Thiết kế, chế tạo phần khung và cơ cấu vặn nắp cho hệ thống chiết, rót và đóng nắp chai tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT, RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Định Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lân Mã số sinh viên: 56136248 Khánh Hòa - 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT, RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Định Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lân Mã số sinh viên: 56136248 Khánh Hòa, tháng 06/2018 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa: Cơ khí PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dùng cho CBHD nộp báo cáo ĐA/CĐTN sinh viên) Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo phần khung cấu vặn nắp cho hệ thống chiết, rót đóng nắp chai tự động Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN ĐỊNH Sinh viên hướng dẫn: Phạm Ngọc Lân MSSV: 56136248 Khóa: 56 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Lần KT Ngày Nội dung Nhận xét GVHD 07/4/2018 Nghiên cứu tổng quan 07/4/2018 Nghiên cứu sở lý thuyết 15/4/2018 Đưa phương án thiết kế 15/5/2018 Chế tạo mơ hình Kiểm tra tiến độ Trưởng BM Ngày kiểm tra: Đánh giá cơng việc hồn thành: ……… % ………………… Được tiếp tục:  Không tiếp tục:  31/5/2018 Thử nghiệm hiệu chỉnh 30/6/2018 Hoàn thiện báo cáo Ký tên …………………… Nhận xét chung (sau sinh viên hoàn thành ĐA/CĐ): …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……… Điểm hình thức:……/10 Đồng ý cho sinh viên: Điểm nội dung: ./10 Được bảo vệ: Điểm tổng kết:………/10 Khơng bảo vệ: Khánh Hòa, ngày … tháng … năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) ii MỤC LỤC Trang PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC HÌNH iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii LỜI NÓI ĐẦU TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT, RĨT VÀ ĐĨNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan toàn dây chuyền Chiết rót nước vào chai Đóng nắp chai Cảm biến dùng dây chuyền chiết rót Cơ cấu vào thùng 1.3 Các dây chuyền sản xuất nước đóng chai Việt Nam Dây chuyền chiết rót aseptic cho chai pet Dây chuyền sản xuất nước khoáng 11 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động 14 1.4 Kết luận 15 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 17 2.1 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2 Yêu cầu hệ thống 17 2.3 Phương án thiết kế 18 Phần khung 18 Phần cấu cấu vặn nắp chai 20 Chọn kết cấu khí cho phận vận chuyển chai 22 Chọn kết cấu khí cho phận dẫn động 25 Chọn cấu định vị chai máng hứng chất lỏng 27 Chọn động điện cho hệ dẫn động băng tải mâm xoay 29 Tính tốn băng tải 32 iii Tính tốn mâm xoay 34 Xác định công suất động 35 Tính tốn xylanh định lượng vòi chiết: 35 Chế tạo phần khí 36 Phương án điều khiển 54 Tính tốn cơng suất nguồn cho hệ thống 58 Phướng án lựa chọn động bơm nước vào chai 58 Phương án truyền động khí nén cho cấu tác động 61 Chọn mạch điều khiển 63 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM 69 3.1 Kiểm tra hệ thống trước thử nghiệm 69 Kiểm tra phần khí 69 Kiểm tra hệ thống điện 72 3.2 Thử nghiệm điều chỉnh thông số khí 73 Thử nghiệm khơng có tải 73 Thử nghiệm có tải 75 3.3 Thử nghiệm phần điện lập trình 77 Thử nghiệm lần 77 Thử nghiệm lần 78 Thử nghiệm lần 78 3.4 Thử nghiệm toàn hệ thống 78 Thử nghiệm lần 78 Thử nghiệm lần 79 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 80 4.1 Kết đạt 80 Phần khí 80 Phần điện lập trình 80 Toàn hệ thống 80 4.2 Những vấn đề chưa đạt 80 4.3 Đề xuất, kiến nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 82 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Máy chiết bàn quay Hình Hình Hình Hình 1.2 Máy chiết rót đóng nắp kiểu bàn xoay 1.3 Cảm biến tiệm cận 1.4 Sơ đồ cảm biến điện áp 1.5 Sơ đồ dòng cảm biến điện dung Hình 1.6 Hệ thống thổi chai PET khép kín Hình 1.7 Buồng sục rửa vơ trùng Hình 1.8 Buồng chiết vơ trùng Hình Hình Hình Hình 1.9 Hệ thống vòi chiết 1.10 Hệ thống đóng nắp 1.11 Máy bắn ống nhãn vào chai 10 1.12 Máy đóng thùng carton 10 Hình Hình Hình Hình 1.13 Hệ thống băng chuyền 10 1.14 Hệ thống thẩm ngược 11 1.15 Màng siêu vi lọc 12 1.16 Bồn chứa nước tinh khiết 12 Hình 1.17 Hệ thống vệ sinh tự động sau ca sản xuất 12 Hình 1.18 Máy chiết rót Mono block 13 Hình 1.19 Hệ khử trùng đảo chai 13 Hình Hình Hình Hình 1.20 Máy bắn ống nhãn cảm biến tự động 13 1.21 Máy nâng chai đặt vào thùng carton 14 1.22 Máy hàn miệng thùng carton 14 1.23 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động 14 Hình 1.24 Sơ đồ khối mơ hình 16 Hình 2.1 Nhơm định hình 19 Hình 2.2 Thép hộp 30x30 mm 19 Hình 2.3 Vặn nắp trực tiếp băng tải 20 Hình 2.4 Vặn nắp qua mâm xoay 21 Hình 2.5 Băng tải đa 22 Hình 2.6 Băng tải 23 Hình 2.7 Băng tải lăn 24 Hình 2.8 Sơ đồ truyền động 25 Hình 2.9 Biến tần 26 Hình 2.10 Cơ cấu di chuyển dùng bánh - 27 Hình 2.11 Cơ cấu định vị mâm xoay 28 Hình 2.12 Động khơng đồng pha 29 v Hình 2.13 Động DC 30 Hình 2.14 Động AC servo 31 Hình 2.15 Phần khung tổng thể băng tải vào 38 Hình 2.16 Hàn ngang thứ 38 Hình 2.17 Hàn ngang thứ hai 38 Hình Hình Hình Hình 2.18 Hàn dọc theo chiều băng tải 39 2.19 Hàn bốn chân với liên kết ngang 39 2.20 Khung băng tải vào 40 2.21 Phần khung tổng thể băng tải phần lưu kho 40 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 2.22 Hàn hai ngang với với hai chân trụ 40 2.23 Hàn hai ngang với với hai chân trụ lại 41 2.24 Hàn hai liên kết ngang với chân trụ 41 2.25 Hàn hai liên kết với phần mâm xoay 41 2.26 Hàn phần lưu kho 42 2.27 Hàn phần khung băng tải phần khung lưu kho 42 2.28 Phần khung tổng thể mâm xoay 43 Hình 2.29 Hàn ngang khung mâm xoay 43 Hình 2.30 Hàn vòng dẫn hướng 44 Hình 2.31 Lắp ráp mâm xoay 44 Hình Hình Hình Hình 2.32 Hàn phần khung gắn xylanh cảm biến băng tải 45 2.33 Hàn dẫn hướng chiết rót 45 2.34 Hàn gắn xylanh kẹp chai 46 2.35 Hàn phần mâm xoay với băng tải đưa chai vào 46 Hình 2.36 Hàn tổng thể phần 47 Hình 2.37 Cơ cấu vặn nắp 47 Hình 2.38 Gắn ray dẫn hướng 48 Hình 2.39 Gắn cấu vặn vào động 48 Hình 2.40 Gắn gá động vào xylanh 48 Hình 2.41 Lắp ráp gối đỡ lên khung 49 Hình 2.42 Lắp ráp vòng bi vào ru lô 49 Hình 2.43 Lắp ráp dây băng tải 49 Hình 2.44 Lắp ráp băng tải vào hồn chỉnh 50 Hình 2.45 Lắp ráp băng tải hồn chỉnh 50 Hình 2.46 Lắp ráp hai mâm xoay 51 Hình 2.47 Hàn vòng dẫn hướng 51 Hình 2.48 Gối đỡ sau lắp 52 Hình 2.49 Mâm xoay lắp vào khung 52 vi Hình 2.50 Mâm xoay hồn chỉnh 53 Hình 2.51 Mơ hình sau lắp khí hồn chỉnh 53 Hình 2.52 PLC S7-300 55 Hình 2.53 PLC S7-300 57 Hình 2.54 Relay omron 58 Hình Hình Hình Hình 2.55 Máy bơm nước Lifetech AP 2500 59 2.56 Máy bơm điện chìm 60 2.57 Máy nén khí 61 2.58 Sơ đồ mạch điều khiển động lực mặt cắt a-a (trên) 65 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 2.59 Sơ đồ mạch điều khiển động lực mặt cắt a-a (dưới) 66 2.60 Sơ đồ khí nén mặt cắt a-a (trên) 66 2.61 Sơ đồ khí nén mặt cắt a-a (dưới) 67 2.62 Lưu đồ giải thuật 67 3.1 Bề mặt khung khí 69 3.2 Kiểm tra mối hàn 70 3.3 Kiểm tra độ chùng xích mâm xoay 70 Hình 3.4 Kiểm tra độ chùng xích băng tải đầu 71 Hình 3.5 Kiểm tra độ chùng xích băng tải đầu vào 71 Hình 3.6 Máng cấp nắp đầy đủ 72 Hình Hình Hình Hình 3.7 Khung băng tải chưa có tải 73 3.8 Khung băng tải chưa có tải 75 3.9 Cấp nắp bị lỗi 76 3.10 Cấp nắp 76 Hình 3.11 Kết nối máy tính với PLC 77 Hình 3.12 Chai bị lệch vị trí 79 Hình 3.13 Chai bị lệch vị trí 79 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thông số sản phẩm SD-WT-500ml 15 Bảng Bảng Bảng Bảng 2.1 Dụng cụ hỗ trợ chế tạo phần khí 36 2.2 Bảng tiêu loại điều khiển 56 2.3 Bảng thống kê ngõ vào 63 2.4 Bảng gán tên địa vào/ra PLC 64 Bảng 3.1 Kiểm tra hệ thống điện 72 viii LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy, anh chị bạn Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ớn trân thành tới: Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang Thầy Cô Bộ môn Cơ Điện Tử dạy bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Nguyễn Văn Định quan tâm nhiệt tình hướng dẫn suốt trình em làm đồ án Tuy nhiên hạn chế kiến thức thời gian có hạn nên chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp ý kiến quý Thầy Cô bạn để đồ án hoàn thiện Nha Trang, tháng 06 năm 2018 Sinh viên Phạm Ngọc Lân 71 Hình 3.4 Kiểm tra độ chùng xích băng tải đầu Hình 3.5 Kiểm tra độ chùng xích băng tải đầu vào Khi độ chùng xích khơng đảm bảo dẫn đến khả rung lắc lớn, cộng thêm sức văng từ lực qn tính dẫn đến tượng ăn khớp sai gây tuột xích đứt xích truyền động - Độ quán tính mâm xoay điều kiện cho phép 72 - Máng cấp nắp phải đảm bảo số lượng nắp cấp cho chai Hình 3.6 Máng cấp nắp đầy đủ - Cơ cấu vặn nắp phải vị trí chai chuyển đến - Đảm bảo số lượng chai đầu theo yêu cầu Kiểm tra hệ thống điện Bảng 3.1 Kiểm tra hệ thống điện Kiểm tra nguồn cấp Cấp điện vào hệ thống lần (khoảng 2giây) Cấp điện vào hệ thống lần (khoảng 10giây) Giá trị chiều điện áp (24V, 12V, 220VAC) Kiểm tra đèn báo nguồn Kiểm tra tín hiệu đèn PLC có hoạt động hay khơng Kiểm tra đèn báo nguồn Kiểm tra tín hiệu đèn PLC có hoạt động hay khơng 73 Cấp điện vào hệ thống lần (khoảng 1phút) Kiểm tra đèn báo nguồn Kiểm tra tín hiệu đèn PLC có hoạt động hay khơng Kiểm tra nguồn từ chân domino Cắm điện tín hiệu từ cảm biến 3.2 Thử nghiệm điều chỉnh thông số khí Thử nghiệm khơng có tải Hình 3.7 Khung băng tải chưa có tải 3.2.1.1 Thử nghiệm lần Kết quả: - Khung khí đảm bảo vững chắc, khơng có độ rơ rung - Băng tải chạy không bị trượt Không bị lệch băng tải chạy Có tượng khơng đồng trục rulo 74 - Mâm xoay bị nghiêng có tượng chạy bị qn tính Điều chỉnh thơng số: - Cố định đầu rulo điều chỉnh đầu rulo để căng băng tải Mâm xoay chuyển cấu truyền động từ truyền động trực tiếp qua khớp nối mềm sang cặp bánh với tỉ số truyền 1/6 3.2.1.2 Thử nghiệm lần Kết quả: - Khung khí đảm bảo vững chắc, khơng có độ rơ rung - Băng tải chạy không bị trượt - Không bị lệch băng tải chạy - Chưa khắc phục băng tải phát tiếng kêu - Mâm xoay chạy bị qn tính Điều chỉnh thơng số: - Để khắc phục tượng kêu băng tải cần phải thay trục với đường kính lớn phi - Mâm xoay chuyển cấu truyền động từ truyền động gián tiếp cặp bánh sang truyền động xích 3.2.1.3 Thử nghiệm lần Kết quả: - Khung khí đảm bảo vững chắc, khơng có độ rơ rung - Băng tải chạy không bị trượt - Không bị lệch băng tải chạy - Chưa khắc phục băng tải phát tiếng kêu - Mâm xoay chạy ổn định Điều chỉnh thông số: - Để khắc phục tượng kêu băng tải cần phải thay trục với đường kính lớn Ø8 75 Thử nghiệm có tải Hình 3.8 Khung băng tải chưa có tải 3.2.2.1 Thử nghiệm lần Kết quả: - Băng tải hết bị trượt bị chùng - Mâm xoay chạy vượt vị trí mong muốn quán tính - Ổ đỡ băng tải chạy phát tiếng kêu - Cơ cấu cấp nắp chưa xác (Vẫn cao vị trí chai qua) Cơ cấu vặn nắp sai vị trí vượt hành trình (Gây tượng ép chai xuống) Điều chỉnh thông số: - Băng tải tương đối ổn định - Khắc phục lỗi mâm xoay vượt q vị trí cách chỉnh góc nhận cảm biển - Chỉnh góc nghiêng cấu cấp nắp Nâng piston cấu vặn nắp cao so với vị trí thử nghiệm ban đầu 76 3.2.2.2 Thử nghiệm lần Kết quả: - Băng tải tương đối ổn định - Mâm xoay quay xác để chai vào vị trí - Ổ đỡ băng tải chạy phát tiếng kêu - Cơ cấu cấp nắp tương đối xác sau điều chỉnh (Tuy nhiên có lỗi bị rơi nắp ) Cơ cấu vặn nắp sai vị trí vặn Hình 3.9 Cấp nắp bị lỗi Hình 3.10 Cấp nắp Điều chỉnh thông số: - Băng tải tương đối ổn định Cố định cấu vặn nắp điều chỉnh vị trí mâm xoay với vị trí rót nước vị trí vặn nắp 77 3.2.2.3 Thử nghiệm lần - Băng tải tương đối ổn định Mâm xoay quay xác để chai vào vị trí - Ổ đỡ băng tải chạy phát tiếng kêu Cơ cấu cấp nắp tương đối xác sau điều chỉnh (Tuy nhiên có lỗi bị rơi nắp ít) - Cơ cấu vặn nắp tương đối xác 3.3 Thử nghiệm phần điện lập trình Thử nghiệm lần Kết quả: - Tốc độ xylanh đẩy nhanh Xảy lỗi nạp chương trình xuống PLC Cảm biến hồng ngoại khơng trả tín hiệu trực tiếp PLC (Dòng cảm biến 150mA) Điều chỉnh thơng số: - Chỉnh van tiết lưu - Set PG/PC Interface máy tính - Chưa xử lý lỗi cảm biến hồng ngoại trả tín hiệu trực tiếp PLC Hình 3.11 Kết nối máy tính với PLC 78 Thử nghiệm lần Kết quả: - Xylanh điều chỉnh hợp lí nhờ van tiết lưu - Đã nạp chương trình xuống PLC - Cảm biến hồng ngoại chưa trả tín hiệu trực tiếp PLC Điều chỉnh thơng số: Chuyển tín hiệu cảm biến hồng ngọai trả thông qua rơle trung gian Thử nghiệm lần Kết quả: - Xylanh điều chỉnh hợp lí - Đã nạp chương trình xuống PLC - Cảm biến trả tín hiệu bị chậm Điều chỉnh thơng số: - Chuyển tín hiệu cảm biến hồng ngọai trả rơle trung gian - Mâm xoay bị lệch nhận cảm biến 3.4 Thử nghiệm toàn hệ thống Thử nghiệm lần Kết quả: - Băng tải đầu vào băng tải đầu tương đối ổn định sau điều chỉnh - Thời gian bơm nước chưa hợp lý - Cảm biến trả tín hiệu chậm Mâm xoay quay chưa vị trí cho chai vào Cơ cấu cấp nắp văn nắp chưa xác lỗi mâm xoay Xy lanh đẩy chai chưa xác - Cơ cấu kẹp tương đối xác - Số lượng chai đạt yêu cầu 60% (7/12 chai) Điều chỉnh thông số: - Điều chỉnh thời gian bơm nước hợp lý Do cảm biến trả chậm nên phải điều chỉnh mâm xoay cho vị trí với băng tải vào Chỉnh sửa lại cấu đẩy chai cho hợp lý - Điều chỉnh bơm nước bị lệch - 79 Thử nghiệm lần - Băng tải đầu vào băng tải đầu tương đối ổn định sau điều chỉnh - Cảm biến trả tín hiệu chậm Mâm xoay quay vịt trí cho chai vào Cơ cấu cấp nắp cấu vặn nắp tương đối xác - Xy lanh đẩy hoạt động xác Cơ cấu kẹp xác Số lượng chai đạt yêu cầu 80% (10/12 chai) Hình 3.12 Chai bị lệch vị trí Hình 3.13 Chai bị lệch vị trí 80 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết đạt Phần khí - Thiết kế, tính tốn mơ thực nghiệm thành cơng cấu chiết rót, đóng - nắp qua mâm xoay, vào thùng theo phương pháp kẹp cổ chai sử dụng cấu khung kẹp kết hợp xylanh khí nén nâng hạ Chế tạo cấu vặn nắp Tính toán thiết kế băng tải Phần điện lập trình - Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thống điện, khí nén Chọn đầy đủ thiết bị khí cụ điện động lực, điều khiển thiết bị khí nén - Lập lưu đồ giải thuật, viết chương trình điều khiển Tồn hệ thống - Hệ thống chạy tương đối ổn định - Hệ thống chiết rót 20 chai/phút 4.2 Những vấn đề chưa đạt - Chỉ tính tốn kết cấu khí chủ yếu dây chuyền - Khâu chiết rót, đóng nắp qua mâm xoay hoạt động theo nguyên lý gián đoạn - nên suất chưa cao, thích hợp với sản xuất vừa nhỏ Phần kết cấu mâm xoay dùng cho chai có đường kính ngồi Phần kiểm tra chất lượng sản phẩm chưa kiểm tra như: nắp bị vênh, chiết chưa thể tích, chưa thực 4.3 Đề xuất, kiến nghị - Tối ưu thiết kế kết cấu mâm xoay để dùng nhiều chai có hình dáng, - - thể tích khác Phần khung thay nhơm định hình để dễ dàng lắp ráp tháo rời Ở khâu kiểm tra chất lượng thêm phần phát nắp vênh chiết chưa thể tích để đảm bảo suất chất lượng đầu Trong hệ thống điện - điều khiển xây dựng thêm hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) [4] để dễ dàng kiểm soát trình hoạt động dây chuyền bảo trì máy móc Bổ sung thêm khâu sục rửa chai dán nhãn để dây chuyền hoàn thiện 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] "http://congnghevotrung.com/day-chuyen-chiet-rot-aseptic-pet-hoan-chinh/" [2] “http://congnghevotrung.com/nuoc-khoang/” [3] "http://catex.vn/estore/default.aspx?sid=166&pid=692&san-pham=4377" [4] "https://vi.wikipedia.org/wiki/SCADA" PHỤ LỤC Chương trình điều khiển: ... nghiên cứu Thiết kế, chế tạo phần khung cơ cấu vặn nắp cho hệ thống chiết, rót đóng nắp chai tự động Đối tượng nghiên cứu Phần khung cơ cấu vặn nắp cho hệ thống chiết, rót đóng nắp chai tự động Phạm... hình tổ hợp gồm: Hệ thống chiết, rót, đóng nắp chai, cảm biến, nguồn điện… Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển viết chương trình điều khiển theo hệ thống chiết, rót đóng nắp chai tự động Thực nghiệm,... Khoa: Cơ khí PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dùng cho CBHD nộp báo cáo ĐA/CĐTN sinh viên) Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo phần khung cấu vặn nắp cho hệ thống chiết, rót đóng nắp