LUẬN VĂN THIẾT KẾ MÁY DẬP DÁN HỘP GIẤY TỰ ĐỘNG ĐH Bách Khoa HCM

MỤC LỤC              

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 1.2 Thói 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 1.3 Văn 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 1.7 Quy 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 1.8 Hình 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 1.9Hình 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, tính năng,…

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

-  Sử dụng phương pháp thăm dò khảo sát đối tượng:

+ 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 :

-  Thị trường.

-  Mục đích sử dụng.

-  Tính năng, yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

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 phương án.

...

*    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.

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.

1.1.     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 10Wcho 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

1.2.     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

1.3.     Mô phỏng điều khiển

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