Tính toán, thiết kế, chế tạo máy tự động làm dĩa ăn bằng vật liệu thân thiện môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG LÀM DĨA ĂN BẰNG VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2020-24 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2020 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG LÀM DĨA ĂN BẰNG VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG Thuộc lĩnh vực khoa học công nghệ: Chuyên ngành kỹ thuật môi trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2020 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG LÀM DĨA ĂN BẰNG VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG Thuộc lĩnh vực khoa học công nghệ: Chuyên ngành kỹ thuật môi trường Sinh viên thực hiện: Trần Viết Thanh Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 161462C, Khoa Cơ khí Chế tạo máy Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phước Tân Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 161462B, Khoa Cơ khí Chế tạo máy Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Tiến Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 151461C, Khoa Cơ khí Chế tạo máy Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Người hướng dẫn chính: ThS Phan Thị Thu Thủy Năm thứ: /Số năm đào tạo: MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH .iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết 1.1.1 Thực trạng 1.1.2 Lý lựa chọn đề tài 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Phạm vi đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Nội dung tổng quan CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Yêu cầu đặt sản phẩm dĩa ăn 2.2.Định hình kết cấu sản phẩm 2.3 Lựa chọn vật liệu 2.4 Lý thuyết vật liệu 2.4.1 Lá chuối 2.4.2 Bìa carton 10 2.4.3 Bột 11 2.5.Quy trình cơng nghệ sản phẩm 12 i CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ 13 3.1 Tính tốn, thiết kế kết cấu khung ép 14 3.1.1 Lựa chọn xylanh ép 14 3.1.2 Thiết kế khuôn 17 3.1.3 Tính tốn chọn hệ thống gia nhiệt cho khuôn 30 3.2 Thiết kế khung máy 34 3.2.1 Thiết kế, lựa chọn kết cấu khung 34 3.2.2 Tính tốn, kiểm nghiệm độ bền khung 36 3.3 Cơ cấu truyền động để di chuyển vật liệu lấy sản phẩm 43 3.3.1 Lựa chọn cấu truyền động để di chuyển vật liệu 43 3.3.2 Căng dây đai 44 3.3.3 Chọn động cho cấu truyền đai 45 3.3.4 Giới thiệu động bước 46 3.3.5.Lựa chọn cấu hút vật liệu lấy sản phẩm 47 3.4 Cơ cấu quét chất kết dính 48 3.4.1 Lựa chọn cấu điều tiết bột quét bột lên bề mặt vật liệu .48 3.4.2 Thiết kế cấu lăn bột 51 3.5 Thiết kế điều khiển 52 3.5.1 Thiết kế mạch điện 52 3.5.2 Thiết kế điều khiển 54 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ .58 4.1 Sản phẩm dĩa ăn 58 4.2 Sản phẩm máy tự động 58 ii CHƯƠNG KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 67 5.1 Kết luận 67 5.2 Định hướng cải tiến 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sản phẩm khay, dĩa, thìa từ mo cau Việt Nam Hình 2: Sản phẩm dĩa, thìa từ bột mì Hình 3: Sản phẩm dĩa ăn từ Hình 4: Sản phẩm chén, dĩa khay từ mo cau người Ấn Độ Hình 1: Lá chuối Hình 2: Bìa carton .10 Hình 3: Bột .11 Hình 1: Tổng quan kết cấu máy 13 Hình 2: Kết cấu phận khuôn ép 14 Hình 3: Kết cấu khung ép khoảng cách làm việc khuôn 15 Hình 4: Xylanh khí nén chọn 16 Hình 5: Hình dạng sản phẩm 17 Hình 6: Sự đàn hồi sau uốn 22 Hình 7: Bán kính góc lượn khn khn 25 Hình 8: Kết cấu khuôn dập 27 Hình 9: Các thiết bị điều khiển nhiệt độ .31 Hình 10: Bộ điều khiển nhiệt độ RKC REX-C100 32 Hình 11: Relay bán dẫn SSR 32 Hình 12: Sơ đồ kết nối điều khiển nhiệt độ 33 Hình 13: Kết cấu khung máy 34 Hình 14: Biểu đồ nội lực thép đỡ khn 37 Hình 15: Mặt cắt ngang thép hộp .38 Hình 16: Biều đồ phân bố lực mặt cắt .39 Hình 17: Biểu đồ nội lực thép 1,39m 42 Hình 18: Mơ cấu kéo đai 43 Hình 19: Dây đai GT2 bề rộng 6mm 44 Hình 20: Pulli bước 2mm 44 iv Hình 21: Step motor 56x56x64 24V-5A 46 Hình 22: Cơ cấu hút chân không 47 Hình 23: Van hút chân không 48 Hình 24: Van nước điện từ thường đóng 24V 49 Hình 25: Cấu tạo van nước điện từ 50 Hình 26: Cơ cấu lăn bột 51 Hình 27: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 52 Hình 28: Bộ nguồn tổ ong 53 Hình 29: Mạch giảm áp 53 Hình 30: Arduino Mega 2560 54 Hình 31: Thành phần Arduino Mega 2560 55 Hình 32: Driver Tb6600 56 Hình 33: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển động bước Tb6600 57 Hình 1: Dĩa ăn thành phẩm .58 Hình 2: Mơ hình máy tổng thể 59 Hình 3: Mơ hình máy tổng thể 60 Hình 4: Mơ hình máy tổng thể 61 Hình 5: Khn ép 62 Hình 6: Cơ cấu hút 63 Hình 7: Cơ cấu lăn bột 63 Hình 8: Hệ thống mạch điều khiển 64 Hình 9: Mạch điều khiển nhiệt độ khuôn 65 Hình 10: Tủ điện 66 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: So sánh loại máy ép 15 Bảng 2: Lượng dư cắt mép chi tiết có vành rộng, mm .18 Bảng 3: Hệ số dập vuốt chi tiết trịn xoay có vành rộng 20 Bảng 4: Hệ số kv để tính lực dập vuốt chi tiết hình trụ có vành rộng 21 Bảng 5: Tính chất số mác thép dụng cụ (theo tiêu chuẩn nhật) 23 Bảng 6: Thành phần hóa học đặc tính kỹ thuật số thép dụng cụ 23 Bảng 7: Khe hở khuôn khuôn dập 26 Bảng 8: Trị số gia a phụ thuộc vào vật liệu 26 Bảng 9: Dung sai làm việc khuôn khuôn 28 Bảng 10: So sánh loại vật liệu thiết kế khung 35 Bảng 11: Quy chuẩn trọng lượng ống thép vuông – chữ nhật (Đơn vị tính: kg/cây 6m) 40 Bảng 12: Quy chuẩn tính chất lượng thép 41 vi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết 1.1.1 Thực trạng Thực trạng rác thải nhựa thực báo động Hành tinh dần ngập núi rác thải nhựa – chất liệu khơng bền, dễ sử dụng mà cịn có giá thành rẻ, thân thuộc với sống hàng ngày người Từ việc nhựa dẻo dùng để làm vật liệu cho bị y tế, đến việc trở thành phận máy bay chứng minh tính hiệu khả ứng dụng chất liệu Tuy nhiên, sản phẩm từ nhựa, đặc biệt mặt hàng thiết kế dùng lần vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt bãi rác đại dương Các sản phẩm chai nhựa, túi nhựa dùng lần đơn ống hút nhỏ gọn mà bạn thường dùng có khả bị bỏ sót q trình tái chế lọt vào hệ thống thoát nước bất kì, cuối trơi biển Các nghiên cứu năm có gần 12,7 triệu chất thải nhựa đổ biển Rác thải nhựa trôi dạt rộng rãi đại dương chúng ta, đặc biệt Thái Bình Dương, Đại Tây Dương Ấn Độ Dương Loại nhựa dùng làm túi nhựa can sữa khác với loại nhựa dùng làm nắp chai ống hút – loại rác thải nhựa điển hình trơi đại dương Qua thời gian, mảnh nhựa lớn phân nhỏ thành mảnh vụn, cứng khiến lồi động vật biển ăn nhầm Ví dụ ống hút nhựa đến 200 năm để tan rã, nhiên, chúng không tan rã hồn tồn, nhựa khơng thể phân hủy Hơn nữa, vật dụng nhỏ, mỏng, nhẹ lại gây hại đến loài chim biển, rùa lồi sinh vật biển khác chúng dễ dàng nhầm lẫn nhặt, nuốt phải, khiến chúng nghẹn nghẹt thở Thành phần Arduino Mega 2560 Hình 31: Thành phần Arduino Mega 2560 - Vi điều khiển chính: ATmega2560 - 54 chân digital (15 sử dụng chân PWM) - 16 đầu vào analog - UARTs (cổng nối tiếp phần cứng) - thạch anh 16 MHz - cổng kết nối USB - jack cắm điện - đầu ICSP - nút reset - Dòng điện DC Current chân I/O: 20mA - Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA - Flash Memory: 256 KB KB sử dụng cho bootloader - SRAM: KB - EEPROM: KB - Clock Speed: 16 MHz - LED_BUILTIN: 13 - Kích thước: 101.52 x 53.3 mm 55  Driver điều khiển động Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho loại động bước: 42/57/86 pha dây có dịng tải 4A/42VDC Hình 32: Driver Tb6600 Thông số kỹ thuật + Nguồn đầu vào 9V – 42V + Dòng cấp tối đa 4A + Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao + Có tích hợp đo q dịng q áp + Cân nặng: 200gr + Kích thước: 96x71x37mm Cài đặt ghép nối: DC+: Nối với nguồn điện từ – 40VDC 56 DC- : Điện áp (-) âm nguồn A+ A -: Nối vào cặp cuộn dây động bước B+ B- : Nối với cặp cuộn dây cịn lại động PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600 PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600 DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600 DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600 ENA+ ENA -: cấp tín hiệu cho cặp động khơng có lực momen giữ quay Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung tín hiệu âm (-) chung Hình 33: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển động bước Tb6600 57 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ 4.1 Sản phẩm dĩa ăn Hình 1: Dĩa ăn thành phẩm - Tính chất, kết cấu: Dĩa ăn sau ép có độ dày khoảng 1mm, lớp carton định hình giúp dĩa có độ cứng cáp cần thiết, lớp bột sau gia nhiệt có độ nhớt kết dính tốt, lớp bề mặt nguyên vẹn, giữ màu chống thấm - Sử dụng: Dĩa có khả đựng thức ăn khơ hay nước, nóng hay nguội - Bảo quản: Dĩa bảo quản tốt điều kiện nhiệt độ lạnh khoảng 15-20 độ C Khi để ngồi khơng khí điều kiện thường, lớp bị héo lại nhanh bị co lại, kéo theo dĩa bị biến dạng 4.2 Sản phẩm máy tự động - Máy vận hành ổn định, tỉ lệ sản phẩm bị lỗi thấp - Năng suất máy tại: 80 cái/giờ 58 Hình 2: Mơ hình máy tổng thể 59 Hình 3: Mơ hình máy tổng thể 60 Hình 4: Mơ hình máy tổng thể 61 Hình 5: Khn ép 62 Hình 6: Cơ cấu hút Hình 7: Cơ cấu lăn bột 63 Hình 8: Hệ thống mạch điều khiển 64 Hình 9: Mạch điều khiển nhiệt độ khn 65 Hình 10: Tủ điện 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 5.1 • Kết luận Sản phẩm tạo đáp ứng nhu cầu sử dụng thẩm mỹ, nguyên liệu đầu vào giá rẻ, xuất phát từ nguồn gốc tự nhiên vật liệu tái chế, đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường Tuy nhiên, vấn đề kết dính bảo quản cịn nhiều hạn chế • 5.2 Thiết kế khí máy cịn nhiều thiếu sót gây ảnh hưởng tới suất Định hướng cải tiến • Cải thiện thiết kế khí, nâng cao suất máy • Tìm thêm nhiều nguồn vật liệu, đa dạng hóa sản phẩm • Nghiên cứu khác phục nhược điểm bảo quản sản phẩm 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1] https://anphatholdings.com/hoat-dong-moi-truong/thuc-trang-o-nhiem-rac-thai- nhua-dang-o-muc-bao-dong.html [2]: https://tuoitre.vn/binh-dinh-co-cai-khay-mo- 20200709145014514.htm?fbclid=IwAR0DlfBnHUWV2656b0MlXWROK_GJ3kE_A U8pcFIjnqAEBpmDoGZKsRiXATw : [3] https://sangkiencongdong.vn/news/2018/12/12/san-xuat-bat-dia-tu-cam-bot- mi?fbclid=IwAR3V4iabnNqLK2VGLRHXDkdKDqPxsWNQqwTv2i9TOF8m FGZ eljh0kAok4 : [4] https://danviet.vn/bat-dia-tu-la-cay-vua-re-vua-an-toan-lai-than-thien- 7777876163.htm?fbclid=IwAR2N2jGtUZbAobUkhBZL1yl7_81N790LSHL8MLCfib VuAHCnC1ZMQJirkJU : https://www.bioworld.in/index.php [5] : [6] https://kienthuconline247.com/cong-dung-tac-dung-cua-la- chuoi/?fbclid=IwAR2QmlGgnUJPsisScT_fHwBNMiE95wbtsMA1G1EtWIDCOtf82vBISI1sDM 68 S K L 0 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2020 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG LÀM DĨA ĂN BẰNG VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG Thuộc... phẩm dĩa ăn Thứ hai, thiết kế, chế tạo chạy vận hành máy tự động thay người thực cơng đoạn q trình ép vật liệu thành dĩa 1.4 Phạm vi đề tài Về sản phẩm dĩa ăn, nhóm nghiên cứu thử nghiệm loại vật. .. thuật môi trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2020 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG LÀM