Thiết kế, chế tạo máy định lượng đóng gói cà phê tự động

Phần Mở Đầu Lý do chọn đề tài Khoa học kỹ thuật thế giới ngày càng phát triển và đã đạt được những thành tựu rất lớn. Nước ta là nước đi sau về khoa học kỹ thuật, nhưng nhờ những chính sách đúng đắn của Đảng và Nhà nước nên đã biết đi tắt đón đầu để nhanh chóng tiếp thu trình độ khoa học kỹ thuật của thế giới, nhanh chóng bắt kịp và nghiên cứu phát triển nhiều đề tài có ảnh hưởng đến sự phát triển của khoa học công nghệ nước nhà nói riêng và thế giới nói chung. Việt Nam là nước sản xuất cà phê lớn nhất nhì thế giới và là nước có tốc độ tăng trưởng tiêu thụ cà phê cao nhất (31% năm 2010 theo thống kê của hiệp hội cà phê ca cao Việt Nam) [7]. Mỗi năm chúng ta xuất sang thị trường nước ngoài hàng triệu tấn cà phê nhưng chủ yếu là cà phê nguyên liệu, lượng cà phê thương phẩm được tiêu thụ cũng rất nhiều nhưng chủ yếu là thị trường trong nước và một số ít suất khẩu. Để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng tăng cao, hiện nay trong nước đã có rất nhiều doanh nghiệp chuyên sản xuất, chế biến cà phê thành phẩm điển hình như Trung Nguyên, Vina cà phê, Mê Trang…. Tuy nhiên, lượng cà phê được tiêu thụ chủ yếu lại là sản phẩm của các doanh nghiệp nhỏ lẻ, có quy mô sản xuất ở cấp độ hộ gia đình và đây cũng là lực lượng chế biến cà phê chủ yếu ở nước ta (chiếm đến 70%), chính điều này đã tạo nên sự cạnh tranh khốc liệt trên thị trường trong đó giá thành và chất lượng sản phẩm luôn là những vấn đề được đặt lên hàng đầu. [7] 1 Hình 0.1 Biểu đồ sản lượng cà phê thế giới qua các năm Đứng trước những yêu cầu đó, rất nhiều cơ sở chế biến đã mạnh dạn đầu tư hệ thống máy móc dây chuyền sản xuất, chế biến cà phê nhằm nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm. Nhưng chi phí của các hệ thống, dây chuyền này không hề rẻ và không phải cơ sở nào cũng có khả n ăng đầu tư. Hơn nữa, hầu hết các loại máy trên thị trường chủ yếu đóng gói với khối lượng nhỏ từ 50g đến 100g, một số ít có khối lượng lớn hơn 200g đến 500g và chủ yếu sử dụng các loại túi nylon được ép trực tiếp (từ 1 cuộn lớn) trong quá trình đóng gói, trong khi đó hầu hết các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ đều sử d ụng túi có sẵn (đã ép 3 mặt).[7] Vấn đề đặt ra là cần có 1 loại máy có thể nâng cao năng suất, giảm chi phí nhân công và phù hợp với quy trình sản xuất nhưng giá thành phải nằm trong khả năng đầu tư của các cơ sở có quy mô nhỏ. Chính vì vậy, nhóm đã chọn khâu đóng gói sản phẩm là khâu tốn nhiều nhân công nhất trong quy trình chế biến cà phê để thực hiện hiện đề tài của mình. 2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài Thiết kế, chế tạo máy định lượng đóng gói cà phê tự động theo yêu cầu của các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ. Phương pháp nghiên cứu của đề tài • Xây dựng ý tưởng: Sử dụng môi trường internet và sách báo trong thư viện trường, nhóm đã xây dựng ý tưởng xử lý từng phần trong hệ thống. • Tính toán, mô phỏng: Dựa trên kiến thức môn “Nguyên lý chi tiết máy”, “Sức bền vật liệu”, nhóm thực hiện tính toán về kích thước cũng như lựa chọn nguyên vật liệu thực hiện hệ thống. Nhóm đồng thời sử dụng phần mềm Inventor thực hiệ n vẽ và mô phỏng hệ thống. • Thi công và hiệu chỉnh hệ thống: Nhóm được sự hỗ trợ của các thầy ở Xưởng thực hành cơ khí, PLC_Lab để thực hiện thi công và hiệu chỉnh dựa trên các thông số tính toán. • Lập trình hệ thống: Nhóm sử dụng PLC OMRON CQM1 để lập trình điều khiển hệ thống. • Thử nghiệm thực tế: Hệ thống được thử nghiệm t ại Xưởng thực hành cơ khí. Khả năng ứng dụng vào thực tế Sau khi hoàn thành sẽ được đưa vào hoạt động kết hợp với các loại máy khoác ngoài doanh nghiệp. Mục đích, yêu cầu, và giới hạn của đề tài • Mục đích: Thiết kế hệ thống định lượng đóng gói cà phê 500g tự động. Đưa công nghệ tiên tiến vào dây chuyền sản xuất, thay thế lao động chân tay bằng máy móc hiện đại, tăng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm, 3 giảm chi phí mà doanh nghiệp phải chi trả cho công nhân. • Yêu cầu: Hệ thống hoạt động tự động với công suất 360 sản phẩm/giờ. • Giới hạn: Chỉ định lượng được ở 2 mức cố định túi 250g và 500g. Chương 1: Tổng Quan 1.1 Thực trạng quy trình chế biến cà phê tại các cơ sở nhỏ lẻ 4 Hình 1.1 Cà phê nhân Cà phê nhân sau khi phơi/sấy và tuyển chọn kĩ càng được được đưa vào lò rang ở nhiệt độ khoảng 190 - 230 độ C đến khi hạt đã chín và đạt độ ẩm yêu cầu. 5 Hình 1.2 Quá trình rang cà phê Khi hạt đã chín, nó được ướp và tẩm gia vị để giữ gìn, bảo quản hương vị sau đó được làm nguội tự nhiên hoặc dùng quạt gió để thổi. Hạt đã nguội được đánh tơi và đem xay nhuyễn. Cuối cùng sẽ định lượng và đóng vào gói 500g. 6 Hình 1.3 Cà phê đã rang chín 7 Hình 1.4 Quá trình ướp và tẩm gia vị 8 Hình 1.5 Cà phê đã được ướp và tẩm gia vị Hình 1.6 Cà phê bột 9 Hình 1.7 Một loại cà phê trên thị trường 1.2 Vấn đề đặt ra Hiện nay, tại các cơ sở chế biến cà phê nhỏ lẻ, các công đoạn như rang, xay và đóng gói chủ yếu được thực hiện bằng tay và bán tự động. Điều này đã gây nên một khó khăn đối với doanh nghiệp là độ đồng đều của các sản phẩm tương đối thấp và chi phí nhân công tăng cao. Nhìn thấy rõ những vấ n đề mà doanh nghiệp của mình đang gặp phải, lãnh đạo doanh nghiệp đã chủ động tiếp cận, tìm hiểu về các dây chuyền đóng gói tự động trên thị trường hiện nay, tuy nhiên giá thành của các loại máy này không rẻ (từ vài trăm triệu đến vài tỷ đồng), hoàn toàn nằm ngoài khả năng của doanh nghiệp. Qua quá trình tham quan, tìm hiểu, nhóm chúng em đã thấy được khó khăn đó và đã mạnh dạn đề xuất ý tưở ng tự động hóa hoàn toàn khâu tốn nhiều nhân công nhất trong quy trình là định lượng đóng gói. Chúng em đã đặt ra mục tiêu chế tạo một máy định lượng đóng gói cà phê tự động với 10 . đề tài của mình. 2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài Thiết kế, chế tạo máy định lượng đóng gói cà phê tự động theo yêu cầu của các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ. Phương. ng tự động hóa hoàn toàn khâu tốn nhiều nhân công nhất trong quy trình là định lượng đóng gói. Chúng em đã đặt ra mục tiêu chế tạo một máy định lượng đóng