Đồ án Tự động hóa sản xuất Thiết kế máy đóng gói cà phê

Lực ma sátsin ra rên b p ận ạo hình ban đầu b Đốivớib p ận ạo hình chín Bộ phận tạo hình chính Bộ phận tạo hình ban đầu.

Do đ ro g h àn c n nước a hiện nay n u c u đ i vớic c oại máy đ ng g i

là rất lớn và rất đa dạn Tu nhiên âu nay hị trườn này vố h ộc về c c n à sản

x ất thiết bị nước ng ài với rất n iều ưu hế về cô g n hệ và kinh n hiệm việ sản

x ấtmáy móc ro g nước hườn k ô g đáp ứn ốtvề mặtchấtlượn và năn suấtmặ

d vẫn có ưu hế về giá hàn Vì vậy đòih i bức bá h đốivớilớp k sư rẻ hiện nay

là p ảithiếtkế n ững oạimáy n ày c n ốthơn rên cơ sở kế hừa n ữn hàn ựu đã đạtđược của n ữn đàn an đitrước và mạn dạn áp dụ g c c iến bộ kỹ h ậtmớin ấtcủa hế giới vào việ hiếtkế và iến ới chế ạo c c oạimáy móc đa dạn đáp ứn n u

cô g n hệ của hế giới.Ngày đó sẽ đến !

Chương I

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA MÁY ĐÓNG GÓI

Tro g xã h i hiện nay mọi sản phẩm sau k i sản x ất ra đều p ải được bao

g idướin iều dạn k á nhau n ằm mục đích bảo quản sản p ẩm âu dài,giữ vệ sin

tện ợi tro g vận ch yển ăn ín hẩm mỹ ch sản p ẩm Mặt khá đó g g i

cũ g à một c ch để địn ượng n ất à đ i với n ữn mặt hàn iêu d n và hực

p ẩm Tù heo hình dạn và kết c u của sản phẩm mà có n ữn c ch đ n g i k á

n au Cá oạimáy đ n g icó hể được p ân oạin ư sau

- Máy đ n g i vật lệu dạng k ối : máy đ n g i mì ăn lền bán kẹo xà

Đốivớimáy đ n g i ,k âu địn ượn à k âu q an rọ g n ất Ứn vớisaisố

ch p ép sẽ có n ữn c ch địn ượn k á n au n ưn c n bản được chia àm haidạn địn ượn heo hể ích và địn ượn heo rọ g ượn

Cơ c u địn ượn heo hể ích hườn được d ng với vật lệu dạn rời có ưu điểm à đơn giản và dễ chế ạo nhưn kh n hể man ại đ chín xá c o khiso sánh vớicơ c u địn ượn heo rọ g ượn Địn ượn heo hể ích có hể d n kiểu an

q ay kiểu đĩa kiểu ví x ắn kiểu run …

Vậtlệu để chế ạo cơ c u địn ượn d n tron c c máy đ n gói hực p ẩm thườn à n x để đảm bảo ín hẩm mỹ cũ g n ư chất lượn và vệ sin hực p ẩm

Ng àira cũ g có hể sử d n n ựa hay c c oạivật ệu k á nhưn k ô g p ổ biến Máy đó g g ithườn gặp p ảisaisố ở b p ận c tbao (c tk ô g đ n vịtrívạ h đán dấu) d đ p ải có một cơ c u àm nhiệm v b rừ sai số này (có hể d n hệ

th n bánh răn visaihoặ b ro g q á rình điều khiển)

Máy đó g g i c p ê được hiết kế ro g đ án này h ộc dạn máy đ n g i vật

lệu rời với kiểu địn ượn bằn hể ích có k ả năn hay đ i trọ g ượn c n định lượn và hay đ ikích h ớc bao

Chương I

THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ

I Yêu cầu kỹ thuật của má

Máy d ng để đ n g i sản phẩm là g i c p ê ( ví d n ư c p ê Tru g

Ng yên) có rọ g ượn 1 0 ÷ 50 g g i,năn suấttừ 30 đến 45 gói tro g 1 ph tvớidạn bao có nếp gấp haibên h n và ba đườn hàn ( hai đầu bao và d c theo chiều dàibao) vớimặtc tn an có hìn dạng như sau

Mặtc tn ang của bao 1 0 g (khiđược c n heo haichiều)

Hình 3

Bề rộ g c c mép hàn à 1 mm độ sai ệ h ch p ép à 0,5 mm

Yêu c u q an rọ g của máy à p ảic tbao đ n vịtrín ữn đườn vạ h rên mép bao (vạ h màu rắn rên nền nâu) d đ c n có c c c m biến n ận diện vịtríc tvà p ải

tến hành b rừ đisaisố p átsin do việ chế ạo máy k ô g chín xá saisố do n sai

vịtrívạ h saisố d biến dạn n iệtcủa bao và của máy

Nhiệtđ c n hiếtđể hàn bao à kh ản 1 0ºC

Kh ng máy àm bằng hép ố g v ô g 4 ×4 mm gắn với n au bằn mối hàn và được bọc bên n oài bằng ole n x 1.5 mm

Tấm đỡ c c rục à hép ấm dày 8 mm được hàn vào kh n máy Đế của

k u g máy cũ g được àm bằn hép ấm 1 mm

Do yêu c u về mặtchấtlượng c p ê và đảm bảo vệ sin hực p ẩm nên c c cơ c u

tếp x c rực iếp vớibao góivà c p ê n ư c c co ăn c n bao b p ận ạo hìn

p ễu c p iệu rục con ăn ép mâm gạtbột,cơ c u địn ượn đều được làm bằn

in x

Dướichân máy có hể ắp c c bán xe để dich yển ện ợi

Máy k ôn được q á c o gây k ó khăn ch q á rìn c p ệu

Ng ài ra cò có c c yêu c u về mặt thẩm mỹ và kết c u hợp ý để k i vận hành

n ườicô g n ân kh n bịvướn víu gây k ó k ăn yêu c u về việ vận hàn p ải đơn giản bảo q ản và bảo dưỡn máy dễ dàn

I Các phương án thiết kế máy

1) Phươn án 1 – Máy đ ng góihoạtđ n heo n ịp

Ở p ươn án này máy h ạtđ n heo n ịp sản xuấtđược ạo bởi y hợp hay cơ c u Man Vì làm việ heo n ịp ực c ng của cu n bao g i sẽ hay đ i lên ục d đ c n

có cơ c u điều h a ực c n để máy h ạt đ n chín xá Ưu điểm của dạn hiết kế này à hệ h n điều k iển đơn giản mỗik ic m biến q an p áthiện hấy vạ h địn

vịthì b p ận điều khiển p átlện c p iệu và hàn (hàn dọc bao và hàn haiđầu bao đều bằn han kẹp k ô g d n con ăn) d đ k ô g c n hệ h n b vi sai , h ạt đ ng chín xá hơn Nhược điểm ớn n ấtcủa oại này à năn suất k ô g c o d có n ữn

k oảng hờigian chờ giữa c c đ n á của c c cơ c u d ản hưởng của quán ín

2) Phươn án 2 – Máy đ n g ihoạtđ n iên ục

Đây à p ươn án được d n p ổ biến vì ch năng suất c o Đặ điểm của hệ

th n oạinày à u n u n x ấthiện saisố ở vịtríc tgiữa c c gói,saisố này x ấthiện

d n iều n u ên n ân ro g đ hain u ên n ân ch yếu à saisố hệ h n của máy và sai số n ẫu n iên ở kh ản c ch của hai vạ h iên iếp rên bao g i (d sự biến dạng

n iệthoặ d n saivịtrí) Do đ hệ hố g này đ ih ip ảicó cơ c u bù rừ saisố này,

cơ c u này sẽ h ạtđ ng iên ục àm ch saisố dao độ g ro g mộtphạm vich p ép

Ng àira a cũ g có hể b rừ saisố này bằn giảith ậtđiều k iển

Qua p ân ích ở rên ta hấy p ươn án haiđán ựa ch n hơn vìtro g h ạtđ nsản x ấtn ày nay yếu ố năn suấtluô được đặtlên hàn đầu và việ chế ạo hệ h n

b rừ sai số vị trí c t cũ g k ôn quá phức ạp Như vậy p ươn án hai sẽ được sử

d n ro g kh ô k ổ đ án này vớiviệ b rừ saisố bằng giảith ậtđiều k iển

I I Nguyên ý àm việ của má

Sơ đ n u ên ý của máy

Hìn 4

Bao cu n được đưa vào rục đỡ có gắn bạ chặn hai đầu 1,đầu bao được kéo q a

c c co ăn c n bao 2 và co ăn đều hòa ực c n bao bằn rọn ượn rục đến b

p ận ạo hìn ban đầu 4 rồi đến b p ận ạo hìn chín 5 Tại đây bao được u n heo hìn dán yêu c u rồiđưa q a c p co ăn ép 6 ạo nếp để đến p ễu c p iệu 7 Sau đó bao được kéo cu n q a c m biến q an 8 để xá địn chiều dài bao iếp ục đến c p

co ăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dàibao) rồiđến c p co ăn cu n bao 1 (là n u n đ nlực kéo bao) Cu icù g bao điđến bộ phận hàn đáy bao 1 (đồ g hờihàn đầu bao của bao rước đ ) và c t.Kếthợp vớich yển đ n cu n bao và c tbao à ch yển đ n heo

n ịp của cửa c p iệu và chu ển đ n q ay để rộ và c p iệu của mâm gạt b t 1 đặtbên dưới h n chứa iệu 1

Bao được địn hìn bởib phận ạo hìn có hìn dạn n ư sau

Hìn 5

Bộ p ận ạo hìn được ắp rên c c rãn rượt để có hể điều chỉn ra vào ên

x ố g để p ù hợp vớisự ch yển đ n của bao

Nhiệtđ để hàn oạibao này k oản 1 0°C Bao được hàn mí(d c bao) h n

q a c p con ăn hàn bao được gia n iệt bằn điện rở gắn ở ò g rục co ăn (điện rở

k ô g quay heo co ăn) bề mặtco ăn có khía n ám để bao k ô g rượtvà để ru ền

n iệt tốt hơn Hai đầu bao được hàn bằn c p má hàn àm bằn đ n (Cu) được gia

n iệt bằn điện trở đặt bên ro g và rượt(n ờ ực của c p x lan k ínén) rên cù g một đườn ray à hai than ray hìn rụ gắn heo p ươn ngan và so g so g với n au

n ư hìn vẽ sau

Hìn 6

Bộ p ận địn ượng à mộthộ v ô g có hể ích chứa đủ ượn vậtlệu c n c p

ch mỗigói.Hộ địn ượn (hìn 7) được đẩy bởi một x lan k í nén làm h p

di chu ển q a ại giữa cửa c p và cửa xả Để cho c p ê k ô g đ n hàn vòm rên cửa c p (hiện ượn rấtthường gặp đ ivới vật lệu rời) và để rộn di ch yển vật lệu ừ

n ữn nơi k á đến cửa c p iệu a dù g một cơ c u ay gạt q ay q an âm của h nchứa iệu vớitốc đ được điều chỉn bằn biến ần sao ch p ù hợp vớitốc đ đ n mở của cửa c p iệu (chỉc n p ù hợp mộtc ch ươn đ i)

Hình 8

Hìn dáng rục co ăn ép míbao n ư sau

Hìn 9

Vìtrục co ăn hàn míbao h ạt đ n ở nhiệtđộ c o (k oảng 1 0°C) nên a k ơ g

d n ổ ăn mà d n ổ rượt (bạ hau) ự chế ạo và được chỉn sửa k ron q á rình

chạy hử máy để đảm bảo máy h ạtđ n ốtở n iệtđ yêu c u

Do sự sailệ h n ẫu n iên của k oản c ch giữa haivạ h chia iên iếp trên chiều

dàibao và saisố ro g việ chế ạo c c chitếtcơ k í của máy nên sau mộtthờigian

vận hàn máy sẽ x ất hiện sailệ h c tbao d đ đ i h i p ải cĩ một cơ c u bù sai

số.Th n hườn cĩ haidạn b saisố à b bằng cơ k ívà bù bằn điều k iển Tro g

k u n k ổ đồ án này ơixin ch n phươn pháp b bằn c ch hay đổi hờigian đ n mở

cửa c p iệu và đ n mở hệ h n hàn và c t đáy bao h n qua một enco er đ g c

q ay của rục cu n kếthợp với c m biến q an n ận diện chiều dàibao và c m biến ừ

gắn ở b p ận hàn và c tbao

Độ g cơ c n nhiều ốc đ h ạtđ n (để ện ch việ c n chỉn máy và ắp đặtbao

g i và hệ h n úc đầu mỗi ch kỳ h ạt đ n ) nên a c n d n b p ận hay đ i tốc độ

đ n cơ ro g rườn hợp này a d n biến ần Biến ần hoạt đ n heo n u ên ý

thay đ itần số cu g c p cho đ n cơ dẫn đến àm hay đổivận ốc đ n cơ

Ổ trượt

Ống chứa cuộn điện t

Chươ g I I

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

I Tính động học má

Năng suấtcủa máy k oản 4 g iph t

Độ g cơ được sử d n à oạiđ n cơ ba p a k ôn đ n b Do yêu c u c n có

n ữn ốc đ k á n au k ivận hàn và điều chỉn máy nên đ ng cơ được điều chỉntốc đ bằn biến ần

Ở đây a sử d n oạiđ n cơ có gắn sẵn hộ giảm ốc vớiuh = 1

Vậy số v ng q ay rục cu n ứn với ỷ số ru ền được ch n n ư sau

nc = 1 2 /35 = 4 ,5 g i p út

Năng suất hực ế ứn vớisố vò g q ay rục cu n

ne = 4 ,5 ×5 = 20 ,8 v n /ph t.

I Động ực học

Cá ực ạo ra ảitrọ g ro g q á rìn vận hàn máy bao g m

1 Lực q án ín của cu n bao

2 Lực ma sáttạic c ổ ăn của rục đỡ cu n bao c c rục c n bao c p rục

c n mép bao haic p ổ ăn của c p co ăn cu n bao

3 Lực ma sátsin ra rên c c c p ổ rượt: c p ổ rượt của c p co ăn dẫn bao haic p ổ rượtcủa c p con ăn hàn bao

4 Trọ g ượn của một rục c n bao

5 Lực ma sát sinh ra giữa bao và b p ận ạo hìn (g m b p ận ạo hìn ban đầu và b p ận ạo hìn chín )

6 Lực ma sátsinh ra giữa p ễu c p iệu và bao

7 Trọ g ượn của góic phê chưa c t(lực này biến đ itheo ch k )

8 Hao p ítrên b ru ền xích

9 Hao phí rên h p giảm ốc

1 Tính lực quán tín của cuộn ba

Khi máy k ởi đ n đ n cơ c n sin ra ực kéo đ ớn để hắn q án ín của

cu n bao đây cũ g à úc ải rọ g đặtlên đ n cơ à ớn n ất

Kh ilượn của cu n bao đườn kín 4 0 mm à m = 5 k

Su ra rọ g ượn của cu n bao g ik oản 5 N

Trọ g ượn của c c b p ận chặn haiđầu rục đỡ và ố g ótlà 5 N

Vậy ổ g rọ g ượn c n ải à

Q1 = 5 + 5 = 1 9N

Mô hìn ín oán n ư sau

F1 – ực kéo của đ n cơ á đ n ên cu n bao

Mqt – mômen q án ín của cu n bao đ ivớitâm rục q ay

m – kh ilượng của cu n bao

Từ p ươn rìn c n bằn mômen q an rục q ay a xá địn được F

Tro g cô g hức rên a à gia ốc dài của bao vì thờigian mở máy đ i vớiđ n

cơ côn suấtn ỏ à rấtn an nên a ấy a = v = 0,1 2 m/s

2. Lực ma sát tại các cặp ổ ăn tr n trục đỡ cuộn ba các trục trung gian (7 trục), trục cán mép (2 trục) và trục hàn ba

Cá ực này a k ô g c n ính mà chỉc n dựa vào hiệu suấtcủa c c c p ổ ăn (

( ηol= 0,9 ) để ăn hêm ực kéo của đ n cơ

Ở đây a hấy có 1 c p ổ ăn như ực kéo sẽ ăng hêm 1/0,9 1 = 1,1 7 ần

3. Lực ma sát tại cặp ổ trượt tr n trục cuốn

Tươn ự n ư rên a cũ g k ô g ín ực này mà chỉ dựa vào hiệu suất của ổ trượt(( ηot = 0,98) để ăn ươn ứn ực kéo của đ n cơ

m

F1

Như vậy ực kéo sẽ p ảităn hêm 1/0,9 = 1,0 ần

4. Trọng ượng của trục căng ba bằng trọng ượng

Trọ g ượn của rục đều h a ực c ng n được n ư sau

Q2 = 7 ,4 N

Kích hước rục n ư sau

5. Lực ma sát sinh ra giữa ba v các bộ phận tạ hình

a) Đốivớib p ận ạo hình ban đầu

Lực c n bao á d ng ên bao ạib p ận ạo hìn ban đầu cũ g à ực kéo của

đ n cơ ên c c b phận rước b p ận ạo hìn (g m có 7 c p ổ ăn):

F2 = (F1 + Q)/(0,9 7) = 7 ,3 N

Lực ma sátsin ra rên b p ận ạo hình ban đầu

b) Đốivớib p ận ạo hình chín

Bộ phận tạo hình chính

Bộ phận tạo hình ban đầu

Lực ma sátsin ra rên b p ận ạo hình ban đầu

Fms2 = k×F3×cos8 ,75 = 2,6N

Như vậy ực kéo bao c n có sau b p ận ạo hình chín à

F4 = F3 + Fms2 = 86,1 + 2,6 = 88,7N

6. Lực ma sát sinh ra giữa ba v phễu cấp ệu

Lực kéo c n có của đ n cơ sau c p rục ạo nếp

Lực kéo c n hiết của đ n cơ sau rục cu n (trừ đi hao p í trên c p ổ rượtcủa

c p co ăn dẫn bao rước enco er c p ổ rượt trên rục hàn bao c p ổ ăn rên rục

cu n bao)

Pheãu caáp lieäu

F7 = F6/(ηol×ηot2) = 9 ,6N

7. Trọng ượng của ba cà phê chưa cắt

Trọ g ượng này cù g chiều vớilực kéo của đ ng cơ d đ n có á d n giảm tải trọ g n ưng ại biến đ itheo ch k (k i có k i k ô g) nên a k ô g ín đến k i

xá địn ảitrọ g

8 Ha phí tr n bộ truyền xích

Hiệu suấtcủa bộ ru ền xích ηx = 0,9

Lực kéo c n có của đ n cơ sau b ru ền xích à

F8 = F7/ηx = 1 2,7N

9. Ha phí tr n hộp giảm tốc

Ta ch n đ ng cơ ích hợp h p giảm ốc bán răng rụ haic p

Như vậy ổ hất trên h p giảm ốc bao g m ổ hất trên hai b ru ền bánrăn (hiệu suấtηbr = 0,9 và ổ hất rên haic p ổ ăn ηol =0,9 )

Từ c c ực rên su ra cô g suấttrục cô g á (cô g suấttrên rục cu n)

Plv = F7×v/1 00 = 0,0 3 kW

Plv – Cô g suất àm việ

Cô g suất rên rục ra của h p giảm ốc

Ng àira cò có ực c n hiết để quay mâm gạt b t ,lực này p ải đ ớn để ch nlạilực c n của k ốilượn c phê chứa ro g h n c p ệu

I I Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén của má

Máy được ran bịba x lan k ínén

- Xylan đ n mở cửa c p iệu

IV Hệ thống nhiệt của máy

Hệ h n n iệtcủa máy bao g m

- Cặp co ăn ép mí bao với k oản rốn bên ro g mỗi trục dù g để gắn điện trở sinh n iệt(điện rở k ô g iếp x c vớithàn ron của rục co ăn nên k ô g q ay theo rục)

- Cặp han n iệthàn đầu bao (cũ g à b p ận c tbao) có ỗ d c heo chiều dàithân để gắn điện rở sin n iệt

Nhiệt cu g c p ch c hai b p ận hàn này được ín àm sao để d y rì n iệt độ của ch n ở n iệtđ c n hiếtđể hàn bao (k oản 1 0°C) ức à p ảitrừ đi lượng n iệtmất mát d ỏa n iệt ra môi trư n x n q anh (g m ru ền vào k ôn k í và ru ền vào hộ chứa co ăn) Ở đây d ượn n iệtcu g c p ch bao g ikh n ớn nên a có thể b q a ượn n iệtnày h ặ chỉc n n ân hêm hệ số khi ín oán

V Hệ thống điều khiển

Máy được điều k iển bằn PLC oạin ỏ (k oản 8 n õ vào và 4 n õ ra)

Hệ h n c m biến bao g m

- Cảm biến q an h c oại p ản xạ được đặtlên mí bao (gần rục co ăn cu n)

có n iệm v xá địn vịtrívạ h địn vịtrên bề mặtbao Phảiđảm bảo k oản c ch của

c m biến đến bề mặt bao p ù hợp để p át h y ốt k ả năn của c m biến đ n hời

p ảiche chắn để ch n nhiễu

- Cảm biến ừ (là mộtcô g ắ ừ) đặtson so g vớiđường âm của b p ận

hàn-c t có n iệm cụ iếp n ận ín hiệu ừ của nam châm vĩnh cửu đặt trên bộ p ận này để

xá địn hờiđiểm haithan n iệtgặp n au (thờiđiểm c t)

- Enco er đ g c ấy ín hiệu ừ rục co ăn ép có n iệm v xá địn k oản sai

lệ h giữa hai bao iên iếp (với 3 vạ h địn vị) từ đ cu g c p số iệu ch hệ h n

tến hành b rừ saisố Encoder d n oạicó đ p ân giảitừ 5 đến 1 0

* Mạ h đ ng ực máy g m hai đ ng cơ ba p a k ô g đ n b được điều k iển vận ốc bằn biến ần và đ n c tbằn k ởiđộ g ừ Sơ đ mạ h đ n ực n ư sau

Hìn 1

M1 – Độ g cơ cu n bao M2 – Độ g cơ q ay mâm gạtb t.T1 và T2 – Cá iếp điểm của k ởiđ n ừ

1RN 2RN 3RN

T1 Bieán

taàn

T2

3RN 2RN 1RN

M1

M2

* Mạ h điều k iển (d n PLC)

Ch hích

- X1 Tín hiệu x ng của enco er

- X2 Tín hiệu của c m biến q an xá địn vạ h

- X3 Tín hiệu của c m biến ừ xá địn vịtríđ n của b p ận

hàn-c t

- Y0 Ng ra điều k iển đó g mở b p ận hàn-c tvà cửa c p iệu