ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

Yêu cầu của hệ thống đóng nắp chai: nắp được siết chặt vào chai để nước trong chaikhông đổ ra ngoài và đảm bảo vệ sinh, năng suất hệ thống cao đáp ứng nhu cầu sảnxuất…... Nắp có 4 trạng

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

(Kích thước chai tương đương chai nước 500ml)

Nhóm 10: Nguyễn Văn Linh Mssv: 20801107

Vi Trần Bảo Châu Mssv: 20800185Nguyễn Văn Hiền Mssv: 20800662

GVHD: TS Lưu Thanh Tùng

MỤC LỤC

4.2 Bảo dưỡng máy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

Lời nói đầu

Đất nước ta đang trên đà phát triển do đó khoa học kỹ thuật đóng vai trò hết sức quantrọng đối với đời sống con người Việc áp dụng khoa học kỹ thuật chính là làm tăng năngsuất lao động, giảm chi phí sản xuất đồng thời nó cũng góp phần không nhỏ của việc thaythế sức lao động của người lao động một cách có hiệu quả nhất, đảm bảo an toàn cho conngười trong quá trình làm việc Các dây chuyền sản xuất tự động chính là sự thay thếhoàn hảo cho sức người trong sản xuất và tăng năng suất lao động

Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội về công-nông nghiệp và dân số, thị trườnglương thực –thực phẩm, hàng hóa tiêu dùng ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt

về mặt hàng giải khát phát triển vượt trôi trong thời gian gần đây Cũng nằm trong xu thế

đó, nước uống đóng chai đang ngày càng có vai trò quan trọng trong đời sống của conngười không chỉ bởi sự tiện dụng mà còn sự an toàn của nó Hằng năm nhu cầu sử dụngcác loại nước uống này đều tăng cao Hiện tại trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh cókhoảng 500 công ty, cơ sở thuộc lĩnh vực sản xuất nước uống đóng chai Vì vậy yêu cầuđặt ra là phải tự động hóa quá trình sản suất chai nước nhằm nâng cao năng suất, đáp ứngnhu cầu thị trường Dây chuyền đóng chai nước uống được sử dụng chính trong côngnghệ đóng chai các loại đồ uống, có 3 công đoạn chính: rửa chai, chiết rót nước vào chai,đóng nắp chai Ở đây chúng em chỉ thực hiện công đoạn thứ 2, tức là nghiên cứu và thiết

kế hệ thống đóng nắp chai tự động

Chúng em xin chân thành cảm ơn TS Lưu Thanh Tùng đã tận tình hướng dẫn chúng

em hoàn thành đồ án này Đây là đồ án đầu tiên tự thiết kế dây chuyền tự động sản xuấtnên sẽ không tránh được những thiếu sót kinh nghiệm trong tính toán, ý tưởng lựa chọnphương án Chúng em kính mong được sự chỉ dẫn thêm của quý thầy cô để chúng emđược củng cố kiến thức và đúc kết những kinh nghiệm quý báu cho công việc sau này

Nhóm sinh viên thực hiện

2005 đến 2010 của riêng mặt hàng nước khoáng đóng chai này cũng tăng đều đặn từ 48,5

tỷ đến 94,5 tỷ VNĐ

Thời tiết nóng lực, nhu cầu sử dụng lớn dẫn đến sự phát triển nhanh của những cơ sởsản xuất nước uống đóng chai Hiện tại trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh có khoảng

500 công ty, cơ sở thuộc lĩnh vực sản xuất nước uống đóng chai Theo tiêu chuẩn TCVN

6096 : 2004 định nghĩa: "Nước uống đóng chai được sử dụng để uống trực tiếp và có thểchứa khoáng chất và cacbon dioxit (CO2) tự nhiên hoặc bổ sung, nhưng không phải lànước khoáng thiên nhiên đóng chai và không được chứa đường, các chất tạo ngọt, cácchất tạo hương hoặc bất kỳ loại thực phẩm nào khác" Tại Việt Nam để sản xuất nướcđóng chai thông thường người ta đi theo hai hướng: thứ nhất từ nguồn nước máy, đượcđưa qua quá trình khử khoáng, khử khuẩn sau đó đóng chai cung cấp cho người sử dụng;còn đường thứ hai đi từ nước ngầm đòi hỏi quá trình xử lý phức tạp hơn loại bỏ các chất

ô nhiễm (khử mùi, sắt, nitrate, Amoniac…) gọi là quá trình xử lý thô sau đó qua quá trình

xử lý tinh loại bỏ thêm một phần các khoáng chất, khử khuẩn sau đó đóng chai (bình)cung cấp cho người sử dụng

Bên cạnh việc đảm bảo tiêu chuẩn và chất lượng thì việc xây dựng dây truyển sảnxuất tự động nhằm nâng cao năng suất cũng cần phải được quan tâm Quy trình sản xuấtnước uống đóng chai gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Chuẩn bị nắp: nắp được rửa sạch từ khu vực rửa nắp sau đó được đưavào thùng chứa để sản xuất

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

 Giai đoạn 2: Chuẩn bị vỏ chai: vỏ chai mới, được đưa vào băng tải, máy tự độngchuyển chai vào, súc rửa bằng nước thành phẩm

 Giai đoạn 3: Chiết nước, đóng nắp: máy tự động chuyển chai đã vô trùng qua hệthống chiết nước, đóng nắp tự động

Kiểm tra chất lượng chai đã đóng nắp đi ra băng tải Chuyền qua máy in hạn sử dụnglên nắp chai Chai được lồng nhãn thân và cổ chuyển tự động qua máy sấy màng co.Đóng thùng thành phẩm chuyển qua kho trung chuyển, thực hiện thủ tục lưu kho…Kếtthúc quy trình sản xuất

Ở đây chúng em chỉ thực hiện quá trình đóng nắp giai đoạn thứ 3, tức là nghiên cứu

và thiết kế hệ thống đóng nắp chai tự động

Yêu cầu của hệ thống đóng nắp chai: nắp được siết chặt vào chai để nước trong chaikhông đổ ra ngoài và đảm bảo vệ sinh, năng suất hệ thống cao đáp ứng nhu cầu sảnxuất…

1.3 Tổng quan về phương án thực thi sản phẩm:

Hiện nay, trên thực tế có rất nhiều phương án chiết nước ngọt,tùy vào dạng sản xuấtcủa nhà máy,đặc tính chất lỏng mà lựa chọn phương án chiết rót khác nhau Nhưng hệthống đóng nắp chai bao gồm 2 cụm chính: cụm cấp phôi nắp chai và cụm đóng (siết nắpvào chai)

1.3.1 Cụm cấp phôi nắp chai:

1.3.1.1 Cấp phôi kiểu phễu rung có máng xoắn vít:

Hình 1.2Cấu tạo: (hình 1-b) cơ cấu cấp phôi phễu rung gồm có phễu chứa phôi, trên thànhphễu có các rãnh xoắn vít đưa phôi lên Máng xoắn vít có cấu tạo như hình 1-c và d.Nguyên lý hoạt động: nắp được đổ vào trong phễu, nhờ cơ cấu kích rung nắp dichuyển dọc theo máng đi dần dần lên cao Nắp có 4 trạng thái trong quá trình di chuyển

là nắp úp, nắp ngửa, nắp đứng miệng nắp quay vào phía trong thành và phía ngoài thành.Trên máng xoắn vít kết cấu như hình 1-(b) hay (c), chúng giúp định hướng nắp, loại bỏnhững nắp nằm úp, đứng hay chồng lên nhau, chỉ cho phép những nắp nằm ngửa đi lên.Sau đó các nắp ngửa này sẽ tiếp tục di chuyển ra khỏi thùng nhờ một máng dẫn được nốitrên cùng của thùng, nó có tiết diện đủ lớn để nắp di chuyển, và biên dạng cong theo hình

C mục đích định hướng nắp ngửa thành nắp úp

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

Hình 1.3: Định hướng phôi trên rãnh xoắnNếu sử dụng trong hệ thống đóng nắp chai thì kiểu cấp phôi này thường được đặt ởtrên cao (ít nhất là cao hơn vị trí đóng nắp) để thuận tiện đưa nắp vào cổ chai Như vậykết cấu thường nhỏ, không chứa được nhiều phôi do đó chỉ phù hợp cho sản xuất nhỏ, lẻ.Ngoài ra nếu đặt cơ cấu trực tiếp trên máy đóng nắp thì phải khử rung động tốt để khôngảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của máy

Phương án này có nhược điểm là gây ồn, không chứa được nhiều phôi trong máng,kết cấu nhỏ gọn nhưng khá phức tạp

1.3.1.2 Cơ cấu cấp phôi dạng băng tải nghiêng:

Cơ cấu cấp phôi gồm có: thùng chứa phôi 10, băng tải 12 có các thanh ngang 11,thanh gạt 13, máng chứa phôi 14 (hình 1.4b)

Nguyên lý hoạt động: nắp chai được chứa trong thùng 10 Băng tải 12 với các thanhngang 11 (chiều cao thanh ngang bằng 1/3 chiều cao nắp) đưa nắp chai đi lên Trong quábăng tải mang nắp chai đi lên có kết hợp định hướng nắp: chỉ cho những nắp nằm ngửa đilên

Nguyên tắc định hướng nắp (hình 1.4a): do vị trí trọng tâm của nắp chai không đốixứng nên băng tải được lắp nghiêng 1 góc α so với phương ngang sao cho trọng tâm củanắp nằm ngửa nằm lệch vào trong băng tải so với điểm tựa trên thanh ngang, còn trọngtâm của nắp nằm úp nằm lệch ra ngoài băng tải Do đó trọng tâm của những nắp nằm úp

sẽ tạo ra một mômen với điểm tựa trên thanh ngang làm cho chúng bị rơi xuống, cònnhững nắp nằm ngửa sẽ tiếp tục được đưa lên trên và được gạt vào máng chứa phôi 14nhờ thanh gạt 13

Hình 1.4: a- Nguyên tắc định hướng nắp; b- Cấu tạo cơ cấu cấp.

- Kết cấu đơn giản nhưng hơi lớn, gây tiếng ồn ít

- Có thể chứa nhiều phôi, thuận tiện đổ nắp vào thùng

chứa

- Năng suất cao, cấp phôi liên tục

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

Hình 1.5: Cơ cấu cấp phôi dạng băng tải

1.3.1.3 Cơ cấu cấp phôi dùng đĩa quay nghiêng:

Cấu tạo: hệ thống gồm có những phần chính sau thùng chứa phôi 1, chi tiết quay hình vành khăn có 4 cánh quạt 2, con lăn 3 (hình 1.7)

Hình 1.6: Cơ cấu cấp phôi dùng đĩa quay nghiêng

Nguyên lý hoạt động: phễu 1 được bố trí nghiêng một góc 450 so với phương ngang.Trên đĩa quay có gắn chi tiết hình vành khăn với bốn cánh gạt 2 (hình 1.7a), có bề dàybằng 2/3 chiều cao nắp Nắp được đổ vào trong phễu Khi đĩa quay, nắp chai sẽ nằmtrong rãnh giữa thành phễu và chi tiết hình vành khăn Lúc này các nắp chai có các trạngthái là: úp, ngửa hoặc nằm chồng lên nhau.

Nhờ vào các cánh gạt, nắp chai sẽ được đẩy lên trên, đến một độ cao nhất định, cácnắp nằm chồng phía trên sẽ bị rơi xuống do trọng lực Các nắp còn lại trong rãnh tiếp tụcđược cánh gạt đẩy đi, nhờ vào thanh gạt nắp sẽ được dẫn hướng đến con lăn 3 bố trí trênmáng dẫn (hình 1.7b) Con lăn 3 được đặt cao hơn mặt trên của đĩa quay một khoảngbằng chiều cao nắp Nắp sẽ được qua nếu ở trạng thái úp do các răng móc của con lăn đẩyqua và trượt theo máng dẫn, còn trạng thái ngửa sẽ bị hất lên trượt trên thanh gạt và rơixuống

Ưu điểm: năng suất cao

Nhược điểm: phôi phải đổ vào thùng trên cao nên bất tiện, phễu chứa phôi thường nhỏnên không chứa được nhiều nắp Do đó phải đổ nắp nhiều lần gây khó khăn trong thaotác cũng như mất an toàn cho người vận hành máy và giảm tính hiện đại của dây truyền.Ngoài ra thì phương án này có thể gây kẹt phôi

Nguyên lý hoạt động: khi chai đến đúng vị trí đóng thì được giữ cố định và đầu đóng

sẽ di chuyển xuống đè lên nắp chai sau đó quay theo chiều kim đồng hồ siết chặt nắp vàochai Sau khi chai được đóng chặt (momen xoắn đạt đến giá trị cài đặt), đầu đóng trở về

vị trí ban đầu

Nhận xét: với hệ thống đóng nắp như trên thì yêu cầu chai khi đóng là phải dừng lạinên năng suất hệ thống không cao

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

Hình 1.8: Đầu đóng được dẫn động bằng khí nén

Hình 1.9: Hệ thống đóng nắp chai với các đầu đóng được dẫn động bằng khí nén

b Các đầu đóng được dẫn động bằng cơ cấu cam:

Cấu tạo của hệ thống được thể hiện trong hình 1.9 và 1.10

Nguyên lý hoạt động của hệ thống: chai 14 được vận chuyển trên băng tải 16 và đượcchuyển vào bàn đóng 20 nhờ vào đĩa 18 (hình 1.9) Bàn đóng 20 mang chai quay quanhtrục 26 cùng tốc độ với các đầu đóng Các vị trí của chai trên bàn đóng tương ứng với vịtrí cơ các đầu đóng xung quanh trục chính

Các đầu đóng chuyển động quay quanh trục chính 26 và tịnh tiến lên xuống nhờ vào

cơ cấu cam 50 Ngoài ra các đầu đóng này còn chuyển động quay quanh trục của chính

nó nhờ vào hệ thống bánh răng 60-62 Nhờ đó các đầu đóng này từ từ di chuyển xuống đèlên đỉnh chai và siết chặt chai vào nắp

14: chai; 16: băng tải

18,22: đĩa chuyển chai

20: bàn đóng nắp

30: động cơ; 32: đai44: trục đầu đóng48: đầu đóngHình 1.9: Sơ đồ hệ thống đóng nắp

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

60, 62, 72: Bánh răngHình 1.10: Cụm đóng nắp

Nhận xét hệ thống: do bàn đóng 20 quay với tốc độ bằng với các đầu đóng quanh trụcchính nên quá trình đóng nắp diễn ra liên tục Vì vậy ưu điểm của hệ thống là năng suấtcao Bên cạnh đó hệ thống sử dụng cơ cấu cam nên độ tin cậy của hệ thống cao và làmviệc ổn định.

Ngoài ra hệ thống có những nhược điểm là: cơ cấu cam khó chế tạo, phải bôi trơn cam thường xuyên để tránh cam bị mòn

1.3.2.2 Cụm đóng sử dụng hệ thống con lăn:

Hình 1.11: Siết nắp bằng các con lăn

Trong trường hợp này nắp được siết vào chai nhờ vào hệ thống các con lăn Hệ thống

có cấu tạo như hình 1.12 và 1.13

Hai dây đai 49 hai bên và xích tải 41 có tốc độ di chuyển bằng nhau và có chiều chuyển động như hình 6

Nguyên lý hoạt động của hệ thống: chai được di chuyển trên xích tải 41 và được cấp nắp trước khi đi vào vị trí các con lăn 75, 76, 77 (hình 1.13) Khi đi vào hệ thống 3 cặp con lăn 75, 76, 77 thì chai được kẹp ở giữa bởi hai dây dai 49 để giữ chai không bị xoay khi siết nắp Các cặp con lăn quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ siết chặt nắp vào chai Quá trình siết nắp được thực hiện từ từ khi chai di chuyển qua vị trí các cặp con lăn

75, 76 và 77

Để nắp chai không bị rớt ra khỏi chai hay bị nghiêng khi đi vào các con lăn và trong quá trình siết nắp thì trên hệ thống bố trí thanh 55 (hình 1.12) có tác dụng giữ cân bằng và

ổn định cho nắp chai

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

78: động cơHình 1.12: Cấu tạo hệ thống siết nắp bằng con lăn

16: nắp chai40: chai41: xích tải

49: đai

75, 76, 77: các cặp con lăn

Hình 1.13: Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

78: động cơ

81, 84, 90: dây đai

79, 80, 89, 91, 85, 86: bánh đai

82, 87, 92: trục

Nhận xét hệ thống: hệ thống này siết nắp khi các chai dang di chuyển nên không cóthời gian dừng khi đóng nắp do đó năng suất cao, hoạt động liên tục Tuy nhiên do haidây đai đè lên thân chai để chống xoay khi đóng nắp nên hệ thống đóng này chỉ phù hợpvới các chai có thân cứng như chai thuốc Ngoài ra do sử dụng các con lăn để siết nắpnên hệ thống này rất thích hợp siết các nắp có hình dáng đặc biệt như nắp chai nược hoa,chai nước rửa chén…

Sau khi xem xét và so sánh các hệ thống trên nhóm thiết kế đã lựa chọn phương ánthực thi sản phẩm như sau:

Về cụm cấp phôi nắp chai: lựa chọn cơ cấu cấp phôi dạng băng tải nghiêng

Về cụm đóng nắp: lựa chọn hệ thống sử dụng các đầu đóng được chuyền động bằng

cơ cấu cam

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

Chương II:

THIẾT KẾ SƠ BỘ

2.1 Sơ đồ khối của hệ thống:

Như đã trình bày ở trên hệ thống đóng nắp gồm có hai cụm: cụm cấp nắp và cụmđóng nắp Cụm cấp nắp sử dụng cơ cấu cấp nắp chai dạng băng tải nghiêng còn cụmđóng nắp sử dụng hệ thống 8 đầu đóng được truyền động bằng cam

Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống

2.2 Nguyên lý của hệ thống thiết kế:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết kế (hình 2.1): chai được di chuyển trên xíchtải 1 và được tách ra bằng cơ cấu tách phôi dạng xoắn vít 2 Nắp được cấp vào chai nhờvào cơ cấu máng nắp 3 rồi được đưa vào cụm đóng nắp 5 nhờ vào đĩa chuyển chai 4 Tạicụm đóng nắp 5 thì chai được kẹp chặt và nắp được siết chặt vào chai Chai đã đóng nắpđược đưa trở lại xích tải nhờ đĩa 6

Cơ cấu 2, 4 và 6 đóng vai trò là cơ cấu phân phối, tách liệu

Cụm đóng nắp 5 gồm có 1 đĩa quay mang chai và 8 đầu đóng Các đầu đóng này đượcchuyển động quay liên tục quanh trục chính cùng với đĩa mang chai Ngoài ra nó cũngchuyển động tịnh tiến lên xuống để tiếp xúc với chai nhờ vào cơ cấu cam ở trên vàchuyển động quay quanh trục của nó theo chiều kim đồng hồ để siết nắp vào chai

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết kế

2.3 Cơ cấu cấp nắp vào chai:

Khi di chuyển trên xích tải, chai tách ra nhờ cơ cấu tách phôi kiểu xoắn vít 2 và đượccấp nắp vào nhờ cơ cấu 3 (hình 2.2) Cấu tạo của cơ cấu này và nguyên lý hoạt động của

cơ cấu này được trình bày trong hình 2.3: cơ cấu gồm có thanh 9 dùng để chứa nắp chaiđược bố trí nghiêng một góc từ 20÷30o, đầu kẹp 11 giúp giữ nắp không bị rơi, cơ cấu 10giữ thăng bằng cho nắp trên miệng chai

Hình 2.3: Cơ cấu máng nắp vào miệng chai

1

1

2

3 4

5

6

11 7

8

3 9

10

Đồ Án Tự Động Hóa Sản Xuất GVHD: Lưu Thanh Tùng

Chai 7 di chuyển trên xích tải cấp nắp ngay trên xích tải, khi chai di chuyển đến cơ cấu cấp nắp 3 thì nắp 8 được gắn vào miệng chai và được cân bằng nhờ cơ cấu 10 (hình 2.3)

2.4 Lựa chọn các kích thước hệ thống:

Chọn chai có đường kính thân là 60mm và chiều cao 250mm

Đĩa chuyển chai 4 và 6 (hình 2.2) có đường kính là 250mm

Cụm đóng 5 (hình 2.2) có bán kình là 500mm

Tổng chiều dài xích tải 3m

(a) Hình chiếu bằng của hệ thống

(b) Hình chiếu đứng của hệ thống

Chương III:

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC

3.1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.1: Hệ thống đóng nắp chaiChai được di chuyển bởi xích tải Sau khi đến cơ cấu tách phôi kiểu xoắn vít, chai sẽđược cấp nắp thông qua cơ cấu máng nắp 1 (hình 14), nắp đươc máng vào cổ chai vàđược cân bằng trên chai nhờ cơ cấu 2

Hình 3.2: Cơ cấu tách phôi xoắn vít và cơ cấu máng nắp