MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động 

Chương 1      TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU.. 1

1.1.    Yêu cầu xã hội1

1.2.    Phân tích sản phẩm.. 8

Chương 2      PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ. 11

2.1.    Phát biểu bài toán thiết kế. 11

2.2.    Xác định yêu cầu khách hàng. 11

2.3.    Xácđịnhcácyêucầukỹthuậtcủabàitoánthiếtkế. 17

Chương 3      PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.. 22

3.1.    Tham khảo các sản phẩm hiện có. 22

3.2.    Phân tích làm rõ vấn đề. 24

3.3.    Phân tích thành chức năng con. 24

3.4.    Đưa ra ý tưởng thiết kế. 24

3.5.    Đánh giá và lựa chọn ý tưởng thiết kế. 32

3.6.    Kết luận. 39

Chương 4      TÍNH TOÁN THIẾT KẾ. 40

4.1.    Kích thước và hình dáng mẫu giấy. 40

4.2.    Sơ đồ nguyên lý. 40

4.3.    Lựa chọn thông số kỹ thuật chung cho hệ thống. 41

4.4.    Tính toán thiết kế cụm cấp giấy. 41

4.5.    Tính toán thiết kế cụm đùn keo. 45

4.6.    Tính toán thiết kế cụm dập. 48

4.7.    Tính toán yêu cầu nguồn cấp khí nén. 52

4.8.    Lựa chọn một số thiết bị khác. 53

Chương 5      THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.. 56

5.1.    Chu trình hoạt động. 56

5.2.    Thiết kế thuật toán điều khiển. 58

5.3.    Lựa chọn linh kiện cho mạch điều khiển. 59

5.4.    Chương trình điều khiển. 60

5.5.    Mô phỏng điều khiển. 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 64

Chương 1             TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1.                Yêu cầu xã hội

          Nhu cầu cơm quán, thức ăn nhanh hiện nay

Với nhịp sống hiện đại tấp nập và vội vã. Nhu cầu có được 1 bữa cơm trưa là điều hết sức cần thiết đối với mỗi người. Tuy nhiên không phải ai cũng có điều kiện để mang theo mình 1 bữa cơm trưa đã chuẩn bị sẵn, tất yếu họ phải tìm đến những hàng quán.

Hình 1.1 Hình ảnh cơm hộp phổ biến tại các tiệm cơm

Một trong những hình thức được nhiều người lựa chọn là mang cơm về. Bởi lẽ với số lượng khách hàng lớn như vậy việc thiếu chỗ ngồi là điều không thể tránh khỏi. Bên cạnh đó việc mong muốn được mang thức ăn về nhà hoặc văn phòng để thưởng thức trong không khí yên tĩnh là điều đương nhiên. Theo Bamboo - bộ phận nghiên cứu của Havas Riverochid có đến 80% số người trả lời khảo sát đã từng sử dụng dịch vụ giao thức ăn tận nơi. Trong đó nhóm khác hàng là giới văn phòng với nhu cầu đặt cơm trưa chiếm tỷ lệ khá lớn. Thông qua mạng xã hội, ứng dụng giao hàng họ có thể chủ động lựa chọn bữa trưa ngon miệng, an toàn cho sức khỏe. Như vậy có thể thấy đối với nhu cầu dùng cơm trưa mang đi lớn đến như vậy yêu cầu 1 số lượng bao bì tương ứng.

Hình 1.2Thói quen sử dụng thức ăn nhanh của giới văn phòng

Không chỉ dừng lại ở hộp cơm trưa. Đối với văn hóa “ăn hàng” của giới trẻ hiện nay nhu cầu hộp đựng đồ ăn cũng không nhỏ. Theo báo mới, cuộc khảo sát đã cho thấy có người ăn vặt 10 triệu đồng/ tháng nếu đem ra so sánh với giá thành của các món ăn đường phố phổ biến ta có thể thấy được nhu cầu của hộp đựng thức ăn là lớn đến thế nào. Chưa tính đến việc những quán ăn đường phố thế này thường không có chỗ ngồi dẫn đến người ăn phải mua mang về hoặc tìm 1 nơi nào khác để ăn. Kết quả là hộp đựng sau khi được sử dụng thường thấy nhét đầy tại các thùng rác công cộng do quá tải, hoặc tệ hơn thải trực tiếp xuống lòng đường hè phố.

Hình 1.3Văn hóa ăn hàng của giới trẻ Việt Nam và nhu cầu của thức ăn nhanh

          Gánh nặng môi trường đối với sản phẩm không phân hủy được

Với nhu cầu sử dụng lớn như đã đề cập ở trên, các hộp cơm xốp thường chỉ được xử dụng 1 lần. Kết quả của quá trình trên là số lượng hộp xốp sau sử dụng liên tục tăng lên tuy nhiên lại thiếu giải pháp để xử lý chúng 1 cách triệt để.

Xốp là vật liệu khó phân hủy dưới điều kiện tự nhiên của môi trường. Khi được thải ra ngoài tự nhiên các hộp xốp gây ô nhiễm môi trường đất và nước, gây cản trở sự sinh trưởng và phát triển của các loài thực vật do ngăn cản thực vật tiếp cận với nguồn nước. Sự hạn chế phát triển này dẫn đến việc gây xói mòn đất, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái trong vùng.

Hình 1.4Rác thải khó phân hủy gây ảnh hưởng đến môi trường

Ngoài ra. 1 trong những giải pháp để xử lý rác thải khó phân hủy dạng này là thiêu đốt. Quá trình thiêu đốt xốp sản sinh ra nhiều chất độc hại gây ảnh hưởng không chỉ tới người trực tiếp xử lý mà còn người dân xung quanh khu vực.

Với lượng rác thải không ngừng tăng lên như vậy kèm theo việc thiếu ý thức của người dân khi sử dụng sản phẩm hộp xốp khiến cho chúng thường bị vức bừa bãi sau khi sử dụng gây mất mỹ quang đô thị, tắc ngẽn cống rãnh và là nơi ẩn chứa của nhiều loại vi khuẩn gây bệnh.

Hình 1.5 Rác thải làm tắc nghẽn kênh rạch gây ô nhiễm môi trường nước

Hộp xốp được thải trực tiếp vào kênh rạch sông ngoài còn khiến cho các loài sinh vật sống trong môi trường nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Các loài cá, sinh vật dưới nước ăn phải làm ảnh hưởng tới sức khỏe cũng như sự sống của các loài này. Xốp nổi trên mặt nước cũng khiến cho các loài thực vật dưới nước bị ngăn cách khỏi ánh sáng mặt trời, đồng thời làm tắc ngẽn dòng nước khiến kênh rạch trở nên tù đọng làm ngăn khả năng tự phục hồi của nước trước sự ô nhiễm và trở thành nơi trú ngụ của nhiều loại dịch bệnh.

Hình 1.6 Rác thải khó phân hủy ảnh hưởng xấu đến các loài sinh vật

Là rác thải khó phân hủy không tá chế được nên hiện tại để xử lý hộp xốp đã xử dụng chỉ có 2 phương pháp đó là: Chôn lấp hợp vệ sinh và thiêu đốt. Trong đó:

+ Chôn lấp hợp vệ sinh:

Rác thải được rải thành từng lớp, đầm nén để giảm thể tích và phủ đất lên (phun hóa chất để tăng hủy quả xử lý và hạn chế côn trùng) với sơ đồ quy trình như sau:

Hình 1.7Quy trình xử lý rác thải bằng phương phá chôn lấp

Bãi chôn lấp hợp vệ sinh có lắp đặt hệ thống thu khí, hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác. Đây là công nghệ đơn giản và chi phí thấp, phù hợp với các nước đang phát triển, tuy nhiên tốn diện tích đất lớn.

Hình 1.8Hình ảnh sử lý rác thải bằng phương pháp chôn lấp

+ Thiêu đốt:

Quá trình dùng nhiệt độ cao (1000 - 1100⁰C) để phân hủy rác. Ưu điểm của phương pháp là giảm đáng kể thế tích chất thải phải chôn lấp (xỉ, tro). Tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành nhà máy đốt rác khá cao, phù hợp với các nước tiên tiến, phát triển.

Hình 1.9 Hình ảnh sử lý rác thải bằng phương pháp thiêu đốt

Nguy cơ đối với sức khỏe người sử dụng

Với tính năng nhẹ, bền, dễ sử dụng,… đồ nhựa dùng một lần đã trở nên quen thuộc với người tiêu dùng. Những sản phẩm này rất được ưu chuộng tại những cửa hàng đồ uống, đồ ăn nhanh hay trong những bữa tiệc, pinic dã ngoại. Hộp xốp được chế tạo nguyên liệu chính từ một loại nhựa nhiệt dẻo. Khi đựng thức ăn nóng hàm lượng chất độc từ loại nhựa này sẽ giải phóng, ngấm vào thức ăn gây tổn hại, phá hủy gan và sinh nhiều bệnh khác.

Bên cạnh đó cục an toàn thực phẩm cũng từng khuyến cáo không nên sử dụng hộp xốp đựng thức ăn, đồ uống nóng, nhiều dầu mỡ, đồ chiên rán, salad. Vì nhiệt độ cao kết hợp với hàm lượng acid làm tăng nguy cơ thôi nhiễm Styrene (hóa chất sử dụng để sản xuất hộp xốp)

Chất Styrene có khả năng gây ung thư, phá hủy DNA gây dị tật thai nhi, rối loạn hệ thần kinh, ảnh hưởng dến nồng độ máu. Đặc biệt chất Styrene dễ xâm nhập vào cơ thể người chỉ cần nồng độ nhỏ cũng có thể gây tổn hại tới sức khỏe người sử dụng.

1.2. Phân tích sản phẩm

          Quy trình sản xuất hộp cơm xốp

Có bốn thiết bị chính: máy đùn tấm xốp, máy tạo hình hộp cơm thủy lực chân không, máy cắt thủy lực, máy nghiền và tạo hạt phế liệu.

-Hạt PS sau khi trộn được đun chảy và tiêm vào chất tạo bọt, đùn ép thành tấp PS

-Tấm xốp PS được làm nóng cho mềm, dùng áp suất ép hút vào khuôn, sau đó cắt thành các bán thành được kết nối với nhau.

-Hộp cơm với kết nối với nhau được dập xuống và cắt các lỗ cần thiết trong các hộp cơm cùng một lúc

Hình 1.10 Sơ đồ quy trình sản xuất hộp cơm giấy

Hình 1.11 Quy trình sản xuất hộp cơm giấy và các thiết bị trong quy trình

Quy trình sản xuất hộp cơm giấy

Với mục tiêu nhằm thay thế được phần nào việc sử dụng hộp xốp trong đời sống thường ngày. Quy trình xuất sản xuất hộp giấy phải mang tính nhỏ gọn, đơn giản giá thành rẻ.

Quá trình sản xuất hộp giấy bao gồm:

-         Tấm giấy được in ấn theo yêu cầu

-         Mẫu giấy tạo tấm giấy có hình dạng cần thiết

-         Tấm giấy được vận chuyển đến bộ phận phù hợp để thực hiện dán và tạo hình hoàn chỉnh sản phẩm.

Hình 1.12 Quy trình sản xuất hộp giấy và các thiết bị liên quan

Chương 2             PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

2.1.                Phát biểu bài toán thiết kế

- Mô tả tóm lược: Thiết kế máy dập dán hộp cơm giấy tự động.

- Mục đích thương mại chính của sản phẩm:

+ Giá thành thấp.

+ Dễ sửa chữa, thay thế.

+ Chế tạo dễ dàng .

+ Phù hợp với các bộ phận khác của máy để dễ dàng thay thế.

- Thị trường mục tiêu: Tất cả các doanh nghiệp, người nông dân buôn bán và sử dụng. - Giả thuyết và những ràng buộc:

+ Giá thành thấp

+ Sản phẩm hoạt động ổn định.

+ Kết cấu máy đơn giản, nhỏ gọn.

+ Dễ lắp đặt, sửa chữa, thay thế, bảo trì.

+ Đảm bảo an toàn lao động.

2.2.                Xác định yêu cầu khách hàng

Bước 1: Xác định các thông tin cần thiết

-   Đối tượng sẽ phải tiến hành thu thập thôngtin:

+ Người dân, người gia công thuê, người phân phối máy,...

+ Xác định các thông tin về những sản phẩm cùng loại hiện có trên thị trường như: các thông số kỹ thuật, giá thành, mức độ đáp ứng nhu cầu của khách hàng về dòng sản phẩm này.

-   Các thông tin về hệ thống: mục đích sử dụng, tínhnăng,…

Bước 2: Xác định các phương pháp thu thập thông tin

-   Sử dụng phương pháp thăm dò khảo sát đốitượng:

+ Tham khảo qua mạng các sản phẩm của nước ngoài: Tham khảo 10 sản phẩm.

+ Nhà phân phối máy công nghiệp: hỏi 10 người.

+ Đối tượng sử dụng: 20 ,người dân (10 người), người gia công thuê (5 người) và người phân phối (5 người).

Bước 3: Xác định nội dung các câu hỏi

Bảng câu hỏi sẽ tập trung vào khoảng 10 câu hỏi tập trung vào nội dung chính :

-   Thịtrường.

-   Mục đích sửdụng.

-   Tính năng, yêu cầu kỹ thuật cầnthiết.

Bước 4: Thiết kế các câu hỏi

Cụ thể : phải thiết câu hỏi sao cho ngôn ngữ phù hợp với đối tượng được điều tra, ngôn từ trong sáng, rõ ràng, dễ hiểu.

-   Các câu hỏi sau khi thiết kế : đánh dấu check vào phương án được lựa chọn cho từng câu hỏi, có thể lựa chọn nhiều hơn 1 phươngán.

Bảng 2.1  Câu hỏi khảo sát khách hàng

STT	CÂU HỎI	TRẢ LỜI
1	Máy mà bạn đã dùng qua do nước nào sản xuất ?	A   Nhật B   Hàn Quốc C   Việt Nam D   Khác
2	Máy mà bạn đã dùng có kích thước như thế nào	A   Quá lớn B   Vừa phải C   Nhỏ gọn
3	Theo bạn giá thành máy nhập khẩu như thế nào ?	A   Quá cao B   Vừa phải C   Rẻ
4	Máy nhập khẩu có hiệu quả làm việc như thế nào ?	A   Rất tốt B   Tốt C   Tạm được D   Không được tốt lắm
5	Những máy nhập khẩu thường gặp phải những hư hỏng gì ?	A   Hệ thống khí nén B   Hư động cơ C   Hư hộp số D   Hệ thống dập E   Hư hỏng khác
6	Tuổi thọ của máy mà bạn mong muốn bao nhiêu năm ?	A   3 năm B   5 năm C   7 năm D   9 năm
7	Điều kiện vận hành của máy mà bạn mong muốn ?	A   Vận hành nhanh, êm B   Dễ thay đổi chế độ làm việc C   Dễ bảo trì sửa chữa D   An toàn trong vận hành
8	Mức độ an toàn trong vận hành mà bạn mong muốn ?	A   Rất cần thiết B   Cần thiết C   Tự động dừng khi có sự cố
9	Điều kiện sử dụng máy mà bạn mong muốn là gì ?	A   Dễ vận chuyển, lắp ráp B   Dễ sử dụng C   Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ D   Dễ tìm phụ tùng thay thế
10	Yêu cầu đầu tiên của một máy sản xuất bao bì thức ăn nhanh là gì?	A   Làm việc năng suất cao B   Phù hợp với mọi địa hình C   Giá thành phù hợp D   An toàn tuyệt đối
11	Bạn cần một hệ thống dập hộp hoạt động như thế nào ?	A   Tự động hoàn toàn B   Bán tự động C   Tự động hay không đều được D   Không cần phải tự động hóa

 

Bước 5: Sắp xếp các câu hỏi

          - Về độ an toàn sử dụng : câu 7

          - Về đặc tính, cấu trúc sản phẩm : câu 6, câu 8, câu 9, câu 10

          - Về giá thành : câu 2, câu 9

          - Về phạm vi sử dụng : câu 9

          - Về thị trường : câu 1, câu 2, câu 3, câu 4, câu 5

Bước 6: Thu thập thông tin

Tổng hợp lại những câu trả lời được khách hàng chọn nhiều nhất:

  Tự động hoàn toàn

Bước 7: Rút gọn thông tin

Qua kết quả thăm dò và khảo sát, nhóm rút ra được các yêu cầu của khách hàng như sau:

Bảng 2.2 Bảng tổng kết yêu cầu khách hàng

 

STT	Nhu cầu khách hàng thu thập được (Thu thập dữ liệu)	Rút gọn dữ liệu
1	Các máy mà bạn đã dùng qua do nước nào sản xuất ?	Nước ngoài
2	Máy mà bạn đã dùng có kích thước như thế nào	Quá lớn
3	Theo bạn giá thành máy nhập khẩu như thế nào ?	Giá cao
4	Máy nhập khẩu có hiệu quả làm việc như thế nào ?	Sử dụng tốt
5	Những máy nhập khẩu thường gặp phải những hư hỏng gì?	Hệ thống bắn tăm
6	Tuổi thọ của máy mà bạn mong muốn bao nhiêu năm ?	9 năm
7	Điều kiện vận hành của máy mà bạn mong muốn ?	Êm nhẹ, dễ bảo trì, sửa chữa, an toàn
8	Mức độ an toàn trong vận hành mà bạn mong muốn ?	Dừng khi có sự cố
9	Điều kiện sử dụng máy mà bạn mong muốn là gì ?	Dễ sử dụng, gọn nhẹ
10	Yêu cầu đầu tiên của một máy dập dán hộp cơm giấy là gì ?	Năng suất cao, an toàn, tự động.
11	Bạn cần một hệ thống dập trong máy dập dán hộp cơm giấy hoạt động như thế nào ?	Tự động hoàn toàn

 

QUAKẾTQUẢTHĂMDÒVÀKHẢOSÁT,NHÓMRÚTRAĐƯỢCCÁCYÊU CẦU CỦA KHÁCH HÀNG ĐỐI VỚI SẢN PHẨM NHƯSAU:

Những yêu cầu được sắp xếp theo thứ tự ưu tiên từ cao đến thấp như sau :

-   Độ an toàncao.

-   Giá thànhrẻ.

-   Năng suấtcao.

-   Dễ lắp ráp, dễ sửdụng.

-   Dễ sửa chữa, bảotrì.

-   Điều khiển dễdàng.

-   Tuổi thọcao.

 

 

 

2.3.                Xácđịnhcácyêucầukỹthuậtcủabàitoánthiếtkế

Bước 1: Xác định khách hàng

Thị trường mục tiêu của sản phẩm là:

+ Người dân sử dụng.

+ Người gia công thuê.

+ Người phân phối sản phẩm.

Bước 2: Xác định yêu cầu khách hàng

Qua kết quả thăm dò và khảo sát, nhóm rút ra được các yêu cầu của khách hàng như sau:

+ Độ an toàn cao.

+ Giá thành rẻ.

+ Năng suất cao.

+ Dễ lắp ráp, dễ sử dụng.

+ Dễ sửa chữa, bảo trì.

+ Điều khiển dễ dàng.

+ Tuổi thọ cao.

Bước 3: Xác định mức độ quan trọng của các mối liên quan

+ Tính an toàn: hệ thống vận hành phải an toàn,không gây nguy hiễm cho người sử dụng,liên quan đến hệ số an toàn.

+ Giá thành: liên quan đến vật liệu, kiểu dáng, kích thước, khối lượng.

+ Năng suất cao: liên quan đến kết cấu, động cơ.

+ Dễ chế tạo, lắp ráp: liên quan đến kết cấu hệ thống, vật liệu chế tạo các chi tiết, dễ gia công chi tiết.

+ Dễ sửa chữa, bảo trì: liên quan đến kết cấu, các khớp nối, các chi tiết, phụ tùng thay thế.

+ Điều khiển dễ dàng: liên quan đến bộ phận điều khiển, lực cần vận hành.

+ Tuổi thọ cao: liên quan đến độ bền, độ mài mòn của vật liệu.

Gửi cho khách hàng một danh sách các yêu cầu trên và đề nghị họ sắp xếp lại và đánh số theo thứ tự, cái nào họ cảm thấy quan trọng nhất thì đánh số 1, họ có thể bỏ qua những yêu cầu mà họ cho là không quan trọng. Từ danh sách phản hồi của khách hàng, ta đưa ra một số hệ số phụ thuộc tầm quan trọng cho mỗi nhu cầu như sau:

 

Bảng 2.3 Bảng hệ số quan trọng yêu cầu khách hàng

 

Yêu cầu của khách hàng	Hệ số tầm quan trọng
Tính an toàn	1
Giá thành	2
Năng suất cao	1
Chế tạo, lắp ráp	2
Sửa chữa, bảo trì	1
Điều khiển	2
Tính đa năng	3
Độ bền	2

Hệ số tầm quan trọng cho ta khái niệm cần đầu tư bao nhiêu thời gian, nhân lực và tiền bạc cho công việc để đáp ứng cho mỗi nhu cầu của khách hàng.

 

Bước4:Xácđịnh vàđánhgiámứcđộcạnh tranh

 

Mỗi sản phẩm cạnh tranh được so sánh với những nhu cầu của khách hàng theo 5 mức sau:

-        Mức 1: thiết kế hoàn toàn không đáp ứng nhucầu.

-        Mức 2: thiết kế đáp ứng chút ít nhucầu.

-        Mức 3: thiết kế đáp ứng nhu cầu về một sốmặt.

-        Mức 4: thiết kế hầu như đáp ứng nhucầu.

-        Mức 5: thiết kế hoàn toàn đáp ứng nhucầu.

 

 

 

 

Bảng 2.4 Bảng xác định mức độ cạnh tranh và chỉ tiêu thiết kế

 

Yêu cầu của khách hàng	Mức độ yêu cầu	Các sản phẩm trên thị trường	Chỉ tiêu thiết kế
Tính an toàn	5	3	5
Giá thành	4	4	4
Năng suất cao	4	5	5
Chế tạo, lắp ráp	3	4	4
Sửa chữa, bảo trì	3	3	4
Điều khiển	4	4	4
Tính đa năng	3	2	3
Độ bền	4	3	4

 

Bước5:Đưaracácthôngsốkỹthuật

Biên dịch các yêu cầu của khách hàng thành các thông số kỹ thuật của thiết bị (bảng bên dưới).

Bước6:Mốiquanhệgiữa yêu cầucủakhách hàngvà cácthôngsốkỹthuật

Được đánh giá theo các mức sau:

9 = có quan hệ chặtchẽ.

3 = có quan hệ vừaphải.

1 = có quan hệkém.

Ô trống = hoàn toàn không có quan hệ nàocả.

 

 

 

Bảng 1.6 Bảng mối quan hệ giữa yêu cầu khác hàng và yêu cầu kỹ thuật

 

Yêu cầu khách hàng	Yêu cầu kỹ thuật	Quan hệ
An toàn	Tốc độ động cơ	9
	Băng chuyền	3
	Hệ thống khí nén	9
	Bộ điều khiển	9
Năng suất cao	Công suất bộ truyền	9
	Tốc độ động cơ	3
Giá thành rẻ	Bộ phận bắn keo	9
	Bộ điều khiển	9
	Hệ thống khí nén	9
Dễ chế tạo, lắp ráp	Bộ khuôn dập	9
	Vỏ máy	1
	Khối lượng máy	1
Điều khiển dễ dàng	Nút nhấn	9
	Số lượng chi tiết	1
Dễ sửa chữa, bảo trì	Con lăn	9
	Băng chuyền	3
	Bộ khuôn dập	9
Tuổi thọ cao	Tốc độ động cơ	3
	Chế độ làm việc	9
	Chế độ bôi trơn	9
Sử dụng nhiều mục đích	Trục công tác	9

 

Bước 7: Xác định mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật

Được đánh giá theo các mức sau:

9= có quan hệ chặtchẽ.

3 = có quan hệ vừaphải.

1 = có quan hệkém.

Ô trống = hoàn toàn không có quan hệ nàocả.

Bảng 2.5 Ngôi nhà chất lượng

Chương 3             PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

3.1.                Tham khảo các sản phẩm hiện có

Tham khảo một số loại máy dập hộp giấy hiện có trên thị trường, ta thấy một số nguyên lý thường dùng cho loại máy này như sau

Hình 3.1 Automatic PLC Carton Erecting Machine

Qua sơ đồ trên ta có thể thấy mẫu giấy được đặt trong khay chứa, sau đó đưa cấp tới con lăn để tra keo vào những vị trí cần thiết, cuối cùng đi theo thanh dẫn hướng tới vị trí dập bằng nguyên lý bánh răng thanh răng rồi đẩy ra khay chứa thành phẩm.

Hình 3.2 WS-1101MA Hing Speed Paper Lunch Box Forming Machine

            Đối với máy WS-1101MA mẫu giấy để trong khay chứa được mang đến vị trí dập bằng 1 xy lanh khí nén với giác hút chân không và hệ thống băng truyền

Hình 3.3 phương pháp cấp mẫu giấy của máy WS-1101MA

Máy WS-1101MA tận dụng lớp polyme chống dính trên bề mặt của hộp giấy để tạo kết dính giữa các mặt. Máy sử dụng 1 xy lanh khí nén dập có thời gian giữ để tạo kết dính, sau đó được lấy ra thông qua 1 con trượt chuyển động bằng đai răng rồi đẩy ra khay chứa sản phẩm bằng 1 xy lanh thứ 3.

Hình 3.4 phương pháp tạo hình và đưa sản phẩm ra ngoài của máy WS-1101MA

3.2.                Phân tích làm rõ vấn đề

Qua tham khảo một số loại máy thường gặp trên, ta có thể phân chia các yếu tố tác động và các bộ phận cần thiết để thực hiện các chức năng chung được thể hiện như sau:

 

Bảng 3.1 Bảng phân tích các bộ phận cần thiết

Động cơ	Bộ phận cấp giấy	Bộ phận bắn keo	Bộ phận dập thành hình	Động cơ
Bộ truyền động				Bộ truyền động
Bộ điều kiển				Bộ điều khiển

 

Từ những chức năng chung đã đưa ra đi phân tích thành những chức năng nhỏ hơn góp phần thực hiện những chức năng đã định.

3.3.                Phân tích thành chức năng con

 

Bảng 3.2 Bảng phân tích các chức năng con

Máy dập hộp cơm giấy
Để thực hiện cần có các bộ phận
Nguồn động lực			Bộ phận dẫn động			Hệ thống tạo hộp cơm giấy
Nguồn động lực cơ khí	Nguồn khí nén	Nguồn điều khiển	Hệ điều khiển máy	Bộ truyền ngoài	Hộp số	Cấp giấy	Bắn keo	Dập tạo hình
						Sản phẩm

3.4.                Đưa ra ý tưởng thiết kế

Lựa chọn thiết kế mẫu giấy:

Yêu cầu là sản phẩm hộp đựng thức ăn nhanh nên:

-        Có dung tích tương đương với dung tích hộp cơm xốp hiện có ngoài thị trường

-        Có khả năng hạn chế được sự rò rỉ dầu mỡ tại các vị trí ghép

          Quy trình tạo hình hộp thức ăn nhanh từ mẫu giấy:

Mẫu giấy được cung cấp có hình dáng như sau:

Hình 3.1 mẫu giấy và các vị trí gấp

Mẫu giấy sau khi đi qua cụm dán keo có keo tại các vị trí như sau:

Hình 3.2 mẫu giấy và các vị trí bắn keo

Với  là vị trí bắn keo phía trên mặt giấy và là vị trí bắn keo phía dưới mặt giấy

Mẫu giấy tại cụm dập tạo hình:

Hình 3.3 quá trình gấp tạo thành hộp

Với thiết kế mẫu giấy như vậy ta cần đặt ra ý tưởng thiết kế cho các hệ thống sau:

               Hệ thống cấp giấy

               Hệ thống bắn keo

               Hệ thống dập thành hình

 

Hệ thống cấp giấy cần đảm bao cấp giấy đúng lúc tốc độ phù hợp với tốc dộ sản xuất của máy. Qua đó đề xuất một số ý tưởng sau:

               Sử dụng giác hút chân không với hệ thống thủy lực để di chuyển giấy

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý cấp giấy sử dụng giác hút chân không

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý inline ejector tạo chân không hút

 

               Sử dụng con lăn ma sát để lăn tấm giấy lên băng chuyền

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý dùng con lăn ma sát

 

Lựa chọn loại keo sử dụng:

Với yêu cầu đạt năng xuất cao ta chọn keo nhiệt  3M 3750 Tan có khả năng tạo kết dính nhanh, thời gian giữ ngắn cho năng xuất cao.

Hệ thống bắn keo cần đảm bảo bắn keo chính xác vị trí cần thiết. Qua đó đề xuất một số ý tưởng sau:

               Sử dụng đầu phun keo kèm theo bộ nấu keo có bán ngoài thị trường đi kèm theo

Hình 3.7 NDC New Wind Series Economy Melter

Hình 3.8 NDC hot melt glue gun

 

               Sử dụng con lăn để lăn keo theo chu kỳ

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý dùng con lăn dán keo

               Sử dụng đầu bắn keo với cơ cấu mở đầu vòi và đẩy keo sử dụng khí nén

         

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý đầu bắn keo tự động bằng khí nén

 

Hệ thống dập thành hình cần đảm bảo dập gấp các mặt đúng thứ tự. Qua đó đề xuất một số ý tưởng sau:

               Sử dụng hệ thống thủy lực gồm 3 xy lanh thực hiện các chức năng: 1 dập chính, 2 dập bên

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý dùng 3 xy lanh khí nén

2 xy lanh bên có nhiệm vụ dập mặt bên đã dán keo lại với nhau

               Sử dụng hệ thống thủy lực gồm 1 xy lanh và khuôn cái có khả năng thay đổi hình dạng tùy theo vị trí của khuôn dập.

 

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý dập hộp giấy (mặt đứng)

 

 

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý dập hộp giấy (mặt bên)

               Sử dụng trục khủy thanh truyền thay cho xy lanh điều khiển chuyển động dập theo chu kỳ

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý dập hộp sử dụng trục khủy thanh truyền

3.5.                Đánh giá và lựa chọn ý tưởng thiết kế

Đánh giá sơ bộ ý tưởng:

*    Bước 1: chuẩn bị ma trận lựa chọn (lập bảng bên dưới)

-      Các ý tưởng được liệt kê theo hàng ngang đầu tiên của ma trận lựa chọn.

-      Các tiêu chí lựa chọn được xếp dọc theo cột bên trái của ma trận. Các tiêu chí này được đưa ra dựa trên kết quả khảo sát nhu cầu khách hàng hoặc dựa trên những yêu cầu của nhà sản xuất, ví dụ như: năng suất, tính đa năng của máy…

-      Chọn một trong số những ý tưởng trên làm chuẩn. Ý tưởng được chọn làm chuẩn có thể là một trong số những trường hợp sau:

+     Một sản phẩm thiết kế đúng theo tiêu chuẩn công nghiệp.

+     Một ý tưởng mà tất cả thành viên trong nhóm đều quen thuộc.

+     Một sản phẩm hiện có trên thị trường.

+     Một sản phẩm hiện đại, công nghệ cao…

*    Bước 2: đánh giá những ý tưởng

Các ý tưởng được so sánh với ý tưởng chuẩn theo các tiêu chí lựa chọn và được cho điểm vào ô tương ứng theo các mức sau:

+     Tốt hơn: +

+     Tương đương: 0

+     Kém hơn: –

 

Bảng 3.3 Bảng đánh giá sơ bộ ý tưởng

Ý tưởng Tiêu chí	1.1	1.2	2.1	2.2	2.3	3.1	3.2	3.3
Năng suất cao	+	+	+	+	+	+	+	+
Giá thành rẻ	0	0	-	+	+	-	-	+
Dễ chế tạo, lắp ráp	0	+	+	-	-	-	-	-
Điều khiển dễ dàng	+	-	-	-	+	-	-	+
Dễ sửa chữa bảo trì	0	+	0	0	0	-	-	-
Chi phí vận hành	-	+	-	0	0	-	+	+
Tuổi thọ	0	+	+	+	+	-	-	+

 

*    Bước 3: xếp hạng các ý tưởng

Sau khi đánh giá ý tưởng theo các mức trên, nhóm thiết kế tính tổng số các điểm +, –, 0 và điểm tổng cộng của từng ý tưởng. Xếp hạng các ý tưởng theo kết quả của điểm tổng cộng.

 

Bảng 3.4 Ma trận đánh giá ý tưởng

Ý tưởng Tiêu chí	1.1	1.2	2.1	2.2	2.3	3.1	3.2	3.3
Năng suất cao	+	+	+	+	+	+	+	+
Giá thành rẻ	0	0	-	+	+	-	-	+
Dễ chế tạo, lắp ráp	0	+	+	-	-	-	-	-
Điều khiển dễ dàng	+	-	-	-	+	-	-	+
Dễ sửa chữa bảo trì	0	+	0	0	0	-	-	-
Chi phí vận hành	-	+	-	0	0	-	+	+
Tuổi thọ	0	+	+	+	+	-	-	+
Tổng điểm +	2	5	3	4	4	1	2	5
Tổng điểm 0	4	1	1	2	2	0	0	0
Tổng điểm –	1	1	3	2	1	6	5	2
Điểm tổng cộng	1	4	0	2	3	-5	-3	3
Xếp hạng	2	1	3	2	1	3	2	1
Có nên tiếp tục không?	không	có	không	có	có	không	không	có

 

 

*    Bước 4: kết hợp và cải tiến ý tưởng

Sau khi có kết quả đánh giá và xếp hạng các ý tưởng, phải xem xét xem liệu có thể cải tiến hoặc kết hợp các ý tưởng với nhau theo một trong hai hướng sau:

+     Có thể cải tiến mặt hạn chế nhưng vẫn giữ được những ưu điểm của một ý tưởng tốt nào đó hay không?

+     Có thể kết hợp hai ý tưởng với nhau để giữ lại những ưu điểm và loại bỏ những mặt hạn chế của chúng hay không?

 

          Tính điểm và lựa chọn ý tưởng

*    Bước 1: chuẩn bị ma trận lựa chọn (lập bảng bên dưới)

Ma trận quyết định lựa chọn có thêm cột trọng số. Các tiêu chí lựa chọn được gán cho một trọng số (tính theo giá trị %), các trọng số này được xác định dựa vào sự nhất trí của người thiết kế.

*    Bước 2: đánh giá và cho điểm các ý tưởng

Các ý tưởng được so sánh với các tiêu chí chuẩn và được cho điểm vào ô tương ứng theo các mức sau:

+     Tốt hơn rất nhiều: 5

+     Tốt hơn: 4

+     Tương đương: 3

+     Kém hơn: 2

+     Kém hơn rất nhiều: 1

Có một điểm khác biệt trong ma trận tính điểm và lựa chọn các ý tưởng, đó là các tiêu chí được chọn làm chuẩn có thể không thuộc cùng một ý tưởng.

 

Bảng 3.5 Bảng đánh giá ý tưởng

 

Tiêu chí	Ý tưởng
	2.2	2.3
	Điểm	Điểm
Năng suất cao	4	5
Giá thành rẻ	4	4
Dễ chế tạo, lắp ráp	3	2
Điều khiển dễ dàng	1	5
Dễ sửa chữa bảo trì	3	3
Tuổi thọ cao	5	5
Chi phí vận hành	3	5

 

*    Bước 3: tính điểm và xếp hạng các ý tưởng

Tính tổng điểm của từng ý tưởng theo công thức:

r_ij : điểm tiêu chí thứ I của ý tưởng j

w_i : trọng số của tiêu chí thứ i

n : tổng số tiêu chí

S_j: tổng điểm cho ý tưởng j

Xếp hạng các ý tưởng theo tổng điểm (đã tính trọng số).

 ....

*    Bước 5: Lựa chọn một hoặc một vài ý tưởng

Dựa vào ma trận tính điểm, nhóm thiết kế chọn ra một hoặc một vài ý tưởng có tổng điểm cao nhất.Những ý tưởng này có thể được phát triển thêm, tạo mẫu và kiểm tra nhằm tìm ra đúng nhu cầu của khách hàng.

*    Bước 6: Thẩm định kết quả và quá trình

Đây được xem như bước cuối cùng của quá trình lựa chọn ý tưởng thiết kế. Nói một cách khác, khi đã đi đến giai đoạn này của quá trình phát triển ý tưởng thì xem như đã “cưỡi trên lưng cọp” nên người thiết kế phải cảm thấy thật thoải mái về những vấn đề đã thảo luận và ý tưởng họ đưa ra sẽ thỏa mãn nhu cầu của khách hàng nhiều nhất cũng như sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

1.1.                Kết luận

Sau khi lập ma trận lựa chọn, tính điểm, ta chọn ra được ý tưởng thiết kế tối ưu như sau:

Bộ phận cấp giấy: Chọn ý tưởng sử dụng con lăn để cung cấp giấy cho khả năng cấp giấy liên tục với nằng xuất cao và không sử dụng khí nén ( chi phí vận hành thấp).

Bộ phận bắn keo: Chọn ý tưởng dùng đầu bắn keo sử dụng nam châm điện với dòng keo được cung cấp áp bởi xy lanh khí nén bên ngoài.

Bộ phận dập tạo hình: Chọn ý tưởng sử dụng 1 xy lanh khí nén nhằm dễ dàng điều khiển và tiết kiệm lượng khí nén trong quá trình vận hành.

 

 

Chương 2             TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.1.                Kích thước và hình dáng mẫu giấy

Dựa trên kích thước thông thường của hộp cơm xốp thông dụng và tính năng cần thiết cho ra dạng mẫu giấy như sau:

Hình 4.1 Hình dáng mẫu giấy hộp cơm giấy

2.2.                Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý

2.3.                Lựa chọn thông số kỹ thuật chung cho hệ thống

Qua khảo sát thị trường các loại máy dập hộp giấy và hộp xốp thông dụng, nhằm đảm bảo tính cạnh tranh về mặt năng suất, các thông số kỹ thuật chung của sản phẩm được lựa chọn như sau:

Năng suất: 100 - 150 hộp/giờ

Vật liệu làm hộp: Giấy phủ PE/PLA

2.4.                Tính toán thiết kế cụm cấp giấy

Sơ đồ nguyên lý cụm cấp giấy

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý cấp giầy bằng con lăn ma sát

Sơ đồ động cụm cấp giấy

Hình 4.4 Sơ đồ dẫn động cụm cấp giấy

Tính toán yêu cầu kỹ thuật bộ truyền động

Khoảng cách trục lớn nhất giữa 2 puly

a_max =  = 239.5 mm

Quãng đường cần vận chuyển mẫu giấy trong mỗi chu kỳ máy

L = 3.(Chiều dài mẫu giấy) = 3*479,17 = 1437,51 mm

Thời gian tối đa cho phép di chuyển mẫu giấy tới vị trí dập:

Với năng suất 120 ~ 150 hộp/h

ð thời gian tối đa cho mỗi hộp :  24 s ~ 30 s

Vận tốc mẫu giấy tối thiểu:

v = 59,9 mm/s

Với puly lăn giấy có D = 84 mm

ð    Tốc độ quay trục puly =  = 0,23 vg/s = 13 vg/ph

Chọn tốc độ quay trục puly là 20 vg/ph => cấp liệu trong khoảng thời gian

t = 16,34 s

Lựa chọn động cơ

Yêu cầu thiết kế:

Động cơ cần vận chuyển mẫu giấy riêng lẻ, công suất nhỏ.

Có khả năng thay đổi tốc độ - ngừng xoay liên tục chu kỳ trên 150 lần /phút.

ðChọn động cơ DC series SS40E2-B-125 24V 0,8A 20 rpm có thông số kỹ thuật như sau:

Hình 4.5 Thông số kỹ thuật động cơ DC SS40E2-B-125

Tính toán bộ truyền bánh răng

Chọn vật liệu thép 45Cr tôi cải thiện có độ rắn trung bình HB = 250

Số chu kỳ làm việc cơ sở:

          N_HO = 30HB^2,4 = 30.250^2,4 = 1,71.10⁷ chu kỳ

          N_FO  = 5.10⁶ chu kỳ

          N_HE  = =60.1.20.(1³.16/24 + 0³.8/24).8000 = 6,4.10⁶ chu kỳ

          N_FE = 60.1.20.(1⁶.16/24 + 0⁶.8/24).8000 = 6,4.10⁶ chu kỳ

          K_HL =  = 1,18

          K_FE > K_FO => K_HF = 1

Giới hạn mỏi

           = 570 Mpa

           = 450 Mpa

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Ứng suất uốn cho phép:

 

Vì bộ truyền để hở ta tính theo độ bền uốn:

Chọn số răng:

ðz₁ = z₂ = z = 50 răng.

Hệ số dạng răng Y_F =

Chọn  khi đó

Hệ số tải trọng tập trung

Xác định modun m theo độ bền uốn

Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng:

Đường kính vòng chia

d = z.m = 50 mm

Khoảng cách trục:

Đường kính vòng đỉnh

d_a =d + 2m = 50 + 2.1 = 52 mm

Chiều rộng vành răng

Tính toán bộ truyền đai răng

Công suất tính toán:

Với công suất tính toán trên và số vòng quay n = 20 vg/ph ta chọn đai dạng L

bước đai p = 9,525 mm

Với đai dạng L và n < 900 vg/ph ta chọn số răng bánh đai z = 12

Xác định chiều rộng đai:

Chọn chiều rộng b theo tiêu chuẩn b = 19,1 mm

Thông số hình học bộ truyền

Đường kính vòng chia d = mz = 3.12 = 36 mm

Đường kính vòng ngoài bánh đai

d_a = mz- 2δ = 34,8 mm

Khoảng cách trục nhỏ nhất a_min

a_min = 0,5(d1 + d2) + C = 45 mm

Chọn a = 200 mm

Số răng đai zđ = 54,46 chọn zđ = 56 răng

Chiều dài đai l_d = z_d.p = 527,52 mm

ð khoảng cách trục a = 207,24 mm

2.5. Tính toán thiết kế cụm đùn keo

Dựa vào kích thước mẫu giấy ta có diện tích cần phủ keo tương ứng cho mỗi hộp như sau

S = n.S_i

Với:

-        n là số vị trí cần phủ keo

-        S_i là diện tích cần phủ keo tương ứng với từng vị trí

S = 8.6 = 48 cm² = 4,8.10^-3 m².

Lượng keo cần thiết cho 1 đơn vị diện tích là 24 g/ft2 tương đương 258,334 g/m2.

ðLượng keo cần sử dụng cho mỗi hộp

4,8.10^-3.258,334 = 1,24 g

Với đầu vòi phun cách mặt giấy 6cm yêu cầu keo được bắn không lệch khỏi vị trí quá 1 mm

Ta có vận tốc dòng keo tại đầu phun như sau

V =    =  = 6 m/s

Vì tốc độ bắn keo lớn khuyến khích sử dụng loại keo có độ nhớt thấp

Ta chọn 3Mtm hot melt adhesive 3750Tan với độ nhớt là 1900 tại 357^oF

Từ yêu cầu lượng keo cho mỗi hộp ta có thời gian cần thiết mở đầu phun như sau:

S.v.t.8 =

Trong đó theo ta có khối lượng riêng của keo: 0.93 g/cm3

Như vậy thời gian cần thiết cho mỗi lần bắn keo là t = 0.035 s

Lưu lượng keo trong khoảng thời gian bắn keo là :

Với lượng keo yêu cầu là 1,24 (g/hộp) và yêu cầu kỹ thuật 150 (hộp/h)

ðNăng suất của máy đùn 186 g/h

Tính toán xy lanh tạo áp suất đùn keo

Với vận tốc tại đầu phun là 6m/s (cho rằng tiết diện đầu phun là không đáng kể so với tiết diện trong xy lanh và chênh lệch độ cao là không đáng kể) Ta có:

 = constant

=> Áp suất cần thiết tại xy lanh là:

= 16740 N/m²

Thể tích xy lanh cần cung cấp cho mỗi hộp:

V =1,24/9,3.10^-4=1333,3 (mm³)

Cho đường kính trong là 20 mm

ðHành trình di chuyển cho mỗi chu kỳ dập : 4,24 (mm)

ðLực cần tác động lên xy lanh để cung cấp áp xuất cho keo: 5,259 N

Bảng 4.1 bảng chọn mica band heater

Lựa chọn mica band heaters MBH-101085A/120 có đường kính trong là 25 mm để cung cấp nhiệt giữ cho keo ở dạng lỏng trong xy lanh nén.

Với L = 1,15D:

Chọn vật liệu làm piston là hợp kim nhôm LM30 với vật liệu làm vòng đệm piston là PTFE.

Ta chọn:

D = 20 mm, L = 23 mm

Chiều dày đầu piston:

Vòng piston:

Đường kính vòng piston được tính theo công thức:

Vòng đệm piston

t₂ = 0,7t₁ ~ t₁ = 0,924 ~ 1,32 mm

t_2min  =  = 20/10.2 = 1 mm (Chọn số vòng đệm piston z là 2)

Đỉnh piston

h₁ = t_h1 ~ 1.2t_h  = 2,14 ~ 2,57 mm => h₁ = 2,5 mm

h₂ = 0,75h₁ ~ h₁ = 1,875 ~ 2,5 mm => h₂ = 2  mm

Với tải trọng cần đạt được là 5,259 N xem như không đáng kể ta chọn xy lanh AMALB 32 25 Có đường kính trong là 32 và hành trình là 25 mm.

2.6.                Tính toán thiết kế cụm dập

Sơ đồ nguyên lý má khuôn dập

Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý má khuôn dập

Lựa chọn lò xo đẩy

Hành trình má trượt theo thiết kế là: 18,82 mm

ðChọn lò xo C.075.125.0500.A Với chiều dài tự nhiên : 50 mm, Chiều dài nén tối đa 30,12 mm => hành trình nén cho phép: 19,88 mm (thỏa mãn)

Bảng 4.2 Bảng thông số kỹ thuật lò xo nén C.075.125.0500.A

Lực đẩy cần thiết của xy lanh thủy lực để đẩy má khuôn:

Lựu chọn xy lanh khí nén

Dựa theo kích thước mẫu giấy yêu cầu tối thiểu hành trình là 230 mm

Với yêu cầu tải trọng không đáng kể chọn AMALB 32 250 Tx2

Bảng 4.3 Bảng chọn xy-lanh khí nén

Lựa chọn đường dẫn hướng lăn

Lực tách động lên má khuôn giai đoạn I là F = 80,43 N đối với mỗi má khuôn

Hành trình trượt ~ 18,82 mm

Ta có:

Với khối lượng đế không đáng kể

Hình 4.7 Sơ đồ vị trí tác dụng lực lên đường dẫn hướng lắn

P₁ = P₃ = 52,28 N

P₂ = P₄ = -12,06 N

Với:

a = 0 mm

                    b = 80 mm

          c = d = 100 mm

Với khối lượng má khuôn xem như không đáng kể bỏ qua quán tính: P_qt = 0

Lựa chọn kích thước sơ bộ sống lăn

Tổng chiều dài dy chuyển sống trượt

Hệ số khả năng tải động

 

Xem như bỏ qua quán tính chọn MGW7C Với khả năng tải động 1,37 kN

Hình 4.8 Hình dáng cơ bản đường dẫn hướng lắn MGW-C/MGW-H

Bảng 4.3 Bảng thông số kỹ thuật của một số đường dẫn hướng lăn

2.7.                Tính toán yêu cầu nguồn cấp khí nén

Tính lượng khí nén yêu cầu:

Với xy lanh khí nén có đường kính trong là 32mm ta có:

Tiết diện xy lanh hành trình đi là: 804 mm²

Tiết diện xy lanh hành trình về là: 726 mm²

Lượng khí nén cần cho 1 chu kỳ bắn keo có hành trình là 4,24 mm

ðLượng khí nén cần sử dụng:

V = V_đi + V_về = (804 + 726).4,24 = 2,475.10^-3 (m³)

Lượng khí nén cần cho chu kỳ dập thành hình có hành trình là 250 mm

ðLượng khí nén cần sử dụng:

ðV = V_đi + V_về = (804 + 726).250 = 0,146 (m³)

Lượng khí nén cần sử dụng:

22,26 m³/h hay 0,37 m³/ph

Lưu lượng thực tế do hao tổn trên đường truyền:

V_tt = 1,5.V_lt = 1,5.0.37 = 0.555 (m³/ph)

Tính áp suất khí nén yêu cầu:

Tải trọng yêu cầu cho xy-lanh nén keo: 5,259 N

Đường kính xy-lanh : 32 mm

ðÁp suất khí nén tối thiểu yêu cầu

Áp suất tuyệt đối tối thiểu càn cung cấp cho bộ nén keo:

          P_td = p + p_atm  = 101325 + 6539,03 = 107864,03 (N/m²) hay 1,08 bar

 

Tải trọng yêu cầu cho xy lanh dập: 12,53 N

Đường kính xy-lanh : 32 mm

ðÁp suất tối thiểu yêu cầu

Áp suất tuyệt đối tối thiểu càn cung cấp cho bộ nén keo:

          P_td = p + p_atm  = 101325 + 15584,57= 116909,57 (N/m²) hay 1,17 bar

Hệ thống nén keo và dập hộp giấy không hoạt động đồng thời mà liên tiếp nhau do đó ta lấy áp suất tối thiểu cần thiết để vận hành là: 1,17 bar

ðTa chọn áp suất hoạt động của hệ thống khí nén là 2 bar

Công suất hoạt động của máy nén khí:

Như vậy ta đề xuất chọn máy nén khí piston Hanshin model – GH-1 Có công suất 0.75 kW cho trường hợp sản xuất tại nơi không có hệ thống khí nén tập trung

Bảng 4.4 Bảng thông số kỹ thuật của một số máy nén khí piston

2.8.                Lựa chọn một số thiết bị khác

Lựa chọn valve điện từ khí nén:

Với xy-lanh khí nén AMALB 32 có cổng khí nén kích cỡ G 1/8” ta chọn valve điện từ khí nén DS3 130-5G-01

Bảng 4.5 Bảng chọn valve điện từ khí nén dòng DS3000

Với mạch khí nén như sau:

Hình 4.9 Sơ đồ mạch khí nén

Lựa chọn lò xo xoắn:

          Ta có đường kính vòng trong tối thiểu là: 5 mm

          Góc xoắn tự nhiên tối thiểu là 90^o

Như vậy ta chọn lò xo xoắn G.090.100.0525 có đường kính trong 7 mm

Lựa chọn lò xo nén đầu bắn keo:

Cho áp suất làm việc tối đa của hệ thống là 10 bar

ðLực do xy-lanh đùn keo sinh ra là:

ðÁp suất keo trong đường ống là:

ðLực đẩy tối đa tác dụng lên lò xo là:

Đường kính ngoài cho phép: 9 mm

Như vậy ta chọn

          Lò xo nén C.080.130.0120.I có đường kính ngoài 8 mm, độ cứng 20,07 N/mm, chiều dài tự nhiên 12 mm và chiều dài cho phép 9,32 mm

ðChiều dài nén cần thiết để đáp ứng lực là: 10,303 ta chọn 10 mm

ðLực nén tối đa của lò xo là: 53,78 N

Lựa chọn nam châm điện cho đầu bắn keo:

          Ta có lực tối thiểu cần thiết để mở đầu bắn keo là:

Như vậy ta chọn nam châm điện 2,5kg 24V-100mA

Lựa chọn đường ống dẫn keo cho hệ thống:

Hệ thống sử dụng keo nhiệt 3750Tan có nhiệt độ chảy là 375^oF hay 190^oC với áp suất tối đa trong đường ống là 26 bar

Như vậy ta chọn ông trơn 1 lớp chịu áp suất md/T1 có khả năng đáp ứng nhiệt độ 250 ^oC và khả năng chịu áp suất là 275*0,83 = 228,25 bar tại nhiệt độ 200^oC và đường kính trong 4 mm

Để đảm bảo kích thước hệ thống nhỏ gọn ta chọn lớp vỏ nhựa PA có nếp với đường kính ngoài 43 mm và bán kính cong tối thiểu là 200 mm

Chương 3             THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1.                Chu trình hoạt động

Chu trình khởi động

	T1	T2	T3
DC 1
DC 2
Xy lanh 1
Xy lanh 2
Súng bắn keo

Bảng 5.1 Tín hiệu chu trình khởi động

Với chu trình trên ta có tín hiệu điều khiển tương ứng với từng giai đoạn là:

T1: 00100

T2: 00101

T3: 00000

Chu trình hoạt động

	T1	T2	T3	T4	T5	T6
DC 1
DC 2
Xy lanh 1
Xy lanh 2
Súng bắn keo

Bảng 5.2 Tín hiệu chu trình hoạt động

Với chu trình trên ta có tín hiệu điều khiển tương ứng với từng giai đoạn là:

T1: 11000

T2: 01000

T3: 01100

T4: 01101

T5: 01010

T6: 01000

Thời gian cần đề động cơ dc 1 đưa mẫu giấy vào vị trí cần thiết

Cho rằng thời gian gia tốc từ 0 => 20 vg/ph là không đáng kể.

Với tốc độ vòng quay là 20 vg/ph, đường kính puly kéo giấy là 84mm và khoảng cách tối thiểu cần di chuyển là 124 mm, khoảng cách tối đa được phép di chuyển là 447 mm

ðThời gian tối thiểu để động cơ dc1 đưa mẫu giấy vào vị trí là: 1,41 s

ðThời gian tối đa động cơ dc1 được phép hoạt động là: 5,08 s

Như vậy ta chọn thời gian động cơ dc 1 hoạt động trong 1 chu kỳ là 2s

Thời gian cần để động cơ dc 2 đưa mẫu giấy vào vị trí cần thiết

Với tốc độ quay của các puly kéo giấy là 20 vg/ph và tổng hành trình cần di chuyển của mẫu giấy là 1092 mm

ðThời gian tối thiểu để đưa mẫu giấy vào vị trí dập là 12,41 s

ðThời gian tính từ thời điểm động cơ dc1 tắt đến khi bắt đầu quá trình bắn keo + dập là: 10,41 s, ta chọn t2 = 11s

Thời gian cần mở đầu bắn keo

Từ kết quả tính toán ở phần 3.5 ta có thời gian cần thiết để mở đầu bắn keo là: 0,035s

Với thời gian cần thiết để mở đầu bắn keo là 0,035s ta chọn thời gian cho xy-lanh 1 hoạt động là 1s.

Thời gian cho chu trình dập

ðTừ phần 3.4 ta có với năng xuất làm việc là 150 hộp/h => thời gian cho mỗi chu trình là 24s

ðThời gian dành cho xy lanh 2 là: 10s

Với thời gian tương ứng với mỗi chu trình như vậy ta có:

Chu trình khởi động: t1 = 0,956; t2 = 0,035; t3 = 1

Chu trình hoạt động: t1 = 2; t2 = 11; t3 = 0,956; t4 = 0,035; t5 = 5; t6 = 5

3.2.                Thiết kế thuật toán điều khiển

Nhằm đơn giản hóa thiết kế mạch điều khiển và giảm giá thành sản phẩm. Ta chọn phương pháp điều khiển dựa trên timer.

Ta có thuật toán điều khiển như sau:                 

Sơ đồ 5.1 Sơ đồ khối thuật toán điều khiển

Trong đó:

Signals[] là mảng chứa tín hiệu đầu ra tương ứng với từng giai đoạn trong chu trình hoạt động.

Times[] là thời gian tương ứng với từng giai đoạn.

3.3.                Lựa chọn linh kiện cho mạch điều khiển

Sử dụng vi điều khiển xuất ra tín hiệu điều khiển relay tương ứng với mỗi chu kỳ làm việc:

Nguồn điều khiển: Chọn nguồn 5V-2A 10W cho mạch điều khiển

Hình 5.1 Nguồn tổ ong 5V-2A

Nguồn động lực: Chọn nguồn động lực yêu cầu cho 2 động cơ DC SS40E2 24V 0,8A, 2 valve điện từ khí nén 5/2 DS3 130-5G-01 24V và 8 nam châm điện 2,5kg 24v -100 mA

Như vậy ta chọn nguồn 24V-5A 120W cho mạch động lực

Hình 5.2 Nguồn tổ ong 24V-5A

Để thực hiện thao tác điều khiển lên mạch động lực ta dùng 5 rơ-le 5v 80mA có khả năng đóng ngắc tối đa DC 30V-10A.

Hình 5.3 Rơ le 5V

3.4.                Chương trình điều khiển

Sử dụng tính năng ngắc và timer0 có sẵn trên vi điều khiển, đề xuất sử dụng chương trình như sau:

Khai báo biến toàn cục cho chương trình, trong đó:

t: đếm thời gian và lưu lại bằn timer với giá trị tăng 1 đơn vị mỗi 0,01s

times0: mảng chứa khoảng thời gian tương ứng cho từng tín hiệu trong chu trình hoạt động

times1: mảng chứa khoảng thời gian tương ứng cho từng tín hiệu trong chu trình khởi động

signals0: mảng chứa tín hiệu cho chu trình hoạt động

signals1: mảng chứa tín hiệu cho chu trình khởi động

step: biến lưu trữ vị trí tín hiệu hiện tại trong mảng tín hiệu

chutrinh: biến lưu trữ chương trình đang chọn

Hình 5.4 biến toàn cục mạch điều khiển

Chương trình sử dụng timer để xuất ra tín hiệu điều khiển tương ứng

Tương ứng với mỗi lần tràn timer hàm INT_TIMER0 được gọi và tăng giá trị t lên 1 đơn vị

Kiểm tra chu trình đang được chọn

Kiểm tra đạt đủ thời gian cần thiết

Kiểm tra tràn quá mảng tín hiệu thì reset lại step = 0

Xuất tín hiệu điều khiển qua portD

Reset lại timer0.

Hình 5.5 Chương trình cho timer0

Chương trình sử dụng tín năng ngắc ngoài để chuyển đổi chu trình hoạt động của máy

Nhận tín hiệu ngắc ngoài từ pinb0 chương trình toggle chu trình được chọn giữa 2 giá trị 1 và 0, trong đó:

1 là chu trình hoạt động

0 là chu trình khởi động

Hình 5.6 Chương trình cho ngắc ngoài

Chương trình chính khai báo sử dụng timer và ngắc ngoài

Thiết lập chu trình được chọn là chu trình khởi động chutrinh = 0

Thiết lập step = 5 để chu trình tự reset lại step 1 sau lần tràn timer đầu tiên

Thiết lập t = 500 để đạt giá trị hoàn thành giai đoạn cuối của chu trình hoạt động

Thiệt lập timer0 với prescaler RTCC_DIV_256 và giá trị ban đầu là 60

Cho thời gian tràn là 255.0,2.(255-60) =9984 xấp xỉ 0,01 s

Thiết lập ngắc ngoài cạnh xuống xung và đặt pin b0 ở chế độ input

Hình 5.7 chương trình chính

3.5.                Mô phỏng điều khiển

Mô phỏng hoạt động của chương trình bằng proteus và kiểm tra tín hiệu đầu ra bằng VSM Logic Analyser.

Hình 5.8 Mạch mô phỏng

Hình 5.9 Chu trình 1

Hình 5.10 Chu trình 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]       Lê Đức Hạnh - nhà xuất bản ĐHQG-HCM - Lập trình vi điều khiển họ pic và ứng dụng

[2]       Lê Khánh Điền – nhà xuất bản ĐHQG-HCM - Vẽ kỹ thuật cơ khí

[3]       Anthony Esposito - Fluid power with application 7^th

[4]       Trịnh Chất – Lê Văn Uyển - nhà xuất bản giáo dục Việt Nam - Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí

[5]       Nguyễn Hữu Lộc – nhà xuất bản ĐHQG-HCM – Giáo trình cơ sở thiết kế máy

[6]       3M Hot Melt Adhesive 3750LM-3750 Teachnical Data

[7]       Computational Analysis of Reciprocating Compressor Piston for Life Time Performance - Kalpa Publications in Engineering Volume 1, 2017, Pages 354–364

[8]       Eltherm Heated hoses – pressure hoses catalog

[9]       Mercury Pneumatic Cylinder catalog

[10]   AZCO Selenoid Valves Engineering Information

[11]   HIWIN Linear Guideways Technical Information

[12]   Phil Billings - Paper Feed Separation Rollers