GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình hội nhập kinh tế thế giới đã tạo ra sự cạnh tranh gay gắt cho nền kinh tế Việt Nam, đặt ra những thách thức lớn cho các ngành sản xuất Việc ứng dụng tự động hóa trong quy trình sản xuất là một xu hướng tất yếu, giúp giảm tải sức lao động của con người, đồng thời tăng năng suất và tiết kiệm thời gian Tự động hóa còn mang lại lợi ích về sự đồng đều về chất lượng sản phẩm, giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Trong thời đại công nghiệp hiện đại, tự động hóa và bán tự động hóa đã trở thành xu hướng tất yếu trong việc tăng năng suất lao động, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm Việc áp dụng tự động hóa khâu đóng gói là một cải tiến quan trọng, giúp tiết kiệm thời gian và sức lao động đáng kể so với phương pháp đóng gói thủ công truyền thống Bằng cách tự động hóa quy trình đóng gói, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa nhân lực và giảm thiểu lãng phí nguồn nhân sự vào các công việc lặp đi lặp lại.
Thị trường máy đóng gói tại Việt Nam đang có nhu cầu lớn và đa dạng, nhưng các công ty nước ngoài đang chiếm ưu thế nhờ lợi thế về công nghệ và kinh nghiệm Trong khi đó, các công ty Việt Nam có lợi thế về giá thành, nhưng lại gặp khó khăn trong việc cạnh tranh về chất lượng và năng suất Điều này đặt ra thách thức cho các kỹ sư trẻ phải áp dụng kinh nghiệm và thành tựu của thế hệ đi trước, đồng thời tích hợp những tiến bộ kỹ thuật mới nhất để thiết kế các loại máy đóng gói tự động đa dạng và tốt hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất và đời sống ngày càng cao.
Việc đóng gói thực phẩm hiện nay chủ yếu được thực hiện bằng máy tự động, tuy nhiên các thiết bị này thường có giá thành cao và đòi hỏi không gian lắp đặt lớn, khiến chúng không phù hợp với các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ Đối với các doanh nghiệp quy mô nhỏ, việc đóng gói vẫn còn phụ thuộc vào phương pháp thủ công, tốn nhiều thời gian và công sức Nhằm giải quyết vấn đề này, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ đóng gói cơm cháy, hướng tới tạo ra giải pháp hiệu quả và tiết kiệm cho các cơ sở sản xuất nhỏ.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Chương trình này mang đến cho sinh viên cơ hội quý giá để trải nghiệm thực tiễn về quá trình thiết kế, chế tạo và căn chỉnh các cụm cơ cấu máy, giúp họ tích lũy kinh nghiệm thực tế và chuẩn bị cho công việc sau này.
Khoá học này giúp sinh viên củng cố lại những kiến thức nền tảng về cơ khí và điều khiển, đồng thời áp dụng những kiến thức đó vào thực tiễn cụ thể trong lĩnh vực cơ cấu đóng gói và hút chân không.
Cơ hội này cho phép sinh viên nghiên cứu sâu hơn về máy đóng gói thực phẩm, bao gồm các loại máy trên thị trường, nhằm tạo ra sản phẩm có hiệu quả và năng suất ổn định, góp phần nâng cao chất lượng và cạnh tranh trên thị trường thực phẩm.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu, tìm hiểu các dòng máy đóng gói thực phẩm đang có mặt trên thị trường hiện nay
- Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đóng gói cơm cháy nhỏ gọn, hoạt động ổn định
- Thiết bị đóng gói có tích hợp hút chân không và hàn miệng túi tự động
- Tiến hành kiểm nghiệm thực tế để ghi nhận kết quả, đánh giá chất lượng và cải tiến máy đạt năng suất: 6 cái/phút.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đồ án này tập trung vào các hoạt động nghiên cứu, thiết kế và chế tạo dành cho các đối tượng cụ thể, bao gồm cơm cháy, nguyên lý hàn miệng túi và hút chân không liên tục, nhằm tạo ra giải pháp tối ưu cho từng ứng dụng.
- Thành phẩm cơm cháy sử dụng có kích thước trung bình: 100x100x20mm
- Kích thước túi hút chân không: 180x200mm
- Hệ thống đóng gói cơm cháy.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Nghiên cứu quy trình công nghệ và dây chuyền đóng gói cơm cháy là một giải pháp quan trọng để tự động hóa quá trình sản xuất Bằng cách áp dụng các phương pháp và nguyên lý đóng, hàn miệng túi, quy trình này có thể giải quyết vấn đề tự động hóa từ giai đoạn cấp phôi đến khi hoàn thiện sản phẩm cơm cháy Việc áp dụng công nghệ này giúp tăng năng suất, giảm thiểu lao động thủ công và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Phương pháp khảo sát thực tế đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu cách đóng gói thủ công bằng máy đóng gói và hàn miệng túi bằng tay Qua quá trình khảo sát, chúng tôi ghi nhận năng suất đóng gói bằng tay của một người công nhân và dựa vào nhu cầu thực tế để xác định yêu cầu về một loại máy hàn miệng túi có năng suất liên tục cao Đồng thời, chúng tôi cũng tìm hiểu về các loại máy và cơ cấu tương tự đã có trên thị trường để có thể phát triển một giải pháp tối ưu và hiệu quả.
Phương pháp thu thập dữ liệu được áp dụng trong nghiên cứu này bao gồm việc lấy số liệu về năng suất làm việc của công nhân khi đóng gói thủ công thông qua khảo sát thực tế Quá trình này còn bao gồm việc bấm thời gian để ghi lại số liệu về các công đoạn cụ thể, giúp đánh giá hiệu quả và xác định các điểm cần cải thiện trong quy trình đóng gói.
3 đoạn của việc hàn miệng túi và hút chân không từ đó tính toán được năng suất cần thiết để một máy hỗ trợ đóng gói phải đạt được
Phương pháp phân tích đánh giá đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một loại máy đóng gói mới Quá trình này bắt đầu bằng việc thu thập dữ liệu từ các loại máy đóng gói hiện có và lắng nghe ý kiến của công nhân, chuyên gia để đánh giá nhu cầu thực tế Thông qua việc phân tích, các giải pháp công nghệ trong chế tạo sẽ được tìm ra, từ đó giúp xác định quy trình hoàn thiện đồ án một cách hiệu quả và tối ưu hóa năng suất lao động.
Phương pháp tổng hợp đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu quy trình đóng gói sản phẩm cơm cháy Quá trình này bao gồm việc thống kê và tổng hợp lại các thông tin, thông số cần thiết cũng như những quan sát thực tiễn trong quá trình nghiên cứu Kết hợp với kiến thức chuyên ngành, phương pháp này giúp đưa ra những nhận xét và đánh giá khách quan về quy trình đóng gói hiện tại Từ đó, đề xuất quy trình hợp lí để xử lý vấn đề đóng gói sản phẩm cơm cháy, đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm sau khi đóng gói.
Từ đó thiết kế và chế tạo loại máy với các cơ cấu hợp lý để đóng gói thuận tiện nhất
Phương pháp mô hình hóa là mục tiêu chính của đề tài, mang đến cơ hội ôn lại kiến thức đã học và tích lũy kinh nghiệm thực tiễn quý báu Quá trình chế tạo mô hình giúp kiểm nghiệm và xác thực lý thuyết, đồng thời sửa chữa những sai sót mà phương pháp lý thuyết không thể phát hiện được.
Kết cấu của ĐATN
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương bao gồm:
Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT BỊ
Chương 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
Chương 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Cơm cháy chà bông Sài Gòn là một trong những món ăn vặt phổ biến và nổi tiếng tại thành phố Hồ Chí Minh Đặc sản này đã trở thành thương hiệu riêng biệt với nhiều biến tấu về nguyên liệu và cách làm, tạo ra sự khác biệt so với các món ăn vặt khác Không chỉ phổ biến ở Sài Gòn, cơm cháy đã trở thành món ăn quen thuộc trên khắp cả nước, từ Bắc vào Nam.
Cơm cháy Sài Gòn là món ăn đơn giản nhưng có sức mê đắm những người yêu ẩm thực, đặc biệt là những ai đam mê ẩm thực đường phố Sài Gòn Món ăn này tuy không quá cầu kỳ về nguyên liệu và cách làm, nhưng lại bao hàm nhiều ý nghĩa và gắn liền với nét văn hóa ẩm thực của dân tộc Việt Cơm cháy thực ra là hậu quả của việc đun lửa quá lâu khiến phần cơm bên dưới nồi bị xém, nhưng sự vô tình này lại mang đến cho nét ẩm thực Sài Thành món ăn dân dã mà vô cùng đặc biệt Lâu dần, cơm cháy trở thành đặc sản của người dân Nam Bộ và được nhớ tới như một biểu tượng của ẩm thực đường phố Sài Gòn.
Cơm cháy truyền thống được làm từ gạo dẻo (gạo nếp) bằng cách hấp trong khoảng 15 phút hoặc sử dụng nồi cơm điện để nấu chín Quá trình hấp truyền thống bao gồm cho gạo nếp vào nồi nước sôi, dàn đều và nấu cho đến khi hạt gạo chín trong Tuy nhiên, với cách làm cơm cháy tại nhà hiện nay, bạn có thể lựa chọn nấu gạo nếp bằng nồi cơm điện như nấu cơm thông thường, giúp tiết kiệm thời gian và công sức.
Sau khi hấp cơm, để nếp nguội hoàn toàn, cơm cháy sẽ được tạo hình bằng cách dàn mỏng đều và ấn nhẹ cho nếp tơi ra Điều này giúp cơm cháy không bị ép chặt quá, đảm bảo khi chiên sẽ không bị bung ra và giữ được độ ngon Tiếp theo, cơm cháy sẽ được phơi nắng trong khoảng 3-4 tiếng cho đến khi khô lại hoàn toàn Sau khi đủ nắng, cơm cháy sẽ được chiên giòn trong chảo ngập dầu cho đến khi vàng đều tất cả các mặt, rồi vớt ra để thưởng thức.
Cơm cháy truyền thống thường đòi hỏi nhiều thời gian và công sức trong khâu chuẩn bị nguyên liệu và tạo hình sau khi hấp, cũng như quá trình phơi nắng Tuy nhiên, ngày nay, quy trình chế biến cơm cháy đã được hiện đại hóa với sự hỗ trợ của máy móc, giúp đảm bảo chất lượng và an toàn trong bảo quản, vận chuyển và bày bán trên thị trường Quá trình chế biến cơm cháy hiện đại thường bao gồm các bước như nấu cơm, ép thành bánh, sấy khô để tiết kiệm thời gian, và cuối cùng là rán giòn để tạo nên món ăn hấp dẫn.
Hình 2.1 Quy trình sản xuất cơm cháy
Hình 2.2 Sản phẩm cơm cháy trên thị trường
2.1.2 Các loại bao bì đóng gói trên thị trường hiện nay Đặt vấn đề xu hướng nền kinh tế thị trường, sản phẩm khi sản xuất ra ngoài trừ việc tiêu dùng thì còn cần được bảo quản để được trong thời gian dài trong lưu thông, vận chuyển Chính vì lí do đó, sản phẩm cần được đóng gói bao bì để vận chuyển, đặc biệt có những sản phẩm cần thêm việc hút chân không trong quá trình vận chuyển
Bao bì đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hàng hóa khỏi các tác động tiêu cực từ môi trường và các yếu tố khác trong quá trình vận chuyển, lưu trữ và sử dụng Đặc biệt, bao bì hút chân không là giải pháp hiệu quả giúp duy trì chất lượng sản phẩm trong thời gian dài, đồng thời đảm bảo số lượng sản phẩm không bị ảnh hưởng.
Bao bì hút chân không là giải pháp đóng gói thực phẩm hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Sản phẩm này được thiết kế để đáp ứng nhu cầu bảo quản thực phẩm an toàn và tươi ngon Với sự đa dạng về mẫu mã và kích thước, bao bì hút chân không có thể đáp ứng nhu cầu của từng khách hàng, đồng thời tích hợp công nghệ hút chân không hiện đại để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Nguyên lý cơ bản của việc bảo quản thực phẩm bằng hút chân không là loại bỏ không khí ra khỏi gói thực phẩm trước khi đóng gói Quá trình này giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, nấm mốc và các tác nhân gây hư hỏng thực phẩm khác Bằng cách loại bỏ không khí, thực phẩm được bảo quản trong môi trường chân không, giúp kéo dài thời gian sử dụng và giữ nguyên chất lượng của thực phẩm.
Hút chân không là phương pháp bảo quản thực phẩm hiệu quả, giúp kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm Về mặt khoa học, môi trường chân không không tồn tại vật chất, nhưng trong bảo quản thực phẩm, hút chân không có nghĩa là loại bỏ không khí bao quanh bề mặt thực phẩm So với các phương pháp bảo quản thông thường như sử dụng bao ni lông, nilon, bao bì khóa zip hoặc hộp kín khí, hút chân không vẫn là phương pháp bảo quản thực phẩm lâu hơn.
Ngành thực phẩm hiện nay là một trong những lĩnh vực sử dụng túi hút chân không nhiều nhất Các loại túi hút chân không được sản xuất với mục đích chính là bảo quản thực phẩm trong thời gian dài mà không bị hư hỏng, đồng thời giúp người sử dụng tiết kiệm không gian bảo quản, giảm thiểu chi phí bảo quản và vận chuyển.
Hiện nay trên thị trường, phổ biến nhất là các loại: túi hút chân không 2 mặt nhám, túi hút chân không 2 mặt trơn, túi hút chân không 1 mặt nhám…
Hình 2.3 Túi hút chân không 2 mặt trơn
Hình 2.4 Túi hút chân không 2 mặt nhám
Sơ lược về các giai đoạn trong đóng gói cơm cháy
2.2.1 Đóng gói cơm cháy cổ truyền
Hình 2.5 Quy trình đóng gói cơm cháy thủ công 2.2.2 Đóng gói cơm cháy tự động
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.3.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Ngành đóng gói đang chứng kiến sự phát triển nhanh chóng trên toàn cầu, với nhu cầu về máy móc đóng gói tăng trưởng đều đặn Sự gia tăng nhu cầu về thực phẩm và đồ uống đóng gói, sự bùng nổ của thương mại điện tử và đòi hỏi về các giải pháp đóng gói hiệu quả hơn là những yếu tố chính thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường máy móc đóng gói.
Thị trường máy móc đóng gói đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, đặc biệt khi nhu cầu sử dụng vật liệu đóng gói ngày càng tăng trong nhiều lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, mỹ phẩm, thực phẩm và đồ uống cũng như hàng tiêu dùng Sự gia tăng này phản ánh nhu cầu ngày càng cao về giải pháp đóng gói hiệu quả và an toàn trong các ngành công nghiệp này.
Hình 2.7 Máy đóng gói đa năng sản xuất bởi Robert Bosch GmbH
Khu vực Châu Á-Thái Bình Dương là thị trường tăng trưởng mạnh nhất đối với máy móc đóng gói vào năm 2016, chiếm khoảng 38% tổng số máy móc đóng gói toàn cầu được lắp đặt Sự phát triển này có thể được quy cho sự hiện diện của nhiều nhà sản xuất thực phẩm, đồ uống và sản phẩm chăm sóc cá nhân lớn tại khu vực này.
Việc áp dụng robot trong lĩnh vực đóng gói bao bì đang trở nên phổ biến do tính chính xác và độ tin cậy cao của chúng Các robot hiện đại được cải tiến liên tục, cho phép thực hiện nhiều chức năng và công đoạn phức tạp hơn, chẳng hạn như đóng hộp, xử lý lớp phủ và cắt Sự triển khai robot trong ngành công nghiệp đóng gói đang được thúc đẩy mạnh mẽ, đặc biệt là trong các quy trình quy mô lớn, nhờ khả năng tiết kiệm chi phí nhân công đáng kể.
Việc tìm kiếm nhà sản xuất máy đóng gói tốt nhất trở nên khó khăn hơn do sự tham gia của nhiều nhà sản xuất mới vào thị trường nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với máy đóng gói Điều này đòi hỏi người mua phải cẩn thận và kỹ lưỡng hơn trong việc lựa chọn nhà sản xuất uy tín và chất lượng.
Thị trường máy đóng gói trên toàn cầu đang phải đối mặt với sự phân mảnh cao và cạnh tranh khốc liệt do sự hiện diện của một số lượng lớn các công ty trên thị trường Các công ty hàng đầu như Robert Bosch GmbH, Coesia S.p.A, Krones Inc, Tetra Pak International S.A và Graphic Packaging International là những gương mặt nổi bật trong lĩnh vực máy móc bao bì.
2.3.2 Các nghiên cứu trong nước
Việt Nam được đánh giá là một trong những thị trường tiêu dùng đầy tiềm năng ở châu Á, đặc biệt là trong lĩnh vực đóng gói thực phẩm Tuy nhiên, sự tham gia của các công ty nước ngoài đã tạo ra sự chênh lệch về công nghệ, trong khi nhiều doanh nghiệp trong nước vẫn sử dụng máy móc đóng gói bao bì thực phẩm lạc hậu, chưa đáp ứng được yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm và nhu cầu của người tiêu dùng.
Mặc dù phải đối mặt với nhiều khó khăn, nhiều doanh nghiệp trong nước đã không ngừng cải tiến quy trình sản xuất và đầu tư vào khâu bao bì, nhãn mác đóng gói sản phẩm, nhằm tăng cường tính cạnh tranh trên thị trường.
Tăng trưởng kinh tế và nhu cầu tiêu dùng lớn đang kích cầu, thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành đóng gói bao bì trong nước Sự gia tăng nhu cầu đóng gói bao bì trên thị trường đã tạo cơ hội cho các doanh nghiệp trong nước tham gia vào thị trường này, dẫn đến sự tăng trưởng đáng kể về số lượng doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực đóng gói và in ấn.
Hình 2.8 Máy đóng gói hạt
Thách thức lớn nhất hiện nay đối với ngành công nghiệp đóng gói bao bì trong nước là đầu tư đổi mới công nghệ để cạnh tranh với các công ty nước ngoài Việc nắm bắt cơ hội và đẩy mạnh đổi mới công nghệ là chìa khóa để các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này tăng trưởng mạnh mẽ Bằng cách tập trung vào việc nâng cao năng lực cạnh tranh, các doanh nghiệp có thể bắt kịp nền sản xuất đang phát triển và mở rộng thị phần trên thị trường.
Máy đóng gói hút chân không và hàn miệng túi
Hút chân không là quá trình loại bỏ không khí bên trong vật thể, tạo ra môi trường chân không không chứa vật chất, giúp ngăn chặn sự oxi hóa và xâm nhập của vi khuẩn Công dụng của hút chân không trong bảo quản thực phẩm là giữ cho thức ăn tươi lâu hơn mà không cần dùng chất bảo quản, làm chậm quá trình hư hỏng và tránh nhiễm mùi, đồng thời hạn chế sự phát triển của vi khuẩn.
Hình 2.9 Máy hút chân không trong công nghiệp [11]
Máy có khả năng điều chỉnh mức chân không linh hoạt theo yêu cầu cụ thể của từng quá trình đóng gói, giúp tối ưu hóa hiệu quả bảo quản sản phẩm Sau khi hoàn thành quá trình hút chân không, máy sẽ tự động chuyển sang công đoạn hàn miệng túi, đảm bảo sản phẩm được đóng gói kín đáo và an toàn.
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy KM500 [11]
Mã máy KM500 Điện áp 220V/50Hz
Công suất hút chân không 700W
Tốc độ hút và hàn 1 – 6 lần/phút
Kích thước đường hàn 500×8mm
Quy trình vận hành máy hút chân không trong công nghiệp
Hình 2.10 Quy trình vận hành máy hút chân không trong công nghiệp 2.4.2 Máy đóng gói hút chân không trong gia đình
Máy được thiết kế nhỏ, gọn phù hợp với việc sử dụng trong quy mô hộ gia đình
Hình 2.11 Cấu tạo máy hút chân không
Hình 2.12 Máy hút chân không mini
Khảo sát thiết kế máy đóng gói
3.1.1 Máy đóng gói dạng nằm ngang Đối với các sản phẩm dạng khối như cơm cháy hay mì tôm thì các nhà máy và doanh nghiệp lớn thường sử dụng loại máy đóng gói sử dụng cuộn bao bì Ưu điểm của loại máy này là năng suất cao, phù hợp với dây chuyền sản xuất lớn Tuy nhiên máy lớn cần không gian lắp đặt, chi phí lắp đặt và bảo trì máy cao nên không phù hợp với kinh doanh nhỏ lẻ
Hình 3.1 Máy đóng gói tự động nằm ngang [7]
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy đóng gói tự động nằm ngang HMD - 250 [7]
Kích thước chiều rộng túi 30 - 110mm
Kích thước chiều dài túi 65 - 280mm
Kích thước chiều cao túi 5 - 55mm
Tốc độ đóng gói 40 – 230 túi/phút
Chất liệu màng PE, PVC, OPP, ALU, PT
Kích thước máy D 3770mm x R 680mm x C 1420mm
3.1.2 Máy đóng gói dạng đứng
Máy đóng gói dạng đứng là thiết bị đóng gói thẳng đứng hiện đại, khác biệt so với các thiết bị đóng gói truyền thống nằm ngang Với thiết kế thông minh, máy cho phép dễ dàng thay đổi kích thước túi, tự động dừng khi hết bao bì và định lượng bằng chén thể tích, mang lại hiệu quả cao trong quá trình đóng gói.
Hình 3.2 Máy đóng gói cơm cháy AP – DG300 của công ty ANPHA – Việt Nam [5]
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy đóng gói AP – DG 300 [5]
Năng suất 30 – 40 sản phẩm/phút
3.1.3 Máy đóng gói bán tự động
Một số sản phẩm như khăn giấy thường được đóng gói bằng máy bán tự động, giúp tăng năng suất và giảm thiểu sự can thiệp của con người Người công nhân vận hành máy sẽ thực hiện các thao tác cần thiết để đảm bảo quá trình đóng gói diễn ra suôn sẻ Sau đó, sản phẩm sẽ được xếp thành phẩm vào thùng, sẵn sàng để vận chuyển đến các kênh phân phối.
Hình 3.3 Máy đóng gói khăn giấy Napkin [8]
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của máy đóng gói khăn giấy Napkin [8]
Tốc độ 30 – 40 sản phẩm/phút
Cơ sở lý thuyết tính toán
Thiết bị của nhóm được thiết kế dựa trên các máy đóng gói hiện có, sử dụng xilanh khí nén để thực hiện các công đoạn Việc tính toán lựa chọn hành trình và đường kính xilanh phù hợp đóng vai trò quan trọng trong thiết kế này.
Theo tìm hiểu [1], đường kính xilanh được tính như sau:
F: tải trọng cần đáp ứng (N)
P: áp suất hoạt động (kg/cm 2 ) Đường kính xilanh sau khi tính sẽ dựa theo Catalogue của Airtac [15] để lựa chọn xilanh phù hợp
Thiết bị hút chân không cho túi đựng cơm cháy đòi hỏi tính toán lực hút chân không chính xác để đảm bảo hoạt động hiệu quả Việc áp dụng các công thức tính toán lực hút chân không phù hợp sẽ giúp thiết bị đạt được hiệu suất cao nhất.
Tổn thất áp suất trong ống có tiết diện thay đổi (ΔPE) được tính theo công thức: ΔPE = ( S 1
- ρn = 1,29 (kg/m 3 ) : Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái chuẩn
- v (m/s): Vận tốc của dòng chảy
Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi tách dòng (ΔPa) được tính theo công thức: ΔPa = ξ ρ.v 2
- ρn = 1,293 (kg/m 3 ): Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái chuẩn
- v (m/s): Vận tốc của dòng chảy
Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (ΔPR) được tính theo công thức: ΔPR = 𝜆 𝑙.𝜌.𝑣 2
- ρn = 1,293 [kg/m 3 ] : Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái chuẩn
- Pn = 1,013 [bar] Áp suất ở trạng thái tiêu chuẩn
- v [m/s] Vận tốc của dòng chảy
𝑅𝑒 Hệ số ma sát ống có giá trị cho ống trơn và chảy tầng
- Vn = 13,28.10 -6 [m 2 /s] Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn Theo tài liệu [9], lưu lượng chất lưu được định nghĩa bằng biểu thức
- A : lưu lượng của chất lưu (𝑚 3 /s)
- v: tốc độ dòng chảy của chất lỏng (m/s)
- S: diện tích của ống dòng (m 2 )
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT BỊ
Giới thiệu về nguồn gốc chọn đề tài
4.1.1 Giới thiệu công ty nhận đề tài Đứng trước tính cấp thiết là giải quyết vấn đề tạo ra một thiết bị giúp tăng năng suất đóng gói, chúng tôi may mắn được Công ty CODIA Co.,Ltd hỗ trợ về nhiều mặt trong quá trình thực hiện đề tài này từ khâu đưa ra ý tưởng cho tới lúc ra sản phẩm thiết bị hoàn chỉnh
Hình 4.1 Logo công ty CODIA
CODIA bắt nguồn từ một xưởng cơ khí chuyên sản xuất mặt hàng cơ khí ứng dụng trong đời sống, sau đó mở rộng hoạt động sang lĩnh vực tư vấn thiết kế, sản xuất chế tạo dây chuyền tự động hóa, máy móc chuyên dùng cho ngành thực phẩm và nông nghiệp công nghệ cao từ năm 2018 Khách hàng chính của công ty là các hộ kinh doanh, cơ sở sản xuất chế biến vừa và nhỏ Qua quá trình hình thành và phát triển, CODIA đã cho ra đời nhiều sản phẩm máy móc chuyên dụng, phục vụ nhu cầu kinh doanh của khách hàng, đồng thời hợp tác với nhiều đối tác tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận như Long An, Bình Thuận, Lâm Đồng.
4.1.2 Giới thiệu về dây chuyền làm cơm cháy
Dây chuyền sản xuất cơm cháy đòi hỏi sự đầu tư vào nhiều loại máy móc, từ khâu chuẩn bị nguyên liệu đến khâu đóng gói thành phẩm Đối với các xưởng sản xuất quy mô vừa và nhỏ, việc lựa chọn máy móc phù hợp là rất quan trọng, đặc biệt là những máy thực hiện các công đoạn không thể làm bằng tay.
Với nhu cầu sản xuất cơm cháy số lượng lớn, việc làm thủ công thường gặp khó khăn về chi phí đầu tư và vận hành Công ty CODIA đã đưa ra giải pháp tối ưu với quy trình sản xuất cơm cháy công nghiệp hiện đại, áp dụng máy móc tiên tiến vào mọi khâu chế biến, giúp tăng năng suất và giảm sự phụ thuộc vào nhân công.
Hình 4.2 Dây chuyền sản xuất cơm cháy tự động
Máy vo gạo được thiết kế với cơ chế khoa học, giúp thay thế con người trong việc vo gạo với số lượng lớn lên đến hàng trăm kg một cách nhanh chóng và hiệu quả Nhờ đó, máy có thể đảm bảo chất lượng gạo sau khi vo tương đương với việc vo gạo bằng tay, đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Tủ nấu cơm là thiết bị chuyên dụng, được thiết kế với buồng nấu kín bên trong sử dụng hơi nước gia nhiệt bằng điện, đi kèm khoang chứa nước tích hợp phao cấp nước tự động Các khay chứa được sắp xếp nằm ngang song song với nhau và xếp theo phương thẳng đứng, với khối lượng gạo cho mỗi khay khác nhau tùy thuộc vào kích thước máy Thời gian nấu cơm công nghiệp bằng tủ nấu cơm thường dao động từ 45 phút đến 1 giờ, hoặc có thể thay đổi tùy theo model và đặc thù của nguyên liệu.
Quá trình tạo hình cơm thành phẩm thường bao gồm hai bước quan trọng, bắt đầu với máy đánh cơm, có nhiệm vụ đánh cơm tơi ra để chuẩn bị cho khâu ép cơm Tiếp theo, máy ép cơm sẽ thực hiện ép và cắt cơm đã nấu chín thành hình hộp chữ nhật có kích thước tiêu chuẩn 100x100x20 (mm), tạo nên hình dạng mong muốn cho sản phẩm cuối cùng.
Máy chiên cơm và rắc gia vị là thiết bị đa năng, tích hợp hai chức năng chính: chiên cơm và rắc gia vị Quá trình hoạt động của máy diễn ra tự động, khi cơm được định hình sẽ được chuyển đến khu vực chiên và rắc gia vị thông qua băng tải Tại đây, các gia vị như hành tỏi, ớt bột, tiêu hạt, nước mắm sẽ được phủ lên cơm cháy một cách đều đặn và chính xác, mang lại hương vị thơm ngon và hấp dẫn.
Thiết bị hỗ trợ đóng gói là khâu quan trọng cuối cùng trong dây chuyền sản xuất cơm cháy, nơi cơm sau khi trải qua các quá trình sẽ được biến thành cơm cháy hoàn chỉnh Tại đây, thiết bị đóng gói sẽ thực hiện nhiệm vụ bao bì và đóng hộp cho cơm cháy thành phẩm, giúp sản phẩm sẵn sàng tung ra thị trường và đến tay người tiêu dùng.
Với mục tiêu của nhóm và công ty đề ra, nhóm đã lựa chọn đảm nhận khâu đóng gói
Đóng gói là khâu cuối cùng nhưng quan trọng không kém trong quy trình sản xuất cơm cháy, quyết định trực tiếp đến chất lượng và hình thức của sản phẩm khi đến tay người tiêu dùng Quá trình này không chỉ giúp bảo quản sản phẩm nguyên vẹn mà còn tạo ấn tượng ban đầu với khách hàng thông qua bao bì đẹp mắt và thu hút.
Yêu cầu đề tài
Sơ đồ phân tích thiết bị:
Hình 4.3 Sơ đồ phân tích thiết bị
Yêu cầu của doanh nghiệp:
- Phạm vi đóng gói: Cơm cháy có kích thước 100x100x20 (mm)
- Máy tích hợp hút chân không và hàn miệng túi
- Sử dụng túi hút chân không có kích thước 180x200 (mm)
- Bề rộng đường hàn miệng túi 3 (mm)
- Áp suất khí sử dụng 5 Mpa
Nguyên lý hoạt động của thiết bị
- Cấp túi chân không, đồng thời mở miệng túi
Sau khi cấp túi chân không, cơm cháy sẽ được chuyển đến cụm cấp phôi để thực hiện bước tiếp theo Tại đây, cơm cháy sẽ được tách thành từng miếng riêng lẻ và đưa vào túi chân không đã được cấp trước đó, đảm bảo mỗi túi chứa một lượng cơm cháy vừa đủ.
Sau khi tách, cơm cháy sẽ được chuyển vào túi chân không và đưa sang khu vực đóng gói Tại đây, quy trình sẽ được tự động hóa với các cơ cấu hiện đại, thực hiện hút chân không và hàn miệng túi một cách nhanh chóng và chính xác, giúp bảo quản cơm cháy tốt hơn.
Phương án thiết kế
Phương hướng thiết kế thiết bị theo kiểu bán tự động cho phép tối ưu hóa quy trình sản xuất cơm cháy Người công nhân vận hành đóng vai trò quan trọng trong việc đưa cơm cháy vào cụm phôi, cấp túi chân không vào cụm đóng gói và xếp cơm cháy thành phẩm vào khay, đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Hình 4.5 Các cụm làm việc của máy
Thiết bị bao gồm 2 bộ phận chính: (1) cụm cấp phôi và (2) cụm đóng gói
- Yêu cầu: Cơm cháy được cấp liên tục và ổn định
- Chức năng: + Đựng cơm cháy
+ Tách cơm cháy thành từng miếng riêng lẽ để đưa vào túi + Đẩy cơm cháy vào túi chân không
- Yêu cầu: Hoạt động liên tục và ổn định
- Chức năng: + Mở miệng túi
+ Hút chân không và hàn miệng túi
4.5.2 Các phương án thiết kế
Sử dụng thùng để chứa phôi và xi lanh khí nén để tách và đẩy cơm cháy vào túi
Hình 4.6 Layout cụm cấp phôi của phương án 1
+ Chi phí chế tạo và bảo trì thấp
+ Cấp phôi liên tục và ổn định
+ Chỉ phù hợp với doanh nghiệp vừa và nhỏ
+ Cần công nhân bỏ cơm cháy vào thùng, chưa thể tự động hóa
Sử dụng băng tải để chứa phôi và xi lanh khí nén để tách và đẩy cơm cháy vào túi
Hình 4.7 Layout cụm cấp phôi của phương án 2
+ Cấp phôi liên tục và ổn định
+ Băng tải to, dài chiếm không gian
+ Chi phí chế tạo và bảo trì
+ Thường phù hợp với doanh nghiệp lớn
Kết luận: Dựa vào điều kiện kinh tế và đặc biệt là cầu khách hàng nên ta chọn phương án 1
Các xi lanh khí nén được lắp cố định trên khung để thực hiện các nhiệm vụ
Hình 4.8 Layout cụm đóng gói phương án 1
+ Chi phí chế tạo và bảo trì thấp
+ Đóng gói liên tục và ổn định
+ Chưa thể tự động hóa, còn sử dụng công nhân để cấp túi
Các xi lanh khí nén được lắp trên các tấm cố định và di động để thực hiện các nhiệm vụ
Hình 4.9 Layout cụm đóng gói phương án 2
+ Đóng gói liên tục và ổn định
+ Chi phí chế tạo và bảo trì thấp
+ Gia công cơ khí nhiều hơn phương án 1
+ Chưa thể tự động hóa, còn sử dụng công nhân để cấp túi
Kết luận: Dựa vào điều kiện kinh tế và các ưu nhược điểm trên nên ta chọn phương
* Layout thiết bị hoàn chỉnh
Hình 4.10 Layout thiết bị hoàn chỉnh
Lựa chọn xi lanh khí nén
Máy nén khí sử dụng có áp suất p = 5 (bar) = 5,0986 (kg/cm 2 )
5.1.1 Lựa chọn xi lanh 1 a Lựa chọn đường kính xi lanh
Xi lanh có nhiệm vụ giữ chặt các miếng cơm cháy trong thùng phôi để mỗi lần chỉ có
1 miếng cơm cháy rơi vào máng dẫn
Ta có các số liệu:
- Số lượng cơm cháy tối đa trong thùng phôi là 16 miếng, mỗi miếng có trọng lượng 200g
- Thùng phôi đặt nghiêng với mặt bàn 1 góc α, theo thiết kế 7° ≤ α ≤ 19°
Hình 5.2 Hình minh hoạ cơm cháy trượt trên thùng phôi
Trong trường hợp thùng phôi chứa tối đa 16 miếng cơm cháy, xi lanh 1 đóng vai trò quan trọng trong việc giữ chặn, ngăn không cho 15 khối cơm cháy trượt xuống Với giả định rằng 15 miếng cơm cháy được coi là một vật có khối lượng m = 200 * 15 = 3000 gam, tương đương 3 kilogram.
Các lực tác dụng vào vật m:
- Phản lực của mặt phẳng nghiêng N
- Lực của xi lanh 1 tác động F ct Hợp lực F ms + + +P N F ct =0 vì vật đứng yên Đặt các lực trên vào hệ toạ độ Oxy ứng với vật, ta có:
Hình 5.3 Minh hoạ các lực trong hệ toạ độ Oxy
Chiếu lên trục Oy: cos15N +F ms sin15−F ct cos15− =P 0 (1)
Chiếu lên trục Ox: sin15N −F ms cos15−F ct sin15 =0 (2)
Từ (1), (2) và (3) ta có hệ phương trình
.sin cos sin 0 ct ct
.sin 0, 2 .cos sin 0 ct ct
Trong các công thức trên:
- g là gia tốc trọng trường có giá trị 9,8 (m/s 2 )
- à là hệ số ma sỏt giữa bề mặt cơm chỏy và mặt thựng phụi inox cú giỏ trị 0,2 [14]
Ta thấy với góc nghiêng α càng lớn thì cần Fct càng lớn để giữ vật đứng yên, ta tính Fct với góc α = 19°
Thay α = 19° vào hệ phương trình (4) ta có:
Công thức tính đường kính xilanh như sau:
F: tải trọng cần đáp ứng (N)
P: áp suất hoạt động (kg/cm 2 )
Vì xilanh đường kính 2,24mm không có trên thị trường nên ta chọn xilanh đơn trục theo tiêu chuẩn Airtac có đường kính chuẩn D = 10mm
Hình 5.4 Thông số kỹ thuật xi lanh [15]
30 b Lựa chọn hành trình xilanh
Hình 5.5 Minh hoạ vị trí gá xi lanh 1
Để đảm bảo xi lanh 1 có thể giữ chặn được cơm cháy, hành trình xi lanh cần phải lớn hơn 9mm Theo kết cấu thùng phôi và cách gá đặt, chúng tôi lựa chọn xi lanh có hành trình L = 10mm, đáp ứng tiêu chuẩn xilanh đơn trục của Airtac.
Xi lanh 2 có nhiệm vụ đóng mở nắp thùng phôi a Lựa chọn hành trình xi lanh
Hình 5.6 Xi lanh 2 ở trạng thái 1
Hình 5.7 Xi lanh 2 ở trạng thái 2
Hình 5.8 Hình minh hoạ cụm xi lanh 2
- Lỗ lắp xi lanh với tấm nắp được kí hiệu là B ở trạng thái 1 và B’ ở trạng thái 2
- Điểm B (B’) quay trên đường tròn R27,5 với tâm là lỗ lắp chốt xoay của tấm nắp
- Điểm O là vị trí lắp xi lanh 2 với thùng phôi
Gọi OB là chiều dài xi lanh 2 ở trạng thái 1, OB’ là chiều dài xi lanh 2 ở trạng thái 2 Theo các thông số đo được từ AutoCad: OB = 119,17mm, OB’ = 148,9mm
Khi đó hành trình xi lanh 2 L = OB’ – OB = 148,9 – 119,17 = 29,7 mm
Theo tiêu chuẩn xi lanh đơn trục của Airtac trên thị trường ta chọn xi lanh 2 có hành trình L = 30mm
32 b Lựa chọn đường kính xi lanh
Khối lượng của tấm nắp thùng phôi là 102,37 (g)
Hình 5.9 Đo khối lượng tấm nắp thùng phôi trên phần mềm Solidworks
Vì tải trọng cần đáp ứng của xi lanh 2 là không đáng kể, ta chọn đường kính xi lanh 2:
Hình 5.10 Thông số kỹ thuật xi lanh [15]
Xi lanh 3 có nhiệm vụ đẩy thẳng cơm cháy vào túi a Lựa chọn hành trình xi lanh 3
Dựa trên thiết kế máy theo mô hình 3D, việc lựa chọn xilanh phù hợp đảm bảo hành trình theo thiết kế là rất quan trọng Theo tiêu chuẩn xi lanh đơn trục Airtac phổ biến trên thị trường, xilanh có hành trình L = 350mm được chọn lựa Việc lựa chọn đường kính xi lanh cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của hệ thống.
Ta có khối lượng của một miếng cơm cháy là m = 200 g
Khối lượng của các chi tiết gắn ở đầu xilanh để đẩy cơm cháy là m1 = 350 g
Hình 5.12 Đo khối lượng các chi tiết gắn đầu xi lanh trên phần mềm Solidworks
Tải trọng cần đáp ứng của xilanh
Công thức tính đường kính xi lanh như sau:
Do không có xi lanh đường kính tương ứng trên thị trường, nên lựa chọn phù hợp nhất là chọn xi lanh theo tiêu chuẩn xi lanh đơn trục của Airtac với đường kính chuẩn là D = 16 mm, giúp đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cho hệ thống.
Hình 5.13 Thông số kỹ thuật xi lanh [15]
Xi lanh 4 có nhiệm vụ nâng tấm di động mở miệng túi để cơm cháy được đẩy vào
Hình 5.14 Hình cụm xi lanh 4 a Lựa chọn hành trình xi lanh
Ta có các số liệu:
- Khoảng cách lớn nhất giữa tấm cố định và tấm di động là 25mm
- Khoảng cách gần nhất giữa tấm cố định và tấm di động là 5mm
- Bề dày miếng cơm cháy là 20mm
Hình 5.15 Hình minh hoạ hành trình xi lanh 4
Vậy để có thể mở được túi và cơm cháy đi vào được, ta cần xi lanh 4 có hành trình L
Theo tiêu chuẩn xi lanh 2 trục Airtac, ta chọn xi lanh 4 có hành trình L = 20mm b Lựa chọn đường kính xi lanh
Tải trọng cần đáp ứng của xi lanh 4
F = m.g = 0,109.9,8 = 1,07 (N) m: khối lượng của tấm di động (g)
Theo công thức tính đường kính xi lanh
F: tải trọng cần đáp ứng (N)
P: áp suất hoạt động (kg/cm 2 )
Vì xi lanh đường kính như trên không có trên thị trường, nên chọn xi lanh theo tiêu chuẩn xi lanh 2 trục của Airtac có đường kính chuẩn D = 16 mm
Hình 5.16 Thông số kỹ thuật xi lanh [15]
Xi lanh 5, 5’ có nhiệm vụ kéo căng miệng túi theo chiều ngang để cụm xi lanh 6 ép chặt được miệng túi và hút chân không
Hình 5.17 Hình cụm xi lanh 5, 5’ Đầu hút chân không
Ta có các số liệu:
- Bề rộng miệng túi khi kéo căng theo chiều ngang là 150mm
- Bề rộng khi cơm cháy được đưa vào là 130mm
Hình 5.18 Hình minh hoạ khi túi chân không ở 2 trạng thái Để có thể căng được miệng túi, ta cần xi lanh 5, 5’ có hành trình:
Dựa theo tiêu chuẩn trên thị trường, ta chọn xi lanh 5, 5’ có hành trình L = 10mm
Xilanh 5 chỉ có nhiệm vụ kéo miệng túi vừa đủ căng nên tải trọng cần đáp ứng là rất nhẹ có thể chọn kích cỡ để phù hợp với tổng quan máy, ta chọn theo tiêu chuẩn xilanh 2 trục của Airtac trên thị trường có đường kính D = 10mm
Hình 5.19 Thông số kỹ thuật xi lanh [15]
Cụm xi lanh 6 có nhiệm vụ ép chặt miệng túi để hút chân không, sau đó hàn miệng túi
39 a Lựa chọn đường kính xi lanh
Xilanh 6 có hành trình được ngắt thành 2 nhịp Nhịp đầu tiên xilanh đi xuống ép miệng túi để hút chân không Nhịp thứ 2 xilanh tiếp tục đi xuống để hàn miệng túi Trong cụm cơ cấu có sử dụng lò xo, để cơ cấu hoạt động được thì lực tác động cần thiết của xi lanh 6, 6’ phải lớn hơn lực đàn hồi của các lò xo Khi cơ cấu hoạt động, xilanh nằm ở dưới chịu thêm trọng lượng của chi tiết đầu xilanh, vì vậy ta tính đường kính xilanh cho xi lanh này
- F là lực tác động cần thiết của xilanh 6
- Fđh là lực đàn hồi do lò xo tác động vào chi tiết đầu xilanh 6 khi cụm cơ cấu hoạt động
- P là trọng lực của các chi tiết đầu xilanh 6, trong đó
P = m.g = 0,565.9,8 = 5,537 N (khối lượng của cụm chi tiết là 0,565 kg) [4]
Hình 5.22 Đo khối lượng các chi tiết gắn đầu xi lanh trên phần mềm Solidworks
- Chiều dài tự nhiên của lò xo L1 = 42 mm
- Chiều dài khi của lò xo khi cụm thực hiện hàn miệng túi là L2 = 18 mm
- Lực đàn hồi lò xo tạo ra khi bị nén theo công thức định luật Hooke là:
Với k là độ cứng của lò xo có giá trị 0,2 (N/mm) [6] Để cơ cấu hoạt động thì
F xl 2.F + P => Fdh 2.4,8 5,537 15,137N+ Công thức tính đường kính xi lanh như sau
Vì xilanh đường kính như trên không có trên thị trường, nên chọn xi lanh theo tiêu chuẩn xi lanh 2 trục của Airtac có đường kính chuẩn D = 16 mm
Hình 5.23 Thông số kỹ thuật xi lanh [15] b Lựa chọn hành trình xi lanh
Hình 5.24 Minh hoạ vị trí gá đặt cụm xilanh 6
Dựa trên kết cấu máy và cách gá đặt, chúng tôi lựa chọn xi lanh phù hợp và đủ hành trình theo thiết kế Theo tiêu chuẩn xi lanh 2 trục của Airtac, lựa chọn xi lanh 6 với hành trình L = 50mm là phù hợp để đáp ứng yêu cầu của hệ thống.
Thiết kế đầu hút
Chi tiết đầu hút chân không đóng vai trò quan trọng trong quá trình đóng gói, giúp kéo căng miệng túi theo chiều ngang và hút chân không hiệu quả Đặc biệt, chi tiết này chỉ căng miệng túi vừa đủ theo kích thước tự nhiên của túi, tránh làm giãn nở vật liệu ở miệng túi, đảm bảo độ bền và chất lượng của túi.
Hình 5.25 Chi tiết đầu hút
Khi miệng túi đã được căng nhưng xilanh vẫn chưa hoàn thành hành trình, chi tiết đầu hút sẽ phải chịu tác động của lực căng do chính miệng túi gây ra.
Hình 5.26 Lực F tác động lên đầu hút
Với F bằng lực của xilanh tác dụng khi kéo tra theo tài liệu [15], F = 50,3 N
Khi đánh giá tính bền của túi trong trường hợp một đầu miệng túi bị giữ cố định và đầu kia bị kéo bởi xilanh, việc sử dụng phần mềm Solidworks cho phép mô phỏng chính xác lực tác động lên đầu hút, giúp đánh giá độ bền của túi một cách toàn diện.
Hình 5.27 Kết quả mô phỏng chuyển vị đầu hút
Hình 5.28 Kết quả mô phỏng ứng suất đầu hút
Dựa vào kết quả mô phỏng ta có:
- Ứng suất lớn nhất: 36975920 N/m 2 → 36,97 MPa
- Chuyển vị lớn nhất: 2,945 mm
Ta có ứng suất cắt cho phép của nhựa ABS: 318900000 N/m 2 → 318,9 MPa
- Ứng suất lớn nhất 36,97 < 318,9 (MPa) của chi tiết nhỏ hơn rất nhiều ứng suất cho phép của vật liệu
- Chuyển vị 1,323 mm nhỏ không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của chi tiết
Tính toán thùng phôi
Thùng phôi được chế tạo sử dụng vật liệu inox 201
Bảng 5.1 Tính chất của inox 201
Chất liệu Giới hạn bền kéo (MPa)
Giới hạn bền chảy (MPa) Độ giãn dài Độ cứng
Hình 5.29 Thùng phôi thiết kế trên Solidworks
Dựa trên thiết kế cụm cơ cấu cấp phôi, xilanh 1 di chuyển xuống và giữ miếng cơm cháy ép lên thùng phôi Khi giả định miếng cơm cháy là vật cứng, bề mặt đáy thùng phôi sẽ chịu tác động của lực kết hợp từ lực tác dụng của xilanh 1 và lực trọng lực của 15 miếng cơm cháy, với trọng lượng trung bình của mỗi miếng là 200g.
Hình 5.30 Kết quả mô phỏng chuyển vị thùng phôi
Hình 5.31 Kết quả mô phỏng ứng suất thùng phôi
Vì lực tác động không đáng kể nên thùng phôi không chuyển vị Ứng suất lớn nhất 0,24 Mpa Kết luận: Chi tiết thoả điều kiện bền
Chọn van điều khiển xi lanh khí nén
5.4.1 Chọn van điều khiển xi lanh 1, 2, 3, 4, 5, 5’
+ Tất cả xi lanh 1, 2, 3, 4, 5, 5’ đều là những xi lanh tác động kép
+ Yêu cầu làm việc xi lanh: Đi hết hành trình làm việc của xi lanh
Kết luận: Dựa điều kiện kinh tế và yêu cầu làm việc của xi lanh nên ta chọn van 5/2 để điều khiển
Van khí nén 5/2 là loại van đảo chiều được sử dụng để điều khiển các thiết bị như xi lanh tác động kép, động cơ và nhiều ứng dụng khác Loại van này có thể được điều khiển bằng cơ khí hoặc bằng khí nén, điện từ hai phía, mang lại sự linh hoạt cao trong các hệ thống tự động hóa Với cấu trúc 2 vị trí và 5 cửa, van khí nén 5/2 cho phép phân phối khí nén một cách hiệu quả, trong đó cửa số 1 là cửa nguồn khí, cửa số 2 và 4 là cửa làm việc, còn cửa số 3 và 5 là cửa thoát khí.
Ta chọn: Van 5/2 4V110-06 của hãng Airtac
Hình 5.33 Van điện từ khí nén 4V110-06 [15]
5.4.2 Chọn van điều khiển xi lanh 6, 6’
+ Xi lanh 6 là loại xi lanh tác động kép
+ Yêu cầu làm việc xi lanh: Xi lanh thực hiện 2 hành trình
Kết luận: Dựa điều kiện kinh tế và yêu cầu làm việc của xi lanh nên ta chọn van 5/3 để điều khiển
Van khí nén 5/3 là một loại van đảo chiều được sử dụng để điều khiển xi lanh có tác động kép, động cơ và các thiết bị khác Loại van này có thể được điều khiển bằng cơ khí hoặc bằng khí nén, điện từ hai phía, mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong ứng dụng Với cấu trúc 3 vị trí và 5 cửa, trong đó cửa số 1 là cửa nguồn khí, van khí nén 5/3 cho phép điều khiển dòng khí một cách chính xác và hiệu quả.
Van 5/3 là dòng van điều khiển xi lanh dừng ở giữa hành trình, với cửa 2 và 4 là cửa làm việc, còn cửa 3 và 5 là cửa thoát khí Đặc tính nổi bật của van này là có thể dừng ở vị trí giữa, ngoài ra còn có thể điều khiển xi lanh khí nén đi hết hành trình và về hết hành trình.
Ta chọn: Van 5/3 4V130-06 của hãng Airtac
Hình 5.35 Van điện từ khí nén 4V130-06 [15]
Tính toán chọn cảm biến
Cảm biến 1 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, được đặt phía trên thùng chứa cơm cháy Khi cảm biến này ghi nhận tín hiệu có cơm cháy trong máng, nó sẽ kích hoạt Xi lanh 2 điều khiển nắp thùng phôi mở ra, cho phép cơm cháy rơi xuống máng dẫn Để đảm bảo hoạt động chính xác, cảm biến 1 cần có độ chính xác cao, khả năng nhận diện vật trong môi trường có rung lắc và kích thước nhỏ gọn để thuận tiện lắp đặt.
Hình 5.36 Gá đặt cảm biến 1
- Khoảng cách cảm biến : 25 mm
- Vị trí đặt cảm biến : thẳng đứng
- Tốc độ xử lý cảm biến : nhanh
- Độ chính xác cần thiết của cảm biến : cao
- Môi trường làm việc : Nhiệt độ phòng, khu vực cảm biến rung ít
- Hình dáng đầu cảm biến : Loại hình trụ, đường kính ≤18mm
Cảm biến 2 đóng vai trò quan trọng trong quy trình đóng gói, được gắn nằm ngang trên thân máy bên cạnh máng dẫn Khi cơm cháy rơi xuống máng dẫn từ thùng chứa, cảm biến này ghi nhận tín hiệu và điều khiển xi lanh 3 đẩy phôi vào cơ cấu đóng gói Để đảm bảo hiệu suất cao, cảm biến này cần có độ chính xác cao, tốc độ xử lý nhanh và thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi cho việc lắp đặt.
Hình 5.37 Gá đặt cảm biến 2
- Khoảng cách cảm biến : 20 mm
- Vị trí đặt cảm biến : nằm ngang
- Tốc độ xử lý cảm biến : nhanh
- Độ chính xác cần thiết của cảm biến : cao
- Môi trường làm việc : Nhiệt độ phòng, khu vực cảm biến rung ít
- Hình dáng đầu cảm biến : Loại hình trụ, đường kính ≤18mm
Kết luận: Dựa vào điều kiện làm việc nên ta chọn: Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-
D80NK cho 2 cảm biến 1 và 2
Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh và giảm thiểu nhiễu nhờ mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Đặc biệt, cảm biến này cho phép chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, giúp người dùng linh hoạt điều chỉnh theo nhu cầu Ngoài ra, cảm biến hồng ngoại E18-D80NK sử dụng tín hiệu IR để phát hiện vật cản, giúp tín hiệu thu được không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng của đèn sợi tóc hoặc ánh sáng mặt trời, đảm bảo độ chính xác cao.
Hình 5.38 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 Nguồn: Internet
• Dạng đóng ngắt: Thường mở (NO - Normally Open)
• Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN)
• Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
• Khoảng điều chỉnh cảm biến: 7~30cm
• Khoảng cách phát hiện vật cản: 0~30cm
• Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
• Có thể điều chỉnh khoảng cách nhận của cảm biến bằng biến trở tinh chỉnh
• Dòng kích ngõ ra: 300mA
• Ngõ ra dạng NPN cực thu hở cần thêm trở kéo lên VCC (khoảng 1~10k Ohm) trước khi giao tiếp với Vi điều khiển
• Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
• Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập
Phân tích, chọn nhiệt độ hàn miệng túi
Túi hút chân không mà nhóm chọn được làm từ vật liệu nhựa PA, chuyên dùng để bảo quản hàng hóa, thực phẩm trong môi trường chân không
Túi hút chân không là loại bao bì màng ghép phức hợp hiện đại, được thiết kế để đảm bảo bề mặt sạch sẽ và không bụi bám vào thành túi Nhờ đó, túi hút chân không PA là lựa chọn lý tưởng để đựng các sản phẩm đồ khô và thực phẩm, giúp bảo quản chúng một cách tốt nhất.
Các loại túi hút chân không PA được sản xuất trên dây chuyền hiện đại, tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình và nội quy nhà xưởng an toàn vệ sinh thực phẩm, giúp giảm giá thành sản phẩm mà vẫn đảm bảo chất lượng Nhờ đó, túi hút chân không PA có giá thành khá rẻ so với các loại túi đựng sản phẩm khác trên thị trường, mang lại lợi ích cho người tiêu dùng.
Khi đóng gói hàn miệng túi, đặc tính quan trọng cần lưu ý là nhiệt độ nóng chảy của vật liệu làm túi, bề dày của túi và cách thức hàn miệng túi Túi hút chân không bằng nhựa PA là lựa chọn phổ biến trên thị trường, với kích thước tiêu chuẩn 180x200(mm), mang lại độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt, không bị biến dạng trong khoảng nhiệt độ từ 40°C đến 110°C.
Nhiệt độ nóng chảy (PA) của vật liệu là 220°C, do đó, khi lựa chọn túi cần hàn, nhiệt độ phù hợp là yếu tố quan trọng Nếu nhiệt độ hàn quá cao, có thể xảy ra hiện tượng chập cháy, trong khi nhiệt độ quá thấp sẽ dẫn đến mối hàn không chắc chắn, dễ bị hở và rách Việc lựa chọn nhiệt độ hàn phù hợp sẽ giúp đảm bảo chất lượng mối hàn và an toàn trong quá trình sử dụng.
Nhiệt độ niêm phong của túi cũng phụ thuộc vào phương pháp hàn Phương pháp này sử dụng dây điện trở hợp kim niken-crom, loại dây điện trở đốt nóng thông dụng, để hàn miệng túi Ưu điểm của loại dây này là khả năng chịu nhiệt cao, có thể lên tới 1100°C, giúp đảm bảo chất lượng niêm phong.
Việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp khi hàn túi phụ thuộc vào độ dày của túi và vật liệu của túi Ngoài ra, thời gian hàn cũng là yếu tố quan trọng cần được quan tâm để đảm bảo miệng túi sau khi hàn đạt được độ bền tối đa.
Kết luận: Dựa vào các tài liệu tham khảo [13] và từ việc khảo sát máy thực tế, nhóm nhận thấy là 100°C nhiệt độ lý tưởng để hàn miệng túi.
Tính toán chọn van hút chân không
5.7.1 Giới thiệu van hút chân không
Van chân không là thiết bị quan trọng giúp tạo môi trường chân không cho bao bì, bảo quản sản phẩm tốt và gọn gàng hơn Với thiết kế đa dạng từ các nhà sản xuất uy tín như SMC, STNC, Airtac, van chân không hiện nay được làm từ nhựa cao cấp hoặc hợp kim nhôm, đáp ứng nhu cầu lắp đặt trong nhiều hệ thống sản phẩm và quy trình đóng gói khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của van chân không dựa trên việc tăng vận tốc của áp suất, chuyển đổi năng lượng áp suất thành vận tốc cao nhất quanh vòi Quá trình này tạo ra một vùng áp suất thấp trong khoang hút của van, thấp hơn áp suất không khí của vùng hút Do đó, không khí trong vùng hút sẽ bị hút ra ngoài và thải ra ngoài van qua ống nhánh hút, tạo ra một dòng chảy liên tục.
Van hút chân không là thiết bị đa dạng mẫu mã, có nhiều ứng dụng khác nhau tùy theo mục đích sử dụng, phù hợp với nhiều hệ thống máy móc, thiết bị trong công nghiệp Thiết bị này có thể đáp ứng nhu cầu của các công ty, nhà xưởng quy mô lớn cũng như quy mô nhỏ, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất và vận hành.
➢ Ứng dụng trong các ngành sản xuất bao bì, đóng gói sản phẩm đặc biệt là thực phẩm đóng gói
➢ Ứng dụng trong đóng gói các sản phẩm khô, dạng hạt như đồ ăn nhanh : bánh kẹo, mì ăn liền,…
➢ Ứng dụng trong ngành sản xuất với các sản phẩm liên quan tới thủy tinh, nhựa dẻo hoặc các thiết bị điện tử
➢ Ứng dụng hút chân không giúp giữ, di chuyển các sản phẩm đóng gói đơn giản và hiệu quả
➢ Ứng dụng trong nhiều hệ thống, thiết bị đóng gói hàng hóa quần áo, trong các ngành sản phẩm khác có liên quan và trong hệ thống dân sinh.
Hình 5.39 Bộ tạo chân không SMC
Hình 5.40 Van hút chân không khí nén ZK của STNC
5.7.2 Tính toán chọn van hút chân không
* Thể tích túi chân không
Hình 5.41 Kích thước phần túi chứa cơm cháy
Khi mở miệng túi thì phần kích thước chứa cơm cháy sẽ tạo thành hình hộp chữ nhật có kích thước: 130x145x30 (mm)
Hình 5.42 Kích thước phần túi chưa cơm cháy sau khi mở
Vậy thể tích phần túi chứa cơm cháy là:
* Thể tích miếng cơm cháy
Hình 5.43 Kích thước tổng thể của miếng cơm cháy
Thể tích miếng cơm cháy:
* Lưu lượng hút cần thiết:
S: Lưu lượng hút cần thiết
V: thể tích khí cần hút t: Thời gian cần hút: t = 3s
Kết luận: Dựa vào lưu lượng đã tính và điều kiện kinh tế nên nhóm đã chọn van tạo khí nén ZK-08 của STNC để sử dụng
Hình 5.44 Van khí nén tạo chân không ZK-08
Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật của van ZK-08
Model ZK-08 Áp suất cung cấp 0,1 ~ 1,6 (Mpa)
Lưu lượng hút 63 (l/ph) Độ chân không -91,8 (Kpa)
Nguyên lý hoạt động của van tạo chân không dựa trên hiệu ứng Venturi, cho phép tạo ra áp suất thấp bằng cách tận dụng sự chênh lệch áp suất trong dòng khí nén Khi khí nén áp suất cao được cấp vào cổng P, vận tốc của dòng khí nén tăng lên tại vòi thắt bên trong van, dẫn đến giảm áp suất Sự chênh lệch áp suất này làm cho không khí bị hút vào cổng A, tạo ra môi trường chân không cần thiết cho các ứng dụng khác nhau.
5.7.3 Tính toán lực hút chân không
Theo thông số kỹ thuật của van ZK-08, lực hút đạt 91,8 Kpa Tuy nhiên, trong thực tế, lực hút có thể thay đổi đáng kể do nhiều yếu tố ảnh hưởng như tổn thất do thay đổi tiết diện ống dẫn, ma sát trong đường ống dẫn và hiện tượng tách dòng.
Hình 5.45 Sơ đồ hệ thống hút chân không
* Tổn thất do tiết diện thay đổi
Không khí từ miệng hút có tiết diện S1 sẽ đi qua ống có tiết diện S2, sau đó hợp dòng với không khí từ hai ống hút qua đầu nối chữ T và đi vào đầu hút của van hút ZK-08 trước khi được xả ra ngoài.
Tổn thất áp suất trong ống có tiết diện thay đổi (ΔPE) được tính theo công thức: ΔPE = ( S 1
- ρn = 1,29 (kg/m 3 ) : Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái chuẩn
- v (m/s): Vận tốc của dòng chảy
Theo thiết kế, ta có diện tích tiết diện miệng ống hút là: S1 = 15,14(𝑚𝑚 2 ) = 1,514.10 -
Hình 5.46 Kích thước miệng hút
Ta sử dụng dây khí nén phi 6mm dày 1mm,nên đường kính trong ống là 4mm Ta tính được tiết diện bên trong là S2 =r 2 π=0,002 2 π = 1,26.10 -5 (m 2 )
Lưu lượng chất lưu được định nghĩa bằng công thức
A = v 𝑆 1 (5) Trong đó : - A : lưu lượng của chất lưu (𝑚 3 /s)
- v: tốc độ dòng chảy của chất lỏng (m/s)
- S: diện tích của ống dòng (m 2 )
Lưu lượng không khí trong một đơn vị thời gian được xác định bởi van ZK-08 là 63 l/phút Khi sử dụng hai ống hút có tiết diện bằng nhau, mỗi ống sẽ hút một lưu lượng không khí như nhau, tương đương 31,5 l/phút hoặc 5×10 -4 m³/s Tốc độ của dòng khí qua miệng ống hút được tính toán dựa trên giá trị lưu lượng này.
1,514𝑥10 −5 = 33,3(m/s) Suy ra tổn thất áp suất trong ống có tiết diện thay đổi ΔPE : ΔPE = ( 1,514
* Tổn thất do tách dòng
Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi tách dòng (ΔPa) được tính theo công thức: ΔPa = ξ ρ.v 2
- ρn = 1,293 (kg/m 3 ): Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái chuẩn
- v (m/s): Vận tốc của dòng chảy
Với tỷ lệ lưu lượng của hai ống tách dòng là bằng nhau vì có cùng tiết diện Góc rẽ nhánh = 90 o nên ta chọn được hệ số cản 𝜉 = 1,3 [12]
Tốc độ của dòng khí qua ống dẫn là : v2= 𝐴
1,26𝑥10 −5 = 40 (m/s) Tổn thất áp suất trong ống dẫn do tách dòng ΔPa : ΔPa = 2x( 1,3x 1,29𝑥40
* Tổn thất trong đường ống dẫn
Tổn thất áp suất trên đường ống khí nén là hiện tượng giảm áp suất xảy ra khi dòng không khí di chuyển trong đường ống, thường do ma sát giữa không khí với bề mặt thành ống Đây là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong thiết kế hệ thống, vì giảm thiểu tổn thất áp suất ở mức tối đa có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tăng hiệu suất hệ thống.
Tốc độ của dòng khí từ ống nối chữ T đến van hút chân không là : v3= 2𝐴
1,26𝑥10 −5 = 80 (m/s) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (ΔPR) được tính theo công thức: ΔPR = 𝜆 𝑙.𝜌.𝑣 2
Trong đó : l [m] : Chiều dài ống dẫn ρn = 1,293 [kg/m 3 ] : Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái chuẩn
Pn = 1,013 [bar] Áp suất ở trạng thái tiêu chuẩn v [m/s] Vận tốc của dòng chảy d [m] Đường kính ống dẫn
𝑅𝑒 Hệ số ma sát ống có giá trị cho ống trơn và chảy tầng
Vn = 13,28.10 -6 [m 2 /s] Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn
Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn thẳng của hệ thống hút là tổng tổn thất áp suất trên các đoạn đường ống dẫn thẳng từ nút chữ T tới van ZK-08 và hai đoạn dây dẫn từ hai đầu hút tới nút chữ T Do sự khác biệt về tốc độ của dòng khí trước và sau khi tách dòng với nút chữ T, tổn thất áp suất cần được tính toán trên cả hai đoạn đường ống dẫn thẳng này.
Với đoạn dây từ nút chữ T tới van ZK-08 :
Hệ số ma sát ống : 𝜆 1 = 64
24096= 2,7𝑥10 −3 Với đoạn dây từ ống hút tới nút chữ T :
Hệ số ma sát ống : 𝜆 2 = 64
12048= 5𝑥10 −3 Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng ΔPR : ΔPR = 𝜆 1 𝑙 1 𝜌.𝑣 2 2
2×0,004 = 2038 (Pa) Với van tạo chân không ZK-08, ta có theo thông số P= 91,8 (Kpa) = 91800 (Pa)
Vậy lực hút tính toán có giá trị :
Vậy lực hút thực tế của van là: 87027 (Pa) = 87 (Kpa)
Các thành phần chính của máy
Hình 6.1 Các thành phần chính của máy
Bảng 6.1 Các thành phần chính của máy
STT Tên gọi Chức năng
1 Khung máy Định hình kết cấu và gá đặt các cụm chi tiết
2 Cụm hàn miệng túi Ép miệng túi để hút chân không kết hợp hàn miệng túi
3 Cụm mở miệng túi Mở miệng túi theo chiều dọc để cơm cháy được đẩy vào
4 Cụm căng miệng túi và hút chân không
Căng miệng túi theo chiều ngang và hút chân không
5 Cụm cấp cơm cháy Lưu trữ cơm cháy và cấp cơm lần lượt
Chế tạo
Nhóm đã sử dụng bản thiết kế 3D từ phần mềm Solidwork để xuất bản vẽ 2D và bắt đầu quá trình gia công Để tối ưu hóa chi phí, nhóm đã xem xét và kết hợp các phương pháp gia công đã được học, đồng thời tham khảo kinh nghiệm từ các thế hệ đàn anh đi trước Các phương pháp gia công chính được áp dụng trong đồ án này bao gồm hàn que, cắt laser, chấn, phay CNC, tiện CNC và in 3D.
Hình 6.2 Phương pháp gia công cắt laser
Hình 6.3 Phương pháp gia công chấn
Hình 6.4 Phương pháp gia công Phay CNC
Hình 6.5 Phương pháp gia công Tiện CNC 6.2.1 Chế tạo cụm hàn miệng túi a) Hình thiết kế trên Solidwork b) Sản phẩm sau khi gia công và lắp ráp
Hình 6.6 Cụm hàn miệng túi
6.2.2 Chế tạo cơ cấu mở miệng túi a) Hình thiết kế trên Solidwork b) Sản phẩm sau khi gia công và lắp ráp
Quá trình chế tạo chi tiết căng miệng túi và hút chân không là một bước quan trọng trong sản xuất Hình 6.7 minh họa cụm mở miệng túi, trong khi hình thiết kế trên phần mềm Solidwork cho thấy thiết kế chi tiết của bộ phận này Sau khi gia công và lắp ráp, sản phẩm cuối cùng đã được hoàn thiện, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và chất lượng cao.
Hình 6.8 Chi tiết căng miệng túi và hút chân không
6.2.4 Chế tạo cụm cấp cơm cháy a) Hình thiết kế trên Solidwork b) Sản phẩm sau khi gia công và lắp ráp
Hình 6.9 Cụm cấp cơm cháy 6.2.5 Chế tạo khung a) Hình thiết kế trên Solidwork b) Sản phẩm sau khi gia công và lắp ráp
6.2.6 Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện:
Hình 6.11 Cắt sắt để làm khung
Hình 6.13 Khoan lỗ trên khung
Kết quả chế tạo
1 Lắp tấm trước và tấm sau lên khung máy bằng vít Lắp tấm dẫn hướng lên tấm sau Lắp các chân tăng chỉnh vào khung máy
3 Lắp các con trượt và ty dẫn hướng vào cụm xilanh 3 sau đó lắp lên tấm sau
3 Lắp nắp thùng phôi lên tấm giá xilanh 1 sau đó lắp lên thùng phôi Lắp ráp giá đỡ trước, giá đỡ sau vào thùng phôi sau đó lắp lên tấm sau
4 Lắp đầu hút chân không vào xilanh 5, 5’ sau đó lắp lên tấm gá xi lanh 5 Lắp 2 tấm gá xi lanh 5, 5’ lên khung máy
6 Lắp tấm mở miệng túi lên đầu xi lanh 4 sau đó gắn lên tấm gá xi lanh 4 Lắp tấm gá xi lanh
7 Lắp các tấm kẹp, ty dẫn hướng, lò xo vào chi tiết đầu xi lanh 6 sau đó gắn vào xi lanh 6 6’ Lắp xi lanh 6, 6’ lên tấm gá xi lanh 6 sau đó gắn tấm gá lên khung máy
68 Hình 6.14 Mô hình 3D trên phần mềm Solidworks
Hình 6.15 Mô hình chế tạo thực tế
Hệ thống điều khiển
6.4.1 Lựa chọn bộ điều khiển
PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ điện tử hoạt động số được thiết kế để sử dụng trong môi trường công nghiệp, cho phép lưu trữ các chỉ lệnh định hướng người sử dụng để thực thi các chức năng xác lập như logic, tuần tự, định thì, đếm và số học PLC được sử dụng để điều khiển các loại máy móc khác nhau hay các quá trình thông qua tín hiệu vào và ra ở dạng số hay tương tự Tại Việt Nam, hai hãng PLC phổ biến nhất hiện nay là Siemens và Mitsubishi, được ưa chuộng nhờ giao diện dễ sử dụng, lập trình đơn giản và giá thành hợp lý, đáp ứng nhu cầu của nhiều công ty, doanh nghiệp và trường cao đẳng, đại học trong nước.
* Lựa chọn board PLC Mitsubishi FX2N-32MT
Thiết bị hỗ trợ đóng gói cơm cháy được điều khiển bởi Board PLC Mitsubishi FX2N-32MT, lựa chọn này dựa trên số lượng input và output lớn của thiết bị, bao gồm 2 cảm biến quang, bộ gia nhiệt, van hút chân không và 8 xi lanh khí nén Sự lựa chọn này cũng được xem xét dựa trên yếu tố kinh tế và số lượng thiết bị điện cần điều khiển, giúp tối ưu hóa hiệu suất và chi phí vận hành của hệ thống.
Hình 6.16 Board PLC Mitsubishi FX2N-32MT
6.4.2 Các chi tiết trong bộ điều khiển
Bảng 6.2 Bảng kê các thiết bị điện
STT Tên thiết bị Hình ảnh Số lượng
7 Đèn tín hiệu (màu đỏ) 1
8 Đèn tín hiệu (màu xanh) 1 Đèn tín hiệu (màu vàng) 1
Bảng 6.3 Bảng kê các thiết bị khí nén
STT Tên thiết bị Hình ảnh Số lượng
Xi lanh 1 trục MI10-15CA
Xi lanh 1 trục MI10-30SCA
Xi lanh 1 trục MA16-350SCM
7 Cảm biến hành trình xi lanh 18
8 Van khí nén điện từ
9 Van khí nén điện từ
Hình 6.17 Lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển
6.4.4 Thiết kế mạch khí nén
Hình 6.18 Biểu đồ trạng thái hoạt động
Hình 6.19 Sơ đồ mạch động lực 6.4.5 Chương trình lập trình PLC
Chương trình điều khiển thiết bị được xây dựng trên nền tảng phần mềm GX-Works2 của Mitsubishi, một công cụ lập trình chuyên dụng cho các dòng PLC hiện đại của hãng này.
Hình 6.20 Phần mềm GX Works 2
Sử dụng ngôn ngữ: Ladder logic
Ladder Logic là ngôn ngữ lập trình PLC đồ họa được sử dụng để lập trình PLC, còn được biết đến với các tên gọi khác như sơ đồ bậc thang (ladder diagram “LD”) hay LAD Ngôn ngữ này thể hiện các hoạt động logic thông qua các ký hiệu tượng trưng, tạo thành các nấc thang logic giống như một cái thang, từ đó có tên là “Ladder Logic” hay sơ đồ bậc thang.
6.4.5.3 Khai báo địa chỉ Input và Output
Bảng 6.4 Bảng địa chỉ Input và Output
6.4.5.4 Sơ đồ đấu nối cho hệ thống
Hình 6.21 Sơ đồ đấu nối PLC 6.4.5.5 Trình tự hoạt động
Khi nhấn nút Start, đèn Start sẽ sáng lên (X20) Nếu cảm biến CB1 (X21) phát hiện có cơm cháy trong thùng phôi, xi lanh 1 (Y1) sẽ đi ra giữ miếng cơm cháy và đồng thời xi lanh 4 (Y4) sẽ đi về Tiếp theo, xi lanh 2 (Y2) sẽ đi ra mở nắp thùng phôi để cơm cháy rơi xuống máng dẫn Khi cảm biến CB2 (X22) phát hiện có cơm cháy trong máng dẫn, xi lanh 3 (Y3) sẽ đi ra đẩy cơm cháy vào túi và sau đó đi về, đồng thời xi lanh 2 (Y2) sẽ đi về Sau đó, xi lanh 1 (Y1) sẽ đi về và xi lanh 4 (Y4) sẽ đi ra Quá trình này sẽ tiếp tục với các xi lanh khác để hoàn thành chu trình.