Thiết kế, chế tạo thiết bị chiết rót và đóng nắp tạo áp âm lọ nước yến sanest cho trẻ em

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG PHAN THANH HUY THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP TẠO ÁP ÂM LỌ NƢỚC YẾN SANEST CHO TRẺ EM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÁNH HÕA – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG PHAN THANH HUY THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP TẠO ÁP ÂM LỌ NƢỚC YẾN SANEST CHO TRẺ EM LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 60520103 Quyết định giao đề tài 470/QĐ/ĐHNT ngày 22/5/2017 Quyết định thành lập HĐ 108/QĐ/ĐHNT ngày 9/2/2018 Ngày bảo vệ 16/3/2018 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS NGUYỄN VĂN TƢỜNG Chủ tịch Hội đồng TS ĐẶNG XUÂN PHƢƠNG Phòng Đào tạo Sau Đại học KHÁNH HÕA – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đề tài: “Thiết kế, chế tạo thiết bị chiết rót đóng nắp tạo áp âm lọ nước yến Sanest cho trẻ em” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khoa học khác thời điểm Khánh Hòa, ngày 25 tháng 01 năm 2018 Học viên Phan Thanh Huy iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực đề tài, nhận đƣợc giúp đỡ quý phòng ban trƣờng Đại học Nha Trang tạo điều kiện tốt cho tơi đƣợc hồn thành đề tài Đặc biệt hƣớng dẫn tận tình TS Nguyễn Văn Tƣờng giúp tơi hồn thành tốt đề tài Qua đây, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giúp đỡ Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tất bạn bè giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày 25 tháng 01 năm 2018 Học viên Phan Thanh Huy iv MỤC LỤC Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Danh mục ký hiệu vi Danh mục chữ viết tắt viii Danh mục bảng ix Danh mục hình ix Trích yếu luận văn xiii Lời nói đầu xiv CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu 1.2 Hệ thống chiết rót đóng gói lọ thủy tinh 1.2.1 Tổng quan hệ thống chiết rót 1.2.1.1 Hệ thống chiết rót định lƣợng dùng bơm bánh 1.2.1.2 Hệ thống chiết rót định mức dùng đo lƣu lƣợng 1.2.1.3 Hệ thống chiết rót kín - định mức - trọng lực 1.2.1.4 Hệ thống chiết rót vịi chiết lƣu lƣợng 1.2.1.5 Hệ thống chiết rót định lƣợng pít-tơng 1.2.2 Các phƣơng pháp đóng nắp lọ thủy tinh 1.2.3 Đóng nắp chân khơng lợi ích 11 1.2.4 Ngành chế tạo máy đóng gói chiết rót giới 12 1.3 Hƣớng nghiên cứu để tài 13 1.3.1 Lý chọn đề tài 13 1.3.2 Các nghiên cứu sản phẩm áp chân không hƣớng thực đề tài 15 1.3.2.1 Bằng sáng chế US2630957 J.Hohl Etal 15 1.3.2.2 Sáng chế US2889674 Clarence L Hamilton cộng 17 1.3.2.3 Bằng sáng chế US3220153 James B Cormack 18 1.3.3 Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp, nội dung giới hạn nghiên cứu 20 1.3.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 1.3.3.2 Nội dung nghiên cứu 20 1.3.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 21 1.3.3.4 Giới hạn nghiên cứu 21 v CHƢƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP ÁP TẠO ÁP ÂM 22 2.1 Xác định yêu cầu kỹ thuật thiết bị 22 2.2 Thiết kế thiết bị 23 2.2.1 Sơ đồ khối 23 2.2.2 Phƣơng án thiết kế 24 2.2.2.1 Phƣơng án thiết kế - buồng nóng 28 2.2.2.2 Phƣơng án thiết kế - phun trực tiếp 30 2.2.3 Thiết kế chi tiết cụm thiết bị chiết rót đóng nắp áp âm 31 2.2.3.1 Băng tải, khung máy mâm cấp lọ 31 2.2.3.2 Cụm chiết rót 39 2.2.3.3 Cụm cấp nắp 42 2.2.3.4 Cụm vặn nắp 46 2.3 Chế tạo thiết bị 51 CHƢƠNG XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƢU CỦA THIẾT BỊ CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP TẠO ÁP ÂM 55 3.1 Mở đầu 56 3.1 Phƣơng án nóng tạo áp âm kết thực nghiệm 57 3.1.1 Phƣơng án hộp nóng 57 3.1.2 Phƣơng án phun trực tiếp 60 3.2 Bài toán quy hoạch thực nghiệm áp âm 61 3.3 Bài toán quy hoạch thực nghiệm cấp nắp 66 Kết luận đề xuất 70 Danh mục tài liệu tham khảo 71 vi DANH MỤC KÝ HIỆU p N v d t i D M m I R F : áp suất : số lọ : tốc độ dài : tốc độ góc : khoảng cách : góc : thời gian : tỉ số truyền : đƣờng kính : momen : khối lƣợng : momen quán tính : bán kính : lực τ : ứng suất tiếp Wp : Modun chống xoắn n Lh L QE V z : hệ số an toàn : thời gian làm việc vòng bi : tuổi thọ vòng bi : tải trọng quy ƣớc : thể tích : khoảng cách nam châm vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CVC : Composite Vacuum Cap (Nắp nhựa dùng sản phẩm chân không) PLC : Programmable Logic Controller (Thiết bị điều khiển lập trình logic) HDPE: High-density polyethylene (Nhựa dẻo mật độ cao) PA : Phƣơng án viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh thời gian sử dụng hình thức bảo quản 12 Bảng 2.1 So sánh thông số kỹ thuật thiết bị chiết rót đóng nắp 28 Bảng 3.1 Kết chạy thử nghiệm phƣơng án 59 Bảng 3.2 Kết chạy thử nghiệm phƣơng án 61 Bảng 3.3 Giá trị yếu tố đầu vào phƣơng án 62 Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm phƣơng án 63 Bảng 3.5 Giá trị bƣớc chuyển động phƣơng án 64 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm phƣơng trình hồi quy áp âm 64 Bảng 3.7 Kết áp âm sau cài đặt thông số tối ƣu 65 Bảng 3.8 Kết chạy thử nghiệm cấp nắp 67 Bảng 3.9 Bảng thực nghiệm thông số cấp nắp 67 Bảng 3.10 Bảng tƣơng quan giá trị thực biến mã hóa cấp nắp 67 Bảng 3.11 Bảng kế hoạch thực nghiệm cấp nắp 68 Bảng 3.12 Kết thí nghiệm cuối với thơng số tối ƣu 69 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Phƣơng pháp chiết Osborner Hình 1.2 Hệ thống chiết rót sử dụng bơm bánh rang Hình 1.3 Hệ thống chiết rót kín - định mức Hình 1.4 Hệ thống chiết rót kín - định mức - trọng lực Hình 1.5 Nguyên lý chiết điều chỉnh lƣu lƣợng ngõ kết hợp trọng lực Hình 1.6 Quá trình nạp xã dịch chiết Hình 1.7 Hệ thống chiết rót kín - định mức - trọng lực Hình 1.8 Kiểu làm kín lọ thủy tinh phổ biến Hình 1.9 Một số kiểu dáng nắp phổ biến 10 Hình 1.10 Nắp composite closures hãng Crown 10 Hình 1.11 Trạng thái nút an tồn 11 Hình 1.12 Máy Crow Clousure Series 4B dành cho nắp vặn chân khơng 13 Hình 1.13 Lọ thủy tinh vặn ren 62 ml 14 Hình 1.14 Bảo vệ hai tầng nắp CVC 14 Hình 1.15 Chi tiết làm kín nắp CVC 14 Hình 1.16 Bố cục thiết bị PT US2630957 16 Hình 1.17 Mặt cắt thể q trình đóng nắp PT US2630957 16 Hình 1.18 Quy trình lọ di chuyển PT US2889674 17 Hình 1.19 Vị trí cơng tác phận PT US2889674 18 Hình 1.20 Sơ đồ hoạt động thiết bị sáng chế PT US3220153 19 Hình 2.1 Sơ đồ khối thiết bị chiết rót đóng năp tạo áp âm 23 Hình 2.2 Bố trí thiết bị chiết rót đóng nắp dạng thẳng 24 Hình 2.3 Bố trí thiết bị chiết rót đóng nắp dạng xoay 25 Hình 2.4 Máy vặn nắp CCM – Series 4B – Crown 26 Hình 2.5 Máy chiết piston hãng Volumetric Technologies 27 Hình 2.6 Máy chiết vặn nắp hãng Volumetric Technologies 27 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị sử dụng buồng 29 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thiết bị sử dụng phun trực tiếp 30 x - Kiểm định có nghĩa hệ số hồi quy bj với chuẩn Student: Dùng chuẩn Student kiểm tra nhận loại bj | | (3.7) Sau kiểm tra, có đƣợc hệ số bj ý nghĩa, ta đƣợc phƣơng trình động học y1 = bo + b1 x1 + … + bkxk + b12x1x2+…+ bk-1,kxk-1xk - (3.8) Kiểm định có nghĩa phƣơng trình hồi quy với chuẩn Fisher: Bƣớc kiểm tra phù hợp phƣơng trình động học thực nghiệm (3.9) So sánh với giá trị F chuẩn bảng phân phối Fisher Cuối nhận xét toán qua đồ thị đƣợc vẽ với phƣơng trình động học tìm đƣợc Thiết bị chiết rót đóng nắp tạo áp âm đƣợc thiết kế với phƣơng án chƣơng 2, thiết bị cần phải tiến hành thực nghiệm để chọn phƣơng án tối ƣu Ngồi ra, thơng số cài đặt cho thiết bị cần đƣợc xác định thông qua thực nghiệm nhƣ: công suất cấp nắp áp âm 3.1 Phƣơng án nóng tạo áp âm kết thực nghiệm 3.1.1 Phƣơng án hộp nóng Phƣơng án dùng hộp tạo vùng chứa lọ ngập nóng Lọ chiết dịch Lọ vào buồng 96oC Lọ lấy nắp buồng Làm nguội Kiểm tra áp âm Lọ đƣợc tạo áp âm Lọ đƣợc vặn nắp Hình 3.1 Chu trình hoạt động thiết bị phƣơng án Lọ sau đƣợc chiết lƣợng dịch cố định 62 ml ± ml vị trí đầu chiết rót (1), đƣợc di chuyển vào buồng (4), lọ ngâm buồng từ vị trí (2) đến (3) Lực quay mâm giúp di chuyển lọ sau lấy nắp (5) đến vị trí vặn nắp (6) hồn tất q trình chiết rót - đóng nắp 57 Hình 3.2 Vị trí buồng nóng Vùng nóng có nhiệt độ bên buồng khoảng 96oC (nhiệt độ đƣợc đo súng bắn nhiệt đƣợc trình bày Chƣơng 1) áp suất 1,5 kg/cm2 (áp suất bầu chứa hơi) Cấu tạo buồng đƣợc thiết kế có miệng phun hƣớng vào cổ lọ mép lọ, xem hình 3.3 bên dƣới Hình 3.3 Hoạt động buồng Tiết diện hơi: , từ biểu thức ta tính đƣợc n - số lỗ buồng đƣợc phân bố gần điểm dừng lọ (3) Theo biểu thức n = 49 lỗ Theo hình 3.2, vị trí lọ buồng vị trí, phân chia 49 lỗ vị trí đó, khơng gian chiếm đầy nóng với nhiệt độ xấp xỉ 96oC Lƣợng giúp lọ đạt đƣợc áp suất âm sau vặn nắp kín Thực chạy thử nghiệm lƣợt với 10 lọ lƣợt cho phƣơng án buồng hơi, thông số cài đặt kết đƣợc hiển thị bảng 3.1 58 Bảng 3.1 Kết chạy thử nghiệm phƣơng án Áp suất cấp Áp âm Áp suất cấp Áp âm (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) 1,2 -0,1 21 1,8 -0,1 1,2 -0,15 22 1,8 -0,15 1,2 -0,1 23 1,8 -0,2 1,2 -0,2 24 1,8 -0,15 1,2 -0,1 25 1,8 -0,1 1,2 -0,15 26 1,8 -0,15 1,2 -0,1 27 1,8 -0,1 1,2 -0,1 28 1,8 -0,15 1,2 -0,1 29 1,8 -0,2 10 1,2 -0,1 30 1,8 -0,1 11 1,5 -0,15 31 -0,15 12 1,5 -0,2 32 -0,2 13 1,5 -0,15 33 -0,1 14 1,5 -0,1 34 -0,15 15 1,5 -0,1 35 -0,2 16 1,5 -0,15 36 -0,1 17 1,5 -0,1 37 -0,2 18 1,5 -0,1 38 -0,2 19 1,5 -0,1 39 -0,15 20 1,5 -0,2 40 -0,1 STT STT Thí nghiệm chạy thử thiết bị với dải áp suất cấp buồng từ 1,2 đến kg/cm2 Áp suất cấp 1,2 kg/cm2 áp suất tối thiểu để nhiệt độ buồng đạt 95oC áp suất cấp kg/cm2 áp suất tối đa để khoảng không bên thiết bị không bị mù nóng Áp âm đƣợc đo đồng hồ áp âm sau kết thúc trình chạy thử đƣợc ghi nhận bảng 3.1 Qua trình chạy thử với phƣơng án (giữ buồng kín), kết giá trị áp âm trung bình -0,15 kg/cm2 xác suất lọ đạt tiêu chuẩn nhà sản xuất (-0,2 đến 59 -0,3 kg/cm2) 40% từ lọ 31 đến lọ 40 Với thống kê bảng 3.1, phƣơng án không đạt đƣợc áp âm mong muốn để thiết bị hoạt động Thực tìm hiểu nguyên nhân thất bại phƣơng án đƣợc xác định vị trí cấp nắp nằm ngồi buồng Kiểm tra nhiệt độ vị trí cấp nắp đạt trung bình khoảng 80oC, lƣợng tổn thất nhiệt lớn nên di chuyển thêm bƣớc quay (120 mm) đến vị trí vặn nắp, nhiệt độ vùng khơng khí bên lọ đạt 60 oC không đủ tạo áp âm yêu cầu 3.1.2 Phƣơng án phun trực tiếp Từ nguyên nhân thất bại phƣơng án 1, phƣơng án khắc phục đƣợc nhƣợc điểm quãng đƣờng di chuyển lọ buồng hơi, cách đặt ống phun trực tiếp vị trí lấy nắp, để tổn thất nhiệt đƣờng nhất, nhiệt độ phun vị trí cấp nắp 95oC Tiến hành thí nghiệm với phƣơng án 2, với số lƣợng 40 lọ lƣợt chạy thử tƣơng tự với phƣơng án Điều kiện thí nghiệm với dải cấp từ 1,2 đến kg/cm2 Tuy nhiên, áp suất cấp 1,8 kg/cm2 áp suất tối đa phun trực tiếp vào miệng lọ không làm văng dịch từ lọ nên ta chọn giới hạn áp suất cấp đầu vào 1,8 kg/cm2 Kết thơng số thí nghiệm đƣợc thống kê bảng 3.2 Hình 3.4 Hoạt động phun trực tiếp Từ lọ đến lọ 10, với áp suất cấp 1,2 kg/cm2, áp suất âm bên lọ ,sau vặn làm nguội, đạt hiệu suất 70% Bên cạnh đó, từ lọ 11 đến lọ 20, với áp suất cấp 1,5 kg/cm2, hiệu suất áp âm đạt khoảng đề 90% Tƣơng tự, lọ 21 đến lọ 30, hiệu suất củng 90% Tuy với áp suất cấp vào kg/cm2, lọ 31 đến lọ 40 có tƣợng văng dịch dù đạt đƣợc hiệu suất lọ đạt áp âm lên đến 90% 60 Bảng 3.2 Kết chạy thử nghiệm phƣơng án Áp suất cấp Áp âm Áp suất cấp Áp âm (kg.cm2) (kg.cm2) (kg.cm2) (kg.cm2) 1,2 -0,1 21 1,8 -0,25 1,2 -0,1 22 1,8 -0,2 1,2 -0,2 23 1,8 -0,25 1,2 -0,3 24 1,8 -0,3 1,2 -0,2 25 1,8 -0,4 1,2 -0,3 26 1,8 -0,3 1,2 -0,2 27 1,8 -0,3 1,2 -0,25 28 1,8 -0,3 1,2 -0,3 29 1,8 -0,25 10 1,2 -0,4 30 1,8 -0,3 11 1,5 -0,25 31 -0,2 12 1,5 -0,4 32 -0,25 13 1,5 -0,3 33 -0,1 14 1,5 -0,1 34 -0,3 15 1,5 -0,3 35 -0,4 16 1,5 -0,25 36 -0,2 17 1,5 -0,25 37 -0,4 18 1,5 -0,25 38 -0,2 19 1,5 -0,25 39 -0,3 20 1,5 -0,3 40 -0,25 STT STT Kết áp âm thí nghiệm với phƣơng án (phun trực tiếp vào nắp lọ) có chuyển biến tỷ lệ phần trăm lọ đạt áp âm vƣợt trội với phƣơng án 1, phƣơng pháp phun trực tiếp đƣợc chọn để tiếp tục cơng tác hồn thiện thiết bị Tuy nhiên, từ bảng kết 3.2, thiết bị cần chọn đƣợc thông số để cài đặt trình hoạt động đợt lọ từ đến 30, để thực chọn thông số áp đầu vào, lực vặn nắp để có dải áp âm tốt nhất, cần phải thực toán quy hoạch thực nghiệm mục 3.2 để tìm đƣợc thơng số tối ƣu 61 3.2 Bài toán quy hoạch thực nghiệm áp âm Bài toán đƣợc đặt xác định trạng thái nắp tối ƣu sau vặn phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm  Chọn thông số nghiên cứu (các tiêu yếu tố ảnh hƣởng): Lựa chọn hàm mục tiêu: Đề tài áp dụng tốn tính tốn dựa kế hoạch thực nghiệm có khoa học để lựa chọn phƣơng án tối ƣu nhằm đạt đƣợc hàm mục tiêu là: áp suất âm lực tháo nắp lọ sau đóng nắp cho nắp sau đƣợc vặn có nút an toàn trạng thái lõm xuống dùng lực xác định để mở đƣợc nắp Lựa chọn yếu tố ảnh hƣởng: Ảnh hƣởng đến trạng thái nắp (áp âm, lực tháo nắp) bao gồm nhiều yếu tố, nhƣng để giảm thiểu số thí nghiệm, phải giả thiết số yếu tố giữ nguyên không thay đổi nhƣ: mức chiết rót, hiệu suất cấp nắp, độ ổn định nguồn nóng, khí nén Nhƣ ảnh hƣởng rõ rệt đến hàm mục tiêu bên trên: Z1 áp suất đầu vào (kg/cm2) Z2 lực siết nắp (N.m) Yếu tố Z1 áp suất đầu vào, áp suất phun vào lọ, qua thực tế điều chỉnh hệ thống cung cấp để kiểm sốt lƣợng khơng làm mờ cảm biến nhận lọ, ta chọn giá trị khoảng từ 1,2 đến 1,8 kg/cm2 Yếu tố Z2 theo nhà sản xuất nắp có giá trị nằm từ 12 đến 15 kg-cm (từ 1,2 đến 1,5 Nm) Dựa vào tài liệu nhà sản xuất nắp tiêu chuẩn đƣợc phòng Kiểm sốt chất lƣợng Cơng ty đƣa ra, tốn chọn giá trị biến thiên hai yếu tố ảnh hƣởng giá trị hàm mục tiêu cần đạt: y1 áp suất âm lọ sau vặn (kg/cm2) y2 lực tháo nắp (N.m)  Chọn phƣơng án quy hoạch Để xác định hƣớng nhanh chóng tiến tới miền tối ƣu, toán đƣợc chọn áp dụng phƣơng án quy hoạch trực giao cấp I thực nghiệm yếu tố toàn phần mức, yếu tố ảnh hƣởng 62 Bảng 3.3 Giá trị yếu tố đầu vào phƣơng án Các yếu tố ảnh hƣởng Các mức Z1(kg/cm2) Z2(N.m) Mức (+1) 1,8 1,5 Mức sở (0) 1,5 1,35 Mức dƣới (-1) 1,2 1,2 Khoảng biến thiên 0,3 0,15 Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm phƣơng án Biến thực STT Biến mã hóa y1 y2 Mẫu Z1(kg/cm2) Z2(N.m) x1 x2 x1x2 (kg/cm2) (N.m) 1,2 1,2 - - + -0,1 1,8 1,8 1,2 + - - -0,25 1,8 1,2 1,5 - + - -0,15 1,8 1,5 + + + -0,3 x1 áp đầu vào (kg/cm2); x2 lực siết nắp (N.m) Phƣơng trình hồi qui đƣợc chọn theo phƣơng trình (3.4) Các hệ số b1, b2, b12 đƣợc tính theo số liệu thực nghiệm hàm mục tiêu y1 Tính hệ số b cơng thức (3.5), (3.6) từ số liệu thực nghiệm bảng 3.4 Ngoài áp dụng cơng thức, để thực nhanh việc tính tốn, áp dụng phần mềm IBM SPSS 20 tìm hệ số, kết nhƣ sau: b0 = -0,365 ; b2 = 0,09 b1 = 0,14 b12= -0,115 So sánh tj với tp(f) Trong đó: tp(f) chuẩn Student tra bảng ứng với xác suất tin cậy p bậc tự f, f = n0-1; bj hệ số phƣơng trình hồi quy chọn Để kiểm định theo chuẩn Student (t) ta thay hệ số bj, Sbj vào cơng thức (3.7) ta có giá trị tj tƣơng ứng: t0 = 24,33; t1 = 6,59; t2=4,24; t12=5,42 Tra bảng tiêu chuẩn Student tp(f) = t0,01(4) = 3,747 Khơng có hệ số tj < tp(fth) nên khơng có hệ số bj bị loại khỏi phƣơng trình Vậy phƣơng trình động học: y = -0,365 + 0,14 x1 + 0,09x2 - 0,115 x1x2 (3.10) Kiểm định phù hợp phƣơng trình hồi qui với thực nghiệm tiêu chuẩn 63 ; tra bảng tiêu chuẩn Fisher F1-p(f1,f2) = F0,99 Fisher với (3,1)=34,12 Ta có F < F1-p Vậy mơ hình tốn học chọn phù hợp với thực nghiệm Sau có đƣợc phƣơng trình động học, tiến hành tối ƣu hóa thực nghiệm tìm giá trị áp âm Bƣớc chuyển động đƣợc tính từ mức sở phƣơng trình hồi quy tuyến tính hàm mục tiêu, bƣớc chuyển động (j = 2) cho yếu tố Kết đƣợc ghi bảng 3.6 bên dƣới Bảng 3.5 Giá trị bƣớc chuyển động phƣơng án Các yếu tố ảnh hƣởng Các mức Z1, kg/cm2 Z2, N.m Mức sở 1,5 1,35 Khoảng biến thiên j 0,3 0,15 Hệ số bj 0,14 0,09 bj  j 0,042 0,0135 Bƣớc chuyển động (δj) 0,15 0,049 Làm tròn 0,15 0,05 Từ kết bƣớc chuyển động δj bảng trên, tổ chức thí nghiệm leo dốc điểm xuất phát từ tâm thực nghiệm Bảng 3.6 Kết thí nghiệm phƣơng trình hồi quy áp âm Yếu tố/ Z1, kg/cm2 Z2, N.m y1, kg/cm2 1,5 1,35 -0,266375 1,65 1,4 -0,27365 1,8 1,45 -0,28265 Thí nghiệm y2, N.m Nhận xét: Nhìn vào bảng trên, kết thí nghiệm tốt thí nghiệm thứ ba Tại áp suất phun 1,8 kg/cm2 lực vặn nắp 1,45 N.m, kết áp âm lọ cao đạt -0,28 kg/cm2 Tại thí nghiệm lực tháo nắp N.m, y2 lực tháo nắp có giá trị khoảng cho phép từ đến 2,5 N.m tất thí nghiệm 64 Thực kiểm tra thơng số vừa chọn cách chạy thử nghiệm với 40 lọ thông số đầu vào áp suất phun từ 1,2 đến 1,8 kg/cm2 lực vặn nắp cố định 1,5 N.m, kết đƣợc ghi nhận bảng (3.7) Qua kết chạy thử nghiệm lần cuối phƣơng án 2, giá trị trung bình áp âm 0,3025 kg/cm2, hiệu suất đạt áp âm 97,25 %, nguyên nhân hai lọ thứ khơng đạt áp âm mong muốn tính chất liên tục tuần tự, lọ khơng có nhiều thời gian đợi vị trí phun cấp, nên lƣợng so với lọ phía sau Từ kết phân tích số liệu áp âm trung bình lần thử cuối bảng kết 3.2, 3.7 phƣơng trình hồi quy (3.10), tiến hành xây dựng biểu đồ áp âm phụ thuộc yếu tố đầu vào Bảng 3.7 Kết áp âm sau cài đặt thông số tối ƣu STT Áp âm (kg/cm2) STT Áp âm (kg/cm2) -0,1 21 -0,3 -0,1 22 -0,3 -0,2 23 -0,4 -0,25 24 -0,2 -0,3 25 -0,2 -0,5 26 -0,4 -0,4 27 -0,3 -0,3 28 -0,4 -0,3 29 -0,3 10 -0,3 30 -0,3 11 -0,35 31 -0,3 12 -0,4 32 -0,3 13 -0,3 33 -0,3 14 -0,3 34 -0,2 15 -0,3 35 -0,4 16 -0,4 36 -0,4 17 -0,4 37 -0,2 18 -0,4 38 -0,2 19 -0,3 39 -0,3 20 -0,3 40 -0,3 65 0 0.5 1.5 2.5 -0.05 Áp suất âm (bar) -0.1 1.2, -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 1.5, -0.25 -0.3 -0.35 1.8, -0.3 2, -0.32 Áp suất đầu vào (bar) Hình 3.5 Biểu đồ phụ thuộc thông số ảnh hƣởng áp âm Nhận xét đồ thị có áp âm tăng mạnh đến vị trí áp đầu vào kg/cm2, nhiên vị trí gây nên tƣợng phun mạnh văng dịch từ lọ Giá trị áp âm tăng nhẹ từ 1,8 đến kg/cm2, thông số áp suất đầu vào lân cận 1,8 kg/cm2 1,5 N.m đƣa vào để hoạt động thiết bị 3.3 Bài toán quy hoạch thực nghiệm cấp nắp Thực toán quy hoạch thực nghiệm cho cụm cấp nắp, nhằm đáp ứng lớn cơng suất máy 1500 sp/h Thí nghiệm cấp nắp đƣợc thực 12 lƣợt, lƣợt 20 lọ, có lần thay đổi thơng số đầu vào theo bảng 3.8 Kết từ bảng 3.8 đƣợc xử lý thành giá trị trung bình cho cặp thơng số đầu vào, kết xữ lý bảng giá trị thực nghiệm trung bình 3.9 Lựa chọn hàm mục tiêu: công suất cấp nắp (nắp/ giờ) Lựa chọn yếu tố ảnh hƣởng: Z1 áp suất khí nén đầu vào (kg/cm2); Z2 số vòng quay động (v/ph) 66 Bảng 3.8 Kết chạy thử nghiệm cấp nắp Z1 STT Công suất Z2 (kg/cm2) STT (nắp/h) (v/ph) Z1 Z2 Công suất (kg/cm2) (v/ph) (nắp/h) 1358 1407 1430 1251 1552 10 1512 1639 11 1677 12 25 25 1382 35 35 1455 1678 1644 Bảng 3.9 Bảng thực nghiệm thông số cấp nắp Biến thực y1 STT Z1 Mẫu Z2 (nắp/h) (kg/cm ) (v/p) 25 1398 25 1622 35 1362 35 1611 Bảng 3.10 Bảng tƣơng quan giá trị thực biến mã hóa cấp nắp Các yếu tố ảnh hƣởng Các mức Z1 (kg/cm2) Z2 (v/ph) Mức (+1) 35 Mức sở (0) 2,5 30 Mức dƣới (-1) 25 Khoảng biến thiên 0,5 67 Bảng 3.11 Bảng kế hoạch thực nghiệm cấp nắp Biến thực STT Biến mã hóa y1 Mẫu Z1 (kg/cm2) Z2 (v/p) x1 x2 x1x2 (nắp/h) 25 - - + 1398 25 + - - 1622 35 - + - 1362 35 + + + 1611 x1 áp suất khí nén đầu vào (kg/cm2); x2 số vịng quay động (N.m) Các hệ số b t tƣơng ứng: b0 = 1225; b1 = 125; b2 = -25; b12= -75; t0 = 320; t1 = 12,25; t2= -2,44 t12= -7,34 Tra bảng tiêu chuẩn Student ta có tp(f) = t0,05(4) = 2,132 Các hệ số có tj < tp(fth) bị loại khỏi phƣơng trình Vì phƣơng trình hồi quy có dạng: y = 1225 + 125 x1; (3.11) Sự tƣơng thích phƣơng trình với thực nghiệm đƣợc kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher (F): Ta có F < F1-p nên mơ hình tốn học chọn phù hợp với thực nghiệm Nhìn vào phƣơng trình hồi quy (3.11) nhƣ trên, cơng suất cấp nắp phụ thuộc vào áp suất khí nén lựa nắp, số vòng quay động nằm khoảng 25 đến 35 v/p Bộ thông số tối ƣu gồm: áp suất đầu vào lân cận kg/cm2, số vịng động 25 v/ph thiết bị đƣợc cơng suất cấp nắp khoảng: 1500 nắp/giờ Kiểm tra lại với lƣợt thử nghiệm cuối cùng, kết giá trị công suất trung bình đƣợc ghi nhận bảng 3.12, thu nhận kết cảm biến đếm nắp đƣợc đặt thang dẫn Quan sát thiết bị lần chạy thử nghiệm cuối cùng, trình cấp nắp diễn liên tục, nhận thấy giá trị công suất cấp nắp lân cận phƣơng trình 3.11 Từ đó, biểu đồ 3.6 đƣợc xây dựng thể phụ thuộc công suất cấp nắp áp suất lựa nắp 68 Bảng 3.12 Kết thí nghiệm cuối với thơng số tối ƣu STT Áp suất lựa nắp Số vịng quay Cơng suất động (nắp/h) 1624 1608 1632 1625 kg/cm2 1576 25 v/p 1520 1723 1669 1715 10 1620 1620 y = 125x + 1225 R² = Công suất cấp nắp 1600 1580 1560 1540 1520 1500 1480 1460 0.5 1.5 2.5 3.5 Áp suất khí nén thổi nắp Hình 3.6 Biểu đồ phụ thuộc thông số ảnh hƣởng công suất cấp nắp Nhận xét: Biểu đồ có giá trị cơng suất cấp nắp tăng liên tục tuyến tính theo giá trị áp suất lựa nắp, nhƣng chọn điểm khoảng 2,25 đến kg/cm2 với giá trị áp nhỏ 2,25 không đáp ứng yêu cầu công suất cấp nắp lớn 1500 nắp/h, hay với giá trị áp lớn kg/cm2 thực tế khiến cho nắp dù trạng thái úp hay ngữa bị thổi văng Kết luận: Bộ thông số cấp nắp thiết bị đƣợc chọn: áp suất cấp nắp lớn 2,25 nhỏ kg/cm2; giá trị số vòng quay động mâm trộn nắp 25 v/p 69 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Kết Luận Thiết bị chiết rót đóng nắp tạo áp âm lọ nƣớc yến Sanest trẻ em đƣợc thiết kế chế tạo cơng ty TNHH MTV NGK Sanest Khánh Hịa nhằm mục đích sản xuất thử nghiệm sản phẩm Thiết bị có tất cụm: cụm băng tải; cụm mâm chuyển lọ; cụm chiết rót; cụm đóng nắp; cụm phun cụm vặn nắp Thiết bị đƣợc thiết kế dựa vào nguyên lý chiết rót, đóng nắp sáng chế US263097, US 2889674, US3220153, với thông số kỹ thuật dựa số mẫu máy có thị trƣờng kết hợp với yêu cầu cụ thể Công ty, nhiên điểm khác biệt thiết bị đề tài sử dụng nguyên lý phun nƣớc trực tiếp kết hợp với đầu vặn dùng lực nam châm phù hợp cho loại bao bì có sẵn cơng ty Về chế tạo, chi tiết phi tiêu chuẩn đƣợc lập quy trình cơng nghệ chế tạo theo dạng chế tạo thử nghiệm phù hợp với điều kiện có Cơng ty, ví dụ nhƣ: chi tiết cụm mâm sao; chi tiết cụm đầu vặn; chi tiết cụm cấp nắp, số chi tiết tiêu chuẩn đƣợc đặt mua thị trƣờng nhƣ: băng tải, động hộp giảm tốc, xy lanh khí nén Bên cạnh đó, để xác định thơng số vận hành tối ƣu nhƣ công suất cấp nắp áp âm, số thực nghiệm đƣợc tiến hành thiết bị đƣợc chế tạo Qua trình chạy thử nghiệm, thiết bị thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đề ra: cơng suất 1500 sp/h; chiết rót lƣợng dịch 62 ml với sai số ml; nắp đƣợc cấp liên tục cơng suất trung bình 3000 nắp giờ; vặn nắp tạo áp âm 0,2 đến 0,3 kg/cm2 Tuy nhiên Thiết bị có nhƣợc điểm cần đƣợc cải tiến lực vặn nam châm bị ảnh hƣởng qua thời gian hoạt động khoảng cách dnc trì lực hút hai đĩa nam châm giảm theo thời gian Đề Xuất Nhƣợc điểm liên quan đến lực vặn nam châm làm ảnh hƣởng đến hiệu suất thiết bị Do cần tiến hành nghiên cứu tối ƣu hóa thơng số lực vặn tốn thực nghiệm với hàm mục tiêu lực hút F hai đĩa nam châm khoảng cách dnc hai nam châm Ngồi ra, thiết bị cần đƣợc nâng cơng suất để phục nhu cầu sản xuất đáp ứng thị trƣờng sau bƣớc qua giai đoạn sản xuất thử nghiệm, thực tăng công suất theo hƣớng tăng số đầu vặn chiết, thực chiết xoay liên tục tảng khung nguồn cấp tạo áp âm có sẳn 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Richard Coles, Derek McDowell, Mark J.Kirwan Food Packaging Technology Blackwell Publishing Ltd, USA, 2003 Duy Khánh, 2016 Trí Thức Trẻ Truy cập http://cafebiz.vn/thi-truong/nam-2015-viet-nam-san-xuat-4-8-ty-lit-nuoc-giai-khat20160106134023591.chn, xem 22/4/2017 L.Robertson, Filling and sealing of containers, Woodhead Publishing, Cambridge, 2006 Kap Filling machines, Riverhead, NY, USA, 2003 Gordon L.Robertson Food Packaging Closures and Sealing Systems In: Food Packaging Principles and Practice CRC Press, USA, 2013 Crow Holdings Coposite Closures Available at: https://www.crowncork.com/closures-capping/composite-closures, xem 12/2017 Katella Benefits of Preserving Food with a Vacuum Sealer Available at: https://www.air-n-water.com/articles/benefit-preserving-food-vacuum-sealer.htm Crow Holdings Capping System (Europe) Available at: https://www.crowncork.com/closures-capping/capping-machinery/capping-systemseurope, xem 12/2017 Cơng ty Yến Sào Khánh Hịa Nước Yến Sào Sanest Trẻ Em Lọ 62ml Truy cập https://yensaokhanhhoa.com.vn/yen-sao-khanh-hoa/nuoc-yen-sao-sanest-tre-em-lo62ml, xem 8/2017 10 J Hohl Method And Apparatus For Sealing Containers USA patent 2630957, 1950 11 C.L Hamilton Steam Vacuum Apparatus For Closing Containers USA patent 2889674, 1956 12 J B Cormack Container Vacuum Capping Method USA patent 3220153, 1961 13 Jean-Francois M Bardou Process For Vacuum-Packagin Foodstuffs In Rigid Containers USA patent 5457939, 1995 14 Volumertric Technologies Manufacture Of Filling Machine & Filiing Equipment http://www.volumetrictechnologies.com/company-info/made-in-america, xem 2017 15 Nguyễn Hữu Lộc Giáo trình sở thiết kế máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia, TP Hồ Chí Minh, 2016 16 Wikipedia Magnetic Field https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field, xem 10/2017 Available at: 17 Giang Thị Kim Liên Quy Hoạch Thực Nghiệm, Đại học sƣ phạm, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2009 18.Catalogs ổ bi hãng Koyo Truy cập https://koyo.jtekt.co.jp/en/support/catalogdownload, xem 2017 71 ... tài thiết bị, chiết rót đóng nắp tạo áp âm sản phẩm lọ yến cho trẻ em 1.3.3.2 Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài này: - Thiết kế, chế tạo thiết bị chiết rót đóng nắp dành cho lọ nƣớc... chiết rót đóng nắp tạo áp âm lọ nƣớc yến Sanest cho trẻ em Với mục tiêu nghiên cứu đề tài thiết bị chiết rót đóng nắp tạo áp âm sản phẩm nƣớc yến Sanest cho trẻ em Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc... khơng tạo áp âm 21 CHƢƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP TẠO ÁP ÂM 2.1 Xác định yêu cầu kỹ thuật thiết bị Năm 2017 Công ty Yến Sào Khánh Hịa thành lập nhóm nghiên cứu thiết kế, chế