9. Hao phí trên hộp giảm tốc
4.3.1 Hệ thống nhiệt và bộ phận hàn của máy a) Các phương pháp hàn vật liệu polyme
a) Các phương pháp hàn vật liệu polyme
Giấy dùng để đĩng gĩi là giấy cellophane/PE là vật liệu cao phân tử.
Polyetylen cĩ nhiệt độ nĩng chảy (nhiệt độ cĩ thể hàn được) khoảng 160 độ C.
Ta khảo sát một vài phương pháp hàn vật liệu này rồi chọn một phương án để sử
dụng cho máy.
1. Phương pháp 1: Hàn bằng điện tử.
Theo phương pháp này, khi dịng điện đi qua điện trở, các điên tử dịch
chuyển va chạm và phát sinh một nhiệt lượng Q:
Ta cĩ : R U R I I U Q 2 2 . .
Trong đĩ :U – Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở.
I – Cường độ dịng diện qua mạch.
Nhiệt lượng này sẽ nung nĩng bộ phận hàn và khi bộ phận hàn tiếp xúc
với bao bì ở một áp suất nào đĩ sẽ làm nĩng chảy lớp nhựa ( vật liệu bao bì ) và ép chúng dính lại với nhau.
Theo cơng thức trên thì nhiệt lượng tỏa ra của phương pháp này phụ thuộc
vào các yếu tố.
-Điện áp: U
-Dịng điện: I
Thay đổi các yếu tố trên thì nhiệt lượng cũng thay đổi đĩ là nguyên tắc điều chỉnh của phương pháp này.
Ưu- nhược điểm.
-Ưu điểm: Đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, rẽ tiền.
-Nhựơc điểm: Muốn nhiệt độ hàn ổn định thì phải thêm một bộ phận kiểm sốt nhiệt độ. Mặt khác khi làm việc, nhiệt độ xung quanh v ùng hàn tăng lên, do đĩ đ ối với các loại bao b ì mà vùng làm việc chật hẹp sẽ làm ảnh hưởng đến bao bì.
2.Phương pháp 2 : Hàn bằng cao thế.
Nguyên lý: Đặt vào 2 cực ở gần nhau một nguồn cao thế. Khi đạt đến một
khoảng cách nhất định sẽ cĩ hiện tượng phĩng điện giữa 2 cực. Khi đĩ vật liệu
bao bì giữa 2 điện cực sẽ bị đánh thủng và đốt cháy tạo ra những lỗ thủng nhỏ li
ti trên bao bì làm chúng dính lại với nhau. Ưu - nhược điểm.
-Ưu điểm : Chỉ cĩ phần hàn vật liệu giữa 2 điện cực là dính lại với nhau,
giá thành trung bình.
-Nhược điểm : Phải tạo ra nguồn cao thế giữa 2 điện cực, khĩ khăn trong
kết cấu máy.
3. Phương pháp 3 : Hàn bằng nguồn cao tần.
Nguyên lý : Khi 2 điện cực A,B đặt gần nhau , đặt vào giữa 2 điện cực 1 nguồn cao tần
thì giữa 2 điện cực do hiện t ượng cảm ứng sẽ phát sinh nhiệt cục bộ đốt nĩng vùng giữa 2 điện
Ưu – nhược điểm : Chỉ cĩ phần vật liệu giữa 2 điện cực được đốt nĩng
cịn các vùng xung quanh thì khơng bị nung nĩng. Điều này rất thuận lợi đối với
bao bì mỏng, vùng làm việc chật hẹp, điều chỉnh, khơng bị hiện tượng quá nhiệt.
Sản phẩm làm ra bền đẹp. Giá thành cao.
- Trong các phương pháp trên thì phương pháp hàn bằng điện tử là cổ điển
nhất và cũng bộc lộ khá nhiều nhược điểm. Phương pháp 2 và 3 là những phương
pháp mà ở nhiều nước đã áp dụng, mặc dù giá thành cao song chúng cĩ nhiều ưu điểm nổi bật. Riêng đối với việc đĩng gĩi artemia hiện nay dùng phương pháp
hàn bằng điện tử để dễ sử dụng trong máy đĩng gĩi.
b) Hệ thống nhiệt của máy
-Cặp con lăn ép mí bao với khoảng trống bên trong mỗi trục dùng để gắn điện trở sinh nhiệt (điện trở khơng tiếp xúc với thành trong của trục con lăn nên khơng quay theo trục)
-Cặp thanh nhiệt hàn đầu bao (cũng là bộ phận cắt bao) cĩ lỗ dọc theo
chiều dài thân để gắn điện trở sinh nhiệt.
Nhiệt cung cấp cho cả hai bộ phận hàn này được tính làm sao để duy trì nhiệt độ của chúng ở nhiệt độ cần thiết để hàn bao (khoảng 160°C) tức là phải trừ đi lượng nhiệt mất mát do tỏa nhiệt ra mơi trường xung quanh (gồm truyền vào
khơng khí và truyền vào hộp chứa con lăn) . Ở đây do lượng nhiệt cung cấp cho
bao gĩi khơng lớn nên ta cĩ thể bỏ qua lượng nhiệt này hoặc chỉ cần nhân thêm hệ số khi tính tốn.
Phương pháp cấp nhiệt cho máy
Trong quá trình bao gĩi, cĩ nhiều yếu tố làm cho nhiệt độ hàn thay đổi,
tính chất cơ lý của vật liệu thay đổi. Bao gĩi được làm ở dạng băng và cuộn
thành cuộn, bề dầy bao gĩi cĩ thể khác nhau, tính chất cơ lý do đĩ cũng khác nhau, điều này làm cho nhiệt độ hàn cho từng cuộn khác nhau. Vì vậy yêu cầu đặt ra cho cơ cấu hàn là phải điều chỉnh được nhiệt độ
Mặt khác phương pháp hàn ở đây là dùng nhiệt độ điện trở, do đĩ theo
thời gian nhiệt độ sẽ tăng mãi. Để duy trì ở mức nhất định ta cần phải lắp đồng
hồ nhiệt độ sẽ tăng mãi. Để duy trì ở mức nhất định ta cần phải lắp đồng hồ đo
nhiệt và cĩ một bộ ổn định nhiệt độ.
Yêu cầu của thiết bị cấp nhiệt máy là: -Điều chỉnh được nhiệt độ
-Ổn định được nhiệt độ 1.Phương án 1
Sơ đồ:
Ta cĩ U=(Rt+R1).I
Khi R1 Thay đổi thì I thay đổi, do đĩ nhiệt độ cũng thay đổi Đặc điểm của phương án này:
-Đơn giản
-Nhiệt độ khơng ổn định và tăng mãi.
-Biến trở chịu dịng lớn do đĩ khi điều chỉnh cĩ thể cĩ tia lửa điện
2.Phương án 2 Sơ đồ:
Biến trở R1 dùng để hạn chế dịng qua cực điều khiển của triax.
Ở điều kiện bình thường, khi nhiệt độ tăng quá mức quy định, tiếp điểm
TH mở ra, cực điều khiển triax bị ngắt (giả sử khĩa K ở vị trí 1), triax ngưng dẫn
do ngắt dịng quá tải nhiệt độ lại giảm xuống. Ở thời điểm bắt đầu khi mở máy ta
cĩ thể dùng tay để bật khĩa K sang vị trí 2, khi nhiệt độ gần đạt nhiệt độ yêu cầu
ta bật sang vị trí 1.
Đặc điểm của phương pháp này: dùng cơng suất nhỏ điều khiển cơng suất
lớn do đĩ an tồn cho người và thiết bị.
Tuy nhiên ở phương án 1 và 2 đ ều khơng thể sử dụng cho máy đ ĩng gĩi artemia. Ví
dụ: nhiệt điện trở đặt trong bộ phận quay và tiếp điểm TH phải đặt trong c ùng mơi trường hàn nghĩa la phải đặt trong bộ phận quay hoặc vùng xung quanh do đĩ vi ệc điều chỉnh rất khĩ khăn
nên ta khơng sử dụng 2 ph ương án trên được.s
3. Phương án 3
Đây là phương án được sử dụng trong thực tế Sơ đồ:
Các thơng số:
U=110V; U1=110V; U2=6,3V
R1=R6=10KΩ; R2=R4=1KΩ; R3=100KΩ; R5=68KΩ;
TH: điện trở nhiệt, kí hiệu VA10665.
Q1:triax; Q2: transitor, kí khiệu 2N3702;
Q3: transitor, kí khiệu 2N2926;
D: diode, kí hiệu 1N4001
Hình trên trình bày mạch đốt nĩng, điều khiển bằngđiện trở nhiệt. Ở đây
cực điều khiển được cung cấp bằng dịng một chiều thơng qua điện trở R5 và transitor Q2, Q3. TH1 là một điện trở cĩ hệ số nhiệt âm và được nối thành mạch
cầu cùng với R1-R2-R3-R4. Điện trở R1 được điều chỉnh sao cho cầu cân bằng tại
thời điểm hàn cắt bao gĩi. Khi đĩ tiếp giáp gốc phát của Q3 được phân cực nhẹ
theo chiều thuận. Như vậy Q3 dưới hình thức của một bộ dị cân bằng cầu, đảm
bảo, đảm bảo việc cung cấp việc cung cấp tín hiệu điều khiển cho transitor Q2
*Chọn Triax:
Thực tế đối với máy đĩng gĩi bằng bao PE người chọn cơng suất tối đa
của thiết bị hàn cắt là: P= 500W Mà 24,2 500 1102 2 2 2 P U R R U RI P 4,5 2 , 24 500 R P I .
Vậy chọn Triax cĩ kí hiệu 40575 cĩ Imax=5A; U=200(V). Nguyên lý làm việc:
Ở nhiệt độ thấp ,cầu mất cân bằng làm cho Q2 và Q3 đều dẫn mạch, do đĩ cực điều khiển của Triax cĩ tín hiệu và nhiệt độ điện trở hoạt động ngược lại,
khi nhiệt độ đạt tới mức yêu cầu, Q2 và Q3 được điều khiển một phần, nên biên
độ tín hiệu trên cực điều khiển tỉ lệ với sai lệch giữa giá trị nhiệt độ thực tại và giá trị dự kiến để ép cắt bao gĩi. Sự làm việc của Triax và của lị xo phụ thuộc
- Triax cĩ 2 mức nhạy cảm khác nhau rõ rệt đối với tác dộng của cực điều khiển. Ở hình trên, Triax được điều khiển theo thứ tự phương thức I (VT2>VT1,VG>VT1) và phưong thức III (VT2<VT1,VG<VT1)
Vì dịng điện của cực điều khiển luơn dương mà dịng điều khiển lại xoay
chiều nên độ nhạy của các phương thức tương ứng là 15 và 35mA. Kết quả là nếu độ nhạycủa cầu đối với nhiệt độ đủ lớn để khi cầu mất cân bằng thì phát sinh cực điều khiển vượt quá 35mA. Khi đĩ triax sẽ dẫn theo cả hai chiều . Ở bán kì
dương dẫn theo phương thức I. Ở bán kì âm dẫn âm dẫn theo phương thức III. Do đĩ tồn bộ cơng suất được đưa cho tải. Khi nhiệt độ trên điện trở nhiệt TH1 tăng
lên, cầu tiến đến cân bằng và dịng điện của cực điều khiển giảm xuống. Khi
dịng điện này trở nên thấp hơn 35mA nhưng cịn cao hơn 15mA thì triax ngưng
dẫn theo phương thức III nhưng vẫn tiếp tục theo phương thức I. Khi đĩ triax chỉ
cấp cho điện trở nhiệt một nữa cơng suất. Khi nhiệt độ tăng lên đến giá trị khiến
cầu rất gần với trạng thái cân bằng dịng điện cực điều khiển giảm xuống giá trị
thấp hơn 15mA triax ngưng hoạt động. Do đĩ mạch quá tải bị ngắt hoàn tồn, nhiệt điện trở ngưng hoạt động.
Như vậy, mạch trên cho ta 3 khả năng đốt nĩng, cho phép điều khiển nhiệt độ một cách thích hợp chính xác.
Để điều chỉnh mạch ta điều chỉnh con tr ượt của biến trở R3ở vị trí giữa rồi điều chỉnh
R1 sao cho hoạt động với một nửa chu kỳ tại nhiệt độ qui định của TH 1.
Ta sử dụng mạch điện này vì cĩ thể điều chỉnh tự động và chính xác nhiệt độ cần hàn bao.
c) Kết cấu trục con lăn ép mí
Hình dáng trục con lăn ép mí bao như sau:
Vì trục con lăn hàn mí bao hoạt động ở nhiệt độ cao (khoảng 160°C) nên
ta khơng dùng ổ lăn mà dùng ổ trượt (bạc thau) tự chế tạo và được chỉnh sửa kỹ
trong quá trình chạy thử máy để đảm bảo máy hoạt động tốt ở nhiệt độ yêu cầu .
Do sự sai lệch ngẫu nhiên của khoảng cách giữa hai vạch c hia liên tiếp trên chiều dài bao và sai số trong việc chế tạo các chi tiết c ơ khí của máy nên sau một thời gian vận hành máy sẽ xuất hiện sai lệch cắt bao d o đĩ địi hỏi phải cĩ một c ơ cấu bù sai số. Thơng th ường
cĩ hai dạng bù sai số là bù bằng cơ khí và bù b ằng điều khiển. Trong khuơn kh ổ đồ án này em xin chọn phương pháp bù b ằng cách thay đổi thời gian đĩ ng mở cửa cấp liệu v à đĩng mở hệ
thống hàn và cắt đáy bao thơng qua một encod er đo gĩc quay của trục cuốn k ết hợp với cảm
biến quang nhận diện chiều d ài bao và cảm biến từ gắn ở bộ phận h àn và cắt bao.
Động cơ cần nhiều tốc độ hoạt động (để tiện cho việc cân chỉnh máy và lắp đặt bao gĩi và hệ thống lúc đầu mỗi chu kỳ hoạt động) nên ta cần dùng bộ
phận thay đổi tốc độ động cơ, trong trường hợp này ta dùng biến tần. Biến tần
hoạt động theo nguyên lý thay đổi tần số cung cấp cho động cơ dẫn đến làm thay
đổi vận tốc động cơ.
4.3.2 Bộ phận tạo hình chính và bộ phận hàn đáy cho bao bì
Bao được định hình bởi bộ phận tạo hình cĩ hình dạng như sau :
Bộ phận tạo hình được lắp trên các rãnh trượt để cĩ thể điều chỉnh ra vào, lên xuống để phù hợp với sự chuyển động của bao.
Nhiệt độ để hàn loại bao này khoảng 160°C. Bao được hàn mí (dọc
bao) thơng qua cặp con lăn hàn bao được gia nhiệt bằng điện trở gắn ở lịng trục con lăn (điện trở khơng quay theo con lăn), bề mặt con lăn cĩ khía nhám để bao
khơng trượt và để truyền nhiệt tốt hơn. Bộ phận hàn đáy bao:
Đáy bao được hàn bằng cặp má hàn làm bằng đồng (Cu) được gia nhiệt
bằng điện trở đặt bên trong và trượt (nhờ lực của cặp xylanh khí nén) trên cùng một đường ray là hai thanh ray hình trụ gắn theo phương ngang và song song với nhau như hình vẽ sau:
Hình 6
4.3.3 Bộ phận định lượng
Bộ phận định lượng là một hộp vuơng cĩ thể tích chứa đủ lượng vật liệu
cần cấp cho mỗi gĩi. Hộp định lượng (hình 7) được đẩy bởi một xylanh khí
nén làm hộp di chuyển qua lại giữa cửa cấp và cửa xả . Để cho trứng artemia khơng đĩng thành vịm trên cửa cấp (hiện tượng rất thường gặp đối với vật liệu
rời) và để trộn di chuyển vật liệu từ những nơi khác đến cửa cấp liệu ta dùng một cơ cấu tay gạt quay quanh tâm của thùng chứa liệu với tốc độ được điều chỉnh
bằng biến tần sao cho phù hợp với tốc độ đĩng mở của cửa cấp liệu (chỉ cần phù hợp một cách tương đối).
Tính tốn kích thước cho hộp định lượng:
V a3 m. (0,25:420)595238,1[mm3]
a3V 3 595238,184[mm]
Hình-7
Hộp định lượng được chế tạo với nhiều rảnh để điều chỉnh trọng lượng
bao bì cĩ độ chính xác cao bằng cách lắp nhiều thanh trọng lượng mẫu cĩ trọng
lượng từ 1 đến 5 gam. Do vậy độ sai lệch của cơ cấu định lượng chỉ cịn từ (0.4÷12.5)%. Kích thước của mỗi thanh được tính theo nguyên lý thể tích, tùy
theo cách đặt thanh trong hộp định lượng, các thanh này cĩ kích thước và hình dạng khác nhau.nhưng điều là hình hộp chữ nhật. Ví dụ các thanh cĩ kích thước như sau: V=0,5.65.85
Máy được trang bị ba xylanh khí nén :
- Xylanh đĩng mở cửa cấp liệu .
- Hai xylanh đĩng mở bộ phận hàn-cắt.
Các xylanh này đều là xylanh tác động kép, cĩ thể tích nhỏ, hành trình ngắn và thời gian tác động nhanh.
Các xylanh và hệ thống dẫn khí phải ở trong tình trạng tốt để cĩ thể hoạt động đúng nhịp sản xuất.
Lực tác động của xylanh cấp liệu được tính dựa vào trọng lượng artemia được cấp, trọng lượng hộp cấp liệu và lực ma sát giữa phần chuyển động và phần
cố định của cơ cấu cấp liệu. Lực tác động của cặp xylanh hàn-cắt khơng lớn, do đĩ chỉ cần chọn bất kỳ xylanh nào cĩ hành trình phù hợp.