A.
Tra bảng 8 của IEC 60439-1 chọn dây 1 (mm 2 )
Các dây tín hiệu (màu trắng): chọn dây tiết diện 0,75 (mm 2 )
Dây 24VDC (màu nâu): chọn dây tiết diện 0,75 (mm 2 )
Dây 0VDC(màu xanh dương): chọn dây tiết diện 0,75 (mm 2 )
Bảng 5.6: Thông số kỹ thuât nguồn 24V NDR – 120 -24
Công suất đầu ra 120W Điện áp đầu ra 24V
Dòng điện đầu ra 5A Điện áp đầu vào 127 ~ 370VDC, 90 ~ 264VAC Điện áp điều chỉnh 24 ~ 28V
5.2.2 Thiết kế layout tủ điện Đầu tiên phải mô phỏng các thiết bị sử dụng trên phần mềm autocad electrical để thiết kế layout tủ điện gọn gàng và hợp lí Sau đó mua thiết bị và tủ điện để tiến hành lắp đặt
Hình 5.11 minh họa các linh kiện điện được phác thảo nhằm xác định kích thước chiều cao, chiều ngang và chiều sâu của tủ điện điều khiển.
Sơ đồ 5.1: Lưu đồ giải thuật hoạt động cơ cấu chiết rót
Sơ đồ 5.2: Lưu đồ giải thuật hoạt động toàn bộ mô hình
Lựa chọn thiết bị và thiết kế mô hình
5.3.1 Các linh kiện sử dụng a) Xi lanh Airtac SC63x250 có từ
Từ tính toán lựa chọn xilanh ở phần 5.1.7, chọn được xilanh phù hợp sau, kiểu thanh đơn, tác động kép, giảm chấn đệm cao su
Bảng 5.7: Thông số kỹ thuật Xi lanh khí nén Airtac SC63x250
Loại đệm có thể điều chỉnh 21 (mm) Đường kính xi lanh 63 (mm) Độ dài piston 20 (mm)
Kích thước cổng PT 3/8", ren 17 (mm)
Lưu chất không khí, lọc tạp chất 40μm Áp suất 0.1 – 1 Mpa
Lực tác động lực đẩy 3117 (mm²) - lực kéo 2803 (mm²)
Xilanh TN 10x20 và TN 10x50 là loại xi lanh khí nén có thiết kế 2 trục, cho phép hoạt động với tốc độ rất cao Nhờ vào đặc điểm này, xylanh TN được ứng dụng rộng rãi trong các vị trí và cơ cấu yêu cầu tốc độ phản hồi nhanh chóng.
Bảng 5.8: Thông số kỹ thuật xilanh TN 10x20 Đường kính trong piston 10 (mm) Đường kính cần 6 (mm)
Chiều dài hành trình 20 (mm) Áp suất hoạt động 0.1~1 Mpa
Nhiệt độ hoạt động cho phép -20 ~ 70 0 C
Bảng 5.9: Thông số kỹ thuật xilanh TN 10x100
Hình 5.13: là xilanh có thiết kế 2 trục nhưng khác về hành trình di chuyển Xilanh TN
10x20 có nhiệm vụ đưa cơ cấu vặn nắp lên xuống Xilanh TN 10x50 có nhiệm vụ đưa vòi chiết vào trong cổ chai c) Cảm biến từ xi lanh
Cảm biến từ CS1-U là thiết bị chuyên dụng cho các loại xi lanh khí nén có từ tính, giúp điều chỉnh vị trí tiến lùi của xi lanh một cách chính xác.
Bảng 5.10: Thông số kỹ thuật cảm biến xi lanh CS1-U d) Van điện từ
Van điện từ Unid UW-20 được chế tạo hoàn toàn từ đồng thau, mang lại độ bền cao và hoạt động ổn định Đây là loại van điện từ thường đóng, tự động đóng lại khi không có nguồn điện và chỉ mở khi có điện áp 24V Van có đường kính trong piston 10mm và đường kính cần 6mm.
Chiều dài hành trình 50 (mm) Áp suất hoạt động 0.1~1 Mpa
Nhiệt độ hoạt động cho phép -20 ~ 70 0 C Điện áp hoạt động 5-240V DC/AC
Dòng chuyển đổi tối đa 100 mA Đèn báo Led đỏ
Tần số chuyển đổi tối đa 200Hz Độ nhạy 60 - 75ns
Hình 5.14: Van điện từ Unid UW-20
Relay REL-IR-BL/L-24DC/4X21 - 1032527 được sử dụng để điều khiển hệ thống dẫn khí, gas và nước Van điện từ tự động đóng mở nguồn nước, rất hữu ích trong các ứng dụng tưới tiêu, thoát nước và xả nước.
Bảng 5.11: Thông số kỹ thuật van điện từ Unid UW-20 e) Relay trung gian
Nhiệt độ làm việc -5 ~ 80 0 C Đường kính ren 27 (mm) Áp suất làm việc tối đa 0 – 7 kg/cm 2
Vật liệu thân van đồng thau
Bảng 5.12: Thông số kỹ thuật relay REL-IR-BL/L-24DC/4X21-1032527 Điện áp cuộn dây 24VDC
Dòng điện đầu vào 32 mA
Thời gian phản hồi 15ms
Hiển thị trạng thái Led vàng f) Driver
Hình 5.16: Driver DM542 và sơ đồ đấu nối
Bảng 5.13: Thông số kỹ thuật driver DM542
Thông số Giá trị Điện áp cung cấp 20 - 50VDC
Tần số xung ngõ vào 300KHz Độ phân giải 15 lựa chọn
Hỗ trợ PUL/DIR và CW/CCW
Hình 5.17: PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC
Bảng 5.14: Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte Độ mở rộng module tín hiệu 2
Profinet 1 cổng truyền thông Ethernet
5.3.2 Thiết kế mô hình a) Băng tải
Hình 5.18: Mô phỏng băng tải Hình 5.18: biểu diễn mô phỏng băng tải với các linh kiện sau:
Hình 5.19: Mô phỏng mâm xoay Hình 5.19: biểu diễn mô phỏng mâm xoay với các linh kiện sau
01- Xilanh 2 (để đưa đầu chiết vào trong cổ chai)
03 - Xilanh 3 và động cơ vặn nắp
Hình 5.20: Mô phỏng cơ cấu chiết rót
Hình 5.20: biểu diễn mô phỏng cơ cấu chiết rót gồm các linh kiện sau:
69 d) Tổng thể toàn bộ mô hình
Hình 5.21: Mô phỏng toàn mô hình chiết rót và đóng nắp
Hình 5.21: biểu diễn mô phỏng và hướng hoạt động của mô hình, bao gồm các khâu sau:
70 e) Nguyên lý hoạt động cơ cấu chiết rót
Khi chuyển chế độ auto van điện từ 1 mở, nước từ phểu chứa sẽ chảy xuống xilanh bơm nước và băng tải sẽ hoạt động khi nhấn nút start Khi cảm biến nhận diện chai, xilanh 2 sẽ đưa vòi chiết vào trong chai, đồng thời van điện từ 1 đóng và van điện từ 2 mở, cho phép xilanh 1 đẩy nước vào chai Khi piston của xilanh 1 đạt đến vị trí cảm biến từ, xilanh 2 sẽ nâng vòi chiết lên, van điện từ 1 mở lại và van điện từ 2 đóng, cho phép xilanh 1 kéo nước từ phểu xuống xilanh bơm nước Quá trình này sẽ lặp lại Mô hình hoạt động bắt đầu khi chai được đưa lên băng tải 1, sau đó chuyển tới mâm xoay, và khi cảm biến nhận diện chai, xilanh 2 sẽ đưa vòi rót vào cổ chai để thực hiện quy trình chiết rót nước.
Mâm xoay thực hiện quy trình chiết rót chai nước bằng cách quay 90 độ để lấy nắp chai, đồng thời đưa chai mới vào để chiết rót Sau đó, mâm tiếp tục quay 90 độ để vặn nắp chai trong 3 giây, trong khi chai mới cũng được đưa vào để chiết rót Cuối cùng, mâm xoay quay thêm 90 độ để băng tải 2 di chuyển chai nước đến nơi tập kết.
Hình 6.1: Mặt bằng bố trí thí nghiệm
LẮP RÁP, THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Lắp ráp
6.1.1 Hình ảnh mô hình thực tế
Dựa trên bản thiết kế ở hình 5.17, tiến hành lắp đặt và bố trí các thiết bị bao gồm: (01) băng tải 1, (02) xilanh 2, (03) phần cấp nắp, (04) xilanh 3 và cơ cấu vặn nắp.
(05) băng tải 2, (06) phểu chứa nước, (07) xilanh 1, (08) cảm biến từ , (09) xilanh bơm nước , (10) van điện từ 1, (11) van điện từ 2, (12) tủ điện điều khiển
Hình 6.2: Mặt trước của tủ điện
Đèn vàng trên tủ điện cho biết nguồn 220VAC đã được kết nối, trong khi nút xanh là nút khởi động (start), nút đỏ là nút dừng (stop), và nút vặn switch dùng để chuyển đổi giữa chế độ tự động (auto) và thủ công (man).
Hình 6.3: Bên trong tủ điện
Dựa vào bản thiết kế layout ở hình 5.7, tiến hành lắp đặt các thiết bị điện tử vào tủ điều khiển, phân biệt dây điện theo màu sắc: dây 220VAC (đỏ), dây 0VAC (đen), dây tín hiệu (trắng), dây 24VDC (nâu), dây 0VDC (xanh dương), và dây TE (xanh lá cây) Tủ điện bao gồm các thiết bị: hàng trên cùng là nguồn cung cấp gồm CB, cầu chì, và bộ chuyển đổi nguồn từ 220VAC sang 24VDC; hàng giữa gồm PLC và relay trung gian; và hàng cuối là terminal nguồn, terminal tín hiệu, terminal TE và Driver DM542.
6.1.2 Cài đặt thông số driver Để điều khiển động cơ step cần sử dụng Driver Step motor cung cấp 1 chuỗi xung điều khiển chính xác vị trí của động cơ bước Dựa vào thông số trên nhãn động cơ để cài đặt các giá trị phù hợp cho Driver Cài đặt thông số cho Driver gồm có 2 phần chính: cài đặt phần cứng bằng các switch trên driver và cài đặt thông qua phần mềm TIA Portal
Cài đặt phần cứng: Trên Driver Step motor được tích hợp các switch nhằm mục đích cài đặt vi bước và dòng làm việc cấp cho động cơ
• Chế độ chọn dòng làm việc cho động cơ bước: Peak = 2,84 (A)
• Chế độ chọn vi bước cho động cơ bước: Pulse/rev = 3200
Cài đặt thông số Driver Step trên phần mềm Tia Portal:
Hình 6.4: Chọn đơn vị điều khiển vị trí
Hình 6.4: Chọn chế độ điều khiển bằng xung PTO (Pulse Train Output), đơn vị điều khiển vị trí Pulses
Hình 6.5: Chọn chân xung điều khiển
Hình 6.5: Mô tả loại tín hiệu điều khiển PTO và chọn chân xuất xung Q0.0
Hình 6.6: Cài đặt số xung Driver
Hình 6.6: Mô tả chọn chiều quay và số xung động cơ
Hình 6.7: Cài đặt thông số tốc độ động cơ
Hình 6.7: Mô tả cài đặt vận tốc, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc của động cơ
6.1.3 Giao diện màn hình giám sát hệ thống
Hình 6.8: Trang một của giao diện HMI
Hình 6.9: Trang thứ hai của giao diện HMI
Hình 6.10: Trang thứ ba của giao diện HMI
Trang đầu tiên của hệ thống giám sát mô hình chiết rót và đóng nắp chai được giới thiệu trong Hình 6.8, nơi người dùng có thể đăng nhập bằng tên đề tài và thông tin tài khoản Để truy cập, vui lòng sử dụng tên người dùng và mật khẩu: HCMUTE.
Hình 6.9 là trang hai có tên INTRODUCE để hiển thị thông tin giáo viên hướng dẫn và sinh viên thực hiện đồ án
Hình 6.11: Trang thứ tư của giao diện HMI
Trang 3 có tên MAIN trong hình 6.10 hiển thị mô phỏng và giám sát toàn bộ quy trình chiết rót, cho phép người giám sát theo dõi hoạt động của băng tải, mâm xoay, cơ cấu chiết rót và số lượng chai đã hoàn thành.
Hình 6.11 là trang 4 có tên HISTORY, hiển thị toàn bộ lịch sử bị lỗi của cả hệ thống
Hình 6.13: Trang manual 2 Hình 6.12 là trang điều khiển van điện từ 1,2 và xilanh 1 bằng chế độ điều khiển bằng tay
Hình 6.13 là trang điều khiển động cơ băng tải, xilanh 2 và motor mâm xoay bằng chế độ điều khiển bằng tay.
Thực nghiệm
Quá trình thực nghiệm giúp nhóm đánh giá khả năng hoàn thiện của từng khâu và toàn bộ hệ thống, từ đó phát hiện nhược điểm và sai sót cần khắc phục Mục tiêu cuối cùng là giám sát hệ thống hoạt động hiệu quả, đảm bảo đầu ra đạt 12 chai/phút, mực nước đúng yêu cầu, chai không bị biến dạng và nắp được vặn chặt.
Bảng 6.1: Thông số đầu vào Thông số đầu vào:
Nạp chương trình điều khiển
Chai được đưa vào liên tục
Nước được đổ đầy phểu chứa nước
Nắp được cấp liên tục trong quá trình hoạt động
Bảng 6.2: Chỉ tiêu chất lượng đầu ra
STT Yêu cầu Phương pháp kiểm tra Tiêu chí
1 Độ biến dạng Trực quan Chai không biến dạng, trầy xước
2 Thể tích Đánh dấu vạch trên chai, ca chia vạch Nằm trong dung sai cho phép
3 Nắp chai Áp lực nén Trên áp lực quy định
4 Năng suất Đếm chai 12 chai/phút
Sau mỗi lần thực nghiệm đầu tiên, nhóm sẽ gặp phải các lỗi và tiến hành đưa ra nhận xét cùng phương án khắc phục Việc cải tiến thiết bị diễn ra liên tục, và quá trình lặp lại thực nghiệm nhiều lần giúp sản phẩm ngày càng hoàn thiện và được đánh giá cao hơn.
Bảng 6.3: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 1
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
• Nạp chương trình điều khiển
• Kết nối phần cơ khí và phần điện
Các khâu hoạt động tuần tự đúng với chương trình điều khiển
Sau khi kết nối các thiết bị, tiến hành nạp chương trình thử nghiệm từng khâu trong chế độ điều khiển bằng tay mà không có nước Mục đích là để kiểm tra xem phần cơ khí và phần điều khiển có hoạt động tuần tự hay không.
Hình 6.14: Quy trình thực nghiệm
Bảng 6.4: Kết quả chạy thực nghiệm lần 1
Xilanh chứa nước không chắc chắn đồng trục với xilanh khí nén 1
Cố định xilanh 1 và xilanh chứa nước lên thanh nhôm định hình
Mâm xoay hoạt động chưa ổn định Chỉnh sửa lại chương trình và vị trí cảm biến để mâm xoay dừng lấy chai
Bảng 6.5: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 2
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước, nạp chương trình điều khiển mới, điều khiển chế độ man
Hành trình di chuyển của chai tới đúng các vị trí
Sau khi thực hiện kiểm tra và khắc phục sự cố giữa phần cơ khí và hệ thống điều khiển, chúng tôi tiếp tục cấp chai vào mà không có nước, sử dụng chế độ điều khiển bằng tay Mục đích là để kiểm tra hành trình di chuyển của chai nước.
Bảng 6.6: Kết quả chạy thử nghiệm lần 2
Chai không di chuyển đến vị trí cảm biến nhận để chiết rót Điều chỉnh thanh định hướng chai
Cấp nắp chai chưa ổn định Thay đổi vị trí cấp nắp và điều chỉnh độ cao phù hợp
Chương trình điều khiển chưa tối ưu Điều chỉnh và cập nhật chương trình điều khiển
Hình 6.15: Điều chỉnh thanh định hướng chai
Bảng 6.7: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 3
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
• Nạp chương trình điều khiển mới,
• Điều khiển chế độ man
• Thể tích chai nước đạt yêu cầu
• Nước không bị rò rỉ
• Nắp được cấp và vặn chặt
Sau khi kiểm tra hoạt động ổn định của các khâu với mô hình không có nước, chúng tôi đã tiến hành chạy mô hình với chế độ điều khiển tay và có nước.
Hình 6.16: Điều chỉnh độ cao và tâm vị trí vặn nắp
Bảng 6.8: Kết quả chạy thực nghiệm lần 3
Số chai đạt yêu cầu
Để mâm xoay có thể lấy được chai, cần điều chỉnh độ cao của mâm sao cho phù hợp với cổ và đáy chai Nếu nắp chai không được vặn chặt, hãy điều chỉnh độ cao của xilanh 3 để đảm bảo quá trình đóng nắp diễn ra hiệu quả.
Mâm xoay bị lắc do không đúng tâm với trục động cơ
Gia công lại trục mâm xoay
Lượng nước chiết ra quá nhiều Điều chỉnh vị trí cảm biến từ để thay đổi lượng nước chiết ra
Xilanh bơm nước có hiện tượng rò rỉ nước do piston đẩy nước bị hở
Tháo piston đẩy nước để thay đổi vòng O-ring có kích thước lớn hơn
Hình 6.17: Mực nước lúc trước và sau khi điều chỉnh vị trí cảm biến từ
Hình 6.18: Piston đẩy nước bị rò rỉ và được thay đổi vòng O-ring
Trước điều chỉnh Sau điều chỉnh
Hình 6.19: Thay đổi xilanh có hành trình dài hơn
Bảng 6.9: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 4
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước, cấp nước, cấp nắp, nạp chương trình điều khiển mới
Chạy được chế độ auto với mực nước mong muốn
Sau khi xác định được mức nước mong muốn bằng cách điều khiển chế độ manual, lần chạy thứ 4 được thực hiện ở chế độ tự động (auto) và đạt kết quả như thể hiện trong bảng 6.10.
Bảng 6.10: Kết quả chạy thực nghiệm lần 4
Số chai đạt yêu cầu
Khi chiết rót, trên bồn chứa có hiện tượng đẩy trào nước ngược lên
Sử dụng van tiết lưu để điều chỉnh lượng khí của xilanh khí nén 1 và thay van điện từ có đường kính ra lớn hơn
Khi chiết đầy chai, hiện tượng nước bắn ra ngoài có thể xảy ra Để khắc phục, cần thay xilanh có hành trình dài hơn, đưa vòi chiết vào sâu trong thân chai và điều chỉnh lại chương trình chiết.
Hình 6.20: Chai đạt chi tiêu về mực nước, nắp và ngoại hình
Bảng 6.11: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 5
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước và nắp, cùng với việc nạp chương trình điều khiển mới, giúp đạt mực nước mong muốn và đảm bảo nắp được vặn chặt Hệ thống hoạt động với tốc độ 8 chai/phút, đồng thời giao diện giám sát cho phép theo dõi chính xác quá trình Chạy ở chế độ tự động, mô hình chiết rót và đóng nắp chai hoạt động hiệu quả, đáp ứng mục tiêu đề ra.
Bảng 6.12: Kết quả thực nghiệm lần thứ 5
Số chai đạt yêu cầu
Cấp nắp chưa ổn định Chỉnh sửa vị trí, độ cao cấp nắp
Thời gian vặn nắp chưa đủ Chỉnh sửa chương trình điều khiển Xilanh bơm nước bị xịt nước từ mối hàn Hàn lại mối hàn
(01- lỗi mực nước, lỏng nắp), (02- không có nắp), (03 – mực nước)
Bảng 6.13: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 6
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước và nắp, nạp chương trình điều khiển mới, điều chỉnh chế độ tự động, và mở van tiết lưu của xilanh 1 để đạt mực nước mong muốn Nắp được cấp và vặn chặt, đảm bảo ngoại hình không bị móp méo, trong khi giao diện giám sát hệ thống hoạt động chính xác.
Sau khi khắc phục các lỗi từ lần thử nghiệm trước tiến hành chạy thực nghiệm lần 6 đạt được kết quả như bảng sau:
Bảng 6.14: Kết quả thực nghiệm lần thứ 6
Số chai thực nghiệm Số chai đạt yêu cầu
Tuy nhiên quá trình chiết rót còn chậm thời gian chưa được tối ưu, phải mất 4 phút mới hoàn thành 20 chai
Bảng 6.15: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần 7
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước và nắp, nạp chương trình điều khiển mới và chế độ tự động Đảm bảo đạt mực nước mong muốn, nắp được vặn chặt và không bị móp méo, đồng thời giao diện giám sát hệ thống hoạt động chính xác.
Do thời gian chiết rót lần thứ 6 không đạt năng suất 12 chai/phút như yêu cầu, chúng tôi đã tiến hành điều chỉnh tốc độ xilanh 1 và thời gian quay mâm xoay Kết quả thu được được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 6.16: Kết quả thực nghiệm lần thứ 7
Số chai thực nghiệm Số chai đạt yêu cầu
Kết quả thu được hoàn thành 20 chai trong thời gian 3 phút vẫn chưa đáp ứng được năng suất đề ra
Bảng 6.17: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần…
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước và nắp, nạp chương trình điều khiển mới với chế độ auto, mở van tiết lưu xilanh 1 để đạt mực nước mong muốn Nắp được cấp và vặn chặt, đạt tốc độ 12 chai/phút, đảm bảo ngoại hình không bị móp méo và giao diện giám sát hệ thống hoạt động chính xác.
Để nâng cao số lượng chai chiết rót trong thí nghiệm, cần mở van tiết lưu và tăng tốc độ mâm xoay, đồng thời điều chỉnh chương trình nhằm cải thiện năng suất.
- Đạt được số lượng 12 chai/phút
- Giao diện giám sát hệ thống hiển thị đúng với mô hình thực tế
Bảng 6.18: Mục tiêu, yêu cầu của thực nghiệm lần n
Yêu cầu đầu vào Mục tiêu đầu ra
Cấp chai nước và nắp, nạp chương trình điều khiển mới với chế độ tự động, đạt mực nước mong muốn Nắp được cấp và vặn chặt, tốc độ đạt 15 chai/phút, đảm bảo ngoại hình không móp méo và giao diện giám sát hệ thống hoạt động chính xác.
Đánh giá
Sau khi thực hiện các phương pháp kiểm tra và đánh giá, mô hình hoạt động cho thấy khả năng hoạt động ổn định trong thời gian dài Piston đẩy nước hoạt động một cách trơn tru, không xảy ra hiện tượng rò rỉ Mực nước duy trì ổn định ở mức 297ml (sai số ± 10ml), với năng suất đạt 720 chai/giờ Màn hình giám sát hệ thống hiển thị thông tin rõ ràng và đầy đủ.
Sau khi thực hiện thử nghiệm với 100 chai, kết quả cho thấy 98 chai đạt yêu cầu chất lượng, trong khi 2 chai bị lỗi ở phần vặn nắp Nguyên nhân của lỗi này là do phần cấp nắp và vặn nắp được thiết kế bằng vật liệu nhựa tự chế, dẫn đến sự không chính xác trong quá trình vận hành.
Biểu đồ 6.1: Đánh giá sản phẩm
Chai đạt yêu cầu Chai lỗi
Hình 6.22: Chai đạt yêu cầu
Biểu đồ 6.1 thể hiện được trong quá trình chạy thử nghiệm 100 chai thì có 98 chai đạt yêu cầu chiếm 98%, nhưng vẫn còn 2 chai bị lỗi chiếm 2%
Chai đạt yêu cầu khi mực nước trong chai đúng như mong muốn ban đầu, nắp chai được vặn chặt để đảm bảo không rỉ nước, và ngoại hình chai không bị móp hay trầy xước.
Hình 6.23: cho thấy được chai có mực nước đúng mong muốn nhưng lại bị lỗi vênh nắp