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

Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội như sự chính xác cao, tốc độ nh

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Khoa: Cơ khí

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/CĐTN của sinh viên)

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

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN ĐỊNH

Sinh viên được hướng dẫn: Phạm Ngọc Lân MSSV: 56136248

Khóa: 56 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Lần

1 07/4/2018 Nghiên cứu tổng quan

2 07/4/2018 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

3 15/4/2018 Đưa ra phương án thiết kế

4 15/5/2018 Chế tạo mô hình

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM

Ngày kiểm tra:

………

Đánh giá công việc hoàn thành: ……… % Ký tên Được tiếp tục:  Không tiếp tục:  ………

5 31/5/2018 Thử nghiệm và hiệu chỉnh

6 30/6/2018 Hoàn thiện báo cáo

Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/CĐ):

………

……….………

……….………

Điểm hình thức:……/10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết:………/10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày … tháng … năm 2018

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

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 1

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT, RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 2 1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Tổng quan về toàn bộ dây chuyền 2

Chiết rót nước vào chai 2

Đóng nắp chai 4

Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót 4

Cơ cấu vào thùng 6

1.3 Các dây chuyền sản xuất nước đóng chai ở Việt Nam 6

Dây chuyền chiết rót aseptic cho chai pet 6

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 cơ cấu cơ cấu vặn nắp chai 20

Chọn kết cấu cơ khí cho bộ phận vận chuyển chai 22

Chọn kết cấu cơ khí cho bộ phận dẫn động 25

Chọn cơ cấu định vị chai và máng hứng chất lỏng 27

Chọn động cơ điện cho hệ dẫn động băng tải và mâm xoay 29

Tính toán băng tải 32

Tính toán mâm xoay 34

Xác định công suất động cơ 35

Tính toán xylanh định lượng và vòi chiết: 35

Chế tạo phần cơ khí 36

Phương án điều khiển 54

Tính toán công suất nguồn cho hệ thống 58

Phướng án lựa chọn động bơm nước vào chai 58

Phương án truyền động khí nén cho các cơ cấu tác động 61

Chọn mạch điều khiển 63

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM 69

3.1 Kiểm tra hệ thống trước khi thử nghiệm 69

Kiểm tra phần cơ khí 69

Kiểm tra hệ thống điện 72

3.2 Thử nghiệm và điều chỉnh thông số cơ khí 73

Thử nghiệm khi không có tải 73

Thử nghiệm khi có tải 75

3.3 Thử nghiệm phần điện và lập trình 77

Thử nghiệm lần 1 77

Thử nghiệm lần 2 78

Thử nghiệm lần 3 78

3.4 Thử nghiệm toàn hệ thống 78

Thử nghiệm lần 1 78

Thử nghiệm lần 2 79

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 80

4.1 Kết quả đạt được 80

Phần cơ khí 80

Phần điện và lập trình 80

Toàn hệ thống 80

4.2 Những vấn đề chưa đạt được 80

4.3 Đề xuất, kiến nghị 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Máy chiết bàn quay 3

Hình 1.2 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay 4

Hình 1.3 Cảm biến tiệm cận 5

Hình 1.4 Sơ đồ cảm biến điện áp 5

Hình 1.5 Sơ đồ của dòng cảm biến điện dung 6

Hình 1.6 Hệ thống thổi chai PET khép kín 8

Hình 1.7 Buồng sục rửa vô trùng 8

Hình 1.8 Buồng chiết vô trùng 9

Hình 1.9 Hệ thống vòi chiết 9

Hình 1.10 Hệ thống đóng nắp 9

Hình 1.11 Máy bắn ống nhãn vào chai 10

Hình 1.12 Máy đóng thùng carton 10

Hình 1.13 Hệ thống băng chuyền 10

Hình 1.14 Hệ thống thẩm ngược 11

Hình 1.15 Màng siêu vi lọc 12

Hình 1.16 Bồn chứa nước tinh khiết 12

Hình 1.17 Hệ thống vệ sinh tự động sau mỗi ca sản xuất 12

Hình 1.18 Máy chiết rót Mono block 3 trong 1 13

Hình 1.19 Hệ khử trùng đảo chai 13

Hình 1.20 Máy bắn ống nhãn cảm biến tự động 13

Hình 1.21 Máy nâng chai đặt vào thùng carton 14

Hình 1.22 Máy hàn miệng thùng carton 14

Hình 1.23 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động 14

Hình 1.24 Sơ đồ khối của mô hình 16

Hình 2.1 Nhôm định hình 19

Hình 2.2 Thép hộp 30x30 mm 19

Hình 2.3 Vặn nắp trực tiếp trên băng tải 20

Hình 2.4 Vặn nắp qua mâm xoay 21

Hình 2.5 Băng tải đa 22

Hình 2.6 Băng tải tấm 23

Hình 2.7 Băng tải con 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 răng - thanh răng 27

Hình 2.11 Cơ cấu định vị bằng mâm xoay 28

Hình 2.12 Động cơ không đồng bộ 3 pha 29

Hình 2.13 Động cơ DC 30

Hình 2.14 Động cơ AC servo 31

Hình 2.15 Phần khung tổng thể băng tải vào 38

Hình 2.16 Hàn thanh ngang thứ nhất 38

Hình 2.17 Hàn thanh ngang thứ hai 38

Hình 2.18 Hàn 2 thanh dọc theo chiều băng tải 39

Hình 2.19 Hàn bốn chân với thanh liên kết ngang 39

Hình 2.20 Khung băng tải vào 40

Hình 2.21 Phần khung tổng thể băng tải ra và phần lưu kho 40

Hình 2.22 Hàn hai thanh ngang với với hai thanh chân trụ 40

Hình 2.23 Hàn hai thanh ngang với với hai thanh chân trụ còn lại 41

Hình 2.24 Hàn hai thanh liên kết ngang với các thanh chân trụ 41

Hình 2.25 Hàn hai thanh liên kết với phần mâm xoay 41

Hình 2.26 Hàn phần lưu kho 42

Hình 2.27 Hàn phần khung băng tải ra và phần khung lưu kho 42

Hình 2.28 Phần khung tổng thể mâm xoay 43

Hình 2.29 Hàn các thanh ngang khung mâm xoay 43

Hình 2.30 Hàn vòng dẫn hướng 44

Hình 2.31 Lắp ráp mâm xoay 44

Hình 2.32 Hàn phần khung gắn xylanh và cảm biến trên băng tải ra 45

Hình 2.33 Hàn thanh dẫn hướng chiết rót 45

Hình 2.34 Hàn thanh gắn xylanh kẹp chai 46

Hình 2.35 Hàn phần mâm xoay với băng tải đưa chai vào 46

Hình 2.36 Hàn tổng thể 3 phần 47

Hình 2.37 Cơ cấu vặn nắp 47

Hình 2.38 Gắn thanh ray dẫn hướng 48

Hình 2.39 Gắn cơ cấu vặn vào động cơ 48

Hình 2.40 Gắn gá động cơ 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 hoàn chỉnh 50

Hình 2.45 Lắp ráp băng tải ra hoàn 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 khi được lắp 52

Hình 2.49 Mâm xoay được lắp vào khung 52

Hình 2.50 Mâm xoay hoàn chỉnh 53

Hình 2.51 Mô hình sau khi lắp cơ khí hoàn chỉnh 53

Hình 2.52 PLC S7-300 55

Hình 2.53 PLC S7-300 57

Hình 2.54 Relay omron 58

Hình 2.55 Máy bơm nước Lifetech AP 2500 59

Hình 2.56 Máy bơm điện chìm 60

Hình 2.57 Máy nén khí 61

Hình 2.58 Sơ đồ mạch điều khiển và động lực mặt cắt a-a (trên) 65

Hình 2.59 Sơ đồ mạch điều khiển và động lực mặt cắt a-a (dưới) 66

Hình 2.60 Sơ đồ khí nén mặt cắt a-a (trên) 66

Hình 2.61 Sơ đồ khí nén mặt cắt a-a (dưới) 67

Hình 2.62 Lưu đồ giải thuật 67

Hình 3.1 Bề mặt khung cơ khí 69

Hình 3.2 Kiểm tra mối hàn 70

Hình 3.3 Kiểm tra độ chùng của xích mâm xoay 70

Hình 3.4 Kiểm tra độ chùng của xích băng tải đầu ra 71

Hình 3.5 Kiểm tra độ chùng của xích băng tải đầu vào 71

Hình 3.6 Máng cấp nắp đầy đủ 72

Hình 3.7 Khung và băng tải chưa có tải 73

Hình 3.8 Khung và băng tải chưa có tải 75

Hình 3.9 Cấp nắp bị lỗi 76

Hình 3.10 Cấp nắp đúng 76

Hình 3.11 Kết nối giữa máy tính với PLC 77

Hình 3.12 Chai bị lệch vị trí 79

Hình 3.13 Chai bị lệch vị trí 79

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số sản phẩm SD-WT-500ml 15

Bảng 2.1 Dụng cụ hỗ trợ chế tạo phần cơ khí 36

Bảng 2.2 Bảng các chỉ tiêu của 3 loại điều khiển 56

Bảng 2.3 Bảng thống kê các ngõ vào ra 63

Bảng 2.4 Bảng gán tên các địa chỉ vào/ra của PLC 64

Bảng 3.1 Kiểm tra hệ thống điện 72

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ớn trân thành tới:

Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang và các Thầy Cô trong Bộ môn Cơ Điện Tử đã dạy bảo và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Nguyễn Văn Định đã luôn quan tâm và nhiệt tình hướng dẫn trong suốt quá trình em làm đồ án

Tuy nhiên do sự hạn chế về kiến thức cũng như thời gian có hạn nên chắc chắn

đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn để đồ án này hoàn thiện hơn

Nha Trang, tháng 06 năm 2018

Sinh viên

Phạm Ngọc Lân

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật, thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hơn, hiện đại hơn Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, khả năng thích ứng, sự chuyên môn hóa… đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại

Công nghệ tự động hoá đang trở thành một ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ, nó đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành khác như trong công nghiệp, xây dựng, y tế…kể cả trong nông - lâm nghiệp và ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế đời sống hàng ngày

Trong công nghiệp, trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai thì dây chuyền chiết rót đóng nắp là một khâu không thể thiếu và rất quan trọng Xuất phát từ

nhu cầu thực tế đó, nhóm đã thiết kế và thi công mô hình “Hệ thống chiết, rót, đóng nắp chai tự động”

Mục tiêu nghiên cứu

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

Đối tượng nghiên cứu

Phần khung và cơ cơ cấu vặn nắp cho hệ thống chiết, rót và đóng nắp chai tự

động

Phạm vi nghiên cứu

Hệ thống băng tải dùng trong các dây chuyền sản xuất nước tinh khiết

Loại chai sử dụng: PET 297ml có sẵn trên thị trường

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT, RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

1.1 Đặt vấn đề

Có thể các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn được chứa đựng trong các bao

bì dạng chai lọ nhất là ngành thực phẩm ví dụ như: bia, rượu, nước giải khát, hóa mỹ phẩm, v.v , với những ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng cáp, tính thẩm mỹ cao,

dễ sản xuất Cũng chình vì lý do này các hệ thống máy chiết rót, đóng chai tự động được sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại khác nhau Việc áp dụng những nghiên cứu lý thuyết vào thực tế là một điều hết sức quan trọng để kiểm nghiệm một cách chính xác nhất tính đúng đắn và hiệu quả của những nghiên cứu đó Ý tưởng về một dây chuyền sản xuất nước đóng chai cũng bắt nguồn từ đó Dựa trên những nền tảng

có từ trước cùng với sự nghiên cứu phát triển của nhóm, nhóm đã thiết kế “Hệ thống chiết, rót và đóng nắp tự động” Bởi lẽ trong thực tế, ở các nhà máy sản xuất nước

uống đóng chai thì việc chiết rót, đóng nắp, vô thùng là những khâu rất quan trọng và

không thể thiếu trong một dây chuyền

1.2 Tổng quan về toàn bộ dây chuyền

Chiết rót nước vào chai

Hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ có cách chiết rót khác nhau như: Nước có gaz, nước không gaz, chất lỏng dạng cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình, lọ, v.v Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm Khi định lượng bằng máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác

 Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

 Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai

 Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông

hơi sẽ dứng lại Phương pháp này có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc

độ đồng đều của chai

 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy

là không đổi Phương pháp này chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, không yêu cầu độ chính xác định lượng

 Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:

 Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh lệch về độ cao thủy tĩnh Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít nhớt

 Phương pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai

 Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn

áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất lỏng Với phương pháp rót đẳng áp thông thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao

Máy định lượng - chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót được bố trí chiết cho 1 chai Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy chiết bàn quay) như hình 1.1:

Hình 1.1 Máy chiết bàn quay

Đóng nắp chai

Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp Máy có tác dụng đóng bao kín các loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, không rò rỉ chất lỏng ra ngoài

Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếp đúng chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt động (Hình 1.2) Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắc chắn rằng tất cả các nắp phải được đóng kín

Hình 1.2 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay

Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản phẩm Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều khiển

Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm biến quang điện

Cảm biến tiệm cận chính là loại cảm biến giúp phát hiện những vật thể mà không cần phải tiếp xúc Nó giúp chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc là sự xuất hiện của các vật thể để chuyển thành tín hiệu Có tới 3 hệ thống giúp phát hiện để thực hiện được công việc chuyển đổi này: hệ thống cảm biến sử dụng dòng điện xoay chiều được phát ra những những vật thể bằng kim loại nhờ những hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống cảm biến sử dụng sự thay đổi trong điện dung khi chúng đến gần với vật thể cần phải phát hiện, cuối cùng là hệ thống cảm biến nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ

Hình 1.3 Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận được dùng để phát hiện ra những vật thể kim loại từ tính và kim loại không từ tính như nhôm hoặc đồng,… Để nhận biết kim loại thì người ta sử dụng cảm biến điện cảm, và để nhận biết phi kim thì người ta dùng cảm biến tiệm cận điện dung

Những loại cảm biến tiệm cận này đều có sẵn những mô đun nhằm đáp ứng các điều kiện môi trường về lắp đặt như môi trường nhiệt độ cao, môi trường nhiệt độ thấp, môi trường chống nước và hóa chất,…

Sản phẩm này được thiết kế theo tiêu chuẩn của Nhật Bản và định nghĩa cảm biến sao cho phù hợp với bộ tiêu chuẩn IEC 60947- 5- 2 nghĩa là bộ chuyển mạch phát hiện những vị trí không được tiếp xúc

Sau đây chúng ta cùng đi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hai dòng cảm biến tiệm cận thông dụng nhất hiện nay: cảm biến điện cảm và cảm biến điện dung

Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện cảm:

Hình 1.4 Sơ đồ cảm biến điện áp

Cảm biến theo kiểu điện cảm sẽ phát hiện được sự suy giảm từ tính trong dòng điện xoay chiều, được sinh ra trên bề mặt của vật dẫn từ những môi trường bên ngoài Trường điện từ xoay chiều được sinh ra trên cuộn dây và sẽ thay đổi trở thành kháng phụ và thuộc vào dòng điện xoáy trên những bề mặt vật thể kim loại khi chúng được

phát hiện Vật thể cần phát hiện và cảm biến khi tiến lại gần với nhau thì giống với hiện cảm ứng điện từ trong dòng máy biến áp

 Nguyên lý phát hiện của dòng cảm biến điện dung:

Hình 1.5 Sơ đồ của dòng cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung phát hiện sự thay đổi điện dung giữa những cảm biến và những đối tượng cần phát hiện Giá trị của điện dung phụ thuộc hoàn toàn vào kích thước và khoảng cách của đối tượng Cảm biến điện dung thông thường sẽ tương tự với tụ điện của 2 bản điện cực song song, và điện dung sẽ được thay đổi và được phát hiện giữa hai bản cực đó Một tấm điện cực chính là đối tượng cần được phát hiện và một tấm kia thì là bề mặt của cảm biến Đối tượng được phát hiện sẽ phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng

Cơ cấu vào thùng

 Phương pháp kẹp và nâng hạ:

Kết cấu khung kẹp gồm các thanh kim loại có thể tịnh tiến qua lại (nhờ xy lanh)

để kẹp cổ chai Xy lanh đặt đứng gắn liền với khung kim loại làm nhiệm vụ đưa chai vào thùng đã được định vị ở dưới

 Ưu điểm:

- Chai được xếp ngay ngắn vào thùng

- Điều khiển đơn giản

 Khuyết điểm:

Kết cấu khá phức tạp

1.3 Các dây chuyền sản xuất nước đóng chai ở Việt Nam

Dây chuyền chiết rót aseptic cho chai pet

 Giới thiệu:

- Dây chuyền chủ yếu sử dụng trong lĩnh vực sản xuất nước giải khát: Trà, nước ép trái cây, đồ uống Carbonated…Hệ thống chiết rót Aseptic dành cho chai PET gồm các phân đoạn: Được thiết kế từ khâu định hình – Xử lý vô trùng – Chiết rót Aseptic – Đóng nắp Có khả năng sản xuất từ 24000 –

80000 chai/ giờ [1]

- Quy trình công nghệ Aseptic: Toàn bộ phôi chai, nắp đều được sản xuất từ hạt nhựa nguyên sinh nhập khẩu, chất lượng tốt Được đưa vào máy làm nóng ở nhiệt độ 270 – 300 độ Mục đích nhằm loại bỏ tất cả mối nguy hại các vi sinh vật và được tạo hình chai theo khuôn, phôi, nắp theo tiêu chuẩn quốc tế

- Chai, nắp sau khi hình thành được súc rửa bằng hệ thống nước vô trùng được phun liên tục, tự động hoàn toàn( nước vô trùng được tiệt trùng ở nhiệt

độ 135 0C trong vòng 60 giây ) Và được đưa vào buồng chiết vô trùng nhằm loại bỏ các nguy cơ về vi sinh vật và được cách ly với môi trường bên ngoài, khi vào máy chiết Aseptic chai được tiệt trùng ở nhiệt độ 65 0C Môi trường chiết vô trùng là nền tảng của công nghệ Aseptic, sản phẩm được làm ra sẽ không chất bảo quản, không màu công nghiệp, không hóa chất chì, giữ tươi hương vị tự nhiên cùng màu sắc

 Xuất xứ: Trung Quốc( là sản phẩm của công ty JIMEI )

 Giá thành: Tùy vào mô-đun, dao động từ 500.000 đến vài triệu USD

 Ưu điểm:

- Sở hữu công nghệ sản xuất hiện đại với một chu trình khép kín, sản phẩm tạo ra đạt chất lượng cao

- Thiết bị máy móc hiện đại, tự động hóa hoàn toàn

- Tối ưu về nhân công

 Khuyết điểm:

- Chỉ thích hợp với qui mô sản xuất lớn

- Cần đội ngũ nhân viên kỹ thuật có chuyên môn cao để vận hành, bảo trì, sửa chữa

- Vốn đầu tư ban đầu cao

 Các phân đoạn chính trong dây chuyền :

Hình 1.6 Hệ thống thổi chai PET khép kín

Hình 1.7 Buồng sục rửa vô trùng

Hình 1.8 Buồng chiết vô trùng

Hình 1.9 Hệ thống vòi chiết

Hình 1.10 Hệ thống đóng nắp

Hình 1.11 Máy bắn ống nhãn vào chai

Hình 1.12 Máy đóng thùng carton

Hình 1.13 Hệ thống băng chuyền

Dây chuyền sản xuất nước khoáng

 Giới thiệu:

- Sản phẩm chiết rót: Nước khoáng, nước tinh khiết [2]

- Loại chai: Chai nhựa PET, dung tích 200 – 2500 ml, nắp vít xoắn

- Năng lực sản xuất: 3000 – 36000 chai/ giờ (chai 500ml)

- Nguồn điện sử dụng: 3phase 380/220V, 50/60 Hz

 Xuất xứ: Trung Quốc

 Giá thành: Tùy vào khả năng sản xuất, dao động từ vài tỷ đến hàng chục tỷ

- Sử dụng linh kiện chính hãng của Đức hệ thống điều khiển cảm ứng kiểm soát hiệu năng hoạt động của dây chuyền

- Toàn bộ thiết bị điện nhập khẩu EU, bao gồm cả linh kiện máy nén khí, với hiệu suất ổn định

Hình 1.15 Màng siêu vi lọc

Hình 1.16 Bồn chứa nước tinh khiết

Hình 1.17 Hệ thống vệ sinh tự động sau mỗi ca sản xuất

Hình 1.18 Máy chiết rót Mono block 3 trong 1

Hình 1.19 Hệ khử trùng đảo chai

Hình 1.20 Máy bắn ống nhãn cảm biến tự động

Hình 1.21 Máy nâng chai đặt vào thùng carton

Hình 1.22 Máy hàn miệng thùng carton

Dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động

 Giới thiệu:

Hình 1.23 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động

Mã sản phẩm: SD-WT-500ml

Bảng 1.1 Thông số sản phẩm SD-WT-500ml

Stt Mục Đặc điểm dây chuyền sản xuất nước đóng chai

1 Bơm nạp Thương hiệu CNP/ south/ nanofang hoặc thương hiệu

Grundfos tùy chọn

2 Bơm rửa Thương hiệu CNP/ south/ nanofang hoặc thương hiệu

Grundfos tùy chọn

4 Xylanh khí Thương hiệu Airtac hoặc thương hiệu Festo

5 Năng suất 2000 đến 24000 chai/giờ

7 Thành phần điện Thương hiệu Schneider

8 Ống dẫn SS304 hoặc U-PVC tùy chọn

9 Nguồn điện 3 phase 380/220V, 50/60Hz

 Xuất xứ: Watts Mỹ( là sản phẩm của Công ty TNHH Quốc tế

- Mức độ tự động hóa cao nên cần ít nhân công

phí thi công chế tạo, chúng em quyết định “Thiết kế dây chuyền chiết, rót và đóng nắp tự động” chai PET 297ml dựa trên các phương án sau:

 Phương pháp chiết rót: Chiết ở áp suất thường, định lượng bằng định thời

 Cơ cấu đóng nắp: Đóng nắp qua mâm xoay

 Cơ cấu vào thùng: Kẹp và nâng hạ

 Sơ đồ khối của mô hình

Hình 1.24 Sơ đồ khối của mô hình

PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết:

- Tham khảo mô hình băng tải trên tài liệu sách vở, internet…

- Nghiên cứu mô hình của nhóm so với các mô hình thực tế khác để tìm ra giải pháp hiệu quả

- Tìm hiểu các phương án cho băng tải

- Tìm hiểu kết cấu cho bộ phận dẫn động

 Phương pháp thực nghiệm:

- Tính toán, phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí, nguồn động lực và điều khiển

- Tính toán hiệu suất, khả năng làm việc của mô hình

- Cho chạy thử để xác định các thông số, có phù hợp với tính toán không, từ

đó có những biên pháp sửa chữa, khắc phục phù hơp

- Các thông số, kết quả của mô hình được viết lại trong bài báo cáo để dễ dàng điều chỉnh và thay đổi

- Chế tạo mô hình tổ hợp gồm: Hệ thống chiết, rót, đóng nắp chai, cảm biến, nguồn điện…

- Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển

- theo hệ thống chiết, rót và đóng nắp chai tự động

- Thực nghiệm, kiểm tra và hoàn thiện hệ thống để đảm bảo: Phần mô hình, băng

- tải, mâm xoay, lấy nắp, vặn nắp, xylanh đẩy, xylanh kẹp… Các thiết bị đã hoạt

- động ổn định, chính xác cao, linh hoạt trong quá trình lắp ráp, sửa chữa, thay thế

- khi cần thiết Mạch điều khiển hoạt động ổn định và đồng nhất với phần mô hình

- Phần đế phải đảm bảo vững chắc và nâng đỡ toàn bộ chi tiết trên mô hình Phần cơ cấu vặn nắp

- Sau khi vặn nắp đảm bảo các nắp chai phải được vặn kín, nhằm đảm bảo các chất lỏng không bị rỉ ra ngoài

- Có cơ cấu căng đai

- Mô hình sử dụng loại băng tải PVC rất thông dụng trong các dây chuyền sản phẩm công nghiệp, đặc biệt là các sản phẩm không cần độ nhám bề mặt của dây đai cao

- Động cơ giảm tốc DC 24V với lực kéo vừa phải để đảm bảo tính năng cho băng tải chịu tải tốt

- Phần tủ điện để gắn mạch điều khiển và các linh kiện

- Mô hình dùng bộ điều khiển PLC S7-300 được dùng trong nhiều dây chuyền tự động trong công nghiệp

- Nguồn cấp cho hệ thống là 24V DC 10A, 5A và 12V DC 5A

- Các yêu cầu của phần cứng sau khi chế tạo:

- Bền vững với thời gian

- Không bị cong vênh, không bị oxi hóa

- Tính thẩm mỹ cao

- Có khối lượng nhẹ và đa dạng mẫu mã

Nhược điểm:

Gía thành rất cao

- Các mối hàn dễ bị oxi hóa và bị gĩ sắt

- Khó tháo lắp khi đã hàn lại với nhau

Hình 2.2 Thép hộp 30x30 mm

Với yêu cầu để có thể chứa với số lượng 12 chai một lúc trên băng tải đầu vào, nên phần khung được thiết kế với chiều dài được tính toán như sau:

Ta có:

= =760

12Với, A: Số lượng chai

L: Chiều dài khung

D: Đường kính của chai

Phần khung băng tải đầu ra được thiết kế phù hợp với yêu cầu, khi chai từ mâm xoay đi đến, với kích thướt khung được thiết kế với chiều dài có thể đáp ứng cho các công đoạn tiền xử lý khi chai được vặn nắp đó là các công đoạn như chai khi được xylanh đưa sang công đoạn khác xử lý và khoảng cách đủ để xử lý các chai bị lỗi

Phần cơ cấu cơ cấu vặn nắp chai

Phương án 1: Dạng máy vặn nắp trực tiếp trên băng tải

Hình 2.3 Vặn nắp trực tiếp trên băng tải

Đây là loại máy có thể có nhiều đầu đóng nắp làm việc cùng một lúc, nắp được đóng có thể nắp vặn hay nắp đột chỉ cần thay đổi đầu đóng Sau khi rót đầy chai, chai

sẽ theo băng tải vào khâu vặn nắp Chai vừa vặn xong sẽ được gạt ra để chai khác vào đóng

Phương án 2: Dạng máy vặn nắp qua mâm xoay

Hình 2.4 Vặn nắp qua mâm xoay

Đây là máy có đầu đóng trượt trên cam đĩa nhờ có gắn các con lăn Nhờ sự chuyển động này trên con lăn mà các đầu đóng vừa có chuyển động quay quanh trục cam, vừa

có chuyển động tịnh tiến lên xuống Đĩa quay có nhiệm vụ chuyển động quanh trục của máy và cố định chai vào đúng vị trí Máy có thể đóng được loại nắp vặn và nắp đột chỉ cần thay đổi đầu đóng Chai sau khi được chiết đầy sẽ theo băng tải vào máy đóng nắp, chai sẽ theo đĩa quay và các đầu đóng lên xuống theo cam để đóng nắp

Ưu điểm:

- Máy có năng suất cao

- Sự làm việc liên tục đồng bộ với chiết rót

- Có kích thước nhỏ gọn, có kết cấu đơn giản, có khả năng công nghệ cao

- Đây là loại máy đóng nắp hiện đại, khả năng tự động hóa cao và hiện đang được sử dụng ở nhiều nơi

Nhược điểm:

Kết cấu phức tạp nên khó thay thế bảo dưỡng

 Kết luận: Sau khi khảo sát và phân tích qua các phương án thiết kế một cách

tổng thể Nhóm đã quyết định chọn phương án sử dụng thép hộp mạ kẽm vuông 30x30 (mm ) và đóng nắp qua mâm xoay

Phần cơ cấu vặn nắp được sử dụng là vật liệu nhựa, để có thể duy chuyển lên xuống được khi chai đến vị trí vặn nắp thì nhờ một xylanh truyền động và một thanh ray để dẫn hướng cho cơ cấu Để có thể vặn được nắp chai thì cần tác động một lực vừa đủ, để nắp chai không bị lỏng và chai khi bị biến dạng khi bị thừa lực

Chọn kết cấu cơ khí cho bộ phận vận chuyển chai

2.3.3.1 Phương án băng tải đai

Các băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật liệu rời theo phương ngang hay phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cấu kiện nhẹ, trong các xưởng luyện kim thì dùng để vận chuyển quặng, than đá, trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các hàng bao kiện, vật liệu hạt hoặc các loại sản phẩm khác, trên các công trường thì dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng, trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất và một số ngành công nghiệp khác thì dùng để vận chuyển sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành của các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng để bỏ các sản phẩm không được sử dụng

chuyển Xích tải tấm khác với băng tải là nó được sử dụng để vận chuyển những vật liệu nặng hơn trong nhiều ngành công nghiệp khác Người ta sử dụng chúng như băng

tải công nghiệp trong các dây chuyền sản xuất để lắp ráp

 Ưu điểm:

- Có thể vận chuyển các vật liệu rời khác nhau

- Vật liệu đơn chiếc trong mặt phẳng ngang và nghiêng với góc nghiêng 45°

35 Cho phép uốn trong mặt phẳng ngang với bán kính cong (3-10mm)

- Việc mài mòn của xích tải nhỏ hơn nhiều so với các loại băng tải khác

2.3.3.3 Phương án băng tải con lăn

Băng tải con lăn được sử dụng để vận chuyển vật dạng kiện theo tuyến ngang và tuyến hơi nghiêng Theo phương pháp tác động, các băng lăn được chia làm hai loại: Loại

 Ưu điểm:

- Băng tải con lăn với độ bền và độ cứng lớn Nó cho phép di chuyển hàng hòm lớn, nặng

- Có thể di chuyển hàng theo tuyến thẳng hoặc tuyến cong

- Với kết cấu thuần tuý, thuận tiện để việc chất tải và dỡ tải

 Khuyết điểm

- Trong băng tải con lăn có nhiều dàn con lăn nên đòi hỏi phải chăm sóc và

bảo dưỡng thường xuyên, do đó chi phí vận hành lớn

- Băng tải con lăn truyền động bằng xích tải công nghiệp rất nhạy cảm cùng

sự không cân bằng giữa các trục

4 Con lăn trục dẫn động, 5 Băng tải, 6 Con lăn trục bị động

 Nguyên lý hoạt động: Băng tải 5 được gắn với hai con lăn dẫn động, Để băng

tải hoạt động được nhờ bộ truyền xích 2 Tuy nhiên để được tốc độ mong muốn

cần phải thông qua bộ giảm tốc 3

2.3.4.2 Phương án biến tần

Hình 2.9 Biến tần

 Ưu điểm:

- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ

thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều

- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm

việc được trong nhiều môi trường khác nhau

- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng

- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau

- Có thể thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc

- Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ: quá dòng, quá áp, mất pha, đảo

pha,…

- Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung tâm

 Khuyết điểm:

- Đòi hỏi người lắp đặt và vận hành thiết bị phải có kiến thức nhất định

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

 Kết luận:

Vì hệ thống không yêu cầu hoạt động ở nhiều cấp tốc độ và để giảm thiểu chi

phí đầu tư nên phương án được chọn là hộp giảm tốc

Chọn cơ cấu định vị chai và máng hứng chất lỏng

2.3.5.1 Phương án 1

Cơ cấu di chuyển dùng bánh răng - thanh răng

Hình 2.10 Cơ cấu di chuyển dùng bánh răng - thanh răng

1 Xylanh khí nén, 2.Khung đỡ xylanh, 3.Bánh răng, 4.Thanh răng

5 Trục vít, 6.Khung đỡ khối V, 7.Khối V, 8.Máng hưng chất lỏng

 Nguyên lý hoạt động:

Khi chưa chiết, máng hứng chất lỏng có nhiệm vụ hứng những giọt chảy ra từ vòi phun Khi các chai ở vị trí chuẩn bị chiết, xy lanh khí nén tác động, các

bánh răng trên thanh răng, đưa các khối V vào định vị cổ chai

 Ưu - nhược điểm:

- Định vị chính xác tuy nhiên chi phí cao

- Cơ cấu phức tạp tốn diện tích

2.3.5.2 Phương án 2:

Cơ cấu định vị bằng mâm xoay

Hình 2.11 Cơ cấu định vị bằng mâm xoay

 Kết cấu:

- Chi tiết mâm quay phải có độ cứng vững cao, chính xác, ổn định khi hoạt động nên cụm chi tiết mâm quay được gia công bằng nhựa mica và được gắn

cố định trên thanh ren

- Kết cấu mâm quay được gắn trên băng tải và đầu trục của mâm xoay được gắn với động cơ

 Nguyên lý hoạt động:

- Động cơ sẽ dẫn động mâm quay và cảm biến quang xác nhận vị trí chai Chai tiếp xúc với mâm quay nhờ băng tải vào và được giữ cứng Sau đó sẽ được mâm quay qua vị trí chiết rót tiếp tục quay đến vị trí cấp nắp chai rồi đền vị trí vặn nắp chai và chuyển đến băng tải ra

- Đặc điểm đáng chú ý của cơ cấu này là có thể hoạt động một cách đồng bộ với các cơ cấu khác với độ chính xác và tốc độ khá cao

 Ưu điểm:

- Máy có năng suất cao

- Sự làm việc liên tục đồng bộ với đóng nắp

- Có kích thước nhỏ gọn, có khả năng công nghệ cao

 Đây là loại cơ cấu chiết rót hiện đại, khả năng tự động hoá cao và hiện đang

được sử dụng ở nhiều nơi

 Khuyết điểm:

- Kết cấu phức tạp nên khó thay thế bảo dưỡng

chuyển động khác

 Phạm vi sử dụng:

- Động cơ điện xoay chiều 3 pha lắp cho các hộp giảm tốc dùng trong các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất xi măng, băng tải, nhà máy gạch, xưởng

cơ khí phục vụ cho các ngành công nghiệp như: Xi măng, sản xuất thép, khai thác mỏ, chế biến thực phẩm, chế biến gỗ, cầu trục, xử lý nước thải, cầu cảng Nó được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công nghiệp

 Ưu điểm:

- Công suất: Động cơ xoay chiều 3 pha có công suất lớn thích hợp cho điều khiển chuyển động của những cơ cấu có tải lớn và có nhiều loại công suất

để chọn lựa

- Giá thành rẻ hơn động cơ bước và servo cùng loại, tốc độ động cơ lớn

- Được sử dụng phổ biến trong công nghiệp

 Khuyết điểm:

- Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo

an toàn, moment khởi động nhỏ

- Mạch điều khiển tốc độ phức tạp (biến tần)

- Có khuyết điểm dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện lúc khởi động