Đề tài Thiết kế và chế tạo máy chiết rót bán tự động

1.1.2.Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán , thiết kế và chế tạo một loại máy chiết rót sản phẩm lỏng bán tự động đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật an toàn, chính xác, dễ sử dụng,…, hiệu quả kinh

Chương 1: GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu về máy chiết rót bán tự động:

động lao động sản xuất là rất quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó, nhóm chúng em đã chọn đề tài: “ Thiết

kế và chế tạo máy chiết rót bán tự động”, nhằm phục vụ việc chiết rót sản phẩm

cho các ngành sản xuất có nhu cầu Và đây cũng chính là đề tài tốt nghiệp của

nhóm chúng em

1.1.2.Mục tiêu nghiên cứu:

Tính toán , thiết kế và chế tạo một loại máy chiết rót sản phẩm lỏng bán tự động đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật ( an toàn, chính xác, dễ sử dụng,…), hiệu quả

kinh tế ( năng suất, giá thành sản suất,…), không độc hại, không gây ô nhiễm môi

trường và phù hợp với công nghệ sản xuất trong nước

1.1.3.Đối tượng nghiên cứu:

Các tài liệu, sách, giáo trình có liên quan, tìm hiểu thực tế ở các cơ sở sản xuất, các nhà máy, xí nghiệp…

Các phương pháp tính toán, thiết kế và chế tạo các chi tiết hay cụm chi tiết theo nguyên lý vá các thông số cơ bản

Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Mục đích và phạm vi ứng dụng

Phân lượng sản phẩm lỏng bằng máy được phổ biến rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm Khi phân lượng bằng máy thì cải tiến được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác

Trong ba phương pháp định lượng cơ bản: trọng lượng, thể tích và định lượng theo mức thì phổ biến nhất đối với sản phẩm lỏng là hai phương pháp sau cùng

Các yêu cầu nêu ra với những máy để rót sản phẩm thực phẩm chủ yếu là

do những tính chất vật lý khác nhau của chúng quyết định ( tạo bởi độ nhớt, độ bay hơi) Ví dụ như bia, sa6mpanh và các đồ uống có chứa không khí Để giảm tổn thất khí cacbonic thì phải rót dưới áp suất cao cao hơi áp suất khí quyển

Người ta tạo nên trong bao bì một áp suất cao bằng áp suất trong bình chứa chất lỏng chảy ra

2.2 Phân loại các máy rót

Những máy để phân lượng sản phẩm thực phẩm lỏng có thể phân loại theo những dấu hiệu khác nhau Trong bản trên nêu ra sự phân loại các cách rót phụ thuộc vào phương pháp rót chất lỏng, cấu tạo máy và của bộ phận rót

Số thứ

tự

Các chỉ số phân loại Các phương pháp vật lý, cấu tạo và kỹ thuật thực hiện rót

1 Loại máy cơ cấu rót

bằng tay

bán tự động

tự động tự động

theo các khối chi tiết

liên hợp bít kín khác nhau

2 Cấu tạo máy một rãnh

thẳng

nhiều rãnh thẳng

kiểu bàn

3 Phương

pháp nạp chất lỏng

dưới áp suất chiều cao cột chất lỏng không đổi

dưới áp suất chiều cao cột chất lỏng giảm đi

tạo chân không trong bao

bì nạp đẩy

bơm pittông

áp suất cột chất lỏng trên

theo thể tích nhờ bình lường cố định

theo mức, nghĩa là nạp đầy bao bì đến mức đã biết

6 Tác động lên bộ phận đóng kín

nâng mâm bên dưới, trên đó có bao bì nhờ

cơ cấu cao

cố định

nâng mâm bên dưới, trên đó có bao bì nhờ không khí nén

cho dòng điện của vào cuộn dây của van hình ống xoắn

Đối với những sản phẩm có độ nớt nhỏ từ ( 0,8-0,85).10-3 N.s/m2 , khối lượng riêng từ 0,9 – 1 g/cm3, thì có thể dùng các bộ phận rót trong đó chất lỏng cần phân lượng chảy dưới tác dụng của khối lượng ( thiết bị rót trọng lượng )

Những sản phẩm thực phẩm ít nhớt như thế gồm sữa, cream, rượu, bia, nước

ép, dầu thực vật, dầu cá Những sản phẩm có độ nhớt cao hơn gồm dịch cà chua, dịch sữa, dịch rau, kem cốc…người ta phân lượng những sản phẩm này nhờ ép cưỡng bức chúng trong dụng cụ đặc biệt của máy phân lượng

2.3 Cơ cấu rót của máy phân lượng

2.3.1 Cơ cấu rót kiểu van

Trên hình chỉ cơ cấu rót kiểu van đơn giản nhất, nó gồm có bình lường 1, van 3 chiều 2, ống 3, ống nối 4 để nạp đầy bình lường và ống nối 5 để rót thể tích đã đo vào bao bì chứa

Thể tích chất lỏng đi vào trong bình lường 1 phụ thuộc vào vị trí đầu bên dưới của ống 3 hở cả hai đầu

Khi nút của van ba chiều tại vị trí chỉ ở phần bên phải của hình vẽ, chất lỏng dưới áp suất thủy tĩnh đi vào trong bình lường, đẩy không khí trong bình qua ống 3 Khi chất lỏng dâng đến mép dưới của ống thì không khí không ra được nữa, còn chất lỏng ở trong bình lường được dâng lên cao hơn mép dưới của ống một đoạn h, phụ thuộc vào mực chất lỏng ở trong thùng rót

Áp suất không khí trên chất lỏng sẽ ngăn cản việc nạp tiếp tục vào bình lường , còn lối ra của chất lỏng bị đóng Chất lỏng trong ống 3 sẽ dâng lên và theo quy tắc bình thông nhau nó được xác định bằng mực chất lỏng ở trong thùng rót Như thế là chấm dứt một chu trình định lượng Thể tích được điều chỉnh bằng nâng hoặc hạ ống 3 xuống

2.3.2 Cơ cấu rót kiểu van xoáy để rót đẳng áp chất lỏng có nạp khí

Để tránh tổn thất khí khi rót chất lỏng có nạp khí người ta nạp đầy bằng

cơ cấu rót đẳng áp đặc biệt Trên hình mô tả mặt cắt của van để rót đẳng áp chất lỏng có nạp khí ( bia)

Chu trình làm việc của cơ cấu rót đẳng áp gồm:

- Nạp đầy khí vào bao bì, áp suất của khí bằng áp suất dư, chất lỏng sẽ được rót ở áp suất đó

- Mở lỗ nạp chất lỏng

- Chất lỏng chảy vào bao bì chứa không có chênh lệch áp suất ( dưới tác dụng của trọng lượng bản thân )

- Nạp đầy bao bì đến mức chất lỏng đã định trước

- Đóng lỗ nạp chất lỏng Trong thân van 4 có ba lỗ được khoan dưới những góc khác nhau Ở trong

có van 11 cũng có 3 rãnh tương ứng Phần bên trên của vỏ van nối liền với đáy

12 của thùng rót, còn phần bên dưới thì nối với khớp trục 5, tiếp dưới là hình nón định tâm 9 có vành cao su 10

Các ống 6, 8, 13, 14tho6ng với thùng rót để nạp chất lỏng vào bao bì

Rãnh vòng 15 nối với khoang trong của bao bì cần nạp đầy với ống 13, ống hình ô van 8 như ta thấy ở mặt cắt A-A, đi trong ống 6 kết thúc bằng lỗ 7

Tay gạt 16 quay thân van 4 một cách lien tuc, hợp lý Trong những máy rót tự động thì tay quay có prophin phức tạp ( cam ) Khi quay bàn quay thì tay quay được lăn trên tấm định hướng cố định Nhờ đó mà thân van được quay theo với những quy tắc đã được quy định theo thời gian và không gian

ở vị trí làm việc thứ nhất, rãnh 2 mở và chai được nạp đầy khí từ thùng khí có áp suất Ở vị trí làm việc thứ hai thì các rãnh 1, 3 mở và chai được nạp đầy chất lỏng qua rãnh 1 Khí bị chất lỏng đẩy ra khỏi chai đi vào thùng chứa khi1theo rãnh 3

Chất lỏng được nạp đầy vào chai đến mức h1, chổ có lỗ 7 và ống 8 Bên trên chất lỏng còn có khí không có chổ ra, chất lỏng sẽ dược nâng lên theo ống

3 và theo quy tắc bình thông nhau, nó được xác định bằng mực chất lỏng ở trong thùng áp lực

Ở vị trí thứ 3 thân van ngừng nạp chất lỏng và làm thông thể tích bên trong của bao bì cần nạp đầy với thể tích ở thùng rot1theo hai đường ống 2 và

3 Lúc này chất lỏng ở trong ống 3 chảy ra làm nâng mực chất lỏng ở trong chai lên h2, còn lượng khí tương ứng lại từ chai theo đường ống 2 quay ngược

về thùng

Ở vị trí thứ 4, khâu van phân cách hoàn toàn bao bì với thùng rót và chất lỏng ở trong ống 1lai5 chảy vào chai làm dâng mực chất lỏng lên đến vị trí h3

Điều chỉnh vị trí cuả lỗ 7 theo chiều cao, có thể nạp đầy bao bì tới mức sai

số cho phép trong thực tế

2.3.3 Cơ cấu rót kiểu van chắn

Cơ cấu rót kiểu van chắn như hình vẽ dùng trong một số ít nhà máy sữa

để rót sữa vào chai có miệng rộng

Trong cơ cấu rót kiểu van chắn chất lỏng nạp đầy vào bao bì nhờ phá vỡ chổ nối kín của van với đế của nó

Trong các cơ cấu kiểu van chắn khe hình vành khuyên giữa van và đế của

nó được tạo nên là do kết quả tác dụng của miệng bao bì cần nạp đầy lên van hay lên đế Có thể giải quyết một cách khác, đặc biệt là van nâng cưỡng bức bằng cơ cấu cam đặc biệt đúng lúc khi dưới lỗ rót có bao bì

Ở đáy của thùng rót có lắp ống nối 1 bằng đai ốc 2 ( hình ) Ống lót 3 có vành cao su 4 có thể dịch chuyển dọc theo ống nối Bề mặt tiếp xúc của ống lót và ống nối phải gia công mài

Ống 5 hở cả hai đầu, dùng để tháo không khí bị chất lỏng đẩy ra khỏi chai Đầu phía dưới của ống đó ghép chặt với đệm cao su 6 Lò xo 7 dùng để tăng lực đóng kín cặp van đế Mép dưới của ống lót 3 là van chắn

Khi chai được nâng lên phía trên, ấn chặt miệng vào đệm cao su 4 Nén lò

xo 7 và nâng ống lót 3 lên, lúc đó qua khe vừa tạo ra, chất lỏng từ trong thùng rót chải ra nạp đầy vào bao bì ( chai )

Khi nạp vào thì miệng chai được ép chặt vào vành cao su 4, còn không khí thì theo ống 5 đi vào không gian ở bên trên chất lỏng trong thùng rót

Khi chất lỏng lên đến mép dưới của ống thì áp suất của không khí trong chai không có chỗ ra và sẽ ngăn cản việc tiếp tục đưa chất lỏng vào

2.3.4 Cơ cấu rót kiểu van có bình lường cố định

Trên hình chỉ ra thùng rót 1, nối với đáy là bình lường 2 gồm hai ngăn a

và b Van nút 3 cho phép cắt ngăn b trong những trường hợp phải giảm lượng chất lỏng đổ vào bao bì ( thường thì thể tích a và b bằng nhau, bởi vậy khi cắt ngăn b thì việc nạp giảm đi một nữa) Hình nón 4 để định tâm miệng chia bắt buộc nâng các khung 10,12,13 do các chai 5 bị dâng lên khi đó lò so 11 bị nén

Khi đó lò xo nén 6 có thể giản dài và van 8 ép lên đế 9, tách bình lường khỏi thùng rót

Khi thanh ngang 13 đi đến vòng kẹp 14 thì nâng vòng kẹp này lên, thanh

15 có lắp van 7 ở đầu dưới cũng được nâng lên cùng với chúng Đúng lúc đó chất lỏng bắt đầu ở trong bình lường chảy ra

Sau khi hạ chai xuống lò xo 11 đưa hệ thống về vị trí ban đầu, bình lường được đổ đầy chất lỏng và chu trình làm việc đã mô tả được lặp lại như cũ

2.3.5 Cơ cấu rót có chi tiết che kiểu van trượt

Trên hình trên chỉ van trượt hình trụ dùng như cơ cấu đóng kín của máy rót Thùng rót 1 nối với thân rỗng 2, bên trong có đặt van trượt hình trụ 3 Van trượt được nâng lên cao hay hạ xuống là nhờ tay gạt 4, đảm bảo việc nạp hoặc không nạp chất lỏng từ thùng 1

Trên hình vẽ chỉ ra hai vị trí của van trượt , có lỗ tương ứng với sự mở lỗ chảy (bên phải) và đóng lỗ chảy ( bên trái ) để nạp chất lỏng từ thùng rót vào chai

2.3.6 Cơ cấu rót có bình lường và có van trượt

Trên hình chỉ ra cơ cấu rót dược dùng trong ngành sữa, rượu, rượu vang

và trong những lĩnh vực công nghiệp thực phẩm khác để rót sản phẩm thực phẩm lỏng không nhớt

Trong thùng rót 1 có bình đựng 2, đáy bình vặn chặt với van trượt 3 Phần bên trên của van trượt 3 thì rỗng còn phần bên dưới đặc Bên thành phần rỗng của van trượt có lỗ 4 ; phía đáy thùng 1 có lắp ống lót rỗng 5, có lỗ 6, ống chảy tràn 7 và đầu cuối để cắm vào bao bì

Lò xo 9 và con lăn 10 dịch chuyển theo cơ cấu cam có profin tương ứng đảm bảo sự dịch chuyển thẳng đứng của van trượt Khi nâng van trượt lên một

đại lượng H thì bình lường 2 dùng để chứa chất lỏng được nâng lên , mép bên trên của nó nằm cao hơn mực chất lỏng Đồng thời xảy ra sự trùng khít các lỗ 4

và 6 của cặp van trượt, nhờ đó mà chất lỏng ở trong bình lường chảy vào bao

bì chứa

Sau khi chảy hết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống lại được nạp chất lỏng và lặp lại chu trình làm việc

2.3.7 Cơ cấu định lượng nhão

Trong sản xuất thường gặp các loại dịch nhão như dịch cà chua cô đặc, tương ớt, mứt nhuyễn….trong thực phẩm cùng nhiều loại tương tự trong các ngành công nghiệp khác

khoang 4 do chênh lệch áp suất giữa khoan chứa dịch và thùng 1( khoang 4 được tính toán thiết kế làm sao cho lượng dịch được hút vào đủ cho bình chứa

7 ) Khi pittong chuyen động từ trái sang phải, áp suất trong khoang 4 tăng lên , van 3 đóng lại, van 6 mở ra dịch được đẩy vào bình chứa 7 Quá trình tiếp tục rót chai khác được lặp lại

2.4 Các loại máy chiết rót

2.4.1 Máy chiết rót dùng nguyên lý tràn đầy hệ thống

2.4.1.1 Ứng dụng

Đây là loại tốt nhất cho các chất lỏng có độ nhớt thấp đến trung bình, chất lỏng có hạt rắn không quá 1/16’’

Ví dụ: Nước sốt, xi rô, gel, dầu gội, chất tẩy rửa bột và hóa chất, nước và dung

dịch nước khác không phải là đồ uống có ga

2.4.1.2 Ưu điểm Hiệu suất cao, dễ vệ sinh, dễ vận hành, chi phí thấp

2.4.1.3 Nguyên lý hoạt động

Phía cung cấp (màu xanh) của một phần ống dẫn được sữ dụng để bơm sản phẩm vào bình chứa Khi thùng chứa lên đến mực chất lỏng đã định trước , các

chất lỏng dư thừa và bọt bị buộc ra khỏi thùng chứa (theo mũi tên đỏ ) trở về bồn

Máy tính độc lập theo dõi chuyển động quay của mỗi đầu máy bơm để biết chính xác bao nhiêu sản phẩm đã được bơm Khi điền vào mục tiêu là đạt đến khối

lượng , mỗi máy bơm và ống hút ngay lập tức tắt

2.4.3 Máy chiết rót dùng nguyên lý điền đầy theo thời gian

2.4.3.1 Ứng dụng

Đây là loại tốt nhất cho các chất lỏng có độ nhớt rất mỏng và không thay đổi theo nhiệt độ môi trường xung quanh Máy này cũng thích hợp cho các ứng

dụng tuần hoàn của nước trong các đường dẫn chất lỏng là không mong muốn, chủ

yếu được sử dụng trên các sản phẩm mà không tạo bọt

Ví dụ: Nước, dung môi, rượu, hóa chất, sơn, mực in, hóa chất ăn mòn như axit và

Ví dụ: Nước sốt, salsas, kem mỹ phẩm, dầu gội đầu, gel, chất tẩy rữa, các

loại dầu và dầu nhờn…

2.4.4.2 Ưu điểm

Chi phí thấp, dễ dàng sử dụng

2.4.4.3 Nguyên lý hoạt động

Hình: nguyên lý làm việc máy chiết rót dùng piston

Piston được kéo trở lại trong xi lanh của mình để sản phẩm được hút vào xi lanh

Một van quay thay đổi vị trí để sản phẩm sau đó được đẩy khỏi xi lanh thay vì trở

lại vào phễu

Hình: máy chiết rót dùng piston

2.3.4.5 Máy chiết rót dùng nguyên lý trọng lượng tịnh

2.4.5.1 Ứng dụng

Đây là loại tốt nhất cho các chất lỏng chứa trong số lượng lớn , hoặc các sản phẩm số lượng nhỏ hơn có giá trị rất cao Thông thường các sản phẩm đó phải

được bán theo trọng lượng

Ví dụ: các hóa chất làm sạch, giải pháp enzyme, dầu và các sản phẩm có giá trị trung bình

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN 3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy chiết rót bán tự động:

Hình: sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy chiết bán tự động

3.1.1 Cấu tao của máy chiết bán tự động:

- tank đệm: tank đệm là nơi trung gian giữa nơi phối liệu và quá trình chiết phẩm

vào tank đệm là phẩm đã được pha trộn, nên phẩm được dự trữ tại đây để phục vụ

cho quá trình chiết

- Van tiết lưu: là van được đặt ở trước vòi chiết nó được dùng để điều chỉnh lưu

lượng chiết sao cho thời gian chiết đầy 3 bình chứa phẩm là bằng nhau

- lưu lượng kế: được đặt ở trước vòi chiết để hiển thị thông số lưu lượng sau khi đã

điều chỉnh van tiết lưu

- bơm 1: dùng để lấy phẩm từ tank đệm và phục vụ cho quá trình chiết

- bơm 2: dùng để bơm phẩm đến tank đệm

- đầu dò mực nước: được đặt ở tank đệm để báo hiệu và điều khiển bơm 2 hoạt

- phẩm được bơm 1 hút từ tank đệm rồi đẩy đến hệ thống chiết lúc này dung dịch

sệt được chia thành 3 đường để chiết cho 3 bình chứa cỡ 5 lít Để đảm bảo cho

khoảng thời gian chiết đầy 3 bình chứa bằng nhau Ta lắp trên mỗi ống chiết 1 van

tiết lưu điều chỉnh bằng tay và 1 lưu lượng kế để hiển thị lưu lượng để ta dể dàng

điều chỉnh Khi chiết được 30 giây thì bình chứa sẽ đầy, bơm 1 sẽ tự động ngắt

thông qua timer đã được cài đặt sau đó bình chứa phẩm sẽ được lấy ra và thay thế

bằng bình rỗng khi đó ta nhấn nút reset, timer cũng sẽ trở về giá trị 0s và chu trình

sẽ được lặp lại

- khi đầu dò mực nước báo tank đệm đã hết phẩm, thì bơm 2 sẽ hoạt động để bơm

phẩm vào tank đệm khi đầu dò mực báo tank đệm đã đầy thì bơm 2 sẽ ngắt cứ

thế quá trình được thực hiện tuần tự

3.2 Tính toán máy chiết rót bán tự động:

3.2.1 tính toán máy bơm:

- Chọn bơm bình thường trong công nghiệp thì 4 yếu tố chính là lưu lượng, cột áp,

độ nhớt và kích thước đường ống

Chọn bơm:

- Ta chọn loại bơm ly tâm là loại bơm có bộ phận chính là các bánh xe công tác có

các cánh dãn dòng, nó là bộ phận chủ yếu để trao đổi năng lượng với chất lỏng

Bơm li tâm họat động như sau:

• Chất lỏng được hút vào bánh công tác ( rotor), đi qua

rotor, nhận năng lượng từ rotor rồi đi ra khỏi vỏ

• Vỏ bơm giúp chuyển động năng này thành tĩnh áp+

động áp

- Trong đó cột áp là phần phức tạp nhất, ta chọn một

tuyến đường ống dài nhất từ nơi đặt bồn nước bơm đến

vị trí cần bơm, khi đó tổn thất cột áp trên đoạn này là

cao nhất Trong tuyến đường chính đó có nhiều kích

thước đường ống khác nhau thì ta tính tổn thất trên

từng đoạn Sau đó cộng tổng cộng các cột áp lại ra cột

- Tuy nhiên có nhiều cách để tính toán bơm nước trong dân dụng theo kinh

nghiệm, hay khi dự thầu hay công trình lớn cần quá trình tính toán chi tiết hơn để

chọn bơm chính xác hơn

Thông số ban đầu:

- Chiết 3 chai, mỗi chai 5 lít

- Thời gian chiết đầy mỗi chai là: 30 giây

- Suy ra, lưu lượng mỗi đầu chiết là 10 lít/ phút

- Dung dịch ở nhiệt độ thường 30oC

- Độ nhớt dung dịch ở nhiệt độ bình thường là 10 x 10-6 m2/s: