THIẾT kế máy ĐÓNG gói bột cà PHÊ hòa TAN

Bên cạnh những yêu cầu như vậy nhà sản xuất còn quan tâm rất lớn đến Năng suất - Chất lượng - Hiệu quả lao động đạt được và một điều không thể thiếu là việc giảm bớt lực lượng lao động t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TP.HỒ CHÍ MINH, Tháng 12/2012

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUY TR ÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA

TAN 1

1.1 Tìm hiểu về nhu cầu của loại máy đóng gói sản phẩm bột khô trên thị trường hiệ n nay 1

1.2 Mục đích của việc thiết kế 2

1.3 Q uy trình sản xuất cà p hê hòa tan 3

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐỊNH LƯỢNG VÀ NGU YÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY 8

2.1 Lựa chọ n phươ ng án đó ng gói 8

2.2 Lựa chọ n phươ ng án định lượng bột café 11

2.3 Thiết kế nguyên lý hoạt động của máy 14

CHƯƠNG 3: TÍN H TOÁN THIẾT K Ế MÁY ĐÓNG GÓ I 15

3.1 Yêu cầu thiết k ế 15

3.2 Tính độ ng học máy 16

3.3 Độ ng lự c họ c máy 21

3.4 Tính toán và chọ n các chi tiết cơ khí 23

3.5 Tính toán bộ truyền năng hạ bộ p hận cắt 29

3.6 Tính toán thiết kế bộ gia nhiệt – ép 32

3.7 Tính toán hệ thống khí nén 47

3.8 Thiết kế mạch điều khiể n 52

CHƯƠNG 4: VẬN HÀN H BẢO DƯỠN G 58

4.1 HƯỚN G DẪN VẬN HÀNH MÁY 58

4.2 HƯỚNG DẪN CĂN CHỈNH SỬ A MÁY ĐÓNG GÓI 59

4.3 HƯỚNG DẪN BẢO TRÌ MÁY 60

CHƯƠNG 5: KẾT LU ẬN 62

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUY TR ÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ

HÒA TAN

trư ờng hiện nay

Đất nước ta đang trong giai đoạn phát triển nền Kinh Tế - Xã Hội và phải đặc biệt chú trọng đến việc phát triển nền Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước nhằm đưa nước ta trở thành một nước có nền công nghiệp phát triển Vì vậy phải tận dụng mọi sức mạnh nội lực, tranh thủ mọi nguồn tài trợ, đầu tư từ nước ngoài nhằm đưa nền Kinh tế - Xã hội nước ta phát triển mạnh sánh vai với các nước phát triển trong khu vực cũng như trên thế giới Đặc biệt chú trọng vào ưu tiên phát triển nền kinh tế cá thể vư và nhỏ Hơn nữa Nước ta vừa gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO , nền kinh tế thị trường của chúng ta đã vươn ra biển lớn, chng ta không chỉ là sân chơi riêng nữa mà phải chấp nhận một sân chơi mới sân chơi chung cho toàn thể các nước trong tổ chức thương mại thế giới nói riêng và của toàn thế giới nói chung Thuận lợi cũng nhiều xong nguy cơ cũng không ít do đó các doanh nghiệp vừa và nhỏ của chúng ta đang đứng trước sự lựa chọn tồn tại phát triển hay phá sản, cái đó ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn thiết bị để đầu tư của mỗi doanh nghiệp Hơn nữa nước ta có số dân khá đông và nay cũng là một thị trường có sức hấp dẫn cao, bên cạnh đó đời sống người dân ngày một cao, cuộc sống mang tính công nghiệp, nhu cầu cũng dần dần được phát triển hơn do đó đòi hỏi hàng hoá, sản phẩm tiêu thụ trên thị trường ngày một chất lượng hơn, hàng hóa, sản phẩm phải mang tính tiện lợi và sạch sẽ, kinh tế hơn, dễ vận chuyển, bảo quản và sử dụng hơn Chính vì vậy việc xây dựng một thương hiệu sản phẩm với một quy trình sản xuất khép kín, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm ngày một trở nên rất cần thiết Bên cạnh những yêu cầu như vậy nhà sản xuất còn quan tâm rất lớn đến Năng suất - Chất lượng - Hiệu quả lao động đạt được và một điều không thể thiếu là việc giảm bớt lực lượng lao động trong doanh nghiệp vì nhu cầu lao động được chuyển dần qua các lĩnh vực dịch vụ khác ngày càng tăng cao

Chính vì thế mà việc áp dụng dây chuyền, hệ thống sản xuất tự động là một yêu cầu cấp bách đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ trên thị trường hiện nay

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

1.2 Mục đích của việc thiết kế

- Nhằm tăng Năng suất – Chất lượng – Hiệu quả trong việc sản xuất

- Nhằm bảo đảm việc vệ sinh an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng

- Giảm được một phần chi phí nhân công trong mục tiêu giảm giá thành của sản phẩm tạo vị trí cạnh tranh đối với sản phẩm cùng loại trên thị trường

- Đối với việc thiết kế máy ở trong nước thì sẽ giảm cho nước ta một lượng lớn ngoại tệ phải xuất ra nước ngoài vì nhập khẩu máy móc

- Máy được sản xuất ở trong nước có giá thành rẻ hơn so với máy ngoại nhập

vì vậy tiết kiệm được một lượng lớn chi phí cho doanh nghiệp, tạo việc làm cho nhiều người lao động và góp phần tăng ngân sách quốc gia thông qua thuế thu nhập doanh nghiệp v.v

- Máy được chế tạo với giá thành rẻ và chất lượng của máy tương đương với máy nhập ngoại nên các nhà chế tạo máy trong nước ngoài việc cung cấp máy cho thị trường còn có thể xuất khẩu máy sang một số nước trong khu vực cũng như trên thế giới

Một số loại máy có mặt trên thị trường hiện nay :

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Hình 1.2.1: Máy PM-320F/2 nhiều đường công tác của hãng guengdong

Hình 1.2.2 : Máy PM-320F/2 nhiều đường công tác của hãng MESPACK

1.3 Quy trình sản xuất cà phê hòa tan

1.3.1 Quy trình sản xuất

Chế biến cà phê hòa tan là quy trình còn nhiều xa lạ với bà con vốn xưa nay quen sử dụng cà phê phin Bài viết còn giúp bà con hiểu được việc sử dụng cà phê hòa tan không chỉ là một tiến bộ của công nghệ chế biến mà còn nhiều điều khác nữa, nhất là việc hưởng thụ một sản phẩm đồ uống đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cao nhất

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

1.3.2 quy trình công nghệ chế biến cà phê hòa tan

Cà phê nhân sau khi rang được đưa đi xay để làm cà phê bột pha phin hoặc chế biến thành cà phê hoà tan

Quy trình sản xuất cà phê hoà tan từ bột cà phê rang như sau:

Hình 1.3.1:Quy trình sản x uất cà phê hòa tan

TRÍCH LY

Quá trình trích ly nhằm thu các chất hoà tan có trong bột cà phê rang vào nước Dùng nước nóng ở 80 – 90 °C để trích ly Không dùng nước có nhiệt độ cao hơn vì sẽ trích ly cả những chất không tốt cho sản phẩm

Bột cà phê sản xuất cà phê hoà tan cần có kích thước lớn và tiến hành trích ly nhiều lần để hạn chế lượng bột mịn tan sâu vào trong nước khi trích ly

Thiết bị trích ly gián đoạn là một tháp chứa bột cà phê được bảo ôn nhiệt độ Nước nóng được bơm từ đáy tháp lên, qua cột bột cà phê rang trong tháp Tại đây xảy ra hiện tượng trích ly các chất hòa tan Dung dịch cà phê được thu tại đỉnh tháp Phải lần lượt thay thế bột cà phê ở các tháp sao cho dịch trích ly khi đi qua các tháp chứa bột cà phê sẽ có lượng chất tan tăng dần Để tránh hiện tượng bột cà phê

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

không được thấm ướt, người ta làm ẩm bột cà phê bằng hơi nước bão hoà trước khi bơm nước vào trích ly Nồng độ dung dịch cà phê trích ly có thể đạt tới 20 – 22%

CÔ ĐẶC

Nồng độ dịch cà phê sau trích ly là 20 – 22%, chưa thể sấy khô được Do đó phải tiến hành cô đặc dịch trích ly đến nồng độ 30 – 33% mới thuận lợi cho quá trình sấy

Phương pháp cô đặc thườ ng dùng là phương pháp cô đặc chân k hông:

Dung dịch cà phê được bơm vào thiết bị gia nhiệt Tại đây nước nhận nhiệt và bay hơi Độ chân không được tạo ra nhờ baromet sẽ hút hơi nước và ngưng tụ tại bình ngưng Q uá trình diễn ra cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng

SẤY KHÔ

Sấy khô nhằm đưa dịch trích ly cà phê cô đặc thành dạng bột khô để tiện lợi cho quá trình bảo quản và sử dụng

Phương pháp sấy k hô được dùng là phươ ng pháp sấy phun:

Dịch cà phê cô đặc được bơm vào đỉnh cyclo Tại đây có một đĩa đục nhiều lỗ nhỏ, có tốc độ quay rất lớn, làm cho dịch cà phê vào cyclo ở dạng sương mù Không khí nóng khô được thổi vào cyclo sấy khô cà phê dạng sương mù thành dạng bột

Cà phê bột hoà tan được thu ở đáy cyclo

Sau sấy khô ta thu được bột cà phê hoà tan có độ ẩm 1 – 2%, có màu nâu đen đậm

CÔNG NGHỆ HỒI HƯƠNG

Nếu để nguyên cà phê bột đem đi chế biến thì chất thơm của cà phê sẽ bị tổn thất rất nhiều, nhất là trong quá trình sấy phun Do vậy, người ta thu hồi chất thơm của cà phê bột trước khi trích ly rồi bổ sung trở lại cho bột cà phê hoà tan

- Khử hấp phụ:

Quá trình khử hấp phụ được tiến hành trong tháp đứng và tác nhân hấp phụ là khí trơ (N 2) Cà phê bột được làm nóng trong tháp sẽ toát ra các chất thơm Sau đó bơm dòng khí trơ đã được đốt nóng đến nhiệt độ nhất định (95°C) vào từ đáy tháp

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Trên đỉnh tháp có quạt hút có tác dụng hút hỗn hợp khí ra khỏi tháp, đồng thời tạo áp suất thấp để quá trình hấp phụ xảy ra dễ dàng Ta thu đơợc hỗn hợp gồm khí N2 và các chất thơm

-Hấp phụ:

Bột cà phê hoà tan sau khi sấy có độ ẩm 1 – 2% và rất xốp nên rất dễ hấp phụ Quá trình hấp phụ cũng được tiến hành tại tháp đứng Hỗn hợp khí vào phải được làm lạnh (nhiệt độ thường là 8 – 9°C), khi đi qua bột cà phê hoà tan sẽ hấp phụ các chất thơm có trong hỗn hợp khí, ta thu được bột cà phê hòa tan thành phẩm

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

1.3.3 hệ thống sản xuất cà phê hòa tan

Sơ đồ hệ thống sản xuất cà phê hòa tan

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐỊNH

LƯỢN G VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT Đ ỘNG MÁY

2.1 Lự a chọn phư ơng án đóng gói

2.1.1 Phương án đóng gói theo nhịp

ở phương án này máy hoạt động theo nhịp sản xuất được tạo bởi cơ cấu tay quay con trượt vì làm việc theo nhịp lực căng của cuộn bao sẽ thay đổi liên tục do

đó cần có cơ cấu điều hòa lực căng để máy hoạt động chính xác

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

+Ưu điểm:

- Hệ thống làm việc đơn giản mỗi khi cảm biến quang phát hiện thấy vạch định vị thì bộ phận điều khiển phát lệnh hàn và cấp liệu (bằng hệ thống kẹp không bằng con lăn) do đó không cần phải bù vi sai, hoạt động chính xác hơn

- Đơn giản dễ chế tạo

- Chi phí thấp

- Dễ vận hành và dễ sữa chữa, linh kiện dễ mua

- Thích hợp cho dạng đóng gói nhiều bao cùng lúc

+ Nhược điểm:

- Vì gia nhiệt trực tiếp tại các chỗ ép dính bao bì nên tại các ổ đỡ sinh nhiệt và

bị kẹp cứng nên phải làm vệ sinh mất nhiều thời gian

2.1.2 Phương án đóng gói liên tục

Đặc điểm của hệ thống này là luôn luốn xuất hiện sai số ở vị trí cắt giữa các gói, sai số xuất hiện do nhiều nguyên nhân, trong đó hai nguyên nhân chủ yếu là sai

số hệ thống của máy và sai số ngẫu nhiên ở khoảng cách giữa hai vạch liên tiếp trên bao gói (do sự biến dạng biến dạng nhiệt hoặc do in sai vị trí ) do đó hệ thống này đòi hỏi phải có cơ cấu bù trừ sai số này,cơ cấu này sẽ hoạt động liên tục làm cho sai

số dao động trong phạm vi cho phép Ngoài ra ta cũng có thể bù trừ sai số này bằng giải thuật điều khiển

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2.2: Phươ ng án đóng gói liên tục

1- Con lăn kéo hàn mép dọc

2- Con lăn hàn mép ngang

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Qua phân tích ở trên, ta thấy phương án một phù hợp với yêu cầu thiết kế đặt

ra do đóng gói dạng gói nhỏ nên một chu kỳ hoạt động kiểu đóng gói theo nhịp sẽ đóng được nhiều gói hơn,đáp ứng được năng suất đề ra, và xác định vị trí cắt chính xác hơn dễ dàng điểu khiển và chế tạo hơn.do đó em chọn phương án 1 làm giải pháp cho yêu cầu đề tài đặt ra

2.2 Lự a chọn phư ơng án định lư ợng bột café

2.2.1.Phương Án 1: Định lượng bằng cốc định lượng

Là một phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay, ta chỉ cần cho nguyên liệu vào phễu chứa sau đó cho các cốc định lượng chuyển động tịnh tiến nhờ một xylanh khí nén tác động, nguyên liệu được điền đầy vào các cốc và được gạt cho bằng rồi đổ vào gói chứa liệu

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

+ưu điểm:

- Năng suất đạt được cao

- Giá thành chi phí thấp

- Người sử dụng máy không cần có trình độ tay nghề cao

- Linh kiện dễ thay thế, dễ kiếm và rẻ tiền

- Không tốn nhiều diện tích không gian nhà xưởng

2.2.2 Phư ơng án 2: định lư ợng bằng tang trống

Là thiết bị định lượng theo thể tích Cấu tạo gồm một trống hình trụ đặt nằm ngang trên bề mặt trống có hốc hoặc các ngăn Trống được truyền động quay với số vòng quay thấp và có thể thay đổi được phía trên trống là phễu chứa nguyên liệu cần định lượng, phía dưới là phễu dẫn nguyên liệu ra

K hi trống quay vật liệu trong phễu rơi vào hốc và được mang xuống tháo ra

ở phía dưới do kích thước các hốc bằng nhau và số vòng quay của trống là cố định nên lượng nguyên liệu tháo ra phía dưới là không đổi Tùy thuốc vào số vòng quay của trống nguyên liệu được định lượng khác nhau

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2.2:Phương án định lượng bằng tang trống

+Ưu điểm:

-Định lượng nhanh

-Thích hợp cho các máy đóng gói liên tục

Qua phân tích 2 phương án định lượng trên ta chọn phương án 2 làm phương

án thiết kế do những đặc điểm phù hợp với yêu cầu đóng gói như năng suất cao,dễ dàng chế tạo và bảo trì, chi phí thấp, dễ điều khiển thay đổi được lượng bột cần đóng gói

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

2.3 Thiế t kế nguyên lý hoạt động của máy

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG GÓI 3.1 Yê u cầu thiết kế

Máy dùng để đóng gói bột cà phê hòa tan

Đóng gói café khối lượng : 20g/gói

Độ ẩm bột cà phê hòa tan không lớn hơn 0.3%

Kích thước gói : 35x150 mm

Năng suất : 240 gói/phút

Chất liệu bao gói có mang PE dạng cuốn có đường kính từ 250-450 mm

Bề rộng cuộn là 480 mm

Mối hàn bao yêu cầu:

Hình 3.1.1: Các mối hàn mép

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Hình 3.1.2: Kích thướ c gói

Yêu cầu quan trọng là máy phải cắt đúng vị trí các vệt trắng in sẵn trên bao

Do đó cần có cảm biến vạch để xác định vị trí cắt

3.2 Tính động học máy

Năng suất máy là N=240 gói/phút

Một chu kỳ làm việc của máy ta đóng được 6 gói do đó thời gian đóng gói 6 gói mất :

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Giải bài toán gia tốc của cơ cấu tay q uay con trượt:

Gia tốc tại vị trí mà điểm A,B,C thẳng hang là gia tốc lớn nhất của hệ ta xét:

t 1

-a rτC B2 2: giá trị bằng 0 ,có p hương vuông gó c AB

-a rC2: có p hương //AC giá trị chưa b iết

-Gia tốc điểm C có chiều như hình vẽ có giá trị: 0,65+5,3=5,9m/s2

Ta có gia tốc lớn nhất của điểm C hay gia tốc bộ phận k éo b ao là `

3 3

• khối lượng của 2 xylanh k hí nén là mxylanh = 2x1,5k g

• Khối lượng bộ p hận gia nhiệt là mgn = 1 k g

Momen cân bằng của tay q uay có độ lớn M CB=20Nm

Động cơ không đồng bộ Do cần thay đổi được năng suất làm việc nên ta dung biến tần để thay đổi tốc độ của động cơ

Cô ng suất làm việc theo công thức 2.8 tài liệu [2 ]

. 6 80.20,36

0.17 9,55.10 9,55.10

t cb lv

n M

P = = = kW (2.9)

Ta chọn loại động cơ có tích hợp sẵn hộp giảm tốc có thông số như sau:

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hình 3.3.1: Sơ đồ lực tác động trục cuộn bao

Lực ma sát trên các cặp ổ lăn tại trục đỡ cuộn bao,trục trung gian

Các lực này ta không cần tính mà dựa vào hiệu suất của các cặp ổ lăn (

0,99

ol

η = ) mà tang thêm lực kéo của bộ phận kéo

ở đây ta có 15 cặp ổ lăn do đó lực kéo sẽ tang thêm 111

1,117 0.99 = lần

Hình 3.3.2: bộ tạo hình bao gói

Lực căng bao tác dụng lên bao tại bộ phận tạo hình cũng là lực kéo của trục công tác

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

L=70mm : chiều rộng hốc định lượng

3.4.2 Chọn động cơ cụm định lư ợng

Năng suất của cơ cấu nhập liệu :

Công suất truyền động (kW) theo công thức 1.4 tài liệu [5]

3 1

Với N1- công suất trên trục tang nhập liệu,(kW)

theo công thức 1.46 tài liệu [5]

-ηhiệu suất truyền dẫn

- P áp suất riêng của vật liệu trên bề mặt tang

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

theo công thức 1.27 tài liệu [5]

T

K Z r b

α =320 góc nghiêng tự nhiên của vật liệu khi chuyển động

-k1 hệ số tính đến sự nghiền vỡ vật liệu với bột thì chọn k1=1

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

Ta chọn encoder E6B2 của hãng omron

Hình 3.4.4: Encoder omron

Thong số kỹ thuật như sau:

-Số rãnh chia là 360 rãnh

LUẬN VĂN TỐ T NGHIỆP

3 os30 300 248 85, 2

Do không có lực dọc trục nên hệ số X=1;Y=0

Tại trọng quy ước:

theo công thức 11.22 tài liệu [1]

Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay :

Theo công thức 11.19 tài liệu [1]

Ta sử dụng bộ truyền trục vít bánh vít qua khớp nối truyền động cho vít me bi

dẫn động cho tải

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Tải cần năng là bộ phận cắt có trọng lượng 40kg-400N

a K

-chiều sâu profin ren h1=0,3.db=1,2mm

-đường kính ngoài của vít và đai ốc d=d1+2h1=12,4mm

-đường kính vòng tròn qua các tâm bi

Trong đó ft=0,1 hệ số ma sát

Mô men quay đai ốc là (theo công thức 8.9 tài liệu [2])

z u z