Thiết kế chế tạo máy định lượng và đóng gói cà phê dạng bột

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Mục lục LỜI MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề: 2.Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước: 3.Mục tiêu đề tài: 10 Giới hạn đề tài: 10 5.Giải pháp ý tưởng: 10 6.Kết đạt 10 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 11 1.1 Giới thiệu chung cà phê dạng bột 11 1.1.1 Khối lượng (thể tích) 11 1.1.2 Độ xốp của bột cà phê 11 1.1.3 Độ ẩm của bột cà phê 12 1.1.4 Màu của bột cà phê 12 1.1.5 Mùi của bột cà phê 12 1.2 Các loại cà phê Việt Nam 13 1.2.1 Cà phê Arabica 13 1.2.2 Cà phê Robusta 14 1.2.3 Cà phê Culi 15 1.2.4 Cà phê Cherry 15 1.2.5 Cà phê Moka 16 1.3 Quy trình sản xuất cà phê bột 17 CHƯƠNG 2: ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG GÓI 18 2.1 Mục đích phạm vi ứng dụng 18 2.1.1 Định lượng 18 2.1.2 Đóng gói 18 2.2 Phân loại 18 2.2.1 Định lượng 18 2.2.2 Đóng gói 19 2.3 Các máy định lượng vật liệu rời 19 2.3.1.Thùng định lượng 19 2.3.2 Vít định lượng 21 2.3.3 Đĩa định lượng: 23 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH 2.4 Các máy đóng gói vật liệu 27 2.4.1 Máy đóng gói hoạt động theo nhịp 27 2.4.2 Máy đóng gói hoạt động liên tục 28 2.5 Kết luận 29 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 30 3.1 Các phương án 30 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 32 4.1 Tính toán, thiết kế phễu cấp bột 32 4.2 Hộp định lượng 34 4.3 Tính toán, thiết kế ống định lượng 36 4.4 Khung máy 38 4.5 Hộp chưa bao 39 4.6 Băng tải 40 4.7 Tính toán động cho băng tải 43 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN MÁY 44 5.1: Các phương án 44 5.2: Các liệu đầu vào điều khiển 44 5.3: Điều khiển khí nén 44 5.4: Biểu đồ trạng thái 44 5.5: Điều khiển Adruino (UNO) 45 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 0.1: Máy định lượng mâm xoay đóng gói Hình 0.2: Máy cân định lượng đóng bao Hình 0.3: Máy định lượng ống Hình 0.4: Máy định lượng sử dụng vít tải Hình 1.1: Độ xốp bột cà phê 11 Hình 1.2: Màu bột cà phê 12 Hình 1.3: Cà phê Arabica 13 Hình 1.4: Cà phê Robusta 14 Hình 1.5: Cà phê Culi 15 Hình 1.6: Cà phê Cherry 15 Hình 1.7: Cà phê Moka 17 Hình 1.6: Quy trình sản xuất cà phê bột 17 Hình 2.1: Các thùng định lượng 20 Hình 2.2: Thùng định lượng có cánh 20 Hình 2.3: Vít định lượng 22 Hình 2.4: Mâm xoay 24 Hình 2.5: Sơ đồ kết cấu mâm hay đĩa định lượng 24 Hình 2.6: Máy định lượng kiểu đĩa 25 Hình 2.7: Đóng gói theo nhịp 27 Hình 2.8: Đóng gói liên tục 28 Hình 3.1: Sơ đồ máy 31 Hình 4.1: Phễu 33 Hình 4.2: Hộp định lượng 35 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 4.3: Ống định lượng 37 Hình 4.4: Khung máy 38 Hình 4.5: Hộp chứa bao 39 Hình 4.6: Khung băng tải 40 Hình 4.7: Tấm đỡ băng tải 40 Hình 4.8: Rulo 41 Hình 4.9: Rulo phụ 41 Hình 4.10: Băng tải 42 Hình 4.11: Bộ truyền xích 43 Hình 5.1: Biểu đồ trạng thái Error! Bookmark not defined Hình 5.2: Nguyên lý mạch Arduino Error! Bookmark not defined Hình 6.1: Một số hình ảnh hồn thiện máy 53 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH LỜI MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề: Nước ta trình hội nhập mạnh mẽ nên ngành sản xuất nước đối đầu với nhiều thách thức từ tập đồn lớn bên ngồi Loại hình sản xuất thủ công nhỏ lẻ cho thấy khả cạnh tranh yếu dễ dàng bị loai khỏi môi trường kinh doanh khốc liệt Vì thế, cấu kinh tế có bước chuyển dịch đáng kể theo hướng cơng nghiệp hóa bước đại hóa để cải thiện quy mô sản xuất tăng khả cạnh tranh Ngày nay, cơng cơng nghiệp hóa đại hóa tiến trình hội nhập sâu vào kinh tế giới nói chung quốc gia tố chức WTO nói riêng đặt cho kinh tế sản xuất cần phải đáp ứng yêu cầu chung giới Có thể nhận thấy điều sản xuất mang tính thủ cơng lạc hậu, điều kiện cần đủ để trình hội nhập thành cơng phải đại hóa kinh tế, đại hóa tự động q trình sản xuất Nhận thấy tầm quan cúa tự động hóa sản xuất , nhiều công ty chấp nhận đầu tư phòng nghiên cứu, chuyển giao cơng nghệ Tự động hóa ngành nghề , lĩnh vực hiên đặt lên hàng đầu phat triển nước ta thường xuyên mang thảo luận kỳ họp quốc hội Cơng nghệ định lượng đóng gói – phận cơng nghệ tự động hóa - thực phát triển mạnh mẽ thời gian qua Nền kinh tế phát triển với tốc độ tăng trưởng GDP cao, công nghiệp ngày lên theo hướng đại, có cơng nghiệp chế biến cân… Các dự án thu hút hàng tỷ USD công bố gần lĩnh vực thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm, sản phẩm y tế, thuốc phòng thí nghiệm cho thấy, lĩnh vực Việt Nam mở rộng qui mô phát triển Nhiều DN chế biến, đóng gói Việt Nam bước nỗ lực đại hoá sở hạ tầng, thay đổi phương thức sản xuất, mở rộng cập nhật công nghệ để hướng tới hệ thống sản xuất tiên tiến, có khả cạnh tranh cao thương trường nước Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Với nhu cầu thiết thực đó, nhóm nghiên cứu định chọn máy đinh lượng đóng gói cà phê làm đề tài nghiên cứu chế tạo tốt nghiêp Đề tài đáp ứng xu mà phù hợp với lực nhóm nghiên cứu 2.Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước: Với cơng nghệ tự động ngày phát triển việc phải ln tìm tòi nghiên cứu đưa phát minh cải tiến kỹ thuật cho cơng nghệ tự động nói chung máy định lượng đóng gói nói riêng quan tâm Nước ta nghiên cứu chế tạo nhiều loại máy cân định lượng đóng gói Điều giúp cho sản xuất nước nhiều, giúp doanh nghiệp giảm khoản chi phí đầu tư máy móc nước ngồi mắc tiền Với đội ngũ nhà nghiên cứu trẻ, kỹ sư giỏi đào tạo chuyên môn hứa hẹn cho đời nhiều cơng trình khoa học máy tương lai Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu cho đời nhiều công nghệ đại Công nghệ sản xuất cân đo phát triển mạnh mẽ, sản phẩm sản xuất theo dây truyền khép kín hồn tồn tự động hố Hiện có nghiên cứu ứng dụng phần mềm mới, vật liệu mới, cấu để phục vụ hồn thiện Hình ảnh máy định lượng đóng gói có thị trường: Hình 0.1 Máy định lượng mâm xoay đóng gói Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 0.2 Máy cân định lượng đóng bao Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 0.3 Máy định lượng ống Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 0.4 Máy định lượng sử dụng vít tải Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH 3.Mục tiêu đề tài: Thiết kế, chế tạo máy định lượng đóng gói Sử dụng cấu đơn giản, ứng dụng công nghệ kiến thức học vào thực tế Tính tốn chế tạo máy đáp ứng nhu cầu thực tế, giá thành chế tạo rẻ, dễ sử dụng Giới hạn đề tài: Làm cấu đơn giản, giá thành rẻ Định lượng mức độ tương đối Nằm khả kiến thức giảng dạy có tính thực tế 5.Giải pháp ý tưởng: Dựa ứng dụng công nghệ sử dụng phổ biến nay, đưa nhiều phương án thiết bảo kế chế tạo sau lựa chọn phương án khả thi nhất, hợp lý để tiến hành chế tạo đảm yêu cầu đặt 6.Kết đạt Chế tạo thành cơng mơ hình máy định lượng đóng gói cà phê dạng bột Mơ hình phải hoạt động tốt đáp ứng yêu cầu ban đầu Tuy nhiên cần phải nghiên cứu thêm để máy ngày hoàn thiện hơn, ứng dụng công nghệ hơn, tiên tiến vào máy 10 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 4.8 Rulo Hình 4.9 Rulo phụ 41 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 4.10 Băng tải 42 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH 4.7 Tính toán động cho băng tải Ta có động cơ: Pdc = 50 Kgf.cm (v/p)  Rulo băng tải có ∅ = 60 mm  vòng Rulo quay chu vi Rulo P = D 𝝅 = 60 𝝅 = 188,5 mm  Vận tốc băng tải: Vbt = P Pdc = 188,5 50 = 9425 (mm/p) Tải trọng băng tải m = 2kg  Công suất yêu cầu băng tải Pbt = m.Vbt = 2.9425 = 18850 (mm/p) Số vòng quay yêu cầu băng tải Pbt1 = Pbt / P = 18850/188.5 = 100 (v/p)  Tỷ số truyền: u = PBđ / PCđ Trong đó: PCđ = PDc = 50 PBđ = Pbt1 = 100  u = 100/50 = Dựa vào tỷ số truyền ta chọn: Đĩa xích chủ động 10 Đĩa xích bị động 20 Hình 4.11 Bộ truyền xích 43 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN MÁY 5.1: Các phương án - Điều khiển điện - Điều khiển khí nén Nhóm nghiên cứu lựa chọn điều khiển máy phương pháp dùng khí nén 5.2: Các liệu đầu vào điều khiển Các liệu đầu vào: - Điều khiển cấp phôi - Điều khiển lấy bao - Điều khiển mở, đóng bao - Điều khiển băng tải 5.3: Điều khiển khí nén Các phương án điều khiển: - Khí nén túy: Phức tạp, khó thiết kế nhiều chi tiết - Điện khí nén: Điều khiển phức tạp, khó thay đổi - PLC khí nén: Đơn giản chi phí cao - Vi điều khiển khí nén: Đơn giản chi phí thấp, đáp ứng tốt Nhóm nghiên cứu lựa chọn điều khiển máy phương pháp dùng vi điều khiển khí nén Cụ thể sử dụng mạch Arduino UNO 5.4: Biểu đồ trạng thái A: Xy lanh giác hút hành trình 15 B: Xy lanh lên xuống C: Xy lanh vào D: Xy lanh kít bao khơng nhiệt E: Xy lanh đỡ bao F: Xy lanh giác hút hành trình 50 G: Xy lanh định lượng 44 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH H: Xy lanh kít bao Hình 5.1 Biểu đồ trạng thái 5.5: Điều khiển Arduino (UNO) - Sơ đồ nguyên lý mạch Arduino 45 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý mạch Arduino - Mã code chu trình hoạt động máy: IN PIN 01=0; //lên xuống xilanh hành trình 350 02=1; //zack hút hành trình 15 03=2; //xilanh vào hành trình 100 04=3; //xilanh đỡ đáy bao hành trình 150 05=4; //xilanh zack hút hành trình 50 06=5; //nhiệt kít bao 07=6; //van chân khơng zack 08=7; //xilanh định lượng 09=A0; //van chân không zack 10=A1; //van chân không zack 11=A2; // 12=A3; //động băng tải 13=A4; //xy lanh kít bao khơng nhiệt 14=A5; //xy lanh kít bao có nhiệt void setup() { pin mode(pin01 , output); digital write (pin01,high); pin mode(pin02 , output); digital write (pin02,high); pin mode(pin03 , output); digital write (pin03,high); pin mode(pin04 , output); 46 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH digital write (pin04,high); pin mode(pin05 , output); digital write (pin05,high); pin mode(pin07 , output); digital write (pin07,high); pin mode(pin08 , output); digital write (pin08,high); pin mode(pin09 , output); digital write (pin09,high); pin mode(pin10 , output); digital write (pin10,high); pin mode(pin11 , output); digital write (pin11,high); pin mode(pin12 , output); digital write (pin12,high); pin mode(pin13 , output); digital write (pin13,high); pin mode(pin14 , output); 47 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH digital write (pin14,high); // put your setup code here, to run once; } void loop () { digital write (pin02,low);// lên xuống xilanh hành trình 15 delay (500); digital write (pin10,low);// van chân không zack 01 delay (100); digital write (pin07,low);// van chân không zack 02 delay (500); digital write (pin02,high);// xy lanh zack hút hành trình 15 delay (500); digital write (pin01,low);// lên xuống xilanh hành trình 350 delay (2500); digital write (pin03,low);// xilanh vào hành trình 100 delay (500); digital write (pin13,low);// xilanh kít bao khơng nhiệt delay (1000); digital write (pin04,low);//xilanh đỡ đáy bao 48 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH delay (500); digital write (pin02,low);// xilanh zack hút hành trình 15 delay (500); digital write (pin09,low);//van chân không zack delay (500); digital write (pin05,low);// xilanh zack hút hành trình 50 delay (1000); digital write (pin05,high);// xilanh zack hút hành trình 50 delay (100); digital write (pin02,high);// xilanh zack hút hành trình 15 delay (5000); digital write (pin08,low);// xilanh định lượng delay (2000); digital write (pin08,high);// xilanh định lượng delay (1000); digital write (pin14,low);// xilanh kít bao có nhiệt delay (500); digital write (pin14,high);// xilanh kít bao có nhiệt 49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH delay (500); digital write (pin09,low);// van chân không zack delay (500); digital write (pin07,high);// van chân không hai zack delay (500); digital write (pin10,high);// van chân không hai zack delay (500); digital write (pin03,high);// xilanh vào hành trình 100 delay (500); digital write (pin04,hight);// xilanh đỡ đáy bao delay (500); digital write (pin13,high);// xilanh kít bao khơng nhiệt delay (500); digital write (pin12,low);// động băng tải delay (4000); digital write (pin12,high);// động băng tải delay (100); digital write (pin01,high);// xilanh lên xuống hành trình 350 50 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH delay (3000); CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Kết đạt được: Đồ án tốt nghiệp với đề tài « Thiết kế chế tạo máy định lượng đóng gói cà phê dạng bột» giúp nhóm sinh viên có kỹ :  Tính tốn thiết kế máy người thợ thực thụ  Thu kinh nghiệm thực tế việc chế tạo lắp ráp mơ hình  Lập kế hoạch cho việc thực dự án  Kỹ làm việc nhóm hiệu để dần làm quen với môi trường làm việc ngồi cơng ty, xí nghiệp  Đồ án giúp nhóm sinh viên có thêm kiến thức nắm vững kiến thức kỹ đọc vẽ kỹ thuật  Hoàn thành thuyết minh đồ án, tập vẽ máy  Hoàn thành mục tiêu định lượng đóng gói tự động Với giá thành thấp phù hợp cho sở nhỏ (lẻ) giúp người dùng tiết kiệm thời gian đạt suất cao công việc 6.2 Hạn chế: - Tuy nhiên, để hoàn thiện hệ thống định lượng đóng gói với phương pháp tốt phải cần nhiều thời gian để nghiên cứu cho hệ thống ổn định xác 6.3 Hướng phát triển đề tài: - Trong đề tài định lượng đóng gói này, chúng tơi phát triển hệ thống thay đổi cấu ổn định, độ xác cao - Ngồi ra, chúng tơi muốn nâng cao tính công nghệ cách gắn cảm biến để phát lỗi thiết bị hoạt động không ổn 51 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Tóm lại, trình làm luận văn, tất cố gắng chúng em thực đề tài với giúp đỡ lớn lao thầy cô trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM, đặc biệt thầy hướng dẫn đề tài ThS Vũ Thế Mạnh Nhóm thực đề tài chúng em giải vấn đề từ đơn giản đến phức tạp, đồng thời đảm bảo khối lượng công việc phân công thời gian quy định Tuy nhiên, Với thời gian kiến thức hạn chế, q trình thực đề tài khơng tránh khỏi sai sót mong góp ý thầy, bạn bè bạn sinh viên Nhóm thực đề tài chúng em nghĩ dịp nhằm giúp chúng em đánh giá khả mình, trau dồi kiến thức để sau trường giúp ích cho xã hội 52 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH Hình 6.1 Một số hình ảnh hoàn thiện máy 53 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đình Phương -Vẽ khí dung sai lắp ghép -Hutech - Đại Học Cơng Nghệ TP.HCM, 1995 [2] Giáo trình đào tạo thiết kế Solid Works [3] Trung tâm Công nghệ Avance – Cad - Giáo trình thiết bị sản xuất thực phẩm [4] http://webdien.com/d/showthread.php?t=36613 (Trợ giúp sơ đồ chân Role) [5] http://dienanvien.com/bo-dm/326-counter-panasonic-lc4h-r6- dc24vs.html( Counter LC4H) [6] http://www.nhanhoanghia.com.vn/s82k-01524-loai-24vdc-cong-suat-15w- 0-6a-pd-277.aspx (Bộ chuyển nguồn S82K – 01524) [7] http://linhkienvn.com/cam-bien-tiem-can-lj12a34zby-pnp-p584814.html (Cảm biến từ tiệm cận) [8] https://www.google.com.vn 54 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: VŨ THẾ MẠNH 55 ... liệu: - Máy định lượng vật liệu rời - Máy định lượng vật liệu dẻo - Máy định lượng vật liệu lỏng 2.2.2 Đóng gói Các loại máy đóng gói phân loại sau: - Máy đóng gói vật liệu dạng khối: máy đóng gói. .. phòng… - Máy đóng gói vật liệu dạng lỏng: máy đóng gói sữa, dầu sa tế, dầu gội đầu… - Máy đóng gói vật liệu dạng rời: máy đóng gói đường, bột ngọt, cà phê, bột giặt… 2.3 Các máy định lượng vật... phương án thiết bảo kế chế tạo sau lựa chọn phương án khả thi nhất, hợp lý để tiến hành chế tạo đảm yêu cầu đặt 6.Kết đạt Chế tạo thành công mô hình máy định lượng đóng gói cà phê dạng bột Mơ hình