Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu tự động hóa quá trình lấy sản phẩm bánh tráng rế

Qua đó, ta có thể chọn được các chuyển động phù hợp và đề ra giải pháp vận chuyển bánh, từ đó đi đến thiết kế máy vận chuyển bánh tráng rế tự động nhằm đạt được năng suất, chất lượng cao

TỔNG QUAN 6s 1 Giới thiệu sản phẩm bánh tráng rế

Quy trình công nghệ sản xuất bánh tráng rế

2.1 Quy trình sản xuất bánh tráng rế thủ công

Công nghệ bột là yếu tố quan trọng và quyết định đến chất lượng của bánh tráng rế Qua việc khảo sát và tìm hiểu một số nơi làm bánh tráng rế như công ty COFIDEC, xí nghiệp thực phẩm Cầu Tre, công ty Vissan thì hỗn hợp bột làm bánh tráng rế bao gồm các thành phần chính như sau : 60% bột gạo xay nhuyễn;

HVTH: Nguyễn Huỳnh Đức Tiến

20% bột mì tinh; 4% bột nếp; 4% đậu nành, đậu xanh; 3% muối; 3% đường và 6% các phụ gia khác

Bột gạo có tác dụng tạo sợi, bột mì tinh có tác dụng làm cho sợi bột dẽo dai, bột nếp làm cho sợi bột sau khi chín xốp và các thành phần còn lại làm cho bánh thơm ngon

Qui trình sản xuất bánh tráng rế như sau:

Hình 1.4 Quy trình sản xuất bánh tráng rế

- Nguyên liệu: đường, muối, CMC, Natri polyphosphate, Benzoat Natri vào hỗn hợp bột

- Phối trộn: hỗn hợp bột này được phối trộn lại với nhau và bóp cho nhuyễn

Cho hỗn hợp nước vào nhằm cho tinh bột hút nước đều, tạo được khối bột nhào đồng nhất, tinh bột trương nở một phần, tạo vị cho sản phẩm sau này

- Nhào bột: Sau khi phối trộn, hỗn hợp bột và gia vị được nhồi đều cho thật mịn đến khi thành một khối bột nhão đồng nhất, thời gian nhào bột khoảng 20÷30 phút Nếu thấy khối bột nhào hơi khô ta thêm khoảng 20 - 50 ml nước để cho dung dịch bột sền sệt

Hình 1.5 Cho nước vào dung dịch bột

- Rế bột: nhằm tạo hình cho sản phẩm bánh tráng rế Sản phẩm phải có hình dạng tấm lưới (rế) rõ ràng, vân lưới đều, đẹp

Hình 1.6 Thao tác rế bột

- Ủ: Sau khi lấy bánh ra để bánh rãi đều trong một cái rổ lớn rồi ủ cho bánh nguội đều rồi mới xếp bánh lại

- Vô bao: Bánh đã để nguội sẽ được xếp lại thành một xấp cho vào bao bì rồi hàn kín miệng lại Khi xếp bánh không xếp hai bánh có cùng một mặt vào nhau vì như vậy bánh sẽ dính lại và khó tách rời ra

- Thành phẩm: Thời gian bảo quản bánh tráng rế là 1 năm từ ngày sản xuất

Bánh tráng rế được bảo quản ở nhiệt độ thường

Hình 1.7 Thành phẩm bánh tráng rế

2.2 Quy trình sản xuất bánh tráng rế cơ khí

Ngày nay, chúng ta đã có máy sản xuất bánh tráng rế với quy mô bán tự động

Với nguyên lý hoạt động như sau: Động cơ quay truyền động cho cơ cấu tay quay con trượt Lon bột gắn trên tay biên sẽ chuyển động với biên dạng elip Các lỗ dưới đáy lon bột cũng sẽ chuyển động theo những quỹ đạo dạng elip và rãi những sợi bột lên mâm tráng Bột được chứa trong thùng, bột được dẫn tới các đầu phun bột thông qua hệ thống dẫn

Phía dưới lon bột được bố trí đĩa chiên luôn quay tròn nhờ động cơ thông qua hệ thống bánh xích Bên trong các đĩa được bố trí bộ phận gia nhiệt nhằm mục đích cung cấp nhiệt cho các đĩa để chiên chín bánh

Hình 1.8 Máy sản xuất bánh tráng rế

Sau khi lon rải bột hoàn tất việc phun bột lên đĩa, đĩa này được phân độ tới vị trí khác để có thể phun bột lên đĩa tiếp theo Khi quá trình phun cho đĩa kế tiếp hoàn tất thì trong thời gian đó bánh của đĩa trước đã chín và được lấy ra ngoài sau đó ta chỉ cần quét lớp mỡ lên bề mặt đĩa này và chuẩn bị phân độ tiếp Quá trình tạo ra bánh tráng rế được lặp lại liên tục như trên.

Tình hình nghiên cứu hiện nay

Hiện nay, bánh tráng rế vẫn chưa được sản xuất với quy mô tự động hóa hoàn toàn mà chỉ dừng lại ở quy trình sản xuất bánh tráng rế bán tự động với sự ra đời của máy sản xuất bánh tráng rế bán tự động Đây là đề tài cấp trường của trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Sáng chế đề cập đến thiết bị sản xuất bánh tráng rế bán tự động kết hợp 2 chuyển động, lon bột (phía dưới đáy lon bột được đục một hàng lỗ) chuyển động theo quỹ đạo elip và đĩa tráng bánh chuyển động quay tròn

Bên cạnh đó, bánh tráng rế vẫn còn sản xuất chủ yếu ở dạng thủ công Một vài công ty đưa máy vào sản xuất nhưng chỉ dừng lại ở máy bán tự động, chưa có dây chuyền tự động sản xuất

Bánh tráng rế làm ra tuy đạt chất lượng bánh như yêu cầu nhưng năng suất chưa cao

Bánh tráng rế là sản phẩm do người Việt nghĩ ra nên những máy móc làm bánh tráng rế chủ yếu do nước ta nghĩ ra Sản phẩm bánh tráng rế dưới dạng chả giò rế đã được rất nhiều công ty xuất khẩu đi rất nhiều nước như: Hàn Quốc, Mỹ, Nhật

… nhưng nước ngoài chưa có những máy chuyên làm bánh tráng rế

Vì nhu cầu sản xuất bánh tráng rế ngày càng cao không chỉ trong nước mà còn xuất khẩu đi nước ngoài, nên các công ty sản xuất ở Việt Nam rất quan tâm đến năng suất, chất lượng sản phẩm nhất là qui trình công nghệ sản xuất chuyển đổi từ thủ công sang dây chuyền tự động hóa

Trước đây, đã có học viên cao học thực hiện việc Nghiên cứu về máy sản xuất bánh tráng rế tự động, nhưng chỉ dừng lại ở mức bán tự động Do chỉ thực hiện việc tạo bánh và cần một công nhân đứng để lấy bánh ra khỏi máy, điều đó làm cho năng suất chưa được cao

Trước thực tiễn đó, dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Doãn Sơn Khoa Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa TP.HCM và tham khảo những đề tài của các anh chị khóa trước, tôi tiến hành nghiên cứu vấn đề này và xây dựng thành một đề tài cao học Đề tài: “Nghiên cứu tự động hóa quá trình lấy sản phẩm bánh tráng rế” nhằm đưa ra giải pháp cơ khí hóa, tự động hóa để đạt năng suất - chất lượng cao thay đổi phương pháp sản xuất thủ công, truyền thống tiến đến thành lập dây chuyền tự động

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, bánh tráng rế được sản xuất bằng phương pháp thủ công là chủ yếu

Với Phương pháp thì còn nhiều khuyết điểm như năng suất thấp, vân không đều, không đảm bảo vệ sinh thực phẩm…

Do đó, phương pháp sản xuất dần được thay thế bằng máy bán tự động Tuy nhiên, máy sản xuất bánh bán tự động vẫn chỉ dừng lại ở quá trình tạo bánh, quá trình lấy bánh vẫn cần đến người công nhân Vì vậy, phương pháp này vẫn còn nhiều khuyết điểm như năng suất thấp, phụ thuộc vào khả năng của người công nhân, không đảm bảo vệ sinh thực phẩm

Bánh tráng rế vẫn chưa được sản xuất với quy mô tự động hóa hoàn toàn mà chỉ dừng lại ở quy trình sản xuất bánh tráng rế bán tự động

Vì vậy để thay thế phương pháp thủ công, bán tự động bằng phương pháp cơ khí hoá, tự động hóa thì việc nghiên cứu máy vận chuyển bánh tráng rế với năng suất cao và ổn định bằng các phương án sử dựng khí động lực học là một trong những nội dung quan trọng, cấp thiết nhằm đi đến tự động hóa hoàn toàn trong sản xuất.

Mục tiêu luận văn

Nắm vững các nguyên lý về động lực học, từ đó đưa ra các phương án vận chuyển tráng rế Đưa ra giải pháp vận chuyển bánh tráng rế để ứng dụng trong thiết bị tự động sản xuất bánh tráng rế.

Ý nghĩa của Luận Văn

6.1 Ý nghĩa khoa học Áp dụng các cơ sở về lý thuyết cơ học, khí động học và quy hoạch thực nghiệm mang tính khoa học và hiện đại nhằm thỏa mãn các yêu cầu đề ra

Giải mã công nghệ làm bánh tráng rế tự động là chìa khóa tiếp cận và theo kịp nền khoa học kỹ thuật hiện đại của thế giới

Với kiến thức đã học kết hợp với toán học và máy tính, ta có thể giải mã được các kỹ thuật về chế tạo máy và lựa chọn các phương án vận chuyển bánh

MSHV: 1570820 Trang 16 tráng rế Cụ thể, ta sử dụng các cơ cấu cơ khí, khí nén để có thể đưa ra quỹ đạo chuyển động trong quá trình vận chuyển của bánh Sau đó, ta sử dụng quy hoạch thực nghiệm để thử nghiệm và đưa ra các phương án tối ưu cho các thông số của máy

Qua đó, ta có thể chọn được các chuyển động phù hợp và đề ra giải pháp vận chuyển bánh, từ đó đi đến thiết kế máy vận chuyển bánh tráng rế tự động nhằm đạt được năng suất, chất lượng cao tiến đến thành lập dây chuyền tự động hóa sản xuất.

Nội dung thực hiện của Luận Văn

Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:

- Đề xuất một số phương án lấy bánh tráng rế

- Lựa chọn phương án thiết kế

- Tính toán thiết kế cơ cấu máy tạo hình bánh tráng rế

- Tính toán thiết kế, chế tạo máy vận chuyển bánh tráng rế

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG

Phương pháp lấy bánh tráng rế bằng hệ thống xylanh khí nén

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý 1

1 – Xẻng múc bánh; 2 – Xylanh xoay; 3 – Mâm gá xylanh xoay; 4 – Tấm lót xylanh tịnh tiến; 5 – Xylanh tịnh tiến; 6 – Tấm lót dưới xylanh tịnh tiến;

7 – Xylanh tịnh tiến; 8 – Tấm lót trên xylanh tịnh tiến; 9 – Chi tiết giữ trục lăn; 10 – Chi tiết kẹp trục lăn, 11 – Trục lăn (gồm trục, ổ bi và chốt định vị);

13 – Chi tiết giữ lò xo; 14 – Lò xo kéo trục lăn

1.2 Nguyên lý hoạt động - Bước 1: Xylanh tịnh tiến (7) đưa Xẻng múc bánh (1) vào một khoảng 80 mm

Khi Xẻng múc bánh (1) đi vào sẽ tiếp xúc vào Trục lăn (11), đưa Trục lăn (11) đi lên thông qua hai Chi tiết kẹp trục lăn (10); hai Chi tiết kẹp trục lăn (10) và Trục lăn (11) di chuyển đi lên một góc 5 độ qua tâm O

Hình 2.3: Xylanh tịnh tiến (7) tịnh tiến 80 mm

- Bước 2: Sau khi đã kẹp được bánh, Xylanh xoay (2) sẽ xoay một góc 90 độ để mang bánh từ Đĩa chiên (12) ra ngoài

Hình 2.4: Xylanh xoay (2) xoay sang phải một góc 90 độ

Khi vận chuyển bánh ra khỏi Đĩa chiên (12), bánh tráng rế được kẹp bởi Xẻng múc bánh (1) và Trục lăn (11), nhờ lực kéo F1 của Lò xo (14) kéo cả cụm Chi tiết

Trục lăn về phía Xẻng múc bánh (1) Từ đó, sinh ra lực kẹp F2 và F2’ của Xẻng múc bánh (1) và Trục lăn (11) để kẹt chặt bánh, giúp cho bánh không bị rơi ra ngoài trong quá trình vận chuyển của Xylanh xoay (2)

Hình 2.5: Lực kẹp giữ bánh tráng rế khi vận chuyển

- Bước 3: Sau khi Xylanh xoay (2) xoay một góc 90 độ mang bánh tráng rế ra khỏi Đĩa chiên (12) Xylanh tịnh tiến (7) sẽ di chuyển ngược lại 80 mm Khi đó, Xẻng múc bánh (1) và Trục lăn (11) sẽ không còn tác dụng lực kẹp lên bánh tráng rế nữa; bánh tráng rế sẽ rơi xuống vị trí mong muốn

Hình 2.6: Bánh tráng rế rơi xuống do Xylanh tịnh tiến trở về vị trí ban đầu

Cùng thời điểm Xylanh tịnh tiến (7) sẽ di chuyển ngược lại 80 mm, Xylanh tịnh tiến (5) cũng di chuyển lên 10 mm Mục đích của việc này là để khi Xylanh xoay (2) trở lại vị trí Đĩa bánh, Xẻng múc (1) tránh không bị va chạm vào Đĩa bánh, đảm bảo sự an toàn cho cơ cấu khi hoạt động

Hình 2.7: Xylanh tịnh tiến (5) di chuyển lên đảm bảo sự an toàn khi hoạt động

- Bước 4: Xylanh xoay (2) xoay một góc 90 độ trở về vị trí ban đầu, cơ cấu trở về vị trí ban đầu và kết thúc một chu kỳ

Hình 2.8: Xylanh xoay (2) trở lại vị trí ban đầu

Theo yêu cầu của khác hàng, thời gian rãi banh là 2s Vì vậy, toàn bộ thời gian của chu kỳ lấy sản phẩm bánh tráng rế là 2s Dựa vào mức độ quan trọng của từng công đoạn mà ta phân chia thời gian phù hợp, sau đó sẽ lựa chọn Xylanh phù hợp với chu kỳ đó

Sử dụng phần mềm Autodest Inventor để mô phỏng chuyển động của cơ cấu pháp lấy bánh tráng rế bằng hệ thống xylanh khí nén theo time chart dưới đây:

Hình 2.9: Time chart của hệ thống xylanh khí nén

Hình 2.10: Mô hình 3D được mô phỏng chuyển động

Phương pháp lấy bánh tráng rế bằng cơ cấu động cơ xoay

1 – Motor xoay; 2 – Thanh gá L; 3 – Thanh giữ Motor;

4 – Chi tiết giữ xẻng múc; 5 – Đĩa chiên; 6 – Xẻng múc bánh

- Khi bánh tráng rế đã được rãi bột, Mâm xoay chứa 5 Đĩa chiên sẽ xoay một góc 72 độ và dừng lại 2s để cơ cấu rãi bột ở Đĩa chiên tiếp theo

Hình 2.12: Chuyển động xoay của máy làm bánh tráng rế

- Trong thời gian đợi cơ cấu rãi bột, ta sử dụng Motor xoay (1) kết nối với Xẻng múc bánh (6) thông qua Chi tiết giữ xẻng múc (4)

Hình 2.13: Chuyển động của xẻng múc thông qua motor xoay

Hình 2.14: Chuyển động của xẻng múc ở các vị trí 0 o , 30 o và 90 o

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẢN XUẤT BÁNH TRÁNG RẾ CÓ PHƯƠNG ÁN LẤY SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG

Thiết kế thiết bị sản xuất bánh tráng rế

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý 1 – Lon rải bột, 2 – Cơ cấu bánh nhông – đai răng, 3 – Thùng chứa bột, 4 - Ống dẫn bột, 5 – Động cơ, 6 – Đĩa chiên bánh, 7 – Bộ gia nhiệt, 8 – Bộ truyền xích, 9 –

Khi động cơ (5) quay, thông qua hệ thống cơ cấu bánh nhông – đai răng (2) sẽ làm cho lon bột (1) chuyển động tròn Bột chứa trong thùng (3) dẫn tới lon bột (1) thông qua đường ống dẫn (4) Bột chảy ra khỏi lon bột (1) ở dạng sợi do đáy lon được khoan nhiều lỗ nhỏ Phía dưới lon chứa bột có bố trí đĩa chiên (6) luôn quay tròn nhờ động cơ (10) thông qua hệ thống truyền động xích (8) Bên trong các đĩa chiên có gắn bộ phận gia nhiệt (7) để cung cấp nhiệt cho đĩa chiên làm chín bánh

1.2 Cơ cấu máy tạo hình bánh tráng rế a) Khung máy Khung máy được làm bằng thép liên kết với nhau bằng các mối hàn và có kích thước như sau: 1400mm x 400mm x 500mm

Hình 3.2: Khung máy bánh tráng rế

MSHV: 1570820 Trang 33 b) Đĩa chiên Đĩa chiên được làm bằng inox thực phẩm SUS304 có đường kính 265mm phù hợp cho việc sản xuất các bánh tráng rế có đường kình 200mm và 160mm Máy bánh tráng rế này có 5 đĩa chiên được liên kết với nhau chuyển động quay tròn nhờ truyền động xích

Hình 3.3: Đĩa chiên Động cơ sử dụng để quay đĩa chiên là động cơ giảm tốc

Hình 3.4: Động cơ quay đĩa chiên Đĩa chiên được nung nóng là nhờ điện trở nhiệt và chúng ta có thể điều chỉnh nhiệt độ phù hợp là nhờ biến trở

Hình 3.5: Điện trở c) Mâm xoay Mâm xoay được làm bằng thép có đường kính 1140mm

Khi mâm xoay thực hiện chuyển động quay tròn nhờ cổ góp vành khuyên truyền dẫn điện lên trên

Bên cạnh đó, mâm xoay phân độ tương tứng với 5 vị trí của đĩa chiên để thực hiện thao tác rế bánh lên đĩa chiên là nhờ 1 động cơ quay và truyền chuyển động đến mâm xoay thông qua xích truyền động

Hình 3.8: Động cơ dùng cho mâm xoay d) Máy sản xuất bánh tráng rế Cuối cùng, chúng ta có máy tạo hình bánh tráng rế hoàn chỉnh với các chi tiết, bộ phận kể trên

Hình 3.9: Máy sản xuất bánh tráng rế

Thiết kế thiết bị lấy bánh tráng rế bằng giải pháp tự động

a) Tính toán lực đẩy F3 của Xylanh tịnh tiến (7) Xylanh tịnh tiến (7) chuyển động với khoảng đường S1 = 80mm trong khoảng thời gian t1 = 0,6 s

Ta tính được vận tốc của xylanh tịnh tiến (7):

Từ vận tốc, ta tính được gia tốc của chuyển động thẳng:

Lực tác động F3 của xylanh tịnh tiến (7) được tính dựa vào công thức Newton:

Trong đó: m 1  m rod _ Xylanh  m XenhMuc

Dựa vào phần mềm Autodest Inventor, ta chọn vật liệu của Xylanh và

XenhMuc là Stainless Steel với khối lượng riêng là 8000( / g cm 3 ), phần mềm tính được khối lượng của Cần Xylanh và Xẻng múc: m rod _ Xylanh 0, 323( kg )

Hình 3.10: Khối lượng cần xylanh tịnh tiến

Hình 3.11: Khối lượng của xẻng múc

Ta có, khối lượng của cụm chuyển động:

    b) Tính toán khả năng đáp ứng của Xylanh tịnh tiến (7) Áp suất hoạt động của Xylanh tịnh tiến (7) được tính theo công thức:

Do Xylanh tịnh tiến (7) thuộc loại Dual Rod Cylinder vì vậy lực tác động lên cả cụm F3 sẽ bằng bằng lực tác động lên mỗi cần của xylanh (F3’ và F3’’)

Hình 3.12: Sơ đồ lực đẩy của xylanh tịnh tiến

Vì vậy, áp suất hoạt động của Xylanh tịnh tiến (7): 1 3

Trong đó: A1 là tiết diện tiếp xúc với khí của bề mặt cần xylanh tịnh tiến (7):

Hình 3.13: Đường kính bề mặt tiếp xúc khí của cần xylanh

Ta chọn, Xylanh tịnh tiến (7) là xylanh có mã CXSM20M-80 của hãng SMC, với áp suất giới hạn của Xylanh:[ ] P 1 0, 7( MPa )700000( Pa )

  Do đó, Xylanh CXSM20M-80 đáp ứng được hoạt động của cơ cấu trên

MSHV: 1570820 Trang 39 c) Tính toán lực kẹp và lực chọn lò xo

- Lực kẹp F2 sinh ra từ Xẻng múc (1) Ta có sơ đồ lực từ mô hình 3D:

Hình 3.14: Mô hình 3D tại điểm tiếp xúc của xẻng múc và trục lăn

Hình 3.15: Sơ đồ phân tích lực kẹp sinh ra từ xẻng múc

Theo định lý Pitago, ta được:

- Lực kẹp F2’ sinh ra từ Trục lăn (11) bằng lực kẹp F2 sinh ra từ Xẻng múc (1) Dựa vào mô hình 3D, ta có sơ đồ phân tích lực:

Hình 3.16: Sơ đồ phân tích lực kẹp của trục lăn

Theo định lý Cosin, ta được hệ phương trình:

Giải hệ phương trình (3.7), ta được:

  Từ đó, ta có lực kéo của Lò xo (14) là F1 = 0,305 (N)

- Với lực kéo của Lò xo (14) là F1 = 0,305 (N), ta chọn Lò xo mã BWFSP-3-0.3- 71 của hãng Misumi, với thông số như sau:

Hình 3.17: Thông số của lò xo kéo

Ta có, công thức tính lực của lò xo kéo:

F i F  k L (3.8) với k là độ cứng của lò xo

Llà chiều dài kéo của lò xo

F 0 là lực kéo ở trạng thái tự nhiên của lò xo

Khi Lò xo (14) ở trạng thái ban đầu (trạng thái Xylanh tịnh tiến (7) chưa hoạt động), ta chọn L1 của Lò xo (14) bằng 78,3 (mm) Ta có, lực kéo F 1 ' :

Hình 3.18: Kích thước của lò xo kéo ở trạng thái L1

Khi Xylanh tịnh tiến (7) đưa Xẻng múc đi vào một khoảng 80 (mm), Xẻng múc sẽ tiếp xúc với Trục lăn (11) và tác động làm cho cả cụm chi tiết Trục lăn xoay một góc 5 độ Khi đó, Lò xo (14) sẽ bị kéo giãn ra khoảng 2,5 (mm)

Hình 3.19: Kích thước của lò xo kéo ở trạng thái L2

Do đó, Lò xo BWFSP-3-0.3-71 đáp ứng được hoạt động của cơ cấu trên

MSHV: 1570820 Trang 43 d) Tính toán khả năng đáp ứng Xylanh tịnh tiến (5)

- Xylanh tịnh tiến (5) chuyển động với khoảng đường S2 = 30mm trong khoảng thời gian t2 = 0,2s

Ta tính được vận tốc của xylanh tịnh tiến (5):

Từ vận tốc, ta tính được gia tốc của chuyển động thẳng:

Lực tác động F4 của xylanh tịnh tiến (5) được tính dựa vào công thức Newton:

Trong đó, khối lượng m2 bằng tổng khối lượng của các chi tiết: Xẻng múc bánh (1), Tấm lót dưới xylanh tịnh tiến (6), Xylanh tịnh tiến (7), Tấm lót trên xylanh tịnh tiến (8), Chi tiết giữ trục lăn (9), Chi tiết kẹp trục lăn (10) (2 pcs) và Trục lăn (gồm trục, ổ bi và chốt định vị) (11), Chi tiết giữ lò xo (13); Lò xo kéo trục lăn (14)

Dựa vào phần mềm Autodest Inventor, ta chọn vật liệu cho các chi tiết trên là Stainless Steel với khối lượng riêng là 8000( / g cm 3 ), phần mềm tính được khối lượng của các chi tiết như sau: m XenhMuc 0, 089( kg )

Hình 3.20: Khối lượng của xẻng múc

Hình 3.21: Khối lượng của Tấm lót dưới của xylanh

Hình 3.22: Khối lượng của Xylanh tịnh tiến CXSM20M-100

Hình 3.23: Khối lượng của Tấm lót trên của xylanh m ChiTietGiuTrucLan 0, 621( kg )

Hình 3.24: Khối lượng của Chi tiết giữ trục lăn

Hình 3.25: Khối lượng của Chi tiết kẹp trục lăn Đối với cụm Trục lăn, bao gồm:

• Chi tiết nhựa xanh: vật liệu Nhựa ABS, khối lượng riêng là 0,357( / g cm 3 )

• 2 ổ bi: vật liệu Steel, khối lượng riêng là 7,850( / g cm 3 )

• 2 chốt định vị vật liệu Steel, khối lượng riêng là 7,850( / g cm 3 ) m TrucLan 0, 091( kg )

Hình 3.26: Khối lượng của Chi tiết kẹp trục lăn

Hình 3.27: Khối lượng của Chi tiết giữ lò xo m Loxo 0, 01( kg )

XenhMuc TamLotDuoi Xylanh TamLotTren ChiTietGiuTrucLan

ChiTietKepTrucLan m TrucLan ChitietgiuLoxo Loxo kg

- Áp suất hoạt động của Xylanh tịnh tiến (5) được tính theo công thức:

(3.12) Trong đó: A1 là tiết diện tiếp xúc với khí của bề mặt cần xylanh tịnh tiến (5):

Hình 3.28: Đường kính bề mặt tiếp xúc khí của cần xylanh

Ta chọn, Xylanh tịnh tiến (5) là xylanh có mã CQ2B32-30DZ của hãng SMC, với áp suất giới hạn của Xylanh:[ ] 1( P 2  MPa ) 10 (  6 Pa )

  Do đó, Xylanh CQ2B32-30DZ đáp ứng được hoạt động của cơ cấu trên

MSHV: 1570820 Trang 49 e) Tính toán khả năng đáp ứng Xylanh xoay (2)

- Xylanh xoay (2) chuyển động một góc  1  90 trong khoảng thời gian t3

Ta tính được vận tốc góc của xylanh xoay (2):

Từ vận tốc góc, ta tính được gia tốc góc của chuyển động xoay:

Từ cơ cấu của máy, ta tính momen quán tính theo công thức:

1 và  2 lần lượt là khoảng cách từ trục quay đến điểm bên trái và bên phải

' m 3 và m 3 '' lần lượt là khối lượng của phần bên trái và bên phải của cơ cấu

Hình 3.29: Sơ đồ tính toán momen quán tính

Dựa vào phần mềm Autodest Inventor, ta chọn vật liệu cho các chi tiết, phần mềm tính được khối lượng của 2 phần bên trái và bên phải như sau:

Hình 3.30: Khối lượng của phần bên trái cơ cấu

Hình 3.31: Khối lượng của phần bên phải cơ cấu

Dựa vào thiết kế 3D, ta có thể đo được khoảng cách từ trục quay đến điểm bên trái và bên phải,  1 và  2 :

Hình 3.32: Khoảng cách của  1 và  2 Ta tính momen quán tính theo công thức:

Theo công thức tính momen quay quán tính:

Ta nhân momen quay quán tính với hệ số an toàn là 1.5:

Ta chọn, Xylanh xoay (2) là xylanh có mã LER50J của hãng SMC, với momen quay giới hạn của Xylanh:[T]6, 6( ) N m

 T Do đó, Xylanh LER50J đáp ứng được hoạt động của cơ cấu trên

2.2 Phương pháp lấy bánh tráng rế bằng cơ cấu động cơ xoay

Với thời gian Mâm xoay dừng lại để cơ cấu rãi bột là 2s Do đó, thời gian lấy bánh ra khỏi Đĩa chiên là 2s

Vì vậy, ta lựa chọn Motor DC có số vòng quay là 30 vòng/phút

Ta chọn, Motor DC24V có mã là RB-35GM-N595-24, có tỷ số truyền là 1/150 tương ứng với số vòng quay là 30 vòng/phút

Hình 3.33: Motor DC24V RB-35GM-N595-24 Động cơ có tỷ số truyền là 1/150 tương ứng với số vòng quay là 30 vòng/phút

Hình 3.34: Thông số kỹ thuật của Motor RB-35GM-N595-24

_ on 100 on off duty cycle T

  Ngoải ra, khi Máy sản xuất bánh tráng rế thay đổi thời gian rãi bột, ta có thể thay đổi số vòng quay của Motor DC bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Giới thiệu sơ lược về phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM):

Tốc độ quay của động cơ một chiều tỉ lệ thuận với điện áp đầu vào Do đó, cách đơn giản nhất để điều khiển tốc độ quay của rotor là thay đổi mức điện áp đặt vào động cơ Nguyên tắc cơ bản để thay đổi tốc độ quay động cơ của phương pháp PWM là giữ nguyên giá trị điện áp vào và thay đổi thời gian đặt điện áp vào động cơ Điều này có nghĩa, thời gian mức cao T on trong một chu kỳ của xung ngõ vào động cơ càng lớn thì điện áp trung bình đặt vào động cơ càng cao, ngược lại thời gian mức thấp T off trong một chu kỳ của xung ngõ vào động cơ càng lớn điện áp trung bình đặt vào động cơ càng thấp Đại lượng mô tả mối quan hệ giữa khoảng thời gian T on và

T off được gọi là độ rộng xung (duty_cycle), được tính theo công thức:

Hình 3.35: Công thức tính độ rộng xung

Hình 3.36: Giản đồ độ rộng xung

Ví dụ, ta thay đổi thời gian rãi bột của máy làm bánh tráng rế là 3s Ta cần điều chỉnh độ rộng xung (PWM) sao cho tốc độ quay của rotor là 20 vòng/phút

Ta chọn, chu kỳ xung là 1kHz = 1ms

_ 100 66, 67% duty cycle 30  Theo công thức tính độ rộng xung, ta có hệ phương trình

1 on on off on off

   Khi đó, giản đồ độ rộng xung với duty cycle _ 66, 67% :

Hình 3.37: Giản đồ xung với duty cycle _ 66, 67%

THỰC NGHIỆM

Chuẩn bị các chi tiết của cơ cấu

Để tiến hành thực nghiệm, ta tiến hành gia công chế tạo các chi tiết:

Hình 4.3: Chi tiết giữ xẻng múc

Hình 4.5: Máy sản xuất bánh tráng rế

Ta tiến hành mua motor xoay RB-35GM-N595-24 của hãng Sayama (với tỷ số truyền là 1/150 tương ứng với số vòng quay là 30 vòng/phút) và bộ nguồn 24VDC 10A

Ngoài ra, trong lúc hoạt động, do tác động của nhiều yếu tố bên ngoài, Motor xoay có thể sẽ không đảm bảo được tốc độ 30 vòng/phút Vì vậy, ta lắp thêm biến trở cho bộ nguồn

Lắp ráp và cài đặt các thông số

Sau khi chế tạo các chi tiết và mua các thiết bị cần thiết, ta tiến hành lắp ráp các chi tiết trên vào Máy sản xuất bánh tráng rế Đầu vào của bộ nguồn, ta cung cấp nguồn điện 220V Đầu ra của bộ nguồn là 24V được nối vào biến trở trước khi được nối vào Motor RB-35GM-N595-24

Hình 4.9: Máy sản xuất bánh tráng rế đã có cụm lấy bánh

- Bật công tắc cho mâm xoay chuyển động

- Bật nguồn điện cho motor RB-35GM-N595-24 xoay

- Sau đó, ta dùng biến trở để điều chỉnh tốc độ qua của motor xoay đồng nhất với tốc độ quay của mâm xoay, khoảng 30 vòng/phút

- Yếu tố ảnh hưởng đến việc lấy bánh nằm ở khoảng cách giữa Xẻng Múc và Đĩa Chiên Dựa vào thiết kế lắp ráp của Xẻng Múc và Đĩa Chiên (thiết kế lỗ dài), ta có thể điều chỉnh được kích thước khoảng cách từ Xẻng múc và Đĩa Chiên

Hình 4.10: Thiết kế lắp ráp giữa Xẻng múc và Đĩa chiên

Thực nghiệm và kết quả

Quá trình được thực hiện đối với 20 bánh tráng rế được làm ngẫu nhiên, với độ cong vênh ngẫu nhiên của bánh Ta điều chỉnh khoảng cách giữa Xẻng Múc và Đĩa Chiên

Ta điều chỉnh khoảng cách giữa Xẻng Múc và Đĩa Chiên là 1 (mm)

Sau khi thực nghiệm, ta nhận thấy:

- Xẻng múc gạt bánh rơi ra khoảng Đĩa Chiên tới vị trí mong muốn với tỷ lệ khoảng 40% Xẻng múc gạt bánh đi từ Đĩa chiên này đến vị trí Đĩa chiên kế tiếp

- Bởi vì Đĩa chiên cũng có độ nghiêng của nó do dung sai chế tạo và dung sai lắp ráp nên khi Xẻng múc chuyển động ở một vài vị trí xảy ra hiện tượng ma sát giữa Xẻng múc và Đĩa chiên Điều này làm ảnh hưởng và hư hại đối với Đĩa chiên, làm ảnh hưởng không tốt đến chất lượng bánh tráng rế

Dựa vào những khuyết điểm trên, ta đưa ra các giải pháp sau và tiếp tục thực hiện thực nghiệm cho nó:

- Điều chỉnh khoảng cách giữa Xẻng Múc và Đĩa Chiên là 3 (mm)

- Thay đổi thiết kế đối với chi tiết Xẻng múc

Hình 4.11: Thiết kế lại chi tiết Xẻng múc

Ta chế tạo Xẻng Múc với các góc: 90, 120 và 150 Ta tiến hành lắp ráp vào máy và cho chạy thử nghiệm

Hình 4.12: Góc của Xẻng Múc

Sau khi thực nghiệm, ta nhận thấy:

- Xẻng múc cũng đã không còn ma sát tiếp xúc với các Đĩa bánh nữa

- Tỷ lệ bánh tráng rế được đưa ra khoảng Đĩa chiên và đến cùng 1 vị trí như mong muốn đối với các Xẻng múc của từng góc độ, sau khi đã thử nghiệm 20 lần như sau:

Góc Xẻng Múc Tỷ lệ lấy bánh đến vị trí mong muốn

Bảng 4.1: Tỷ lệ lấy bánh của các góc Xẻng Múc

Từ số liệu trên, ta sẽ thay đổi Xẻng Múc với góc là 130 o

Hình 4.13: Xẻng múc sau khi đã cải tiến có góc là 130 o x

Máy sản xuất bánh tráng rế đã lắp ráp cơ cấu lấy bánh tự động với Xẻng múc đã qua cải tiến sau khi thực nghiệm

Hình 4.14: Máy làm bánh tráng rế với cụm lấy bánh sau khi cải tiến Xẻng múc

TÍNH TOÁN SƠ BỘ GIÁ THÀNH CƠ CẤU LẤY BÁNH TRÁNG RẾ TỰ ĐỘNG

Phương pháp lấy bánh tráng rế bằng hệ thống xy lanh khí nén

Chi tiết Xẻng Múc (1) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 35.000 VNĐ

Hình 5.1: Chi tiết Xẻng Múc

Mâm gá xylanh xoay (3) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 100.000 VNĐ

Hình 5.2: Mâm gá xylanh xoay Tấm lót xylanh tịnh tiến (4) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 65.000 VNĐ

Hình 5.3: Tấm lót xylanh tịnh tiến

Tấm lót dưới xylanh tịnh tiến (6) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 160.000 VNĐ

Hình 5.4: Tấm lót dưới xylanh tịnh tiến

Tấm lót trên xylanh tịnh tiến (8) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 170000 VNĐ

Hình 5.5: Tấm lót trên xylanh tịnh tiến

Chi tiết giữ trục lăn (9) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 145.000 VNĐ

Hình 5.6: Chi tiết giữ trục lăn

Chi tiết kẹp trục lăn (10) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 100.000 VNĐ đối với 2 chi tiết

Hình 5.7: Chi tiết kẹp trục lăn

Chi tiết giữ lò xo (13) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 25.000 VNĐ

Hình 5.8: Chi tiết giữ lò xo

Chi tiết trục nhựa được chế tạo từ vật liệu nhựa ABS với giá thành khoảng 20.000 VNĐ

Hình 5.9: Chi tiết trục nhựa

Chốt định vị được chế tạo từ vật liệu thép S45C với giá thành khoảng 20.000 VNĐ đối với 2 chi tiết

Xylanh tịnh tiến (7) ta chọn xylanh có mã CXSM20M-80 của hãng SMC có giá khoảng 1.500.000 VNĐ

Xylanh tịnh tiến (5) ta chọn xylanh có mã CQ2B32-30DZ của hãng SMC có giá khoảng 800.000 VNĐ

Xylanh xoay (2) ta chọn xylanh có mã LER50J của hãng SMC có giá khoảng 1.800.000 VNĐ

Các chi tiết khác bao gồm: Ổ bi, lò xo, dây dẫn khí và các ngõ nối dây dẫn vào xylanh, ước tính khoảng 300.000 VNĐ

Hình 5.14: Nối T, Lò xo và Ổ bi

Bảng giá sơ bộ của phương án lấy bánh tráng rế bằng hệ thống xy lanh khí nén:

No Chi tiết Giá thành (VNĐ)

3 Tấm lót xylanh tịnh tiến 65.000

4 Tấm lót dưới xylanh tịnh tiến 160.000 5 Tấm lót trên xylanh tịnh tiến 170.000

6 Chi tiết giữ trục lăn 145.000

7 Chi tiết kẹp trục lăn 100.000

8 Chi tiết giữ lò xo 25.000

11 Xylanh tịnh tiến CXSM20M-80 1.500.000 12 Xylanh tịnh tiến CQ2B32-30DZ 800.000

Bảng 5.1: Chi phí vật liệu của phương án lấy bánh bằng hệ thống xy lanh khí nén

2 Phương pháp lấy bánh tráng rế bằng cơ cấu động cơ xoay

Thanh gá L (2) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 320.000 VNĐ

Thanh gá motor (3) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 50.000 VNĐ

Chi tiết giữ xẻng múc (4) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 135.000 VNĐ

Hình 5.17: Chi tiết giữ xẻng múc

Xẻng múc (6) được chế tạo từ vật liệu SUS304 với giá thành khoảng 30.000 VNĐ

Motor xoay (1) ta chọn motor có mã RB-35GM-N595-24 của hãng Sayama có giá khoảng 550.000 VNĐ

Bộ nguồn 24VDC 10A có giá khoảng 220.000 VNĐ

Các chi tiết khác bao gồm: biến trở và dây điện ước tính khoảng 30.000 VNĐ

Bảng giá sơ bộ của phương án lấy bánh tráng rế bằng cơ cấu động cơ xoay:

No Chi tiết Giá thành (VNĐ)

3 Chi tiết giữ xẻng múc 135.000

Bảng 5.2: Chi phí vật liệu của phương án lấy bánh bằng cơ cấu động cơ xoay

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Sau quá trình mô phỏng chuyển động 3D, thực nghiệm khảo nghiệm và xem sét khả năng đáp ứng của thị trường ở 2 phướng án trên, ta được bảng so sánh dưới đây:

Nội dung Phương án sử dụng hệ thống xylanh khí nén

Phương án sử dụng động cơ xoay

Sau khi tính toán, ta lựa chọn được ba xylanh và lò xo có thể đáp ứng được cơ cấu

Sau khi tính toán và khảo nghiệm, ta có thể lựa chọn được Động cơ, bộ cấp nguồn phù hợp

Có khả năng đáp ứng được thời gian 2 giây theo yêu cầu

Tính phổ biến và khả năng vận hành

Khách hàng có thể dễ dàng sử dụng hệ thống xylanh

Sử dụng dễ dàng, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua bộ điều chế độ rộng xung

Cần bảo trì định kỳ để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng chu kỳ

Dễ dàng bảo hành, động cơ hoạt động ổn định

Giá vật liệu và gia công chi tiết ~5.240.000 VNĐ ~840.000 VNĐ

Bảng 6.1: So sánh thông số của 2 phương án

Dựa vào bảng so sánh trên, ta lựa chọn phương án “Lấy bánh tráng rế bằng cơ cấu động cơ xoay”

Tiêu đề	Nghiên cứu tự động hóa quá trình lấy sản phẩm bánh tráng rế
Tác giả	Nguyễn Huỳnh Đức Tiến
Người hướng dẫn	PGS. TS. Trần Doãn Sơn
Trường học	Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật cơ khí
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	2,85 MB