NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CHIẾT RÓT NƯỚC BÌNH 21 LÍT
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
________________ ___________________
Bộ Môn Công Nghệ Chế Tạo Máy
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy chiết rót nước bình 21 lít
Họ tên sinh viên:
Ngành đào tạo: Cơ khí chế tạo máy Hệ: Đại học
Khóa:
1. Tên đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy chiết rót nước bình 21 lít”.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Chiết rót 50 bình 21 lít trong 1 giờ
- Thời gian xúc rửa mỗi bình là 5 giây
- Điện áp đầu vào 220V
- Các tài liệu, sách, giáo trình có liên quan, tìm hiểu thực tế ở các cơ sở sản xuất, các nhà máy, xí nghiêp về quy trình chiết rót nước…
3. Nội dung chính của đồ án
- Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, mục đích và nhiệm vụ đề tài.
- Tính toán, thiết kế và tìm ra Phương án tối ưu cho hệ thống chiết rót nước bình 21 lít.
- Kết luận và kiến nghị: những ưu và khuyết điểm của mô hình, khả năng ứng dụng của mô hình vào thực tế.
4. Bản vẽ
- Bản vẽ nguyên lý hệ thống chiết rót nước bình 21 lít (A0)
- Bản vẽ lắp (A0)
- Tập bản vẽ chi tiết (A3)
5. Ngày giao đồ án: 25/02/2014
6. Ngày nộp đồ án: 17/07/2014
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
TÊN ĐỀ TÀI
“ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy chiết rót nước bình 21 lít ”
Đề tài nghiên cứu của nhóm chúng em dựa trên nhu cầu thực tiễn, đảm bảo vệ sinh, an toàn thực phẩm, giá thành rẻ. Kết cấu máy gọn nhẹ chiếm ít diện tích làm việc, ứng dụng cơ cấu malt (biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay ngắt quãng) làm cơ cấu truyền lực chính. Biết áp dụng các kiến thức về Nguyên lý máy, Dung sai, Công nghệ chế tạo máy vào trong việc thiết kế chế tạo.
Qua tìm hiểu và khảo sát nhu cầu của thị trường nhóm chúng em đã đưa ra ý tưởng về đề tài “Máy chiết rót bình 21 lít”. Nhóm chúng em lên ý tưởng, lựa chọn nhiều phương pháp khác nhau và chọn ra một phương án tối ưu nhất với khả năng của chúng em (thời gian, chi phí…) tính toán và thiết kế bản vẽ sơ bộ, thông qua ý kiến của giáo viên hướng dẫn, đàn anh đi trước. Sau quá trình tính toán và lên bản vẽ thiết kế, chúng em mua vật liệu về gia công, riêng những chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa (nhông, sên, dĩa, ổ đỡ…) thì mua về lắp ráp. Cuối cùng là lắp ráp, chỉnh sửa, vận hành thử.
Qua quá trình vận hành thử nghiệm nhóm cho thấy máy hoạt động tốt, ổn định, năng suất tương đương với yêu cầu lúc trước đề ra. Bên cạnh đó vẫn còn tồn tại những mặt hạn chế như quá trình gia công sai số nên thiếu chính xác cho việc lắp ráp, do còn thiếu nhiều kinh nghiệm nên lúc thiết kế có nhiều vị trị khó canh chỉnh…
Sau khi hoàn thành xong đồ án nếu có điều kiện nhóm chúng em sẽ tiếp tục cải tiến và nâng cấp hệ thống máy, bổ sung cơ cấu cấp nắp, siết nắp và dán co màng… để cho hệ thống chiết nước nước bình 21 lít của nhóm chúng em được hoàn thiện hơn.
MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ................................................................................................................... i
LỜI CAM KẾT............................................................................................................................ ii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ...................................................................................................................... iv
MỤC LỤC .................................................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................................. vi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................................ 1
1.1 Tính cấp thiệt của đề tài.......................................................................................................... 1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài................................................................................ 1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài............................................................................................... 1
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 1
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................................... 1
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................. 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................................... 2
1.6 Cơ sở phương pháp luận ........................................................................................................ 2
1.7 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể...................................................................................... 2
1.8 Kết cấu ĐATN ...................................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ............................................................ 4
2.1 Giới thiệu ............................................................................................................................... 4
2.2 Phân loại các máy chiết rót .................................................................................................... 5
2.3 Cơ cấu rót của máy phận lượng ............................................................................................. 5
2.3.1 Cơ cấu rót kiểu van ............................................................................................................. 5
2.3.2 Cơ cấu rót kiểu van xoáy để rót đẳng áp chất lỏng có nạp khí ........................................... 6
2.3.3 Cơ cấu rót kiểu van chắn .................................................................................................... 7
2.3.4 Cơ cấu rót kiểu van có bình lường cố định ......................................................................... 8
2.3.5 Cơ cấu rót có chi tiết che kiểu van trượt ............................................................................ 9
2.3.6 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt ............................................................................... 10
2.3.7 Cơ cấu định lượng nhão ...................................................................................................... 10
2.4 Các loại máy chiết rót ............................................................................................................ 11
2.4.1 Máy chiết rót dùng nghiên lý tràn đầy hệ thống ................................................................. 11
2.4.2 Máy chiết rót dùng nghiên lý servo làm hệ thống bơm ...................................................... 12
2.4.3 Máy chiết rót dùng nghiên lý điền đầy theo thời gian......................................................... 14
2.4.4 Máy chiết rót dùng nghiên lý piston ................................................................................... 15
2.4.5 Máy chiết rót dùng nghiên lý trọng lượng tịnh ................................................................... 16
2.5 Quy trình của một hệ thống chiết rót .................................................................................... 16
2.6 Kết cấu của hệ thống ............................................................................................................. 17
2.7 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài ...................................................................................... 17
2.7.1 Các nghiên cứu trên thế giới .............................................................................................. 18
2.7.2 Các nghiên cứu trong nước ................................................................................................. 18
2.8 Các tồn tại của hệ thống ........................................................................................................ 19
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN ĐƯA RA PHƯƠNG ÁN CHO HỆ THỐNG ......... 20
3.1 Yêu cầu của đề tài ................................................................................................................. 20
3.2 Các thông số thiết kế ............................................................................................................ 20
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đền quá trình chiết rót ....................................................................... 20
3.4 Nguyên lý hoạt động .............................................................................................................. 20
3.5 Các phương án lựa chọn ........................................................................................................ 21
3.5.1 Cơ cấu Geneva .................................................................................................................... 21
3.5.2 Hộp giảm tốc ....................................................................................................................... 23
3.5.3 Bộ truyền xích ..................................................................................................................... 24
3.5.4 Lựa chọn phương án cấp phôi ............................................................................................ 25
3.5.5 Sơ đồ mạch điều khiển ........................................................................................................ 27
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Phần 1: Tính toán động cơ và tỷ số truyền .................................................................................. 28
4.1.1 Công suất trên trục công tác ............................................................................................... 28
4.1.2 Tính toán công suất hệ thống .............................................................................................. 28
4.1.3 Chọn động cơ....................................................................................................................... 29
Phần 2: Tính toán bộ truyền xích.................................................................................................. 33
4.2.1 Bộ truyền xích 1 .................................................................................................................. 33
4.2.1.1 Chọn loại xích .................................................................................................................. 33
4.2.1.2 Xác định các thông số của truyền xích............................................................................. 33
4.2.1.3 Tính kiểm nghiệm về độ bền xích..................................................................................... 34
4.2.1.4 Đường kính đĩa xích ........................................................................................................ 35
4.2.1.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc....................................................................................... 35
4.2.1.6 Xác định lực tác dụng lên trục ......................................................................................... 36
4.2.2 Bộ truyền xích 2,3................................................................................................................ 36
4.2.2.1 Chọn loại xích .................................................................................................................. 37
4.2.2.2 Xác định các thông số của truyền xích............................................................................. 37
4.2.2.3 Tính kiểm nghiệm về độ bền xích..................................................................................... 38
4.2.2.4 Đường kính đĩa xích ........................................................................................................ 39
4.2.2.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc....................................................................................... 39
4.2.2.6 Xác định lực tác dụng lên trục ......................................................................................... 40
4.2.3 Bộ truyền xích 4................................................................................................................... 40
4.2.3.1 Chọn loại xích .................................................................................................................. 40
4.2.3.2 Xác định các thông số của truyền xích............................................................................. 41
4.2.3.3 Tính kiểm nghiệm về độ bền xích..................................................................................... 42
4.2.3.4 Đường kính đĩa xích ........................................................................................................ 43
4.2.3.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc....................................................................................... 43
4.2.3.6 Xác định lực tác dụng lên trục ......................................................................................... 44
Phần 3: Tính toán trục và then...................................................................................................... 45
4.3.1 chọn vật liệu chế tạo trục..................................................................................................... 45
4.3.2 Xác định đường kính sơ bộ trục.......................................................................................... 45
4.3.3 Xác định khoản cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực......................................................... 46
4.3.4 Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục đĩa chốt.......................................... 46
4.3.5 Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục đĩa rãnh 1....................................... 53
4.3.6 Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục đĩa rãnh 2....................................... 59
Phần 4 : Tính toán chọn máy bơm........................................................................................... 65
4.4.1 Tính toán hệ số tổn thất cục bộ............................................................................................ 66
4.4.2 Tính toán chọn máy bơm..................................................................................................... 69
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM
5.1 Cơ cấu lật................................................................................................................................ 71
5.2 Hệ thống băng tải.................................................................................................................... 72
5.3 Hệ thống xúc rửa và chiết rót................................................................................................. 73
5.4 Hệ thống hoàn thiện................................................................................................................ 74
DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ
Trang
Hình 2.1 Cơ cấu rót kiểu van ................................................................................................... 6
Hình 2.2 Cơ cấu rót kiểu van xoáy ......................................................................................... 6
Hình 2.3 Cơ cấu rót kiểu van chắn ......................................................................................... 7
Hình 2.4 Cơ cấu rót kiểu van có bình lường cố định ........................................................... 9
Hình 2.5 Cơ cấu rót có chi tiết che kiểu van trượt ............................................................... 9
Hình 2.6 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt ................................................................... 10
Hình 2.7 Cơ câu định lượng nhão ........................................................................................... 11
Hình 2.8 Máy chiết rót dùng nguyên lý tràn đây .................................................................. 12
Hình 2.9 Máy chiết rót dùng nguyên lý tràn đầy .................................................................. 12
Hình 2.10 Máy chiết rót dùng nguyên lý servo .................................................................... 13
Hình 2.11 Máy chiết rót dùng nguyên lý servo .................................................................... 13
Hình 2.12 Nguyên lý điền đầy theo dòng thời gian ............................................................. 14
Hình 2.13 Máy chiết rót theo nguyên lý tràn đầy theo thời gian ....................................... 14
Hình 2.14 Máy chiết rót dùng piston ..................................................................................... 15
Hình 2.15 Nguyên lý làm việc máy chiết rót dùng piston .................................................. 15
Hình 2.16 Nguyên lý trọng lượng tịnh ................................................................................... 16
Hình 2.17 Dây chuyền chiết rót chai nhựa và chai thủy tinh của Vir Mauri Italya ........ 17
Hình 2.18 Máy chiết rót và đóng nắp chai tự động .............................................................. 18
Hình 3.1 Cơ cấu Geneva ........................................................................................................ 22
Hình 3.2 Cơ cấu Geneva .......................................................................................................... 23
Hình 3.3 Một số loại hộp giảm tốc ......................................................................................... 23
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay cuộc sống con người ngày một phát triển kéo theo các nhu cầu để đáp ứng với cuộc sống càng tăng cao, và vấn đề nước sạch là một trong những vấn đề cấp thiết, nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, cuộc sống con người và điều đặc biệt là nước uống hằng ngày.
Để sử dụng nước uống hằng ngày thì hầu hết các hộ gia đình, cơ quan, xí nghiệp,… đều chọn nước uống đóng sẵn bằng chai hoặc thùng… với việc lựa chọn này thì rất là tiện lợi, nhanh chóng và không phải tốn nhiều thời gian như đun nước sôi hay lọc nước…, nhưng đồng thời nó cũng đặt ra câu hỏi vô cùng lớn đó là: “liệu nước đóng sẵn trong chai, thùng…đã đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm hay chưa? và giá cả hiện tại của nó là như thế nào?”
Với những yêu cầu trên nhóm chúng em đã áp dụng các cơ cấu cơ khí đơn giản, gọn nhẹ, không phải áp dụng nhiều những hệ thống phức tạp trong dây chuyền chiết rót. Tuy hệ thống không quá phức tạp so với những sản phẩm trong và ngoài nước nhưng hiệu quả cũng không hề thua kém và điều đặc biệt là hoàn toàn hợp vệ sinh thực phẩm từ các khâu xúc rửa đến khâu chiết rót.
Xuất phát từ những yêu cầu đó, nhóm chúng em đã chọn đề tài: “nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy xúc rửa, chiết rót” nhằm phục vụ việc chót rót sản phẩm cho các ngành sản xuất có nhu cầu, và đây cũng là đề tài tốt nghiệp của nhóm chúng em.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Cơ cấu malte (hay còn gọi là Geneva) là một cơ cấu cơ khí đã có từ rất lâu nhưng theo tìm hiểu và khảo sát thì việc ứng dụng được cơ cấu này trong dây chuyền chiết rót thì hầu như rất ít hoặc chưa có ai áp dụng vào cả. Vì vậy nhóm chúng em đã nghiên cứu và thiết kế để đưa cơ cấu này vào trong dây chuyền sản xuất với mong muốn làm ra được một dây chuyền mới lạ chưa từng có, dễ dàng trong việc chế tạo nhưng hiệu quả tương đối cao.
Với mức dân số ngày càng đông, nhu cầu sử dụng nước ngày càng lớn, cuộc sống ngày càng phát triển bên cạnh với nhu cầu sử dụng nước sạch và an toàn không ngừng gia tăng. Để đáp ứng những điều đó, hiện nay có rất nhiều nhà máy, cơ sở sản xuất nước lọc, với dây chuyền và quy mô rất lớn và đa phần là sử dụng tự động hóa trong các quá trình sản xuất, tuy nhiên vệ sinh an toàn đảm bảo nước sạch thì còn là một vấn đề không phải cơ sở sản xuất nào cũng làm được.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tính toán, thiết kế và chế tạo một hệ thống xúc rửa, chiết rót và hệ thống băng tải vận chuyển, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật (chính xác, dễ vận hành…), hiệu quả kinh tế (năng suất, giá thành sản phẩm,…), không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường và phù hợp với công nghệ sản xuất trong nước.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy chiết rót nước bình 21 lít.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Các tài liệu, sách, giáo trình có liên quan, tìm hiểu thực tế ở các cơ sở sản xuất, các nhà máy, xí nghiệp…
Các phương pháp tính toán, thiết kế và chế tạo các chi tiết hay cụm chi tiết theo nguyên lí và các thông số cơ bản.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
-Tham khảo và tổng hợp tài liệu từ các nguồn khác nhau.
-Tiến hành thực nghiệm trên mô hình thực tế của nhóm.
-Theo dõi, đánh giá nhận xét các số liệu thực nghiệm.
-Xử lí số liệu, tính toán và viết báo cáo.
1.6 Cơ sở phương pháp luận
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng những nghiên cứu lý thuyết để áp dụng trong thực tế là một điều hết sức quan trọng để kiểm nghiệm một cách chính xác nhât tính đúng đắn và hiệu quả của những nghiên cứu đó. Ý tưởng về một dây chuyên sản xuất đóng nắp chai sản phẩm trong các nhà máy sản xuất nước uống đóng chai cũng ra đời từ đó và dựa trên những nền tảng có từ trước cùng với sự nghiên cứu phát triển thêm của nhóm, nhóm đã mạnh dạn thiết kê mô hình dây chuyền chiết rót đóng nắp chai sản phẩm.
Đề tài thực hiện trong phạm vi tương đối hẹp, chưa thể ứng dụng được trong thực tế nếu không có sự nghiên cứu và đầu tư thêm nhưng qua đó nhóm cũng đã thực hiện được mục tiêu mà mình đã hướng đến đó là ứng dụng những điều đã được học và nghiên cứu để giải quyết một vấn đề trong thực tiến của cuộc sống. Mặt khác trong một phạm vi nhất định thì tập đồ án này có thể coi như một tài liệu tham khảo, học tập cho những sinh viên trong nghành kỹ thuật.
1.7 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Tham khảo mô hình chiết rót trên tài liệu sách vở, internet….
- Nghiên cứu mô hình của nhóm so với các mô hình thực tế khác để tìm ra giải pháp hiệu quả
- Tính toán hiệu suất, khả năng làm việc của mô hình
- Cho chạy thử để xác định các thông số, có phù hợp với tính toán không, từ đó có những biên pháp sửa chửa, khắc phục phù hơp.
- Các thông số, kết quả của mô hình được viết lại trong bài báo cáo để dễ dàng điều chỉnh và chỉnh dụng.
1.8 Kết cấu ĐATN
* ĐATN gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu: Giới thiệu chung về đề tài
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài: Giới thiệu về đặc điểm, kết cấu của hệ thống
Chương 3: Phân tích lựa chọn đưa ra phương án cho hệ thống: Chọn các cơ cấu phù hợp cho hệ thống
Chương 4: Tính toán, thiết kê hệ thống
Chương 5: Chế tạo thực nghiệm, đánh giá
Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Giới thiệu
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình, lọ… Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác.
Máy định lượng chiết rót sản phẩm lỏng thường được áp dụng cho những trường hợp yêu cầu năng suất cao hoặc các yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh sản phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng các máy chiết rót sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc chính, các cơ cấu chiết rót.
Trong công nghiệp thực phẩm, máy định lượng chiết rót sản phẩm lỏng được áp dụng cho nước tinh khuyết, nước giải khát, nước trái cây, bia rượu, nước giải khát có ga, sữa, mứt, các loại dung dịch thực phẩm cô đặc…
Hiện nay với công nghệ hiện đại, rất nhiều quy trình công nghệ được tự động hóa. Trong đó dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động là một trong những hệ thống được sử dụng rộng rãi và phổ biến.
Trong 3 phương án định lượng cơ bản: trọng lượng, thể tích và định lượng theo mức thì phổ biến nhất đối với sản phẩm lỏng là 2 phương án sau:
2.2 Phân loại các máy chiết rót [6]
|
Các chỉ số phân loại |
Các phương pháp vật lý, cấu tạo và kỹ thuật thực hiện rót |
||||
|
Loại máy |
Cơ cấu rót bằng tay |
Bán tự động |
Tự động |
Tự động theo khối chi tiết |
Liên hợp bít kín khác nhau |
|
Cấu tạo máy |
Một rãnh thẳng |
Nhiều rãnh thẳng |
Kiểu bàn quay |
|
|
|
Phương pháp nạp chất lỏng |
Dưới áp suất chiều cao cột chất lỏng không đổi |
Dưới áp suất chiều cao cột chất lỏng giảm |
Tạo chân không trong bao bì nạp đẩy |
Bơm bittong |
Áp suất cột chất lỏng trên đó có khí |
|
Thiết bị đóng kín |
Khóa nút |
Van
|
Ngắt bằng không khí |
Van trượt bằng hơi |
|
|
Định lượng |
Theo thể tích nhờ bình lường di động |
Theo thể tích nhờ bình lường cố định |
Theo mức nghĩa là nạp đầy bao bì đến mức đã biết |
|
|
|
Tác động lên bộ phận đóng kín |
Nâng mâm bên dưới, trên đó có bao bì nhờ cơ cấu cao cố định |
Nâng mân bên dưới, trên đó có bao bì không khí nén |
Cho dòng điện vào cuộn dây của van hình ống xoắn |
|
|
Đối với những sản phẩm có độ nhớt nhỏ từ (0,8-0,85).10-3 N.s/m2, khối lượng riêng từ 0,9–1g/cm3, thì có thể dùng các bộ phận rót trong đó chất lỏng cần phân lượng chảy dưới tác dụng của khối lượng ( thiết bị rót trọng lượng ). Những sản phẩm thực phẩm ít nhớt như thế gồm sữa, cream, rượu, bia, nước ép, dầu thực vật, dầu cá... Những sản phẩm có độ nhớt cao hơn gồm dịch cà chua, dịch sữa, dịch rau, kem cốc…người ta phân lượng những sản phẩm này nhờ ép cưỡng bức chúng trong dụng cụ đặc biệt của máy phân lượng.
2.3 Cơ cấu rót của máy phân lượng [6]
2.3.1 Cơ cấu rót kiểu van
Trên hình (2.1) chỉ cơ cấu rót kiểu van đơn giản nhất, nó gồm có bình lường (1), van 3 ngã vị trí nạp (2), ống (3), ống nối (4) để nạp đầy bình lường và ống nối (5) để rót thể tích đã đo vào bao bì chứa.Thể tích chất lỏng đi vào trong bình lường (1) phụ thuộc vào vị trí đầu bên dưới của ống (3) hở cả hai đầu.
Khi nút của van ba chiều tại vị trí chỉ ở phần bên phải của hình vẽ, chất lỏng dưới áp suất thủy tĩnh đi vào trong bình lường, đẩy không khí trong bình qua ống (3). Khi chất lỏng dâng đến mép dưới của ống thì không khí không ra được nữa, còn chất lỏng ở trong bình lường được dâng lên cao hơn mép dưới của ống một đoạn h, phụ thuộc vào mực chất lỏng ở trong thùng rót. Áp suất không khí trên chất lỏng sẽ ngăn cản việc nạp tiếp tục vào bình lường, còn lối ra của chất lỏng bị đóng. Chất lỏng trong ống (3) sẽ dâng lên và theo quy tắc bình thông nhau nó được xác định bằng mực chất lỏng ở trong thùng rót. Như thế là chấm dứt một chu trình định lượng. Thể tích được điều chỉnh bằng nâng hoặc hạ ống (3) xuống.
Để tháo chất lỏng vào bao bì chứa, thì quay nút của van ba chiều ngược chiều kim đồng hồ một góc 900 như hình vẽ.
1. Bình định mức
2. Van 3 ngã vị trí nạp
3. Ống thông hơi
4, 5. Ống nối
Hình 2.1 Cơ cấu rót kiểu van
Tùy theo cách quay van mà những máy dùng cơ cấu rót này thuộc loại quay tay, bán tự động và tự động.
2.3.2 Cơ cấu rót kiểu van xoáy để rót đẳng áp chất lỏng có nạp khí
Để tránh tổn thất khí khi rót chất lỏng có nạp khí người ta nạp đầy bằng cơ cấu rót đẳng áp đặc biệt. Trên hình mô tả mặt cắt của van để rót đẳng áp chất lỏng có nạp khí.
1. Ống dẫn
2. Bạc
3. Rãnh
4. Thân Van
5. Khớp trục
6, 8, 13, 14. Ống rót
7. Lỗ
9. Hình nón định tâm
10. Vành cao su
11. Van
12. Thùng rót
Hình 2.2 Cơ cấu rót kiểu van xoáy
Chu trình làm việc của cơ cấu rót đẳng áp gồm:
Nạp đầy khí vào bao bì, áp suất của khí bằng áp suất dư, chất lỏng sẽ được rót ở áp suất đó.
Mở lỗ nạp chất lỏng, chất lỏng chảy vào bao bì chứa không có chênh lệch áp suất (dưới tác dụng của trọng lượng bản thân).
Nạp đầy bao bì đến mức chất lỏng đã định trước.
Đóng lỗ nạp chất lỏng.
Trong thân van 4 có ba lỗ được khoan dưới những góc khác nhau. Ở trong có van 11 cũng có 3 rãnh tương ứng. Phần bên trên của vỏ van nối liền với đáy 12 của thùng rót, còn phần bên dưới thì nối với khớp trục 5, tiếp dưới là hình nón định tâm 9 có vành cao su 10.
Các ống 6, 8, 13, 14 thông với thùng rót để nạp chất lỏng vào bao bì.
Rãnh vòng 15 nối với khoang trong của bao bì cần nạp đầy với ống 13, ống hình ô van 8 như ta thấy ở mặt cắt A-A, đi trong ống 6 kết thúc bằng lỗ 7. Tay gạt 16 quay thân van 4 một cách liên tục, hợp lý. Trong những máy rót tự động thì tay quay có prophin phức tạp ( cam ). Khi quay bàn quay thì tay quay được lăn trên tấm định hướng cố định. Nhờ đó mà thân van được quay theo với những quy tắc đã được quy định theo thời gian và không gian.
2.3.3 Cơ cấu rót kiểu van chắn
Cơ cấu rót kiểu van chắn như hình vẽ dùng trong một số ít nhà máy sữa để rót sữa vào chai có miệng rộng.
1, 2, 3. Rãnh
4.Vành cao su
5. Ống
6. Đệm cao su
7. Lò xo
Hình 2.3 Cơ cấu rót kiểu van chắn
Trong cơ cấu rót kiểu van chắn chất lỏng nạp đầy vào bao bì nhờ phá vỡ chổ nối kín của van với đế của nó.
Trong các cơ cấu kiểu van chắn khe hình vành khuyên giữa van và đế của nó được tạo nên là do kết quả tác dụng của miệng bao bì cần nạp đầy lên van hay lên đế. Có thể giải
quyết một cách khác, đặc biệt là van nâng cưỡng bức bằng cơ cấu cam đặc biệt đúng lúc khi dưới lỗ rót có bao bì.
Ở đáy của thùng rót có lắp ống nối 1 bằng đai ốc 2 (hình 2.3).
Ống lót 3 có vành cao su 4 có thể dịch chuyển dọc theo ống nối. Bề mặt tiếp xúc của ống lót và ống nối phải gia công mài.
Ống 5 hở cả hai đầu, dùng để tháo không khí bị chất lỏng đẩy ra khỏi chai. Đầu phía dưới của ống đó ghép chặt với đệm cao su 6. Lò xo 7 dùng để tăng lực đóng kín cặp van đế. Mép dưới của ống lót 3 là van chắn.
Khi chai được nâng lên phía trên, ấn chặt miệng vào đệm cao su 4. Nén lò xo 7 và nâng ống lót 3 lên, lúc đó qua khe vừa tạo ra, chất lỏng từ trong thùng rót chải ra nạp đầy vào bao bì (chai).
Khi nạp vào thì miệng chai được ép chặt vào vành cao su 4, còn không khí thì theo ống 5 đi vào không gian ở bên trên chất lỏng trong thùng rót.
Khi chất lỏng lên đến mép dưới của ống thì áp suất của không khí trong chai không có chỗ ra và sẽ ngăn cản việc tiếp tục đưa chất lỏng vào.
Ở vị trí làm việc thứ nhất, rãnh 2 mở và chai được nạp đầy khí từ thùng khí có áp suất. Ở vị trí làm việc thứ hai thì các rãnh 1, 3 mở và chai được nạp đầy chất lỏng qua rãnh 1. Khí bị chất lỏng đẩy ra khỏi chai đi vào thùng chứa khí theo rãnh 3.
Chất lỏng được nạp đầy vào chai đến mức h1, chổ có lỗ 7 và ống 8. Bên trên chất lỏng còn có khí không có chổ ra, chất lỏng sẽ dược nâng lên theo ống 3 và theo quy tắc bình thông nhau, nó được xác định bằng mực chất lỏng ở trong thùng áp lực.
Ở vị trí thứ 3 thân van ngừng nạp chất lỏng và làm thông thể tích bên trong của bao bì cần nạp đầy với thể tích ở thùng rót heo hai đường ống 2 và 3. Lúc này chất lỏng ở trong ống 3 chảy ra làm nâng mực chất lỏng ở trong chai lên h2, còn lượng khí tương ứng lại từ chai theo đường ống 2 quay ngược về thùng.
Ở vị trí thứ 4, khâu van phân cách hoàn toàn bao bì với thùng rót và chất lỏng ở trong ống 1 lại chảy vào chai làm dâng mực chất lỏng lên đến vị trí h3.
Điều chỉnh vị trí cuả lỗ 7 theo chiều cao, có thể nạp đầy bao bì tới mức sai số cho phép trong thực tế.
2.3.4 Cơ cấu rót kiểu van có bình lường cố định
Trên hình chỉ ra thùng rót 1, nối với đáy là bình lường 2 gồm hai ngăn a và b. Van nút 3 cho phép cắt ngăn b trong những trường hợp phải giảm lượng chất lỏng đổ vào bao bì (thường thì thể tích a và b bằng nhau, bởi vậy khi cắt ngăn b thì việc nạp giảm đi một nữa). Hình nón 4 để định tâm miệng chia bắt buộc nâng các khung 10,12,13 do các chai 5 bị dâng lên khi đó lò so 11 bị nén.
Khi đó lò xo nén 6 có thể giản dài và van 8 ép lên đế 9, tách bình lường khỏi thùng rót.
Khi thanh ngang 13 đi đến vòng kẹp 14 thì nâng vòng kẹp này lên, thanh 15 có lắp van 7 ở đầu dưới cũng được nâng lên cùng với chúng. Đúng lúc đó chất lỏng bắt đầu ở trong bình lường chảy ra.
Hình 2.4 Cơ cấu rót kiểu van có bình lường cố định
Sau khi hạ chai xuống lò xo 11 đưa hệ thống về vị trí ban đầu, bình lường được đổ đầy chất lỏng và chu trình làm việc đã mô tả được lặp lại như cũ.
2.3.5 Cơ cấu rót có chi tiết che kiểu van trượt
Trên hình trên chỉ van trượt hình trụ dùng như cơ cấu đóng kín của máy rót. Thùng rót 1 nối với thân rỗng 2, bên trong có đặt van trượt hình trụ 3. Van trượt được nâng lên cao hay hạ xuống là nhờ tay gạt 4, đảm bảo việc nạp hoặc không nạp chất lỏng từ thùng 1.
Trên hình vẽ chỉ ra hai vị trí của van trượt , có lỗ tương ứng với sự mở lỗ chảy (bên phải) và đóng lỗ chảy ( bên trái ) để nạp chất lỏng từ thùng rót vào chai.
1. Thùng rót
2. Thân rỗng
3. Van trượt hình trụ
4. Tay gạt
Hình 2.5 Cơ cấu rót có chi tiết che kiểu van trượt
2.3.6 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt
Trên hình chỉ ra cơ cấu rót dược dùng trong ngành sữa, rượu, rượu vang và trong những lĩnh vực công nghiệp thực phẩm khác để rót sản phẩm thực phẩm lỏng không nhớt.
1. Thùng rót
2. Bình đựng
3. Van trượt
4, 6. Lỗ khoan
5. Ống lót rỗng
7. Ống chảy tràn
8. Vòi rót
9. Lò xo
10. Con lăn
Hình 2.6 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt
Trong thùng rót 1 có bình đựng 2, đáy bình vặn chặt với van trượt 3. Phần bên trên của van trượt 3 thì rỗng còn phần bên dưới đặc. Bên thành phần rỗng của van trượt có lỗ 4 ; phía đáy thùng 1 có lắp ống lót rỗng 5, có lỗ 6, ống chảy tràn 7 và đầu cuối để cắm vào bao bì.
Lò xo 9 và con lăn 10 dịch chuyển theo cơ cấu cam có profin tương ứng đảm bảo sự dịch chuyển thẳng đứng của van trượt. Khi nâng van trượt lên một đại lượng H thì bình lường 2 dùng để chứa chất lỏng được nâng lên , mép bên trên của nó nằm cao hơn mực chất lỏng. Đồng thời xảy ra sự trùng khít các lỗ 4 và 6 của cặp van trượt, nhờ đó mà chất lỏng ở trong bình lường chảy vào bao bì chứa.
Sau khi chảy hết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống lại được nạp chất lỏng và lặp lại chu trình làm việc.
2.3.7 Cơ cấu định lượng nhão
Trong sản xuất thường gặp các loại dịch nhão như dịch cà chua cô đặc, tương ớt, mứt nhuyễn… trong thực phẩm cùng nhiều loại tương tự trong các ngành công nghiệp khác.
Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: dịch sau khi được sản xuất cho vào thùng chứa dịch 1. Thùng nối với thiết bị rót liệu bằng khớp nối ( mục đích là dễ tháo mở khi vệ sinh ). Khi pittong chuyển động từ phải sang trái, áp suất trong khoan hút 4 âm dịch được hút từ thùng 1 qua van một chiều 3 vào khoang 4 do chênh lệch áp suất giữa khoan chứa dịch và thùng 1( khoang 4 được tính toán thiết kế làm sao cho lượng dịch được hút vào đủ cho bình chứa 7 ). Khi pittong chuyển động từ trái sang phải, áp suất trong khoang 4 tăng lên, van 3 đóng lại, van 6 mở ra dịch được đẩy vào bình chứa 7. Quá trình tiếp tục rót chai khác được lặp lại.
1. Thùng chứa dịch
2. Vòng Hãm
3. Van một chiều
4. Khoang chứa
5. Bittong
6. Van
7. Bình chứa
8. Xilanh
Hình 2.7 Cơ câu định lượng nhão
2.4 Các loại máy chiết rót
2.4.1 Máy chiết rót dùng nghiên lý tràn đầy hệ thống
2.4.1.1 Ứng dụng
Đây là loại tốt nhất cho các chất lỏng có độ nhớt thấp đến trung bình, chất lỏng có hạt rắn không quá 1/16”.
Ví dụ: Nước sốt, xi rô, gel, dầu gội, chất tẩy rửa bột và hóa chất, nước và dung dịch nước khác không phải là đồ uống có ga.
2.4.1.2 Ưu điểm
Hiệu suất cao, dễ vệ sinh, dễ vận hành, chi phí thấp.
2.4.1.3 Nguyên lý hoạt động
Hình 2.8 Máy chiết rót dùng nguyên lý tràn đây
Phía cung cấp (màu xanh) của một phần ống dẫn được sữ dụng để bơm sản phẩm vào bình chứa. Khi thùng chứa lên đến mực chất lỏng đã định trước , các chất lỏng dư thừa và bọt bị buộc ra khỏi thùng chứa (theo mũi tên đỏ ) trở về bồn chứa liệu.
Hình 2.9 Máy chiết rót dùng nguyên lý tràn đầy
2.4.2 Máy chiết rót dùng nguyên lý servo làm hệ thống bơm
2.4.2.1 Ứng dụng
Đây là lựa chọn của các công ty và ngành công nghiệp nói chung. Nó rất linh hoạt và được thiết kế để lấp đầy gần như loại sản phẩm có thể bơm được.
Ví dụ:
Dùng trong ngành công nghiệp như: dược phẩm, mỹ phẩm, sữa, thực phẩm, hóa chất…
2.4.2.2 Ưu điểm
Điều khiển tức thời bằng máy tính, thiết lập điều hành rất đơn giản, dễ dàng làm vệ sinh.
2.4.2.3 Nguyên lý hoạt động
Hình 2.10 Máy chiết rót dùng nguyên lý servo
Máy tính độc lập theo dõi chuyển động quay của mỗi đầu máy bơm để biết chính xác bao nhiêu sản phẩm đã được bơm. Khi điền vào mục tiêu là đạt đến khối lượng, mỗi máy bơm và ống hút ngay lập tức tắt.
Hình 2.11 Máy chiết rót dùng nguyên lý servo
2.4.3 Máy chiết rót dùng nguyên lý điền đầy theo thời gian
2.4.3.1 Ứng dụng
Đây là loại tốt nhất cho các chất lỏng có độ nhớt rất mỏng và không thay đổi theo nhiệt độ môi trường xung quanh. Máy này cũng thích hợp cho các ứng dụng tuần hoàn của nước trong các đường dẫn chất lỏng là không mong muốn, chủ yếu được sử dụng trên các sản phẩm mà không tạo bọt.
Ví dụ: Nước, dung môi, rượu, hóa chất, sơn, mực in, hóa chất ăn mòn (axit và chất tẩy).
2.4.3.2 Ưu điểm
Chi phí thấp, thích hợp đối với hóa chất ăn mòn.
2.4.3.3 Nguyên lý hoạt động
Hình 2.12 Nguyên lý điền đầy theo dòng thời gian
Sản phẩm được bơm vào bể giữ trên một tập hợp các van hoạt động bằng khí nén. Mỗi van độc lập tính thời gian bằng cách điều khiển của máy tính để có chính xác số
Hình 2.13a Hình 2.13b
Hình 2.13 Máy chiết rót theo nguyên lý tràn đầy theo thời gian
lượng chất lỏng sẽ chảy vào mỗi bình chứa, có thể xử lý nhiều loại chất lỏng bao gồm sản phẩm bọt.
2.4.4 Máy chiết rót dùng nguyên lý piston
2.4.4.1 ứng dụng
Là loại tốt nhất cho các sản phẩm nhớt, được xây dựng để đáp ứng các tiêu chuẩn cấp thực phẩm và cũng có thể xử lý các ứng dụng hóa học khác nhau.
Ví dụ: Nước sốt, salsas, kem mỹ phẩm, dầu gội đầu, gel, chất tẩy rữa, các loại dầu và dầu nhờn…
Hình 2.14 Máy chiết rót dùng piston
2.4.4.2 Ưu điểm
Chi phí thấp, dễ dàng sử dụng.
2.4.4.3 Nguyên lý hoạt động
Hình 2.15 Nguyên lý làm việc máy chiết rót dùng piston.
Piston được kéo trở lại trong xi lanh của mình để sản phẩm được hút vào xi lanh. Một van quay thay đổi vị trí để sản phẩm sau đó được đẩy khỏi xi lanh thay vì trở lại vào phễu.
2.4.5 Máy chiết rót dùng nguyên lý trọng lượng tịnh
2.4.5.1 Ứng dụng
Đây là loại tốt nhất cho các chất lỏng chứa trong số lượng lớn , hoặc các sản phẩm số lượng nhỏ hơn có giá trị rất cao. Thông thường các sản phẩm đó phải được bán theo trọng lượng.
Ví dụ: các hóa chất làm sạch, giải pháp enzyme, dầu và các sản phẩm có giá trị trung bình.
2.4.5.2 Nguyên lý hoạt động
Hình 2.16 Nguyên lý trọng lượng tịnh
Sản phẩm được bơm vào bể và được giữ bằng van hoạt động bằng khí nén, van mở và thời gian thông tin trọng tịnh được theo dõi cho đến khi đúng bằng trọng lượng đã định trước và lúc đó van được điều khiển đóng lại.
2.5 Quy trình của một hệ thống máy chiết rót
Một hệ thống sản xuất các chất lỏng đóng chai thường được phân chia thành nhiều khâu nối tiếp nhau. Một quy trình khép kín có thể được mô tả như sau:
Từ khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống qua các khâu khác, trước tiên chai được cho qua hệ thống xúc rửa. Chai dùng trong hệ thống đóng chai thường là chai thành phẩm, nên thường tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi.
Sau khi được rửa sạch, các chia được băng tải đưa đến hệ thống rót, tới vị trí rót, để đảm bảo có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai. Tại đây chất lỏng được chiết vào chai theo các phương pháp khác nhau, chiết đẳng áp, chiết đẳng tích, chiết định lượng…Khi chiết xong, chai được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nắp. Khâu đóng nắp bao gồm cơ
.............................................................
Hình 5.2 Hệ thống băng tải
Ưu điểm: Do thiết kế thanh chịu lực dưới lớp tải nên không gây tiếng ồn
Ma sát gây ra bởi băng tải và thanh trượt ít
Chịu tải trọng tương đối lớn
Nhược điểm: Rung động
Thiết kế chưa được hiệu quả nhất
5.3 Hệ thống xúc rửa và chiết rót
Hình 5.3a Hệ thống xúc Hình 5.3b Hệ thống chiết rót
Ưu điểm: Đơn giản, dễ thiết kế
Do bơm trực tiếp nên nước bơm vào có thể điều chỉnh được lưu lượng
Nhược điểm: Chưa hiệu quả trong việc rót nước do thiếu hệ thống bittông đẩy vòi
5.4 Hệ Thống hoàn thiện
Thực nghiệm cho thấy:
Đạt được 50 bình trong 1h
Hệ thống hoạt động tương đối êm
Không gây ô nhiễm môi trường
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Dựa trên những thực nghiệm và kết quả đã nghiên cứu trong luận văn có một số kết luận như sau:
Ưu điểm của hệ thống:
1 Hệ thống hoạt động êm, ổn định, nhỏ gọn
2 Ứng dụng được những cơ cấu có sẵn nhưng đơn giản dễ làm
3 Năng suất tương đối cao, không gây ô nhiễm môi trường
4 Ứng dụng thêm một cơ cấu mới vào công nghệ Viêt Nam
Nhược điểm của hệ thống:
1 Thiếu tính liên tục trong việc cấp bình, vì mỗi lần chỉ xúc 1 bình
2 Khoảng cách giữa 2 trục xích ở băng tải xa nên chưa hiệu quả, khó căng xích
3 Giản nỡ của lá thép kẹp đàn hồi
Kiến nghị
1 Nghiên cứu cơ cấu phôi tự động, một lần có thể cấp nhiều nhiều bình nước
2 Nghiên cứu thiết kế thêm bộ canh chỉnh bộ co giản của càng kẹp
3 Nghiên cứu hệ thống cấp nắp và vặn nắp chai
4 Thêm cơ cấu canh chỉnh xích
5 Nghiên cứu làm cách nào để tăng suất số lượng bình chiết rót
6 Từ điều khiển bằng mạch khí nén nâng cấp lên điều khiển tự động bằng PLC
7 Thiết kế một bộ khung bao quanh cả hệ thống để đảm bảo vệ sinh tuyệt đối
