ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY 

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ MÁY LÀM CỐC GIẤY DÙNG MỘT LẦN

DESIGN OF A MACHINE FOR MAKING DISPOSABLE PAPER CUPS

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án tốt nghiệp về Thiết kế máy làm cốc giấy dùng một lần đã trình bày quá trình nghiên cứu, phân tích và thiết kế một hệ thống máy móc tự động hóa cho việc sản xuất cốc giấy, một sản phẩm ngày càng phổ biến trong cuộc sống hiện đại do tính tiện lợi và thân thiện với môi trường. Đồ án bao gồm các phần chính: Tổng quan về tự động hóa trong công nghiệp và sự phát triển của cốc giấy, phân tích và so sánh các phương án thiết kế, tính toán chi tiết cơ cấu máy, thiết kế hệ thống điều khiển và các vấn đề liên quan đến vận hành, bảo trì, bảo dưỡng máy. Mục tiêu của đồ án là thiết kế một máy làm cốc giấy có hiệu suất cao, hoạt động ổn định, dễ vận hành, đáp ứng yêu cầu sản xuất cốc giấy dùng một lần với chất lượng cao và chi phí hợp lý. Các phương án thiết kế đã được so sánh, đánh giá dựa trên nhiều tiêu chí như hiệu suất, độ bền, và chi phí sản xuất, từ đó lựa chọn ra phương án tối ưu nhất. Kết quả của đồ án không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình thiết kế máy móc mà còn góp phần vào việc phát triển các giải pháp sản xuất hiện đại, tiết kiệm và thân thiện với môi trường.

500 MB Dữ liệu bao gồm tất cả các tài liệu liên quan đến đồ án tốt nghiệp về thiết kế máy sản xuất ly cốc giấy. Các tài liệu bao gồm:

1. File CAD 2D: Các bản vẽ kỹ thuật 2D cho các chi tiết và cụm lắp của máy.

2. File 3D STEP và Inventor 2020: Các mô hình 3D chi tiết, lắp ráp, và cấu trúc máy thiết kế trên Inventor 2020 định dạng STEP.

3. Bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp và bản vẽ phân rã: Bao gồm các bản vẽ chi tiết của các cụm chi tiết, bản vẽ lắp và bản vẽ phân rã của máy.

4. Bản vẽ sơ đồ thiết kế: Bản vẽ sơ đồ cho quy trình và cấu trúc tổng quan của máy.

5. Bản vẽ các cụm chi tiết bàn xoay: Bản vẽ chi tiết và lắp ráp cho các cụm chi tiết thuộc hệ thống bàn xoay.

6. Thiết kế kết cấu máy và cấu trúc máy tổng thể: Bao gồm tất cả các tài liệu thiết kế cho phần khung, kết cấu, và chi tiết chính của máy.

7. Tài liệu tham khảo và nghiên cứu: Các tài liệu nghiên cứu hỗ trợ, tài liệu hướng dẫn và tài liệu tham khảo cần thiết cho đồ án.

---

Lưu ý: Đồ án này có một bản trùng tên với đồ án của thành viên khác nên cần tải thêm để nghiên cứu có thể liên hệ với admin qua Email.

MỤC LỤC

TỜ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. i

LỜI CẢM ƠN   ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. iii

MỤC LỤC ...... ..iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ.. vi

DANH SÁCH BẢNG BIỂU.. viii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỒ ÁN.. 1

1.1.Tổng quan về tự động hóa trong công nghiệp. 1

1.1.1.Tự động hóa trong công nghiệp. 1

1.1.2.Phân loại tự động hóa trong công nghiệp. 3

1.2.Tổng quan về máy làm cốc giấy. 3

1.2.1.Giới thiệu sản phẩm cốc giấy. 3

1.2.2.Lịch sử hình thành cốc giấy. 4

1.2.3.Chi tiết các loại cốc giấy. 6

1.2.4.Nhu cầu sử dụng cốc giấy trong tương lai8

1.3.Một số máy sản xuất cốc giấy tự động. 10

1.3.1.Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-22 (DW-22)10

1.3.2.Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-35 (DW-35)11

1.3.3.Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao DW-990. 12

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 14

2.1.Nguyên lý hoạt động chung của máy làm cốc giấy. 14

2.2.Lựa chọn phương án thiết kế. 14

2.2.1.Giới thiệu các phương án thiết kế. 14

2.2.2.So sánh các phương án thiết kế. 18

2.2.3.Kết luận và lựa chọn phương án thiết kế. 18

2.3.Kết luận. 19

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LÀM CỐC GIẤY.. 20

3.1.Thông số đầu vào. 20

3.1.1.Cấu tạo cơ bản của cốc giấy. 20

3.1.2.Thông số kích thước giấy ban đầu và cốc giấy lúc hình thành. 20

3.2.Thiết kế tổng thể máy làm cốc giấy. 21

3.2.1.Quy trình sản xuất cốc giấy. 21

3.2.2.Nguyên lý hoạt động. 22

3.3. Tính toán thiết kế cơ cấu hút giấy và trung chuyển giấy. 23

3.3.1.  Bậc tự do cơ cấu. 23

3.3.2. Nhóm tĩnh định. 24

3.3.3. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền. 27

3.3.4. Tính toán thông số trên các trục dẫn động. 29

3.3.5. Thiết kế bộ truyền ngoài (bộ truyền xích)30

3.4. Tính toán hệ thống điều khiển cylinder cơ cấu gấp thành cốc. 35

3.4.1. Nguyên lý hoạt động hệ thống cylinder khí nén. 36

3.4.2. Tính toán thông số cylinder38

3.5. Tính toán cụm chi tiết gấp cốc giấy. 39

3.5.1. Tính toán thiết kế cơ cấu cam.. 39

3.5.2. Tính toán thông số trục. 41

3.6. Tính toán cơ cấu hút cốc. 45

3.7. Tính toán thiết kế cơ cấu đưa cốc giấy ra. 46

3.7.1.  Bậc tự do cơ cấu. 47

3.7.2. Nhóm tĩnh định. 47

3.8. Tính toán thông số cụm gia nhiệt đáy. 50

3.8.1. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền. 50

3.8.2. Tính toán bộ truyền xích. 53

3.8.3. Tính toán thiết kế cụm gia nhiệt69

3.9. Chọn vật liệu cho máy. 73

3.9.1. Chọn vật liệu làm khung máy. 73

3.9.2. Chọn vật liệu làm vỏ máy. 73

3.9.3. Chọn vật liệu thiết kế trục và các chi tiết máy. 74

3.10. Kết luận. 76

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.. 77

4.1.  Thiết kế mạch điện. 77

4.1.1. Phân tích yêu cầu và chức năng của mạch điện. 77

4.1.2. Lựa chọn khí cụ điện cho hệ thống. 77

4.1.3. Mạch động lực và mạch khởi động. 79

4.2. Thiết kế mạch khí nén. 82

4.2.1. Phân tích yêu cầu và chức năng của mạch khí nén. 82

4.2.2. Mạch khởi động. 83

CHƯƠNG 5. VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ BẢO DƯỠNG.. 84

5.1. Vận hành. 84

5.2. Bảo trì và bảo dưỡng. 85

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN CHUNG.. 87

6.1. Đánh giá ưu điểm.. 87

6.2. Đánh giá nhược điểm.. 87

6.3. Phương hướng phát triển. 88

6.4. Kết luận. 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 90

 

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình tự động hóa trong công nghiệp. 1

Hình 1.2 Ứng dụng của tự động hoá công nghiệp trong nhà máy sản xuất2

Hình 1.3 Các cột mốc hình thành và phát triển của cốc giấy............................................5

Hình 1.4 Cốc giấy nóng đựng các loại đồ uống nóng ở nhiệt độ cao. 6

Hình 1.5 Cốc giấy đựng các loại đồ uống lạnh. 7

Hình 1.6 Kích thước cốc giấy dùng một lần. 8

Hình 1.7 Nghiên cứu quy mô thị trường cốc giấy 2019 – 2029. 8

Hình 1.8 Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-22 (DW-22)10

Hình 1.9 Sơ đồ khối Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-22 (DW-22)10

Hình 1.10 Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-35 (DW-35)11

Hình 1.11 Sơ đồ khối Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-35 (DW-35)...................11

Hình 1.12 Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao DW-990. 12

Hình 1.13 Sơ đồ khối Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao DW-990. 12

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất cốc giấy theo chu trình đơn ....................15

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất cốc giấy theo chu trình kép ....................17

Hình 3.1 Kích thước cốc giấy 4oz (120ml) và 12oz (360ml) .........................................21

Hình 3.2 Quy trình sản xuất cốc giấy ..............................................................................21

Hình 3.3 Sơ đồ động máy sản xuất cốc giấy. 22

Hình 3.4  Sơ đồ tính toán cơ cấu tay quay con trượt23

Hình 3.5 Các nhóm khâu và khớp. 24

Hình 3.6 Họa đồ Vecto. 26

Hình 3.7 Cấu tạo Cylinder khí nén. 38

Hình 3.8 Piston được mở rộng nhờ được cung cấp khí nén liên tục ...............................38

Hình 3.9 Thông số cơ cấu cam và biểu đồ chuyển vị ......................................................40

Hình 3.10 Lắp ghép các chi tiết trên trục. 41

Hình 3.11 Thông số các đoạn trục trong tab inventor42

Hình 3.12 Gán các gối đỡ. 43

Hình 3.13 Biểu đồ nội lực. 43

Hình 3.14 Biểu đồ momen uốn trong mặt phẳng YZ. 44

Hình 3.15 Biểu đồ ứng suất uốn tổng cộng. 44

Hình 3.16 Biểu đồ ứng suất xoắn. 45

Hình 3.17 Ứng suất tương đương. 45

Hình 3.18  Sơ đồ tính toán cơ cấu tay quay con trượt47

Hình 3.19 Các nhóm khâu và khớp. 48

Hình 3.20 Họa đồ Vecto. 49

Hình 3.21 Thông số đĩa xích chủ động S1. 53

Hình 3.22 Thông số đĩa xích bị động S1. 54

Hình 3.23 Điều kiện ban đầu bộ truyền xích S1. 55

Hình 3.24 Thông số đầu vào bộ truyền xích S1. 55

Hình 3.25 Kết quả hiển thị bộ truyền xích sơ bộ S1. 56

Hình 3.26 Kết quả tính toán bộ truyền xích S1. 56

Hình 3.27 Thông số đĩa xích chủ động S1. 57

Hình 3.28 Thông số đĩa xích bị động S1. 58

Hình 3.29 Điều kiện làm việc và hệ số hiệu chỉnh công suất S1. 59

Hình 3.30 Biểu đồ công suất cho phép S1. 59

Hình 3.31 Kết quả tính toán bộ truyền xích S1. 59

Hình 3.32 Thông số đĩa xích chủ động S2. 60

Hình 3.33 Thông số đĩa xích bị động số 1 S2. 61

Hình 3.34 Thông số đĩa xích bị động số 2 S2. 62

Hình 3.35 Điều kiện ban đầu bộ truyền xích S2. 63

Hình 3.36 Thông số ban đầu bộ truyền xích S2. 63

Hình 3.37 Kết quả hiển thị bộ truyền xích sơ bộ S2. 64

Hình 3.38 Kết quả tính toán bộ truyền xích S2. 64

Hình 3.39 Thông số đĩa xích bị động S2. 65

Hình 3.40 Thông số đĩa xích bị động số 1 S2. 66

Hình 3.41 Thông số đĩa xích bị động số 2 S2. 67

Hình 3.42 Điều kiện làm việc và hệ số hiệu chỉnh công suất S2. 68

Hình 3.43 Biểu đồ công suất cho phép S2. 68

Hình 3.44 Kết quả tính toán bộ truyền xích S2. 69

Hình 3.45 Khung máy. 73

Hình 3.46 Thép hộp vuông và thép hộp chữ nhật73

Hình 3.47 Thép SS400 dạng tấm.. 74

Hình 3.48 Trục và đĩa xích làm từ thép SCM 400. 75

Hình 4.1 Mạch khởi động ...............................................................................................80

Hình 4.2 Động cơ M1 hoạt động khi nhấn ON1 .............................................................81

Hình 4.3 Động cơ M1 và M2 cùng hoạt động khi nhấn tiếp ON2 ..................................81

Hình 4.4 Mạch động lực của xy – lanh khí nén ...............................................................83

Hình 4.5 Mạch điều khiển của xy – lanh khí nén ............................................................83

 

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật một số máy làm cốc giấy trên thị trường. 13

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy làm cốc giấy theo chu trình đơn. 16

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy làm cốc giấy theo chu trình kép. 17

Bảng 2.3 So sánh các phương án thiết kế. 18

Bảng 3.1 Thông số đầu vào. 20

Bảng 3.2 Kích thước thiết kế từng loại cốc. 21

Bảng 3.3 Tốc độ quay và công suất của động cơ 1. 28

Bảng 3.4 Bảng thông số động cơ 1. 29

Bảng 3.5 Bảng đặc trị30

Bảng 3.6 Thông số bộ truyền ngoài (Bộ truyền xích)35

Bảng 3.7 Tốc độ quay và công suất của động cơ 2. 52

Bảng 3.8 Bảng thông số động cơ 2. 52

Bảng 3.9 Đề xuất vật liệu thiết kế cụm gia nhiệt71

Bảng 3.10 Thành phần hóa học của thép SCM 440. 76

Bảng 4.1 Một số khí cụ điện dùng trong hệ thống ..........................................................77

Bảng 4.2 Bảng tóm tắt kí hiệu sử dụng trong mạch ........................................................82

 

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỒ ÁN

1.1.  Tổng quan về tự động hóa trong công nghiệp

1.1.1.     Tự động hóa trong công nghiệp

Tự động hóa trong công nghiệp (Automation Industry) được hiểu là việc ứng dụng các hệ thống điều khiển tự động, như máy tính, các loại robot công nghiệp (cánh tay robot, robot cộng tác) để điều khiển các loại máy móc, cũng như vận hành quá trình sản xuất một cách tự động, con người không phải tham gia hoặc tham gia rất ít vào quá trình sản xuất. Tự động hóa công nghiệp mang lại sự tăng cường hiệu suất, giảm lỗi và tăng tính ổn định, đồng thời giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên.

Hình 1.1 Mô hình tự động hóa trong công nghiệp

-        Vai trò của tự động hóa trong công nghiệp

Có rất nhiều sự thay đổi tích cực khi các công ty áp dụng tự động hóa vào trong hoạt động sản xuất của mình, lợi ích của tự động hóa bao gồm:

Tăng năng suất lao động: Các dây chuyền tự động hóa có thể hoạt động liên tục 24/24 mà không cần đến sự can thiệp của con người. Chính vì thế lượng sản phẩm được sản xuất ra sẽ nhiều hơn so với việc doanh nghiệp không áp dụng tự động hóa

Tăng chất lượng sản phẩm: Với việc các ứng dụng tự động hóa được lập trình chính xác, sẽ giảm đáng kể về sai số của sản phẩm so với thao tác của công nhân. Ví dụ với sản phẩm: “Máy lắp ráp linh kiện - Component assembly machine” sử dụng trong ngành sản xuất điện điện tử, linh kiện nhựa có độ chính xác (Accuracy) lên tới 0.1 mm.

Ngoài ra tự động hóa còn giúp tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp, tăng tính linh hoạt, cắt giảm chi phí nhân công và nhiều chi phí khác.

Hình 1.2 Ứng dụng của tự động hoá công nghiệp trong nhà máy sản xuất

-        Ưu điểm nổi bật của tự động hóa trong công nghiệp 

Chi phí vận hành thấp hơn: Tự động hóa công nghiệp giảm chi phí liên quan đến lao động và bảo trì máy móc. Nó không yêu cầu lương, bảo hiểm và các lợi ích khác cho nhân viên. Đồng thời, việc sử dụng máy móc tự động hóa giúp tiết kiệm tiền lương nhân công hàng tháng và giảm chi phí bảo trì.

Năng suất cao: Tự động hóa công nghiệp cho phép vận hành nhà máy liên tục, 24/7/365, không bị gián đoạn bởi nghỉ bảo trì hoặc ngày nghỉ. Điều này dẫn đến cải thiện đáng kể về năng suất và hiệu quả sản xuất.

Chất lượng cao: Tự động hóa giảm thiểu lỗi liên quan đến con người và đảm bảo sự đồng nhất và chất lượng cao trong sản xuất.

Tính linh hoạt cao: Hệ thống tự động hóa có khả năng thích ứng và thực hiện các nhiệm vụ mới một cách linh hoạt và nhanh chóng, tăng tính linh hoạt trong quá trình sản xuất.

Thông tin chính xác cao: Tự động hóa cho phép thu thập dữ liệu tự động, cung cấp thông tin chính xác và đáng tin cậy để hỗ trợ quyết định và cải thiện quy trình sản xuất.

An toàn cao: Tự động hóa công nghiệp giảm rủi ro và tạo điều kiện an toàn hơn cho nhân viên bằng cách sử dụng công nghệ, trí thông minh nhân tạo để xử lý các tác vụ nguy hiểm.

-        Hạn chế của tự động hóa công nghiệp

Chi phí ban đầu cao: Việc triển khai hệ thống tự động hóa công nghiệp đòi hỏi một khoản đầu tư ban đầu lớn để mua các thiết bị và công nghệ cần thiết. Ngoài ra, việc đào tạo nhân viên để làm việc với các thiết bị tự động hóa cũng đòi hỏi sự đầu tư nhất định.

Khó khăn trong việc thích ứng và thay đổi: Các hệ thống tự động hóa công nghiệp thường phải đáp ứng nhiều yêu cầu và thay đổi trong quá trình sản xuất. Điều này có thể đòi hỏi sự linh hoạt và đầu tư đáng kể để điều chỉnh và cập nhật hệ thống tự động hóa.

Rủi ro về sự cố và bảo trì: Mặc dù hệ thống tự động hóa giúp giảm thiểu lỗi liên quan đến con người, nhưng vẫn có thể xảy ra sự cố kỹ thuật hoặc hỏng hóc trong quá trình vận hành. Điều này yêu cầu các hoạt động bảo trì định kỳ và nhân viên chuyên môn để khắc phục sự cố và duy trì hiệu suất của hệ thống.

Ổn định kỹ thuật và sự phụ thuộc vào công nghệ: Tự động hóa công nghiệp đòi hỏi sự ổn định kỹ thuật và sự tin cậy của các thiết bị và công nghệ. Nếu có sự cố về kỹ thuật hoặc hệ thống, quá trình sản xuất có thể bị gián đoạn và gây ảnh hưởng đến hiệu suất và lợi nhuận của công ty.

1.1.2.     Phân loại tự động hóa trong công nghiệp

Hệ thống tự động hóa cố định: Hệ thống tự động hóa này hoạt động ở cùng một tốc độ liên tục trong suốt quá trình làm việc, không có sự thay đổi từ ca làm việc này sang ca làm việc khác. Thường được sử dụng trong các ngành sản xuất và dịch vụ thực phẩm để đảm bảo sản xuất số lượng lớn và năng suất cao. Một số hệ thống tự động hóa cố định có thể kể đến như quy trình chưng cất, pha sơn, băng tải…

Hệ thống tự động hóa có thể thiết lập: Hệ thống tự động này cho phép thay đổi trình tự hoạt động và cấu hình của máy móc thông qua bảng điều khiển điện tử. Thường sẽ khá mất thời gian và công sức để người vận hành có thể lập trình lại máy móc, được sử dụng trong quy trình sản xuất hàng loạt để tăng năng suất. Ví dụ: nhà máy giấy, cán thép, robot công nghiệp…

Hệ thống tự động hóa linh hoạt: Hệ thống tự động này thường được điều khiển bởi máy tính và được triển khai khi có sự thay đổi thường xuyên trong sản phẩm. Dựa trên mã điều khiển từ máy tính, nó có khả năng tạo ra các hiệu ứng khác nhau để đáp ứng nhiều yêu cầu đa dạng. Ví dụ: xe tự hành, sản xuất ô tô, máy CNC,…

Hệ thống tự động hóa tích hợp: Hệ thống tự động hóa tích hợp bao gồm sự kết hợp của các thiết bị, quy trình và dữ liệu hoạt động đồng bộ dưới sự điều khiển của hệ thống điều khiển để thực hiện quá trình tự động hóa sản xuất. Đây là khi sử dụng phần mềm CAD hoặc các thiết bị điều khiển bằng máy tính để thực hiện công việc mà không cần sự phụ thuộc vào con người.

1.2. Tổng quan về máy làm cốc giấy

1.2.1.     Giới thiệu sản phẩm cốc giấy

Cốc giấy (Paper Cup) là một loại cốc làm bằng giấy và được tráng một hoặc hai lớp PE (Polyethylen) để ngăn chất lỏng rò rỉ ra ngoài hoặc thấm vào giấy. Cốc giấy được làm từ nguồn tài nguyên tái tạo, làm từ giấy dùng cho thực phẩm, đảm bảo vệ sinh, là sản phẩm thân thiện với môi trường, tiện dụng, sử dụng một lần, không cần vệ sinh, chùi rửa. Giúp tiết kiệm thời gian, chi phí nhân công cho các đơn vị kinh doanh.

Cốc giấy được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống: trường học, văn phòng công sở, bến xe nhà ga, quán cafe, nhà hàng, siêu thị, trung tâm thương mại, bệnh viện, sự kiện,… tiện lợi dùng một lần.

 

 

Ưu điểm của sản phẩm cốc giấy dùng một lần:

-      Giữ nhiệt tốt

-      Có khả năng giữ cả chất lỏng óng và lạnh trong thời gian dài

-      Mẫu mã đẹp tạo hứng thú cho người dùng

-      Được làm từ vật liệu thân thiện với môi trường

-      Dễ dàng tái chế thành những vật dụng có ích khác: trồng cây, đồ chơi, trang trí,…

Hạn chế của cốc giấy dùng một lần:

-      Dễ bị biến dạng bởi tác động bên ngoài

-      Dễ bị mốc trong môi trường ẩm ướt lâu dài

-      Không thể tái sử dụng nhiều lần

1.2.2.     Lịch sử hình thành cốc giấy

Nguồn gốc chính của cốc giấy vẫn chưa xác định được chính xác, mặc dù có bằng chứng cho thấy chúng đã được sử dụng từ xa xưa từ Trung Quốc. Khoảng năm 1900, cốc giấy trở nên phổ biến khi mọi người bắt đầu nhận ra rằng việc dùng chung hộp thiếc hoặc ca để uống nước từ thùng có thể lây nhiễm vi khuẩn.Năm 1907, một luật sư ở Boston tên là Lawrence Luellen, đã phát triển và gọi tên một loại cốc giấy là “Health Kup” khuyến khích mọi người dùng, để giúp cải thiện sức khỏe cộng đồng vì những dịch bệnh đang lây lan.

Sau đó, Lawrence làm việc cho Công ty của Mỹ- sau này là Hugh Moore, đã phát triển một máy bán nước tự động với cốc giấy dùng một lần. Lawrence và Hugh bắt tay vào một chiến dịch quảng cáo để tuyên truyền và tiếp thị đến công chúng chiếc máy và những chiếc cốc giấy dùng một lần này.

Trong trận đại dịch cúm của Mỹ năm 1918, cốc giấy nhanh chóng trở nên phổ biến, là một cách để tránh lây nhiễm giữa người với người.

Trong một thế kỷ, cốc giấy đã phát triển từ một giải pháp đơn giản cho sức khỏe thành một vật dụng tiện lợi hàng ngày. Mỗi ngày, hàng triệu cốc giấy được sử dụng, giúp mọi người có thể mang theo đồ uống của mình, rất tiện lợi trong thế giới bận rộn ngày nay. Một công dụng tuyệt vời khác nữa của cốc giấy là tại các sự kiện lớn, hội nghị lớn, cốc giấy được dùng để giải phóng lao động vận chuyển, vệ sinh.

 

Hình 1.3 Các cột mốc hình thành và phát triển của cốc giấy

 

1.2.3.     Chi tiết các loại cốc giấy

1.2.3.1. Phân loại cốc giấy theo công dụng

Cốc giấy nóng: có 2 loại chủ yếu, loại 1 lớp dành cho thức uống ấm, loại 2 lớp dùng cho thức uống nóng. Riêng với cốc nóng có thể đựng đồ uống có nhiệt độ từ 40 độ C đến dưới 70 độ C. Cốc giấy đựng đồ uống nóng sẽ có giới hạn về dung tích, thông thường sẽ nằm trong khoảng từ 3Oz đến 12Oz.

-      Cốc giấy 3Oz: Dung tích vừa đủ cho công việc quảng bá, sampling sản phẩm. Loại cốc giấy này phù hợp trong các tiệm thử đồ ăn/ đồ uống mới trong siêu thị. 

-      Cốc giấy 7Oz: Là loại cốc giấy nhỏ gọn, được dùng phổ biến trong các công ty, ngân hàng, đơn vị xí nghiệp,... Kích thước này phù hợp khi uống nước trong giờ giải lao, cốc cà phê,...

-      Cốc giấy 8Oz - 12Oz: Hay được dùng để đựng các loại thức uống trong các quán cà phê, quán nước,... Size này phù hợp để khách hàng giải khát, trò chuyện trong một vài giờ lưu lại tại quán. 

Hình 1.3 Cốc giấy nóng đựng các loại đồ uống nóng ở nhiệt độ cao

Cốc giấy lạnh: đa dạng về kiểu dáng và dung tích. Thường dung tích có thể rơi vào khoảng từ 12Oz đến 24Oz. Cốc giấy lạnh có thể dùng để đựng các loại đồ uống nóng và lạnh linh hoạt. Có hai cỡ cốc giấy lạnh được sử dụng nhiều nhất là 16Oz và 22Oz.

-      Cốc giấy 16Oz: Cốc loại này được dùng phổ biến ở nhiều nơi. Với dung tích 500ml, loại cốc này hay được dùng với kích cỡ dành cho khách hàng có nhu cầu thưởng thức nhiều. 

-      Cốc giấy 22Oz: Có khả năng chứa được 680ml, miệng cốc rộng nên rất dễ dàng pha chế. Có thể dùng để giải khát ngay tức thì cho những ai phải làm việc trong môi trường nắng nóng. 

Hình 1.4 Cốc giấy đựng các loại đồ uống lạnh

1.2.3.2. Phân loại theo kích thước sử dụng

Tùy theo kích thước sử dụng mà cốc giấy được phân loại như sau:

-      Cốc giấy nhỏ: 4oz, 4.5oz, 5.5oz, 6.5oz, 7oz

-      Cốc kích thước trung bình: 9oz, 12oz đựng đồ uống mang đi, nước uống dùng 1 lần

-      Cốc giấy lớn: 16oz, 18oz, 22oz đựng trà sữa, sinh tố, nước ép, detox,…

Bảng 1.1 Kích thước một số cốc giấy trên thị trường hiện nay

STT	Loại cốc giấy	Kích thước (mm)
		Cao	Miệng	Đáy
1	Cốc giấy 4oz – 120 ml	50	65	48
2	Cốc giấy 4,5oz – 135 ml	57	68	53
3	Cốc giấy 5,5oz – 165 ml	70	70	48
4	Cốc giấy 6,5oz – 195 ml	74	73	50
5	Cốc giấy 7oz – 210 ml	85	75	48
6	Cốc giấy 9oz – 270 ml	87	80	52
7	Cốc giấy 12oz – 360 ml	90	77	52
8	Cốc giấy 16oz – 500 ml	127	90	60
9	Cốc giấy 22oz – 680 ml	165	90	60

Hình 1.5 Kích thước cốc giấy dùng một lần

1.2.3.3. Phân loại theo cấu tạo

Theo cấu tạo mà cốc giấy được phân loại thành: 

-      Cốc giấy Polystyrene: Cốc giấy Polystyrene là loại cốc giấy được cải tiến từ cốc giấy nóng tức cũng dùng cho các loại thức uống nóng. Polystyrene hay còn được gọi là nhựa nhiệt dẻo. Trong một cuộc thí nghiệm nhỏ thì kết quả cho thấy khả năng giữ nhiệt của cốc Polystyrene tốt hơn so với cốc giấy nóng.

-      Cốc giấy phân hủy sinh học PLA: Theo các công nghệ mới sản xuất cốc giấy hiện nay thì người ta thay thế lớp nhựa PE bằng lớp nhựa phân hủy sinh học PLA là lớp nhựa được làm từ thực vật. Ưu điểm của loại cốc giấy là có khả năng phân hủy tốt, thân thiện với môi trường cũng như an toàn cho người sử dụng.

1.2.4.     Nhu cầu sử dụng cốc giấy trong tương lai

Giai đoạn nghiên cứu	2019-2029
Quy mô thị trường (2024)	USB 13,03 tỷ
Quy mô thị trường (2029)	USB 15,81 tỷ
CACR (2024-2029)	3,94%
Thị trường tăng trưởng nhanh nhất	Châu Á – Thái Bình Dương
Thị trường lớn nhất	Châu Á – Thái Bình Dương

Hình 1.6 Nghiên cứu quy mô thị trường cốc giấy 2019 – 2029[1]

Ngành công nghiệp đồ uống đang mở rộng trên toàn thế giới và được kỳ vọng sẽ đóng góp đáng kể vào thị trường cốc giấy. Khi ngành công nghiệp phát triển và cung cấp nhiều loại đồ uống, nhu cầu về hãng vận chuyển phù hợp cũng tăng lên. Sự phổ biến của việc đặt đồ uống mang đi và giao hàng tận nhà ngày càng tăng. Xu hướng này càng thúc đẩy nhu cầu về cốc giấy vì khách hàng yêu cầu đóng gói an toàn và hiệu quả để vận chuyển đồ uống của họ. Một trong những yếu tố chính thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường là nhu cầu về cốc giấy ngày càng tăng trong xu hướng tiêu dùng đồ uống mang theo ngày càng tăng.

Đại dịch COVID-19 làm gia tăng mối lo ngại về vệ sinh của người dân, dẫn đến nhu cầu về đĩa, cốc và bát dùng một lần tăng lên. Các cá nhân trở nên thận trọng hơn trong việc dùng chung các vật dụng cá nhân, bao gồm cả hộp đựng thức ăn và đồ uống, để ngăn chặn sự lây lan của COVID-19.

Thị trường cốc giấy đang bùng nổ và có mức tăng trưởng đáng kể trong những năm qua. Tính đến năm 2022, giá trị toàn cầu của nó là khoảng 11 tỷ USD và dự kiến ​​sẽ đạt 17 tỷ USD vào năm 2032. Theo dự đoán, đến năm 2026, thị trường cốc giấy toàn cầu sẽ đạt giá trị 22,3 tỷ USD, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) ở mức 3,8% trong giai đoạn từ 2021-2026. Nhu cầu tăng mạnh ở các thị trường mới nổi được kỳ vọng sẽ là động lực tăng trưởng chính cho ngành giấy trong tương lai:

Thị trường cốc giấy Châu Á - Thái Bình Dương là một trong những thị trường lớn nhất và phát triển nhanh nhất trên toàn cầu. Các yếu tố như tăng trưởng dân số, đô thị hóa, thay đổi lối sống và sự phát triển của ngành dịch vụ thực phẩm đã góp phần mở rộng thị trường.

Starbucks là chuỗi quán cà phê lớn nhất thế giới với gần 36.000 cửa hàng trên toàn cầu.Công ty đã có sự tăng trưởng trong mười năm qua và doanh số bán hàng của Starbucks cũng tăng lên. Trong mười năm qua, công ty cà phê gần như đã tăng gấp bốn lần số lượng cửa hàng nhờ mở rộng toàn cầu. Mô hình tiêu dùng đang dần lan rộng ở các khu vực đang phát triển, góp phần vào sự tăng trưởng của ngành và thúc đẩy nhu cầu về cốc giấy. Tính đến tháng 10 năm 2022, quốc gia có nhiều cửa hàng Starbucks nhất trên toàn thế giới là Hoa Kỳ, với hơn 15.000cửa hàng. Trung Quốc đứng thứ hai với 6.019 cửa hàng. Số lượng cửa hàng tăng từ 5.358 vào năm 2021 và xếp trước Canada và Nhật Bản.

Ngoài ra, các quốc gia như Hàn Quốc đang thực hiện nhiều chương trình khác nhau để giảm thiểu chất thải. Ví dụ vào tháng 6 năm 2022, Hàn Quốc đã áp dụng khoản đặt cọc bắt buộc được hoàn lại cho việc sử dụng cốc cà phê dùng một lần. Chương trình đặt cọc nhằm tăng tỷ lệ tái chế sẽ được các nhà điều hành áp dụng cho các doanh nghiệp khách sạn có từ100 cửa hàng.

Tại Ấn Độ, chính phủ đã công bố lệnh cấm sử dụng nhựa dùng một lần và có hiệu lực từ ngày 1 tháng 7 năm 2022. Nhận thức ngày càng tăng của người tiêu dùng về tác động bất lợi của nhựa đối với môi trường đóng một vai trò quan trọng trong hành vi mua hàng.

Những thay đổi và sự phát triển nhanh chóng như vậy dự kiến ​​sẽ thúc đẩy tăng trưởng thị trường cốc giấy mạnh mẽ ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương trong tương lai.

 

 

 

 

1.3.  Một số máy sản xuất cốc giấy tự động

1.3.1.     Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-22 (DW-22)

 

Hình 1.7 Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-22 (DW-22)

Hình 1.8 Sơ đồ khối Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-22 (DW-22)

1. Giá đỡ giấy 2. Thiết bị hút giấy 3. Bộ gia nhiệt trên và dưới của phớt chặn bên 4. Thiết bị cấp giấy 5. Cơ cấu tạo hình nón cốc 6. Thiết bị hàn siêu âm 7. Thiết bị bàn xoay 8. Bàn xoay chính 9. Cơ cấu động cơ servo 10. Thiết bị đục đáy cốc 11. Thiết bị gia nhiệt đáy 12. Tấm tạo hình miệng cuộn 13. Thiết bị thoát cốc

 

1.3.2.    Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-35 (DW-35)

Hình 1.9 Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-35 (DW-35)

Hình 1.11 Sơ đồ khối Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao WT-35 (DW-35)

1.3.3.Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao DW-990

Hình 1.10 Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao DW-990

Hình 1.11 Sơ đồ khối Máy làm cốc giấy 2 lớp tốc độ cao DW-990

1. Giá đỡ giấy 2. Thiết bị hút giấy 3. Bộ gia nhiệt trên và dưới của phớt chặn bên 4. Thiết bị cấp giấy 5. Cơ cấu tạo hình nón cốc 6. Thiết bị hàn siêu âm 7. Thiết bị móc cốc 8. Thiết bị bàn xoay robot 9. Bôi trơn 10. Thanh nâng nón cốc 11. Khuôn định hình 12. Bàn xoay chính 13. Giá đỡ đáy cốc 14. Thiết bị cấp liệu trước 15. Cơ cấu động cơ servo 16. Thiết bị đục đáy cốc 17. Thiết bị gia nhiệt đáy 18. Thiết bị tạo hình đáy, gấp sẵn 19. Cơ cấu tạo hình đáy 20. Uốn lần 2 22. Tấm tạo hình miệng cuộn 23. Thiết bị thoát cốc

 

 

Bảng 1 .2  Thông số kỹ thuật một số máy làm cốc giấy trên thị trường

MODEL	DW-22 (WT-22 mới)	DW-35 (WT-35 mới)	DW-990 tốc độ cao (Thiết kế mới)
Tốc độ (Chiếc/phút)	70 - 100	50 – 70	120 - 150
Kích thước cốc (Oz)	4 - 22	22 - 35	4 - 32
T: 50 - 95 mm H: 45 – 70 mm B: 45 – 170 mm	T: 90 - 145 mm H: 75 – 118 mm B: 50 – 115 mm	T: 60 - 125 mm H: 45 – 115 mm B: 55 – 136 mm
Vật liệu	150 – 350 giấy PE hoặc giấy in bóng
Điện áp	380V 3 pha 50/60Hz
Công suất tổng (KW)	5	5	12
Áp suất khí	0,3 – 0,5 MPa; Đầu ra 100 – 300 l/m
Kích thước máy	2,67∙1,28∙1,9 (2,5∙1,1∙1,7)	2,67∙1,28∙1,9 (2,5∙1,1∙1,7)	3,3∙1,5∙2
Trọng lượng (Kg)	2200/2000	2300/2100	4800

 

 

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1.   Nguyên lý hoạt động chung của máy làm cốc giấy

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy khác nhau, tuy nhiên nhìn chung các loại máy chủ yếu đều có nguyên lý hoạt động gồm các bước sau:

Nạp nguyên liệu:

-        Máy được nạp với nguyên liệu là cuộn giấy hoặc khung giấy thông qua hệ thống cung cấp nguyên liệu tự động.

-        Giấy được cung cấp theo tỷ lệ và độ chính xác cần thiết để máy có thể hoạt động đúng công suất

Tạo hình thân cốc:

-        Giấy được đưa qua hệ thống tiếp theo để tạo hình thân cốc.

-        Một khuôn hoặc cuộn lăn được sử dụng để định hình và định vị giấy theo hình dạng cốc mong muốn.

Tạo hình đáy cốc và nối thân với đáy cốc:

-        Sau khi có thân cốc, một đoạn giấy được cắt và định hình thành đáy cốc.

-        Máy tự động áp dụng keo hoặc kỹ thuật nhiệt để nối thân cốc với đáy cốc.

Tạo viền đáy cốc:

-        Máy tự động thực hiện việc định hình và gấp các đường viền của đáy cốc để tạo làm xoăn.

-        Quá trình này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các khuôn hoặc cuộn lăn được điều khiển bởi hệ thống.

Tạo viền miệng cốc:

-        Tiếp theo, máy tự động thực hiện việc định hình và gấp các đường viền ở miệng cốc để tạo làm xoăn.

-        Quá trình này thường tương tự như quá trình làm xoăn đáy, nhưng tùy thuộc vào thiết kế của cốc có thể có các bước và công cụ khác nhau.

Hoàn thành

2.2.    Lựa chọn phương án thiết kế

2.2.1.     Giới thiệu các phương án thiết kế

Sau khi tham khảo một số dòng máy đã có sẵn trên thị trường trong nước và trên thế giới hiện nay, theo đó các máy móc, thiết bị sản xuất cốc giấy thường được sử dụng có hai dạng chính: Tự động hoàn toàn và thiết bị cơ khí thuần túy kết hợp với cơ cấu khí nén. Từ đó em đề xuất thiết kế một trong hai phương án sau:

 

 

 

2.2.1.1. Phương án thiết kế 1: Sản xuất theo chu trình đơn

Máy làm cốc giấy theo chu trình đơn được áp dụng các công nghệ hoạt động theo nguyên lý: đầu vào hút giấy tự động sau đó dán keo (dán keo thân cốc), tra dầu, dán đáy, gia nhiệt, đánh quăn miệng cốc và thực hiện các bước theo quy trình liên tục để tạo ra thành phẩm

Nguyên lý hoạt động

Giấy được đưa vào từ cụm cấp giấy vào buồng có cylinder hút và sau đó cơ cấu tay quay cấp giấy ra. Trong quá trình giấy đến cốc mẫu, cơ cấu dán thành cốc dùng hệ thống cylinder sẽ đẩy cốc xuống để dán thành. Sau khi dán xong, sử dụng cơ cấu tay quay để dẫn cốc ra và cốc sẽ rơi theo máng dẫn xuống bàn xoay để đưa thành phẩm đến đúng vị trí tiếp theo

 

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất cốc giấy theo chu trình đơn

 

Thông số kỹ thuật

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy làm cốc giấy theo chu trình đơn

Trọng lượng (Kg)	2000
Kích thước máy (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) (mm)
Công suất làm việc (kW)	5
Tốc độ (chiếc/phút)	70-85
Nguồn điện	380V - 50HZ
Kích thước cốc (Oz)	2,5–12 (Kích thước có thể thay đổi theo yêu cầu bằng cách thay đổi khuôn)
Loại giấy thích hợp	150-380gsm (Tráng PE một hoặc 2 mặt)
Áp suất khí (Mpa)	0,4
Đầu ra khí (m3/phút)	0,6

Ưu nhược điểm của phương án thiết kế

Ưu điểm:

-        Dễ chế tạo, dễ vận hành

-      Chuyển cốc ở góc 90, đảm bảo 100% số cốc làm ra được chuyển đến khuôn, hạn chế tối đa việc làm hỏng cốc trong quá trình chuyển cốc giữa các khâu

-        Chuyển đáy cốc một lần vào cốc, đảm bảo độ chính xác cao, hạn chế số lượng cốc hỏng

-        Đáy được cuộn tròn, giảm bớt ma sát bề mặt đáy cốc, lớp cuộn đều, không ảnh hưởng đến bề mặt in và hai mặt tráng PE dưới đáy cốc

Nhược điểm:

-        Năng suất thấp

-        Cần có yếu tố con người trong quá trình sản xuất

2.2.1.2. Phương án thiết kế 2: Sản xuất theo chu trình kép

Nguyên lý hoạt động

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất cốc giấy theo chu trình kép

Thông số kỹ thuật

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy làm cốc giấy theo chu trình kép

Trọng lượng (Kg)	2400- 2500
Kích thước máy (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) (mm)
Công suất làm việc (kW)	6,0–7,0
Tốc độ (chiếc/phút)	90-100
Nguồn điện	380V-  50Hz
Kích thước cốc (Oz)	1,0 -16 (Kích thước có thể thay đổi theo yêu cầu bằng cách thay đổi khuôn)
Loại giấy thích hợp	150-350gsm (Tráng PE một hoặc 2 mặt), giấy PLA
Áp suất khí (Mpa)	1,0
Đầu ra khí (m3/phút)	0,6-0,8

 

 

 

Ưu nhược điểm của phương án thiết kế

Ưu điểm:

-        Hiệu suất máy ổn định, vận hành dễ dàng, ít tiếng ồn, hiệu suất sản phẩm cao

-        Năng suất cao

-        Điều khiển máy bằng PLC

Nhược điểm:

-        Công nghệ hiện đại dẫn đến chi phí cao

-        Thiết bị điều khiển và lập trình PLC phức tạp, đòi hỏi trình độ cao

2.2.2.     So sánh các phương án thiết kế

 Bảng 2.3 So sánh các phương án thiết kế

Tiêu chí đánh giá	Phương án 1 (Theo chu trình đơn)	Phương án 2 (Theo chu trình kép)
Độ phức tạp	Đơn giản	Phức tạp
Khả năng chế tạo	Đơn giản	Đơn giản
Khả năng lắp ráp	Đơn giản	Phức tạp
Khả năng vận hành	Dễ vận hành	Phức tạp
Hiệu suất làm việc	Hiệu suất vừa	Hiệu suất cao
Độ linh hoạt	Vừa	Cao
Chi phí	Vừa	Cao

2.2.3.     Kết luận và lựa chọn phương án thiết kế

Qua quá trình phân tích các phương án và yêu cầu của hệ thống thiết bị ở trên, cùng với những kiến thức, kinh nghiệm thực tế của bản thân đã được học và tích lũy, em nhận thấy một sản phẩm muốn có tính ứng dụng cao cần đáp ứng được các tiêu chí sau:

-        Máy hoạt động trong thời gian dài với hiệu suất ổn định, thao tác vận hành dễ dàng, quá trình hoạt động ít tiếng ồn, hiệu suất sản phẩm cao.

-        Hoạt động bảo trì, bảo dưỡng đơn giản

-        Hạn chế sản phẩm lỗi đến mức tối thiểu.

-        Năng suất cao .

-        Chi phí phù hợp với hiệu quả mang lại.

Chính vì vậy, từ những tiêu chí trên, em sẽ thực hiện theo phương án 2: Phương án Sản xuấttheo chu trình kép là phương án nghiên cứu và tính toán của nội dung Đồ án tốt nghiệp

2.3.  Kết luận

Một cốcgiấy sẽ được tạo ra hoàn toàn tự động với dây chuyền sản xuất theo nguyên lý hoạt động như sau:

-        Trước tiên, máy sẽ hút nguyên liệu sản xuất cốc giấy một cách tự động.

-        Sau đó, máy tiến hành dán keo ở các vị trí khác nhau ở cốc giấy như: thân cốc và đáy cốc, tạo hình đáy cốc và miệng cốc.

-        Cuối cùng là hoàn thiện sản phẩm

 

 

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LÀM CỐC GIẤY

3.1.   Thông số đầu vào

 Bảng 3.1 Thông số đầu vào

Tốc độ (chiếc/phút)	90 – 100
Kích thước cốc (ml)	120 – 360
Loại giấy sử dụng	150 – 350 gsm (Tráng PE 1 hoặc 2 mặt)

3.1.1.     Cấu tạo cơ bản của cốc giấy

Cốc giấy gồm 3 phần chính: Thân cốc, đáy cốc và miệng cốc

-      Phần thân và đáy cốc được làm từ giấy tinh khiết PO được tráng lớp PE mỏng, 1 hoặc 2 lớp. Đồ nóng thường sử dụng cốc tráng 1 lớp PE và đồ lạnh thường sử dụng cốc tráng 2 lớp PE.

-      Phần miệng cốc và đáy cốc được tạo hình bằng cách làm xoăn từ chính phần thân cốc để tạo được độ cứng và an toàn trong lúc sử dụng.

3.1.2.     Thông số kích thước giấy ban đầu và cốc giấy lúc hình thành

-        Dung tích: 120 ml – 360 ml

-        Chất liệu:

+       Giấy: Là loại giấy kraft làm từ bột giấy hóa học của gỗ mềm được xử lý bằng công đoạn kraft nên nó còn được gọi khác là giấy tái sinh. Giấy có hai màu: vàng và trắng. Bên cạnh đó, chúng cũng có một số màu khác như: vàng xám, kem hay trắng ngà,….

+       PE: Polyethylene – PE là loại nhựa dẻo có màu trắng, hơi trong, không dẫn điện, không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua. Ở nhiệt độ cao, PE cũng không thể hòa tan trong nước, các loại rượu béo, axeton, ete etylic, glixerol hay dầu thảo mộc. Thường thì chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -100 °C và nhiệt độ nóng chảy Tm ≈ 120 °C. 

-      Kích thước giấy:

Tỉlệ giữa đường kính miệng và đáy, có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm mục đích sử dụng, thiết kế và yêu cầu của khách hàng. Tuy nhiên, một tỷ lệ phổ biếnthường được áp dụng cho cốc giấy là khoảng 3:2 hoặc 2:1, tức là đường kính miệng thường là khoảng 1,5 đến 2 lần lớn hơn đường kính đáy.

Điều này đảm bảo rằng cốc có đủ không gian để đựng nước và sử dụng một cách thoải mái, cũng như đảm bảo tính ổn định khi đặt cốc xuống. Tuy nhiên, các nhà sản xuất có thể điều chỉnh tỉ lệ này tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của họ hoặc thiết kế riêng của sản phẩm.

 

 

                                                   

 Bảng 3.2 Kích thước thiết kế từng loại cốc

Dung tích (ml)	120	180	240	270	300	360
Đường kính miệng (mm)	61	72	72	80	95	90
Đường kính đáy (mm)	43	52	55	55	81	58
Chiều cao (mm)	70	68	88	95	68	108
Chiều cao khía đáy (mm)	5
Công dụng	Nước hoặc đồ uống nhẹ, như cà phê Espresso, nước trái cây	Nước và đồ uống trung bình như nước trà, cà phê	Nước và đồ uống lớn, như nước trà, cà phê, đá xay	Nước và đồ uống lớn, như nước trà, cà phê, đá xay	Nước và đồ uống lớn, như nước trà, cà phê, sinh tố	Nước và đồ uống lớn, như nước trà, cà phê, sinh tố

Hình 3.1 Kích thước cốc giấy 4oz (120ml) và 12oz (360ml)

3.2.  Thiết kế tổng thể máy làm cốc giấy

3.2.1.     Quy trình sản xuất cốc giấy

Hình 3.2 Quy trình sản xuất cốc giấy

 

 

3.2.2.     Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ động

 Hình 3.1 Sơ đồ động máy sản xuất cốc giấy

Cơ cấu cấp phôi làm thân cốc	4. Bàn xoay số 2: Tạo hình đáy cốc
Cơ cấu tạo hình thân cốc	5. Bàn xoay số 3: Tạo viền miệng và đáy cốc
Bàn xoay số 1: Tạo hình thân cốc	6. Cơ cấu cấp giấy và cắt tạo hình đáy cốc

Giấy làm thân cốc được chuẩn bị trước đặt trong các thanh chống định hướng, được hút xuống từng tờ thông qua cơ chế hút chân không (1). Để dán thành cốc, giấy được đẩy ra nhờ cơ chế tay quay con trượt được gắn với động cơ thông qua bộ truyền đai răng.

Tiếp theo, giấy được đưa tới bộ phận cốc mẫu, sử dụng hệ thống kẹp cố định và cylinder khí nén để dán tạo thành hình cốc sơ bộ (2). Cốc sau đó được trung chuyển ra bàn xoay số 1 (3) thông qua máng dẫn bằng cơ cấu tay quay con trượt.

Giấy để làm đáy cốc được chuẩn bị sẵn thành cuộn ở bên ngoài máy, thông qua bộ phận cắt giấy (6) được cắt thành từng đáy cốc khớp với thân cốc ở trên. Đáy cốc được bỏ vào thân cốc nhờ sự ăn khớp giữa hai bàn xoay số 1 và 2. Khi đáy cốc được bỏ vào thân cốc bộ phận tiếp liệu dưới đáy cốc (4) được kích hoạt để gia nhiệt để dán phần đáy cốc lại với thân cốc sau đó tạo viền cho đáy cốc.

Cốc khi được trung chuyển đến tới bàn xoay số 3 (5) khuôn dập được sử dụng để bôi trơn phần trên của cốc, tạo khía đáy và làm xoăn miệng của cốc.

Hoàn thành cốc được đẩy lên giá thành phẩm và được lấy ra ngoài nhờ người vận hành máy

3.3. Tính toán thiết kế cơ cấu hút giấy và trung chuyển giấy

Giấy được chứa trong khung và được đỡ bằng giá đỡ (khung gồm 6 thanh sắt, B1 gồm hai cây (tịnh tiến theo chiều đứng) gắn hai đầu hút giấy ở hai đầu. B2 có hai cần gạt di chuyển tịnh tiến theo chiều dọc băng máy cấp giấy để tạo thành cốc.

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu tay quay con trượt trung chuyển giấy

Khi được khâu dẫn (1) quay đều dẫn động bằng động cơ điện nhờ cơ cấu culit (3) chuyển động lắc qua lại trong phạm vi góc lắc. Qua khâu (4) chuyển động vừa quay quanh khớp B vừa chuyển động tịnh tiến. Khâu 5 mang đầu đẩy chuyển động qua lại nhờ khớp định vị (khớp trượt) theo phương ngang

Cho điều kiện thông số đầu vào:

-    Hệ số công suất

-    Số vòng quay

-    Hành trình con trượt

-    Chiều dài giá

Hình 3.2  Sơ đồ tính toán cơ cấu tay quay con trượt

3.3.1.  Bậc tự do cơ cấu

Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập, cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu; đồng thời bậc tự do cũng chính là số khả năng chuyển động độc lập của cơ cấu đó.[2]

Trong đó:

 – số khâu động,

 – số khớp thấp loại 5,

 – số khớp thấp loại 4,

– số ràng buộc thừa, –

 – số ràng buộc trùng, –

 – là bậc tự do thừa (bậc tự do cục bộ),

Vậy bậc tự do của cơ cấu là 1

3.3.2. Nhóm tĩnh định

Cơ cấu có W bậc tự do bao gồm W khâu dẫn và những nhóm có bậc tự do bằng không.

Xét cơ cấu phẳng chỉ chứa nhóm toàn khớp thấp, điều kiện thoả mãn nhóm là:

Vậy nên một nhóm chỉ có thể gồm: 2 khâu 3 khớp thấp, 4 khâu 6 khớp thấp, 6 khâu 9 khớp thấp,... Những nhóm này được gọi là Nhóm tĩnh định hay là Nhóm A-xua.

Nhóm chứa 2 khâu 4 khớp thấp được gọi là nhóm loại 2. Vậy cơ cấu trên: bao gồm có 2 nhóm loại 2:

-        Khâu (1) được chọn làm khâu dẫn

-        Nhóm 1: Khâu (4) và khâu (5) loại 2 khâu 3 khớp

-        Nhóm 2: Khâu (2) và khâu (3) loại 2 khâu 3 khớp

 

                                        

Hình 3.3 Các nhóm khâu và khớp

Hệ số năng suất (hệ số về nhanh) là tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian chạy không trong một chu kỳ làm việc của máy:

Và:

Gọi  là góc nhọn tạo với hai vị trí của khâu dẫn ứng với hai vị trí biên của cơ cấu, ta có:

Ta có:

Vận tốc tuyến tính của một điểm trên tay quay có thể được xác định bằng công thức:

Trong đó:

-       Vận tốc tuyến tính (m/s)

-       Bán kính tay quay (m)

-       Tốc độ góc của tay quay (rad/s)

Hình 3.4 Họa đồ Vecto

• Vận tốc điểm B thuộc khâu 1:

Hai điểm A, B1 thuộc khâu 1 ta có:

Mà

-      Phương

-        Chiều: cùng chiều với

-        Độ lớn

• Vận tốc điểm B thuộc khâu 2:
• Vận tốc điểm B thuộc khâu 3:

Hai điểm  và  thuộc hai khâu khác nhau nhưng trùng tại thời điểm xét nên ta có:

Hai điểm C,   thuộc khâu 3 ta có:

Do  thuộc khâu giá nên

Từ (3.13) và (3.14) ta có

Theo họa đồ vecto ta có

Vận tốc góc

• Vận tốc của điểm D trên khâu 3

Sau khi tính toán được các thông số vận tốc con trượt D và tay quay B, ta tiến hành tính toán chọn lại động cơ cho cơ cấu

3.3.3. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

3.3.3.1. Thông số đầu vào

-      Thời gian phục vụ:

(Làm việc 2 ca, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ca làm việc 8 giờ)

-      Góc nghiêng đường nối tâm với bộ truyền ngoài:

-        Tải va đập nhẹ

3.3.3.2. Xác định công suất động cơ

Hiệu suất chung của hệ thống truyền động:

Trong đó:

:	hiệu suất khớp nối trục đàn hồi
:	hiệu suất bộ truyền xích
:	hiệu suất bộ truyền trục vít
	:	hiệu suất một cặp ổ lăn (Có 3 cặp)
:	hiệu suất một cặp ổ trượt (Có 2 cặp)

 

Vì vậy:

Lực cần thiết để hút và trung chuyển giấy có thể được tính dựa trên các yếu tố như khối lượng giấy, độ bám dính, và áp suất hút.

Trong đó:

 là chênh lệch áp suất cần thiết để hút giấy

  là diện tích bề mặt tiếp xúc của giấy

​ là hiệu suất của cơ cấu hút khoảng.

Mô-men xoắn cần thiết cho quá trình trung chuyển giấy được tính dựa trên lực và bán kính bánh xe truyền động.

Công suất động cơ được tính dựa trên mô-men xoắn và tốc độ quay của động cơ:

Trong đó:

-        nlà tốc độ quay của động cơ

-       là hiệu suất chung của hệ thống truyền động

Bảng 3.3 Tốc độ quay và công suất của động cơ 1

Động cơ	Tốc độ quay (vòng/phút)	Công suất (kW)
1	2895	5,65
2	1450	2,83
3	970	1,89
4	715	1,40

Trên thực tế Máy làm cốc giấy dùng một lần có công suất động cơ rất đa dạng, phụ thuộc vào thiết kế và năng suất của từng loại máy. Thông thường, các máy nhỏ hoặc có năng suất thấp sử dụng động cơ có công suất từ 3 kW đến 4 kW. Các máy này phù hợp với các ứng dụng quy mô nhỏ đến trung bình,có khả năng sản xuất từ 50 đến 100 cốc mỗi phút.

Đối với các máy có năng suất cao hơn hoặc máy tích hợp nhiều tính năng tự động hóa, công suất động cơ có thể lên đến 6 kW hoặc thậm chí cao hơn. Những máy này thường được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất lớn, nơi yêu cầu sản lượng lớn và hiệu suất cao. Chúng có khả năng sản xuất từ 100 đến 300 cốc mỗi phút, đồng thời duy trì chất lượng và hiệu suất ổn định trong quá trình hoạt động.

Dựa theo bảng 3.3 chọn động cơ có tốc độ quay 1450 vòng/phút. Trong quá trình hoạt động của máy từ lúc khởi động đến lúc máy ổn định cần tiêu hao công suất cho quá trình khởi động, thắng các lực ma sát giữa các bộ phận máy,... vì thế ta chọn động cơ có công suất lớn hơn so với công suất tính toán.

Chọn động cơ có công suất P_đc 2,83 (kW)

Chọn động cơ có công suất

Bảng 3.4 Bảng thông số động cơ 1

Kiểu động cơ	Công suất (kW)	Số vòng quay (m/s)	Hiệu suất %	Hệ số công suất	Tỉ số momen cực đại	Tỉ số momen khởi động
4A50S4Y3	3	1450	82	2,2	2,0

3.3.3.3. Phân phối tỉ số truyền chung của bộ dẫn động

Trong máy in, máy dệt, hoặc các thiết bị tự động khác để đảm bảo rằng các bộ phận khác nhau chuyển động đồng bộ và không bị lệch pha người ta thường sử dụng bộ truyền với tỉ số truyền bằng 1.

Trong trường hợp này ta chọn sơ bộ

3.3.4. Tính toán thông số trên các trục dẫn động

3.3.4.1. Tính toán công suất trên trục

Công suất động cơ:

3.3.4.2. Tính toán số vòng quay trên các trục

3.3.4.3. Tính toán moment xoắn trên các trục

3.3.4.4. Bảng đặc trị

Bảng 3.5 Bảng đặc trị

	Động cơ	Trục I		Trục II		Công tác
Công suất P (kW)	3	2,92		2,3		2,1
Tốc độ n (vòng/phút)	1450	1480		65		65
Tỉ số truyền u
Momen xoắn T (N.m)	17,96	134,93		337,92		308,54

3.3.5. Thiết kế bộ truyền ngoài (bộ truyền xích)

Thông số đầu vào

-      Công suất:

-      Tỉ số truyền:

-      Số vòng quay:

-        Làm việc 2 ca, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ca làm việc 8 giờ, quay một chiều, tải va đập nhẹ

3.3.5.1. Chọn loại xích

Xích ống con lăn, hay còn gọi là xích con lăn (roller chain), là một loại xích truyền động phổ biến trong các hệ thống cơ khí. Xích con lăn được cấu tạo từ các mắt xích hình elip, mỗi mắt xích gồm một ống con lăn và các chốt liên kết. Các ống con lăn này quay tự do xung quanh các chốt, giúp giảm ma sát và mài mòn khi xích chuyển động trên bánh răng.

-    Ưu điểm của xích ống con lăn:

Xích ống con lăn có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm hiệu quả cao do các ống con lăn quay tự do, giúp giảm ma sát và tổn thất năng lượng, từ đó nâng cao hiệu suất truyền động. Độ bền cao nhờ được làm từ các vật liệu chịu lực, chịu được tải trọng lớn và mài mòn tốt. Ngoài ra, xích ống con lăn dễ dàng thay thế và bảo dưỡng các bộ phận khi cần thiết, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động của máy móc và tiết kiệm chi phí bảo trì.

-    Ứng dụng của xích ống con lăn:

Xích ống con lăn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong truyền động cơ khí, xích con lăn được dùng trong các hệ thống như xe đạp, xe máy, ô tô, và các máy móc công nghiệp để truyền động lực giữa các bộ phận. Trong các hệ thống băng tải, xích ống con lăn đảm bảo việc vận chuyển hàng hóa một cách hiệu quả và đáng tin cậy. Ngoài ra, trong thiết bị nông nghiệp, xích con lăn giúp vận hành và truyền động các bộ phận khác nhau của máy móc, góp phần tăng năng suất và hiệu quả làm việc.

3.3.5.2. Xác định số răng đĩa xích dẫn Z₁ và bị dẫn Z₂

Số răng dĩa xích càng ít, đĩa bị động quay càng không đều, động năng va đập càng lớn và xích mòn càng nhanh. Vì vậy cần đảm bảo số răng nhỏ nhất của đĩa xích lớn hơn  (đối với xích ống con lăn vận tốc trung bình)

Do tỉ số truyền nên chọn số răng đĩa xích  (răng)

3.3.5.3. Tính toán bước xích, số mắt xích và khoảng cách trục

Hệ số điều kiện sử dụng xích:

Trong đó:: Tải trọng va đập nhẹ.

                 : Khoảng cách trục

                 : Đường nối hai tâm đĩa xích hợp với đường ngang 1 góc .

                 : Trục điều chỉnh được bằng đĩa căng xích.

                 : Bôi trơn nhỏ giọt.

                 : Làm việc 2 ca.

Hệ số số răng:

Hệ số số vòng quay:

: Xích 2 dãy

Công suất tính toán:

Chọnbước xích:  

Vận tốc trung bình của bộ truyền xích:

Lực vòng tác dụng lên trục:

Khoảng cách trục sơ bộ:

Chọn

Số mắt xích:

 

=> Chọn

 

Khoảng cách trục chính xác:

 Để xích không chịu lực căng quá lớn, ta giảm  một lượng:

=>

3.3.5.4. Tính toán lực tác dụng lên trục

Lực tác dụng lên trục:

( vì bộ truyền xích nằm ngang)

Lực căng do lực li tâm:

3.3.5.5. Kiểm tra xích

Hệ số an toàn: 

Trong đó:

-      Tải trọng va đập nhẹ.

-        Lực căng ban đầu của xích:

(, bộ truyền xích nằm ngang)

Số lần va đập của xích trong 1 giây:

3.3.5.6. Tính toán thông số đĩa xích

Đường kính vòng chia:

Đường kính vòng đỉnh:

Đường kính vòng đáy:

Với   

3.3.5.7. Kiểm tra độ bền tiếp xúc của răng đĩa xích

Trong đó:                           

-       (Hệ số ảnh hưởng số răng xích với )

^-         Diện tích chiếu của bản lề 

-        Lực va đập trên m dãy xích:

Môđun đàn hồi:

Bảng 3.6 Thông số bộ truyền ngoài (Bộ truyền xích)

Thông số	Kí hiệu	Giá trị	Ghi chú
Loại xích	Xích ống con lăn
Vật liệu		Thép C45	Tôi / ram
Khoảng cách trục	a	506	mm
Số dãy xích	2	Dãy
Bước xích	pc	12,7	mm
Vận tốc	v	0,31	m/s
Số răng đĩa xích	Z	24	mm
Số mắt xích	X	104	mm
Đường kính vòng chia (mm)	dm	97,29	mm
Đường kính vòng đỉnh (mm)	da	102,81	mm
Đường kính vòng đáy (mm)	df	88,64	mm
Lực tác dụng lên trục	Fr	7318	N
Lực vòng có ích	6364	N
Bán kính đáy	r	4,33	mm

3.4. Tính toán hệ thống điều khiển cylinder cơ cấu gấp thành cốc

Trong quá trình sản xuất cốc giấy, sau khi cốc giấy được tạo hình ban đầu, nó cần được trung chuyển từ cơ cấu tay quay ra để tiếp tục các bước tiếp theo trong các công đoạn sản xuất. Cơ cấu tay quay này có nhiệm vụ chính là di chuyển cốc giấy từ một vị trí cố định sang vị trí khác, chuẩn bị cho quá trình dẫn thành cốc.

Để thực hiện việc này, cần có sự tham gia của cơ cấu dẫn, cụ thể là hệ thống điều khiển cylinder khí nén. Cylinder khí nén được sử dụng để thực hiện chuyển động tịnh tiến, tức là di chuyển thẳng về phía trước hoặc phía sau, nhằm đưa cơ cấu dẫn tiến về phía cốc giấy. Đây là bước rất quan trọng vì nó đảm bảo rằng cốc giấy được di chuyển một cách chính xác và ổn định đến vị trí cần thiết mà không gặp trở ngại hay sai lệch.

Do tải trọng của cơ cấu dẫn và bộ phận giữ không quá lớn, việc sử dụng cylinder khí nén là rất phù hợp. Cylinder khí nén có ưu điểm là dễ dàng điều khiển, độ chính xác cao và có khả năng thực hiện các chuyển động lên xuống mượt mà. Nhờ vào việc sử dụng hệ thống này, quá trình dẫn thành cốc trở nên hiệu quả hơn, giảm thiểu rủi ro hư hỏng sản phẩm và tăng tốc độ sản xuất.

3.4.1. Nguyên lý hoạt động hệ thống cylinder khí nén

Nguyên lý hoạt động của hệ thống cylinder:

Khi tín hiệu được gửi đến, hệ thống khí nén sẽ bắt đầu hoạt động. Đầu tiên, bơm khí nén (bơm 2) sẽ hút không khí từ bên ngoài qua van lọc thô (van 1) để loại bỏ các hạt bụi lớn và các tạp chất khác. Khí sau đó được đẩy vào hệ thống với áp suất p, áp suất này được đo bằng đồng hồ đo áp (đồng hồ 3). Khí nén tiếp tục đi qua hệ thống van lọc tinh (van 4), van điều áp (van 5) và van tra dầu (van 6) để loại bỏ các hạt bụi nhỏ hơn và điều chỉnh áp suất p1. Cuối cùng, khí nén được dẫn đến van đảo chiều 5/2 được điều khiển bằng điện từ và thông qua các ống dẫn khí để lên đến cylinder-piston (cylinder 8).

Chuyển động của piston:

Piston của cylinder sẽ thực hiện chuyển động tịnh tiến vào và ra xa trục. Van đảo chiều (van 5) điều chỉnh quá trình này. Khi van đảo chiều ở vị trí (a), khí nén từ cửa P sẽ đi qua cửa A và dẫn lên buồng A của cylinder. Áp suất p trong buồng A sẽ đẩy piston di chuyển sang phải với vận tốc . Khí từ buồng B sẽ thoát ra ngoài qua các ống dẫn khí và cửa T của van đảo chiều. Piston sẽ di chuyển với hành trình , được đo bằng cảm biến vị trí. Khi piston hoàn thành hành trình này, tín hiệu từ cảm biến sẽ được xử lý và gửi về van đảo chiều để đảo vị trí từ (a) sang (b), dừng chuyển động của piston.

Khi van đảo chiều ở vị trí (b), khí nén từ nguồn sẽ đi qua cửa B và được dẫn lên buồng B của cylinder, đẩy piston di chuyển sang trái. Khí từ buồng A sẽ thoát ra ngoài qua các ống dẫn khí và cửa T của van đảo chiều. Quá trình này lặp đi lặp lại để thực hiện chuyển động qua lại của piston.

1- Van lọc thô có cửa xả nước tự động	5- Van điều áp không có cửa xả khí
2- Bớm khí nén	6- Van tra dầu
3- Đồng hồ đo áp	7-  Van điện từ 5/3
4- Van lọc tinh có cửa xả nước tự động	8- Xy lanh

 

Van lọc: Tách các phần tử chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén, đảm bảo khí nén sạch và không gây hư hại cho các bộ phận trong hệ thống.

Van điều áp: Giữ áp suất không đổi lên cylinder, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong hoạt động của hệ thống.

Van tra dầu: Giảm ma sát, sự ăn mòn và gỉ sét của các phần tử trong hệ thống, kéo dài tuổi thọ và hiệu suất của các bộ phận.

Hình 3.5 Cấu tạo Cylinder khí nén

3.4.2. Tính toán thông số cylinder

Thông số đầu vào:

Tải trọng đáp ứng (N)	:	150
Áp suất làm việc (bar)	:	6
Hành trình cần thiết (mm)	:	25

 

Hình 3.8 Piston được mở rộng nhờ được cung cấp khí nén liên tục

 

 

Diện tích bề mặt của Cylinder được tính theo công thức:

Lực do Piston tác dụng:

Suy ra:

Dựa vào các thông số đã tính toán ở trên kết hợp với tham khảo các thông số do Công ty TNHH SMC Manufacturing (Việt Nam) cung cấp ta chọn được:

-        Cylinder khí SMC CM2WF20-50KKZ: loại tiêu chuẩn - tác động kép - piston kép.

-        Đường kính lòng: 20 mm;

-        Hành trình: 50 mm;

3.5. Tính toán cụm chi tiết gấp cốc giấy

Cơ cấu cam gồm hai bộ phận chính là cam và cần. Để giảm mài mòn giữa cam và trục trên khuôn ép, người ta sử dụng thêm con lăn ép. Cơ cấu cam được sử dụng để thực hiện một quy luật chuyển động nhất định nào đó; biên dạng của cam được thiết kế để thỏa mãn yêu cầu về quy luật chuyển động đó. Trong các loại máy móc điều khiển tự động và yêu cầu độ chính xác cao, cơ cấu cam là một phần không thể thiếu.Trong cơ cấu cam, cam thường quay, lắc hoặc chuyển động qua lại. Thông qua cần, cam tạo ra các chuyển động mong muốn như tịnh tiến, lắc hoặc theo một quy luật nào đó. Có rất nhiều loại cơ cấu cam

Khi thiết kế cơ cấu cam, cần tùy theo yêu cầu cụ thể để chọn loại cơ cấu cam phù hợp, xác định bán kính của đường tròn cơ sở, thiết lập quy luật chuyển động của cần, và cuối cùng là xác định biên dạng của cam. Để thiết lập quy luật chuyển động của cần, cần tính đến các yêu cầu về động học, động lực học và công nghệ. Đối với cam quay và cần chuyển động tịnh tiến, để xác định hiệu quả của biên dạng cam, quy luật chuyển vị của cần phải được biết trước. Bên cạnh đó, các yêu cầu về động học và động lực học của cơ cấu cũng phải được tính đến cẩn thận.

3.5.1. Tính toán thiết kế cơ cấu cam

Thông số hình học của cam

Bán kính vecto lớn nhất  và bán kính vecto nhỏ nhất  của biên dạng cam.

Các góc công nghệ là góc được xác định trên biên dạng cam ứng với các cung làm việc khác nhau của biên dạng này. Để cần chuyển động qua lại và có lúc dừng thì trên biên dạng cam cần có bốn góc công nghệ:

+       Góc công nghệ đi xa : Ứng với giai đoạn cần đi xa tâm cam

+       Góc công nghệ đứng xa  : ứng với giai đoạn cần đứng yên ở vị trí xa tâm cam

+       Góc công nghệ về gần : ứng với giai đoạn cần về gần tâm cam

+       Góc công nghệ đứng gần  : ứng với giai đoạn cần đứng yên ở vị trí gần tâm cam nhất

Để cần chuyển động qua lại, tối thiểu trên biên dạng cam phải có hai góc

Thông số động học cơ cấu cam

Các góc định kỳ là góc quay của cam ứng với các giai đoạn chuyển động khác nhau của cần. Có bốn góc định kỳ tương ứng với bốn góc công nghệ nói trên:

+     Góc định kỳ đi xa  : ứng với giai đoạn cần đi xa dần tâm cam

+     Góc định kỳ đứng xa  : ứng với giai đoạn cần đứng yên ở vị trí xa tâm cam nhất

+     Góc định kỳ về gần : ứng với giai đoạn cần đi về gần tâm cam

+     Góc định kỳ đứng gần  : ứng với giai đoạn cần đứng yên ở vị trí gần tâm cam nhất.

Hình 3.9 Thông số cơ cấu cam và biểu đồ chuyển vị

Vận tốc của cần khi

Bán kính lớn nhất  của cơ cấu cam:

Bán kính nhỏ nhất của cam

Ta có:

Bán kính lớn nhất của cam

Theo tiêu chuẩn chọn bán kính cam

3.5.2. Tính toán thông số trục

Vận tốc vòng trên cơ cấu cam

Lực căng ban đầu

Lực tác dụng lên trục

Lực vòng có ích

 

Hình 3.6 Lắp ghép các chi tiết trên trục

Tính toán kiểm bền trục I được thực hiện trên phần mềm Autodesk Inventor. Chọn vật liệu thép có giới hạn chảy , hệ số Poisson .

Hình 3.7Thông

[1]Mordor Intelligence. Phân tích thị phần và quy mô thị trường cốc giấy - Dự báo và xu hướng tăng trưởng (2024 - 2029),Truy cập từ: https://www.mordorintelligence.com/vi/industry-reports/paper-cups-market

 

[2] Lại Khắc Liễm (2001), Giáo trình cơ học máy, NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh, TP. Hồ Chí Minh

...

. Chọn vật liệu cho máy

3.9.1. Chọn vật liệu làm khung máy

Khung vỏ máy là phần cứng được sử dụng để bảo vệ phần mềm và các thiết bị điện và cơ khí bên trong, tạo thành một kết cấu máy móc hoàn chỉnh nhằm thực hiện một công năng nhất định, vừa tạo vẻ thẩm mỹ tổng thể cho thiết bị.

Hình 3.41 Khung máy

Vật liệu để làm khung máy phổ biến là thép hộp vuông, được sử dụng để làm các khung nhẹ trong công nghiệp. Sử dụng thép hộp vuông  có độ dày 2.0 mm để làm khung có tác dụng chịu lực chính cho toàn bộ máy, dùng thép hộp chữ nhật  có độ dày 2.0 mm để làm các khung ngang tạo bề mặt kết nối các chi tiết cơ khí của máy.

Hình 3.42 Thép hộp vuông và thép hộp chữ nhật

3.9.2. Chọn vật liệu làm vỏ máy

Thép SS400 là loại một thép thông thường và thường được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo các chi tiết máy móc hoặc khuôn mẫu. Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản JIS G3101 (1987), đây là một trong những tiêu chuẩn phổ biến nhất trong ngành công nghiệp thép xây dựng. Thép SS400 thường được sản xuất dưới dạng tấm trong quá trình luyện thép cán nóng, với nhiệt độ trên 1000°C. Tấm thép SS400 có màu đặc trưng là xanh, đen hoặc tối, và đường mép biên thường được bo tròn, xù xì. Thép SS400 với dạng thép cuộn thường là các loại thép được sản xuất mà quá trình của nó bao gồm một quá trình đặc biệt hơn các loại thép khác là quá trình cán nguội ở nhiệt độ thấp.

Hình 3.43 Thép SS400 dạng tấm

Thép SS400 là loại thép thuộc vào nhóm thép cacbon, với thành phần chính được sử dụng là sắt và cacbon và các nguyên tố kim loại khác như silic, mangan, photpho, crom,… Đây là loại mác thép rất phổ biến trong ngành công nghiệp nặng ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, được sử dụng phổ biến trong chế tạo các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu. Thành phần hóa học cụ thể của thép SS400 bao gồm:C (cacbon): 0.11 – 0.18%; Si (silic): 0.12 – 0.17%; Mn (mangan): 0.4 – 0.57%; Ni (niken): 0.03%; Cr (crom): 0.02%; P (photpho): 0.02% (tối đa); S (lưu huỳnh): 0.03% (tối đa),...

Ưu điểm của thép SS400:

-        Tính dẻo cao, dễ định hình: Do có hàm lượng cacbon thấp (<0.25%), thép SS400 có độ dẻo cao và dễ dàng để định hình. Sự giảm lượng cacbon giúp tăng tính linh hoạt của thép và làm cho quá trình định hình trở nên dễ dàng hơn.

-        Giá thành thấp: Thép tấm SS400 là loại thép cacbon phổ biến và không đòi hỏi sử dụng các hợp kim đắt tiền. Do đó, giá thành của nó thường thấp hơn so với các loại thép khác, là lựa chọn phù hợp cho các dự án không yêu cầu đặc tính cao cấp.

-        Đa dạng về kích thước và độ dày: Thép tấm SS400 được sản xuất trên dây chuyền cán nóng, nên có sự đa dạng về kích thước và độ dày. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng.

-        Tính công nghệ tốt: Thép SS400 có tính công nghệ tốt, dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, và gia công cắt. Đặc biệt, nó ít bị tạo xỉ và nổ bép trong quá trình cắt, là lựa chọn ưu tiên cho các công nghệ gia công hiện đại như cắt CNC sử dụng nhiệt như Plasma.

3.9.3. Chọn vật liệu thiết kế trục và các chi tiết máy

Trong quá trình thiết kế trục máy và các chi tiết máy, việc lựa chọn vật liệu đóng vai trò quan trọng, quyết định trực tiếp đến hiệu suất, độ bền và tuổi thọ của các chi tiết. Trục máy là một bộ phận chịu tải trọng lớn, thường xuyên phải đối mặt với các lực xoắn, lực uốn, và đôi khi là lực va đập. Do đó, vật liệu chế tạo trục cần phải có các đặc tính cơ học vượt trội như độ bền kéo cao, độ cứng tốt, và khả năng chống mài mòn.

Vật liệu phải đủ cứng để tránh biến dạng dưới tác động của tải trọng lớn, đồng thời phải có độ dẻo dai nhất định để chịu được các va đập và dao động trong quá trình vận hành. Thép hợp kim, đặc biệt là các loại thép có hàm lượng carbon cao hoặc được gia cố bằng các nguyên tố hợp kim như crom, niken, và molypden, là lựa chọn phổ biến cho trục máy. Những loại thép này có ưu điểm là độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt và chống mài mòn hiệu quả.

Bên cạnh đó, chúng ta cũng cần cân nhắc đến khả năng gia công và chi phí sản xuất khi chọn vật liệu. Vật liệu phải dễ gia công, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình chế tạo, đồng thời có giá thành hợp lý để đảm bảo tính kinh tế của toàn bộ dự án. Một số loại thép hợp kim có thể được gia công nhiệt luyện để tăng cường các tính chất cơ học, đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn và tăng độ cứng bề mặt của trục.

Ngoài ra, yếu tố môi trường làm việc cũng cần được xem xét khi chọn vật liệu. Nếu trục máy hoạt động trong môi trường ăn mòn, chẳng hạn như tiếp xúc với hóa chất hoặc điều kiện thời tiết khắc nghiệt, thì vật liệu cần phải có khả năng chống ăn mòn tốt. Trong trường hợp này, các loại thép không gỉ hoặc thép hợp kim có khả năng chống ăn mòn sẽ là lựa chọn ưu tiên.

                       

Hình 3.44 Trục và đĩa xích làm từ thép SCM 400

Thép SCM440 là một loại thép hợp kim với các thành phần chính bao gồm cacbon (C), silic (Si), và mangan (Mn). Ngoài ra, thành phần hóa học của thép SCM440 còn chứa một số nguyên tố khác, giúp tăng cường độ cứng và hạn chế sự di chuyển của sắt (Fe) trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau. Tỷ lệ và số lượng của các nguyên tố này trong thép được kiểm soát cẩn thận để đạt được các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, và sức bền kéo đứt.

 

 

Bảng 3.10 Thành phần hóa học của thép SCM 440

STT	Thành phần hóa học	Hàm lượng
1	Cacbon
2	Silic
3	Mangan
4	Photpho
5	Lưu huỳnh
6	Crom
7	Molipden

Thép SCM440 được phân loại là thép có hàm lượng cacbon trung bình, do đó nó có độ cứng trung bình. Ngoài ra, thép SCM440 còn chứa hàm lượng crom (Cr) và molypden (Mo), giúp cải thiện khả năng chống biến dạng và khả năng chịu mài mòn cao. Nhờ những ưu điểm này, thép SCM440 được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, đặc biệt trong các ứng dụng như bánh răng, thanh răng, trục truyền động, trục cán thép, bu lông neo, và nhiều chi tiết cơ khí khác.

3.10. Kết luận

Sau khi hoàn tất quá trình tính toán và thiết kế Máy làm cốc giấy dùng một lần, có thể rút ra những kết luận quan trọng về hiệu quả và tính khả thi của dự án. Trước hết, việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho từng bộ phận của máy đã được thực hiện một cách cẩn trọng, đảm bảo tính bền vững và tuổi thọ cao của máy trong môi trường sản xuất liên tục. Các vật liệu được chọn không chỉ đáp ứng yêu cầu về độ cứng và độ bền mà còn phải phù hợp với điều kiện vận hành, giúp giảm thiểu hao mòn và bảo trì trong quá trình sử dụng.

Về mặt cơ khí, cấu trúc của máy đã được tối ưu hóa để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định với độ chính xác cao. Các bộ phận chuyển động như hệ thống cắt, dập, và ghép nối đều được thiết kế theo nguyên tắc đơn giản nhưng hiệu quả, giúp máy có thể hoạt động liên tục với năng suất cao mà không gặp sự cố. Việc tối ưu hóa này cũng đồng thời giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, giúp tiết kiệm chi phí vận hành.

 

 

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1.  Thiết kế mạch điện

4.1.1. Phân tích yêu cầu và chức năng của mạch điện

Hệ thống mạch điện của máy làm cốc giấy dùng một lần phải đảm bảo các chức năng điều khiển chính xác, linh hoạt, và bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống. Mạch điện cần điều khiển các động cơ, hệ thống gia nhiệt, hệ thống hút và vận chuyển giấy, cùng với các cơ cấu cắt, dán cốc. Đặc biệt, hệ thống cần được thiết kế sao cho có khả năng điều chỉnh tốc độ, giám sát tình trạng hoạt động, và bảo vệ chống quá tải cũng như ngắn mạch. Yêu cầu của hệ thống bao gồm tính ổn định cao, khả năng chịu tải tốt, và dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng.

Mạch điện cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật sau:

-        Điều khiển động cơ chính: Máy có hai động cơ M1 và M2 điều khiển các cơ cấu chính. M1 điều khiển bộ phận cấp giấy đầu vào, M2 điều khiển cơ cấu bàn xoay tạo hình cốc giấy. Mạch cần đảm bảo cả hai động cơ hoạt động nhịp nhàng và đúng trình tự.

-        Bảo vệ quá tải: Hệ thống cần được trang bị các khí cụ bảo vệ như rơ-le nhiệt để ngắt mạch khi có tình trạng quá tải hoặc quá dòng, đảm bảo an toàn cho máy và người sử dụng.

-        Điều khiển thủ công và tự động: Mạch cần có các nút nhấn (ON/OFF) để khởi động và dừng máy dễ dàng, đồng thời cho phép điều khiển tự động thông qua các tín hiệu từ các cảm biến hoặc thiết bị ngoại vi.

4.1.2. Lựa chọn khí cụ điện cho hệ thống

Bảng 4.1 Một số khí cụ điện dùng trong hệ thống

Thiết bị	Số lượng	Mô tả	Hình ảnh
Cầu dao (Circuit Breaker)	1	Cầu dao là thiết bị dùng để ngắt mạch khi có sự cố về điện như ngắn mạch, quá tải, hoặc khi cần sửa chữa và bảo trì hệ thống. Trong mạch điện của máy làm cốc giấy, cầu dao giúp: -      Bảo vệ tổng quát cho hệ thống: Ngắt dòng điện khi phát hiện sự cố, tránh nguy cơ cháy nổ hoặc hư hỏng các thiết bị điện. -      Đóng/ngắt nguồn điện dễ dàng: Người vận hành có thể dễ dàng đóng ngắt hệ thống khi cần bảo dưỡng hoặc xử lý sự cố.
Contactor	2	Contactor là một trong những thiết bị điều khiển quan trọng nhất trong hệ thống mạch điện của máy làm cốc giấy. Nó được sử dụng để đóng ngắt dòng điện điều khiển các động cơ và tải lớn khác. -   Chức năng chính: Điều khiển các động cơ (M1 và M2). Khi nút nhấn ON được kích hoạt, contactor sẽ đóng, cho phép dòng điện đi qua và khởi động động cơ. -   Cấu tạo: Contactor thường bao gồm một cuộn dây nam châm điện, khi có điện, cuộn dây sẽ tạo ra lực từ kéo các tiếp điểm lại với nhau, cho phép dòng điện đi qua động cơ. -   Bảo vệ và cách ly: Khi nút nhấn OFF hoặc khi có sự cố, contactor sẽ mở mạch, cắt dòng điện để ngắt hoạt động của động cơ, đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Rơ-le nhiệt (Thermal Relay)	2	Rơ-le nhiệt là thiết bị bảo vệ quá tải cho động cơ. Khi động cơ hoạt động quá tải, rơ-le nhiệt sẽ tự động ngắt mạch để bảo vệ động cơ khỏi hư hỏng do quá nhiệt. -     Chức năng chính: Bảo vệ động cơ trước các tình trạng quá tải và quá nhiệt. Nếu dòng điện chạy qua động cơ vượt quá ngưỡng cho phép trong một khoảng thời gian nhất định, các tiếp điểm của rơ-le nhiệt sẽ mở ra và ngắt dòng điện cấp cho động cơ. -     Nguyên lý hoạt động: Rơ-le nhiệt hoạt động dựa trên sự giãn nở nhiệt của các thanh kim loại khi dòng điện lớn chạy qua. Khi quá tải xảy ra, thanh kim loại sẽ giãn nở và kích hoạt bộ phận ngắt mạch. -    Vai trò trong hệ thống: Rơ-le nhiệt giúp bảo vệ động cơ khỏi hư hỏng, đồng thời đảm bảo tuổi thọ cho các thiết bị điện trong hệ thống.
Nút nhấn (Push Button)	2 ON và 2 OFF	Nút nhấn là thiết bị điều khiển trực tiếp cho các động cơ trong hệ thống. Mỗi nút nhấn ON hoặc OFF sẽ tương ứng với một động cơ hoặc một chức năng cụ thể trong máy. -    Nút nhấn ON: Khi nhấn nút ON, dòng điện được cấp cho contactor tương ứng với động cơ, từ đó khởi động động cơ. Mạch điện sẽ duy trì trạng thái này cho đến khi có tín hiệu dừng từ nút nhấn OFF hoặc các thiết bị bảo vệ (như rơ-le nhiệt). -    Nút nhấn OFF: Ngược lại, khi nhấn nút OFF, dòng điện tới contactor sẽ bị ngắt, khiến contactor mở và dừng hoạt động của động cơ
Cầu chì (Fuse)	2	Cầu chì là thiết bị bảo vệ cơ bản trong mạch, giúp ngắt mạch khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá dòng đột ngột. Mặc dù có chức năng tương tự như cầu dao, nhưng cầu chì thường chỉ sử dụng một lần và phải thay thế sau khi ngắt mạch.

4.1.3. Mạch động lực và mạch khởi động

Đầu tiên, nguồn điện tổng được cấp vào hệ thống thông qua cầu dao. Khi cầu dao được đóng, nguồn điện sẽ được cung cấp cho toàn bộ hệ thống. Cầu dao cũng có vai trò bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố như ngắn mạch hay quá tải. Nếu có sự cố xảy ra, cầu dao sẽ tự động ngắt nguồn điện để tránh hư hỏng cho các thiết bị và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

Khi hệ thống đã có nguồn, người vận hành có thể khởi động từng động cơ thông qua các nút nhấn ON theo thứ tự (ON1 cho M1 và ON2 cho M2). Khi nhấn nút ON, dòng điện sẽ đi qua cuộn dây của contactor tương ứng với động cơ. Cuộn dây này sẽ tạo ra lực từ để kéo các tiếp điểm đóng lại, cho phép dòng điện chạy qua và cấp nguồn cho động cơ. Động cơ M1 bắt đầu quá trình hút giấy vào khuôn tạo hình cốc, và động cơ M2 sẽ đảm nhận việc điều khiển bàn xoay để bước vào khâu tạo hình tiếp theo. Động cơ M2 chỉ có thể hoạt động khi động cơ M1 hoạt động.

Hệ thống cũng được trang bị rơ-le nhiệt để bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải. Rơ-le nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt của các thanh kim loại khi nhiệt độ vượt quá mức an toàn. Nếu động cơ M1 hoặc M2 hoạt động quá tải, rơ-le nhiệt sẽ ngắt mạch, dừng cung cấp điện cho động cơ, giúp bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng. Khi nhiệt độ động cơ trở về mức bình thường, hệ thống có thể được khởi động lại sau khi rơ-le được thiết lập lại.

Cuối cùng, người vận hành có thể dừng hoạt động của các động cơ bất cứ lúc nào thông qua các nút nhấn OFF (OFF1 để tắt động cơ M1 và M2; OFF2để tắt động cơ M2), các nút này sẽ ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây contactor, làm mở các tiếp điểm và ngừng cấp điện cho động cơ. Quá trình này diễn ra một cách an toàn và dễ dàng, đảm bảo máy có thể được kiểm soát hoàn toàn bởi người vận hành.

Hình 4.1 Mạch khởi động

Hình 4.2 Động cơ M1 hoạt động khi nhấn ON1

Hình 4.3 Động cơ M1 và M2 cùng hoạt động khi nhấn tiếp ON2

 

Bảng 4.2 Bảng tóm tắt kí hiệu sử dụng trong mạch

Kí hiệu	Ý nghĩa
ON1, ON2	Nút khởi động
OFF1, OFF2	Nút đóng
M1, M2	Động cơ
OL	Relay nhiệt
K	Tiếp điểm

4.2. Thiết kế mạch khí nén

4.2.1. Phân tích yêu cầu và chức năng của mạch khí nén

Mạch khí nén trong máy làm cốc giấy dùng một lần phải đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất. Đầu tiên, hệ thống phải cung cấp đủ áp suất khí nén để vận hành các cơ cấu chấp hành như xy lanh và van điều khiển. Thông thường, áp suất cần duy trì trong khoảng từ 0.5 đến 0.8 MPa, tùy thuộc vào tải trọng và yêu cầu của từng công đoạn trong quy trình sản xuất. Ngoài ra, lưu lượng khí cũng cần được điều chỉnh sao cho phù hợp với tần suất hoạt động của máy, đảm bảo tốc độ sản xuất đạt 100 cốc/phút mà không gây quá tải cho hệ thống. Mạch khí nén còn phải ổn định và an toàn, tránh hiện tượng sụt áp hoặc rò rỉ khí có thể làm gián đoạn quá trình sản xuất.

Mạch khí nén bao gồm các thành phần chính như máy nén khí, bình chứa khí, bộ lọc khí, van điều áp, và các xy lanh khí. Máy nén khí có chức năng cung cấp nguồn khí nén cho toàn bộ hệ thống. Khí nén sau khi được nén sẽ được lưu trữ trong bình chứa, đảm bảo có sẵn khí nén để duy trì hoạt động liên tục của máy. Bộ lọc khí giúp loại bỏ bụi bẩn và độ ẩm, đảm bảo khí nén sạch, không gây hư hỏng cho các cơ cấu chấp hành.

Van điều áp được sử dụng để điều chỉnh áp suất khí nén đến các thiết bị khác nhau, đảm bảo áp suất luôn ở mức phù hợp với yêu cầu của từng bộ phận trong máy. Xy lanh khí chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng để thực hiện các chuyển động như kéo, đẩy, và giữ giấy trong các giai đoạn hút giấy, tạo hình cốc, và vận chuyển sản phẩm. Van điện từ và các cảm biến kết hợp với hệ thống khí nén để điều khiển quá trình này một cách tự động, giúp máy vận hành trơn tru và liên tục.

Mạch khí nén trong máy làm cốc giấy dùng một lần đảm nhận vai trò chính trong việc thực hiện các chuyển động và tác vụ tự động. Đầu tiên, khí nén được sử dụng để điều khiển các xy lanh hút và giữ giấy, đảm bảo giấy được di chuyển đúng vị trí cho quá trình tạo hình cốc. Xy lanh khí nén thực hiện các chuyển động chính xác như kéo giấy vào khuôn, giữ giấy chắc chắn trong quá trình ép, và đẩy sản phẩm ra sau khi cốc đã được định hình.

Nhờ hệ thống khí nén, máy có thể duy trì tốc độ cao, lên đến 90 - 100 cốc/phút, mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều. Đồng thời, mạch khí nén giúp giảm tiếng ồn, tiết kiệm năng lượng, và tăng độ bền của thiết bị, góp phần tối ưu hóa hiệu suất sản xuất của máy làm cốc giấy.

4.2.2. Mạch khởi động

Hình 4.4 Mạch động lực của xy – lanh khí nén

Hình 4.5 Mạch điều khiển của xy – lanh khí nén

CHƯƠNG5. VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ BẢO DƯỠNG

5.1.  Vận hành

Bước 1: Chuẩn bị và kiểm tra máy

-        Kiểm tra toàn bộ tổng thể máy để đảm bảo rằng các bộ phận đều hoạt động bình thường, bao gồm hệ thống cắt, định hình, dán,...

-        Đảm bảo rằng nguyên liệu giấy và các phụ liệu khác (như keo hoặc chất kết dính) đã được nạp đầy đủ vào máy.

Bước 2: Cài đặt thông số

-        Cài đặt các thông số cần thiết của máy, bao gồm kích thước cốc, tốc độ sản xuất, nhiệt độ gia nhiệt, và lượng keo sử dụng.

-        Điều chỉnh máy sao cho phù hợp với loại giấy và yêu cầu sản xuất cụ thể.

Bước 3: Khởi động máy

-        Khởi động máy và quan sát hoạt động của nó trong vài chu kỳ đầu để đảm bảo mọi thứ vận hành trơn tru.

-        Theo dõi các chỉ số trên bảng điều khiển để đảm bảo rằng các thông số đã cài đặt được duy trì ổn định.

Bước 4: Giám sát quá trình sản xuất

-        Theo dõi quá trình cắt giấy, định hình và đóng đáy cốc. Đảm bảo rằng cốc được tạo hình đúng kích thước, không có lỗi sản phẩm.

-        Kiểm tra định kỳ sản phẩm đầu ra để đảm bảo chất lượng đồng đều.

-        Xử lý sự cố

+       Nếu phát hiện sự cố như kẹt giấy, lỗi cắt, hoặc keo không dính, dừng máy ngay lập tức để kiểm tra và khắc phục.

+       Sau khi sự cố được xử lý, khởi động lại máy và kiểm tra lại chất lượng sản phẩm.

Bước 5: Kết thúc sản xuất và vệ sinh máy

-        Sau khi hoàn thành sản xuất hoặc khi cần dừng máy, tắt máy theo đúng quy trình để tránh hư hỏng.

-        Thực hiện vệ sinh máy, loại bỏ giấy thừa và làm sạch các bộ phận để sẵn sàng cho lần vận hành tiếp theo.

-        Kiểm tra lại toàn bộ máy móc để đảm bảo không có hư hỏng sau khi vận hành.

Bước 6: Ghi nhận và bảo trì

-        Ghi chép lại thông tin về sản lượng, thời gian vận hành, và các vấn đề phát sinh.

-        Thực hiện bảo trì định kỳ để đảm bảo máy luôn ở trạng thái hoạt động tốt nhất.

5.2. Bảo trì và bảo dưỡng

Trong quá trình vận hành các thiết bị và máy móc công nghiệp, bảo trì và bảo dưỡng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc duy trì hiệu suất, độ bền và an toàn của hệ thống. Đối với các máy móc như Máy làm cốc giấy dùng một lần, việc bảo trì không chỉ giúp ngăn ngừa sự cố đột ngột mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị, giảm chi phí sửa chữa và thay thế linh kiện. Nội dung bảo trì và bảo dưỡng trong đồ án này sẽ tập trung vào việc lập kế hoạch và thực hiện các công việc bảo trì định kỳ, nhằm đảm bảo rằng máy luôn hoạt động ở trạng thái tối ưu. Đồng thời, việc bảo trì đúng cách cũng giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu hỏng hóc và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

-        Kế hoạch bảo trì hàng ngày

Kế hoạch bảo trì hàng ngày đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng máy có thể hoạt động ổn định và hiệu quả. Mỗi ngày, trước khi bắt đầu ca làm việc, người vận hành cần kiểm tra tổng thể máy như quan sát các bộ phận cơ khí, điện tử để xác định có bất kỳ hư hỏng hoặc dấu hiệu bất thường nào không. Bên cạnh đó, việc vệ sinh máy cũng là một bước không thể thiếu, bao gồm làm sạch bụi bẩn, loại bỏ giấy thừa và các mảnh vụn trên bề mặt máy cũng như các bộ phận cắt, ép,... giúp ngăn ngừa tình trạng kẹt máy và bảo vệ các bộ phận khỏi bị hư hỏng do bụi bẩn tích tụ. Kiểm tra và bổ sung dầu bôi trơn cho các bộ phận chuyển động là cần thiết để đảm bảo chúng hoạt động trơn tru và không bị mài mòn.

-        Kế hoạch bảo dưỡng hàng tuần

Bảo dưỡng hàng tuần tập trung vào các kiểm tra và điều chỉnh kỹ thuật nhằm duy trì hiệu suất ổn định cho máy. Đầu tiên, hệ thống truyền động cần được kiểm tra định kỳ, bao gồm việc kiểm tra độ căng của xích. Nếu phát hiện sự lỏng lẻo hoặc mòn, cần điều chỉnh hoặc thay thế ngay để tránh sự cố trong quá trình vận hành. Hệ thống cắt và ép cũng cần được chú ý đặc biệt, vì lưỡi cắt và khuôn ép có thể bị mài mòn sau thời gian sử dụng. Kiểm tra và thay thế những bộ phận này kịp thời sẽ giúp duy trì chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Ngoài ra, hệ thống điện cũng cần được kiểm tra để đảm bảo không có kết nối nào bị lỏng hoặc hư hỏng, điều này giúp tránh các sự cố điện gây gián đoạn sản xuất.

-        Kế hoạch bảo dưỡng hàng tháng

Trong kế hoạch bảo dưỡng hàng tháng, việc thay dầu bôi trơn cho các bộ phận chuyển động là một công việc quan trọng để đảm bảo máy hoạt động mượt mà. Dầu bôi trơn cần được thay mới nếu cần thiết và hệ thống bôi trơn cần được làm sạch để tránh cặn bẩn gây tắc nghẽn. Bộ lọc khí cũng cần được kiểm tra và làm sạch hoặc thay thế nếu cần thiết, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và không bị cản trở bởi bụi bẩn.

-        Kế hoạch bảo trì hàng quý

Mỗi quý, cần tiến hành kiểm tra toàn diện máy để đảm bảo tất cả các bộ phận cơ khí, điện và hệ thống điều khiển đều hoạt động tốt. Trong quá trình này, các linh kiện bị mòn hoặc có dấu hiệu hư hỏng, chẳng hạn như xích, lưỡi cắt, và các bộ phận truyền động khác, cần được thay thế để đảm bảo máy hoạt động ổn định. Hệ thống điều khiển cũng cần được xem xét và kiểm tra để đảm bảo các chương trình điều khiển hoạt động trơn tru. Nếu cần, cần cập nhật phần mềm điều khiển để đảm bảo máy đáp ứng được yêu cầu sản xuất hiện tại. Bên cạnh đó, hệ thống an toàn cũng cần được kiểm tra và bảo trì để đảm bảo các thiết bị như nút dừng khẩn cấp và bảo vệ quá tải hoạt động bình thường, giúp bảo vệ người vận hành và máy móc.

-        Kế hoạch bảo trì hàng năm

Kế hoạch bảo trì hàng năm là một hoạt động bảo trì toàn diện và chi tiết nhất, bao gồm việc thực hiện tất cả các bước kiểm tra, vệ sinh và bảo dưỡng sâu. Trong quá trình này, các bộ phận chính như động cơ và các bộ phận quan trọng khác cần được thay thế hoặc đại tu nếu cần thiết để đảm bảo máy hoạt động ổn định trong suốt năm tiếp theo. Đánh giá lại hiệu suất hoạt động của máy sau một năm vận hành là cần thiết để đưa ra các điều chỉnh và cải tiến cho năm kế tiếp, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và duy trì chất lượng sản phẩm.

-        Ghi chép và báo cáo

Sau mỗi lần bảo trì hoặc bảo dưỡng, việc ghi nhận tình trạng của máy là vô cùng quan trọng. Người thực hiện bảo trì cần ghi lại các bộ phận đã được kiểm tra và các linh kiện đã thay thế, giúp theo dõi quá trình bảo trì và xác định các xu hướng hỏng hóc có thể xảy ra. Bên cạnh đó, việc lập báo cáo định kỳ về tình trạng của máy và các công việc bảo dưỡng đã thực hiện sẽ giúp đánh giá hiệu quả của kế hoạch bảo trì. Từ những báo cáo này, các cải tiến cần thiết có thể được đề xuất cho các kỳ bảo trì tiếp theo, giúp tối ưu hóa quy trình bảo trì và giảm thiểu rủi ro cho máy móc và thiết bị.

 

 

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN CHUNG

6.1. Đánh giá ưu điểm

-        Ứng dụng thực tiễn cao và phù hợp xu hướng toàn cầu:

Đồ án này đã nắm bắt được xu hướng toàn cầu về việc thay thế các sản phẩm nhựa dùng một lần bằng các sản phẩm thân thiện với môi trường như cốc giấy. Việc phát triển máy làm cốc giấy dùng một lần không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và dịch vụ, mà còn đóng góp vào các nỗ lực toàn cầu trong việc giảm thiểu rác thải nhựa. Bằng cách cung cấp một giải pháp sản xuất có tính thực tiễn cao, đồ án này không chỉ có giá trị nghiên cứu mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

-        Tính toán chi tiết và chính xác:

Các tính toán và thiết kế trong đồ án được thực hiện kỹ lưỡng, đảm bảo độ chính xác cao. Điều này giúp máy hoạt động hiệu quả và ổn định khi đưa vào sử dụng thực tế.

-        Kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và thực nghiệm:

Một trong những điểm mạnh của đồ án là sự kết hợp giữa các nguyên lý lý thuyết với kết quả thực nghiệm. Những minh họa và mô phỏng quá trình hoạt động của máy không chỉ giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức máy vận hành, mà còn cung cấp bằng chứng thuyết phục về tính khả thi của thiết kế.

-        Thiết kế tối ưu hóa và tiết kiệm năng lượng:

Đồ án đã chú trọng đến việc tối ưu hóa thiết kế máy để đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất và tiêu thụ năng lượng. Các lựa chọn về vật liệu đã được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng máy có thể được sản xuất với chi phí hợp lý, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về độ bền và an toàn.

-        Dễ dàng vận hành

Máy được thiết kế thân thiện với người dùng, với giao diện điều khiển đơn giản và các quy trình vận hành không quá phức tạp. Điều này giúp cho ngay cả những người không có kỹ thuật cao cũng có thể sử dụng máy một cách hiệu quả.

-        Đề xuất quy trình bảo trì toàn diện và chi tiết:

Một trong những ưu điểm nổi bật của đồ án là phần trình bày về quy trình bảo trì và bảo dưỡng. Các kế hoạch bảo trì được thiết kế chi tiết theo các mốc thời gian cụ thể (hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, hàng quý, và hàng năm) không chỉ đảm bảo rằng máy hoạt động ổn định mà còn kéo dài tuổi thọ của các bộ phận quan trọng. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu các rủi ro hỏng hóc mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành và bảo trì.

6.2. Đánh giá nhược điểm

-        Chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu về công nghệ cao:

Mặc dù thiết kế máy có tiềm năng ứng dụng cao, nhưng chi phí đầu tư ban đầu để sản xuất và lắp đặt máy có thể là một rào cản lớn, đặc biệt đối với các doanh nghiệp nhỏ hoặc các đơn vị khởi nghiệp. Bên cạnh đó, máy yêu cầu sự tích hợp của nhiều công nghệ tiên tiến, đòi hỏi sự đầu tư về công nghệ và kỹ thuật cao, điều này có thể làm tăng chi phí và phức tạp hóa quá trình triển khai.

-        Bảo trì và bảo dưỡng phức tạp:

Mặc dù đồ án đã đề xuất quy trình bảo trì chi tiết, nhưng thực tế việc duy trì máy đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình bảo trì, điều này có thể gây ra gián đoạn sản xuất thường xuyên. Đặc biệt, các yêu cầu bảo trì định kỳ với mức độ phức tạp cao đòi hỏi phải có đội ngũ kỹ thuật viên chuyên nghiệp, và điều này có thể không phải lúc nào cũng sẵn có trong các cơ sở sản xuất nhỏ.

-        Hạn chế trong khả năng mở rộng và tùy chỉnh:

Thiết kế của máy chủ yếu được tối ưu cho một loại cốc giấy với kích thước và hình dạng nhất định. Nếu doanh nghiệp muốn mở rộng sản xuất sang các loại cốc khác với kích thước hoặc hình dạng khác nhau, việc tùy chỉnh hoặc nâng cấp máy có thể gặp nhiều khó khăn và chi phí cao. Điều này hạn chế tính linh hoạt và khả năng thích ứng của máy trong các điều kiện sản xuất thay đổi.

6.3. Phương hướng phát triển

Dựa trên những ưu điểm và nhược điểm đã được phân tích, việc phát triển và hoàn thiện máy làm cốc giấy dùng một lần trong tương lai là rất quan trọng để nâng cao hiệu suất, tính cạnh tranh, và khả năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Để đảm bảo máy không chỉ hoạt động ổn định mà còn đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của thị trường, việc định hướng phát triển cần phải có sự cân nhắc kỹ lưỡng. Những phương hướng này không chỉ giúp máy làm cốc giấy vượt qua các hạn chế hiện tại mà còn mở ra cơ hội mới cho việc phát triển công nghệ sản xuất cốc giấy tiên tiến, bền vững hơn.

-        Tối ưu hóa quy trình vận hành

Mặc dù máy đã có thiết kế dễ vận hành, việc tiếp tục đơn giản hóa quy trình sử dụng sẽ là một hướng đi tiềm năng. Bằng cách phát triển thêm các cơ cấu cấp giấy tự động và cơ cấu hút cốc thành phẩm ra ngoài nhằm giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người.

-        Nâng cao khả năng tùy chỉnh và linh hoạt

Một trong những nhược điểm hiện tại của máy là khả năng tùy chỉnh hạn chế. Trong tương lai, việc phát triển máy với khả năng sản xuất nhiều loại cốc giấy với kích thước và hình dạng khác nhau sẽ giúp mở rộng ứng dụng của máy, từ đó đáp ứng đa dạng nhu cầu của thị trường. Điều này có thể được thực hiện thông qua việc thiết kế lại các bộ phận linh hoạt, hoặc phát triển các mô-đun có thể thay thế dễ dàng để phù hợp với các yêu cầu sản xuất khác nhau.

-        Giảm chi phí đầu tư và vận hành

Việc giảm chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành là một yếu tố quan trọng để máy có thể tiếp cận được với nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp nhỏ và vừa. Các nghiên cứu và phát triển có thể tập trung vào việc sử dụng các vật liệu mới nhẹ hơn, bền hơn, hoặc cải tiến các quy trình sản xuất để giảm giá thành. Đồng thời, việc phát triển các giải pháp bảo trì và bảo dưỡng dễ thực hiện, với chi phí thấp cũng sẽ giúp giảm tổng chi phí sở hữu và vận hành máy.

-        Tăng cường hiệu suất năng lượng

Mặc dù máy đã được tối ưu hóa về tiêu thụ năng lượng, nhưng vẫn còn nhiều tiềm năng để cải thiện hơn nữa. Việc áp dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo hoặc hiệu suất năng lượng cao có thể giúp giảm thiểu tác động môi trường của máy, đồng thời giảm chi phí vận hành cho doanh nghiệp. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển hệ thống tái sử dụng năng lượng hoặc cải thiện hiệu suất động cơ và các thành phần truyền động.

-        Tích hợp công nghệ 4.0 và IoT

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0, việc tích hợp các công nghệ thông minh như Internet of Things (IoT) vào máy làm cốc giấy có thể mở ra nhiều cơ hội mới. Bằng cách kết nối máy với các hệ thống quản lý sản xuất thông minh, các doanh nghiệp có thể theo dõi và điều khiển máy từ xa, thu thập dữ liệu để tối ưu hóa quy trình sản xuất, và dự đoán sự cố trước khi chúng xảy ra. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu thời gian dừng máy và chi phí sửa chữa.

6.4. Kết luận

Tổng kết lại, Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế Máy làm cốc giấy dùng một lần” đã tiến hành nghiên cứu và phát triển máy làm cốc giấy nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết trong việc thay thế các sản phẩm nhựa dùng một lần nhằm bảo vệ môi trường. Qua quá trình phân tích ưu và nhược điểm của máy, đồ án đã chỉ ra những khía cạnh cần được cải thiện để nâng cao hiệu suất và mở rộng khả năng ứng dụng trong công nghiệp.

Việc thiết kế máy không chỉ tập trung vào khả năng vận hành đơn giản và hiệu quả, mà còn hướng đến tính linh hoạt và khả năng tùy chỉnh để sản xuất nhiều loại cốc khác nhau. Đồ án cũng đề xuất những cải tiến về công nghệ tự động hóa và vật liệu sản xuất, giúp máy không chỉ giảm thiểu chi phí vận hành mà còn thân thiện hơn với môi trường.

Các phương hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc tối ưu hóa quy trình vận hành, nâng cao khả năng tùy chỉnh, giảm chi phí đầu tư, tăng cường hiệu suất năng lượng, và tích hợp công nghệ 4.0. Những định hướng này không chỉ giúp máy làm cốc giấy cạnh tranh tốt hơn trên thị trường mà còn đóng góp vào xu hướng phát triển bền vững của ngành công nghiệp bao bì.

Qua đó, đồ án này không chỉ cung cấp một giải pháp cụ thể cho việc sản xuất cốc giấy dùng một lần, mà còn mở ra những hướng đi mới cho việc phát triển các thiết bị sản xuất thân thiện với môi trường trong tương lai. Với những đóng góp về mặt lý thuyết và thực tiễn, đồ án này đã đáp ứng được các mục tiêu đặt ra ban đầu và là nền tảng để tiếp tục nghiên cứu, cải tiến trong lĩnh vực sản xuất bao bì xanh.

---HẾT--

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2007), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1, Nhà xuất bản giáo dục.

[2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2007), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 2, Nhà xuất bản giáo dục.

[3] Nguyễn Hữu Lộc (2004), Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM.

[4] Nguyễn Hữu Lộc (2020), Thiết kế máy và chi tiết máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHồ Chí Minh

[5] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn (2007), Vẽ kỹ thuật cơ khí, Tập 1, Nhà xuất bản giáo dục.

[6] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn (2007), Vẽ kỹ thuật cơ khí, Tập 2, Nhà xuất bản giáo dục.

[7] Ninh Đức Tốn(2001), Dung sai và lắp ghép, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội.

[8] Ninh Đức Tốn(2005), Sổ tay dung sai lắp ghép, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội.

[9] Lê Hiếu Giang (2011), Hệ thống khí nén trong công nghiệp, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHồ Chí Minh.

[10] Lại Khắc Liễm (2001),  Giáo trình Cơ học máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHồ Chí Minh

[11] Michael J. Pinches & Brian J. Callear (1997),  Power Pneumatics, Nhà xuất bản Prentice Hall Europe

[12] Nguyễn Bá Dương, Nguyễn Văn Lẫm, Hoàng Văn Ngọc, Lê Đắc Phong(1978), Tập bản vẽ Chi tiết máy, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp.

[13] Nguyễn Thị Thanh Nga (2024),  Cơ sở tính toán và thiết kế cơ cấu cam, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

[14] Nguyễn Hữu Phấn (2022),  Giáo trình thiết kế máy công cụ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

[15] Hoàng Trí (2018),  Giáo trình Cơ học máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHồ Chí Minh