LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY RỬA, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI ĐH Bách Khoa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY RỬA, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI ĐH Bách Khoa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY VÀ CÔNG NGHỆ CHIẾT RÓT
1.1. Đặt vấn đề :
Nhu cầu sử dụng nước khoáng, nước giải khát đã có từ xa xưa. Loại nước giải khát không gas (không CO2) đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ XVII với thành phần pha chế gồm nước lọc, chanh và một chút mật ong. Sau đó, nhiều loại nước được pha chế thành công như nước giải khát có gas, nước khoáng nhân tạo và một số thảo dược được thêm vào thức uống… Năm 1676, Công ty Compagnie de Limonadiers (Pháp) độc quyền bán các loại nước chanh giải khát. Người bán mang các thùng đựng nước chanh trên lưng và đi bán dọc đường phố Paris. Tại các tiệm thuốc của Mỹ đều có quầy bán nước giải khát. Do khách hàng thích đem thức uống về nhà và sự tiện dụng khát là có ngay để uống nên ngành công nghiệp sản xuất nước đóng chai đã phát triển để đáp ứng nhu cầu của khách hàng.
Khoảng 1,500 bằng sáng chế Mỹ đã được cấp phát cho các loại phát minh về nắp và chai. Đến năm 1892, William Painter ông chủ cửa hàng bán máy móc tại Baltimore (Mỹ) nhận bằng sáng chế ra loại nắp chai ngăn chặn bọt gas hữu hiệu nhất có tên gọi “Crown Cork Bottle Seal”. Khi đã thành công với loại nắp chai ông William Painter đã sáng chế ra loại máy đóng nắp chai với công suất 60 – 100 chai/h. Sau đó, năm 1973 quy trình đóng nắp chai nhựa nhiệt dẻo, năm 1977 máy đóng nắp có băng truyền tải ra đời…
Nhận thức được xu thế phát triển của thị trường và tầm ảnh hưởng của các loại đồ uống này và đặt biệt hơn là theo chúng em được biết thì trên đất nước Việt Nam, ngoài các dây chuyền sản xuất hiện đại và có công suất rất lớn như :Dây chuyền sản xuất và chiết rót bia của Nhà Máy Bia Việt Nam hay dây chuyền sản xuất và chiết rót nước ngọt có gas của Cocacola Việt Nam. Tất cả các dây chuyền trên đều được nhập từ nước ngoài.
Từ đó chúng em đã quyết định nghiên cứu và chế tạo một dây chuyền chiết rót và đóng nút chai nói trên.

1.2. Tổng quan về phương pháp rửa , chiết rót và đóng nắp:
1.2.1. Tổng quan về hệ thống với các phương pháp :
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp hiện nay rất nhiều quá trình sản xuất được tự động hóa. Trong đó, dây chuyền đóng nút chai tự động là một trong những hệ thống được sử dụng rộng rãi và phổ biến.
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp… Máy có tác dụng đóng bao kín các loại chai nhựa, thủy tinh, chai rượu, đảm bảo việc niêm phong kín, không rò rỉ nguyên liệu ra ngoài.
Hệ thống sản xuất nước đóng chai hiện đại được liên kết với nhau bởi nhiều khâu: khâu cấp chai, rửa chai, rót liệu, đóng nắp, dán nhãn…
Quy trình đóng nắp chai: Khâu đóng nắp gồm cấp nắp và đóng nắp chai. Cơ cấu cấp nắp đã được gài sẵn trên băng tải. Khi chai được rót đầy liệu, băng tải chuyển chai đến vị trí đóng nắp nhờ cảm biến vị trí hệ thống băng tải sẽ dừng lại ngay vị trí đóng. Cảm biến sẽ báo cho bộ điều khiển, điều khiển hệ thống đóng nắp chai. Sau khi đóng xong cảm biến lại báo hiệu cho hệ thống, điều khiển chai đến khâu tiếp theo.
1.3. Tổng quan về các phương pháp chiết rót :
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình, lọ, v.v.. 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 thực 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 rót.
Trong công nghiệp thực phẩm, máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng đựơc áp dụng cho nước giải khát, nuớc trái cây, bia, rượu, nước giải khát có ga, sữa, mứt, các loại dung dịch thực phẩm cô đặc, v.v..

1.4. Tình hình nghiên cứu thị trường ở Việt Nam và thế giới:
1.4.1. . Tình hình phát triển máy chiết rót trên thế giới:
Công nghệ chiết rót chất lỏng trên thế giới ra đời khá lâu và đi kèm theo là những công nghệ chế tạo máy chiết rót cũng rất tiên tiến và phát triển.Với rất nhiều những công nghệ chế tạo máy chiết rót điển hình như:
• Công nghệ chiết rót đẳng áp sử dụng cho các ngành chiết rót nước có gas:
Trong đó các dây chuyền chiết rót công nghệ của Đức và Italya rất đa dạng:
• Dây chuyền công nghệ chiết rót đẳng tích sử dụng cho các ngành chiết rót nước ngọt không gas hay nước tinh khiếtt …
• Ngoài ra chiết rót vô trùng cũng là bước ngoặc trong công nghệ chiết rót trên thế giới sử dụng trong các dây chuyền chiết rót sữa hay thuốc …
Toàn bộ quy trình chiết rót được đảm bảo vô trùng tuyệt đối, ngăn chặn sự tái nhiễm của vi khuẩn gây hỏng sản phẩm.1.5. Kết luận chung:
• Nhìn chung công nghệ trong ngành chiết rót là công nghệ hỗ trợ cho rất nhiều các ngành công nghiệp khác như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, Ngành công nghiệp dược phẩm hay mỹ phẩm…
• Trong đó lĩnh vực chiết rót là cực kỳ quan trọng và khá phức tạp trong các dạng chiết rót vì nhiều sản phẩm cần vô trùng hay các sản phẩm có gas.
• Thực tế hiện nay ở nước ta các dây chuyền chiết rót đẳng áp ở nước ta hầu như được nhập từ nước ngoài có giá thành rất cao, chỉ các công ty hay tập đoàn lớn mới đủ khả năng đầu tư như: Công ty nhà máy bia Việt Nam hay Công ty CoCaCoLa…
• Vậy một điều cần thiết là nước ta cần hỗ trợ và khuyến khích các công ty trong nước, nghiên cứu và chế tạo các máy móc phục vụ nghành chiết.

............

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Nhiệm vụ thiết kế
Những nội dung thiết kế dưới đây dựa trên Giáo trình phương pháp thiết kế kỹ thuật. Theo đó, quá trình thiết kế chế tạo hệ thống chiết rót sẽ trải qua các giai đoạn được trình bày như hình 2.1
Hình 2.1 Các giai đoạn của quá trình thiết kế
2.1.1. Lập kế hoạch
• Lập kế hoạch là bước đầu tiên và rất quan trọng trong mọi công việc nói chung và trong quy trình thiết kế nói riêng. Đó là quá trình thiết lập biểu đồ, lịch trình và những ràng buộc về thời gian, tài chính và nhân lực để thực hiện các hoạt động thiết kế. Mục đích của lập kế hoạch là quản lý và kiểm soát quá trình tiến hành nhiệm vụ, để điều phối con người và tài nguyên cần thiết nhằm đạt được mục đích của dự án. Lập kế hoạch bao gồm các công việc xây dựng nhóm thiết kế và lập kế hoạch quản lý triển khai dự án.
• Xây dựng nhóm thiết kế là công việc phân chia vai trò cho các thành viên trong nhóm thiết kế. Vai trò của các thành viên trong nhóm thiết kế có thể thay đổi theo từng giai đoạn thiết kế và từng sản phẩm khác nhau. Thông thường mỗi vai trò được đảm trách bởi một thành viên. Nhưng trong các dự án lớn thì nhiều người cùng giữ một vai trò hoặc trong các dự án nhỏ thì một người có thể phụ trách nhiều vai trò.
• Kế hoạch của dự án là một tài liệu xác định rõ các nhiệm vụ cần phải hoàn thành trong quá trình thiết kế. Đối với mỗi nhiệm vụ, trong kế hoạch cần xác định rõ mục tiêu, các công việc cụ thể, yêu cầu về nhân lực, thời gian, lịch trình liên quan đến dự án và đôi khi bao gồm cả việc ước tính chi phí. Phương pháp đơn giản nhưng khá hiệu quả để xây dựng lịch trình cho một dự án là lập biểu đồ thanh – GANTT Chart. Trên biểu đồ này mỗi nhiệm vụ được vẽ theo lỷ lệ thời

..........

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Mục đích thiết kế chế tạo máy chiết rót và đóng nắp là áp dụng các kiến thức đã học vào việc giải quyết một bài toán cụ thể trong thực tế. Xuất phát từ nhu cầu thực tế như nâng cao năng suất, tự động hóa quá trình chiết nước và đóng nút nhựa… ta chuyển thành các thông số yêu cầu kĩ thuật để từ đó tính toán thiết kế chi tiết máy, kết cấu máy và giải quyết bài toán thiết kế.
Đề tài luận văn không những đã giúp chúng em rất nhiều trong việc tìm hiểu tình hình hoạt động của lĩnh vực cơ khi ngoài xã hội thực tế mà còn là cơ hội để em được hệ thống kiến thức một cách thực tế nhất.
Tuy nhiên trong quá trình thiết kế và chế tạo, do thiếu kinh nghiệm, nên khi thiết kế dựa vào suy nghĩ của cá nhân chúng em và một số tài liệu của một số người đi trước do đó sẽ có nhiều sai sót như: kết cấu rườm rà, lựa chọn vật liệu nhiều chi tiết chưa tối ưu, chưa tính toán đầy đủ tất cả các chi tiết máy…Qua quá trình làm và chạy thử máy, chúng em nhận ra hướng phát triển của máy như sau:
• Thiết kế hệ thống kết hợp với phần đóng bao bì và đóng thùng sau hệ thống
• Thiết kế nâng cao độ chính xác, tính bền cho các chi tiết máy.
• Cải thiện độ cững vững của máy.
• Liên hệ thêm thực tế để tối ưu máy.
• Cải tiến cơ cấu rót để tối ưu hơn về năng suất và vật liệu.
Sau gần 6 tháng thiết kế luận ăn tốt nghiệp, với sự hướng dẫn của Thầy: TS. Trần Anh Sơn, chúng em đã hoàn thành đầy đủ các công việc của luận văn được giao đúng thời hạn và qua đó thu được các kết quả sau:
- Tạo ra mô hình máy rửa chai, chiết rót và đóng nắp.
- Tập thuyết minh luận văn tốt nghiệp.
- Tập bản vẽ thiêt kế trên giấy A0.

Mục Lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY VÀ CÔNG NGHỆ CHIẾT RÓT................ 1
1.1. Đặt vấn đề : .................................................................................................... 1
1.2. Tổng quan về phương pháp rửa , chiết rót và đóng nắp: ............................... 2
1.2.1. Tổng quan về hệ thống với các phương pháp : ....................................... 2
1.3. Tổng quan về các phương pháp chiết rót : .................................................... 2
1.4. Tình hình nghiên cứu thị trường ở Việt Nam và thế giới: ............................. 4
1.4.1. . Tình hình phát triển máy chiết rót trên thế giới: ................................... 4
1.4.2. . Tình hình phát triển máy chiết rót ở Việt Nam: ................................... 5
1.5. Kết luận chung: .............................................................................................. 7
CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ........................................ 8
2.1. Nhiệm vụ thiết kế .......................................................................................... 8
2.1.1. Lập kế hoạch ........................................................................................... 8
2.2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ........................................... 18
2.2.1. Chức năng của máy và lập sơ đồ khối của từng chức năng: ................ 18
2.3. THIẾT KẾ Ý TƯỞNG ................................................................................ 22
2.3.1. Phân tích chức năng .............................................................................. 22
2.3.2. Vận hành ............................................................................................... 25
2.3.3. Đưa ra ý tưởng ...................................................................................... 28
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ ....................................................................... 34
3.1. Module đóng nắp ......................................................................................... 34
3.1.1. Phương án chọn số đầu chiết: ............................................................... 34
3.1.2. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền ............................................... 35
3.1.3. Chọn ổ lăn: ............................................................................................ 45
3.2. Module chiết rót: ......................................................................................... 46
3.2.1. Những vấn đề cần lưu ý khi chiết rót chất lỏng: ................................... 46
3.2.2. Tính toán thời gian chu kỳ máy: ........................................................... 47
3.2.3. Tính toán động lực học các cơ cấu cơ: ................................................. 48
3.2.4. Công suất cân thiết của động cơ là: ...................................................... 51

3.2.5. Chọn ổ lăn: ............................................................................................ 58
3.2.6. Tính toán cơ cấu nâng hạ chai: ............................................................. 59
3.2.7. Tính toán bộ đầu chiết: ......................................................................... 65
3.3. Modunle rửa ................................................................................................. 69
3.3.1. Tính toán động lực học các cơ cấu cơ: ................................................. 69
3.3.2. Tính toán trục chính: ............................................................................. 74
3.3.3. Chọn ổ lăn: ............................................................................................ 76
CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ( HỆ THỐNG DÙNG PLC) .............. 78
4.1. Lựa chọn PLC .............................................................................................. 80
4.2. Loại và cỡ PLC ............................................................................................ 81
4.3. Dung lượng bộ nhớ ...................................................................................... 81
4.4. Số lượng ngõ vào ra: .................................................................................... 81
4.5. Dung lượng bộ nhớ ...................................................................................... 81
4.6. Ứng dụng PLC trong đề tài ......................................................................... 82
4.7. Lập trình PLC .............................................................................................. 86
CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ MÁY: ................................................... 90
5.1. Vận hành máy: ............................................................................................. 90
5.1.1. Các bước chuẩn bị: ............................................................................... 90
5.1.2. Các bước vận hành máy: ....................................................................... 90
5.2. Bảo trì máy: ................................................................................................. 90
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................... 92

Mục l ục hình c hình
Hình 1.1: Dây chuyền chiết rót chai nhựa và chai thủy tinh của Vir Mauri Italya. ........ 4
Hình 1.2: Máy đóng nắp ( Hình minh họa cty Công Nghệ Tân Phú) ............................. 5
Hình 1.3: Hệ thống đóng nắp chai tự động bình 20l ....................................................... 6
Hình 1.4: Hệ thống đóng nắp chai tự động nước có gas ................................................. 6
Hình 2.1 Các giai đoạn của quá trình thiết kế ................................................................. 8
Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng .................................................................................... 18
Hình 2.3: Sơ đồ biến thể 1 ............................................................................................. 19
Hình 2.4 : Sơ đồ biến thể 2 ............................................................................................ 19
Hình 2.5: Sơ đồ biến thể 3. ............................................................................................ 20
Hình 2.6: Sơ đồ biến thể 3 ............................................................................................. 20
Hình 2.7 : Sơ đồ biến thể 4 ............................................................................................ 21
Hình 2.8 Hộp chức năng dưới dạng sơ đồ khối ............................................................. 23
Hình 2.9: Hôp chức năng khâu chuẩn bị 1 .................................................................... 24
Hình 2.10: Hộp chức năng khâu chuẩn bị 2 .................................................................. 24
Hình 2.11: Hộp chức năng khâu chuẩn bị 3 .................................................................. 25
Hình 2.12: Hộp chức năng khâu vận hành .................................................................... 25
Hình 2.13: Hộp chức năng khâu vận hành 1 ................................................................. 26
Hình 2.14: Hộp chức năng khâu vận hành 1 ................................................................. 26
Hình 2.15: Hộp chức năng khâu vận hành 2 ................................................................. 26
Hình 2.16: Hộp chức năng của truyền động .................................................................. 27
Hình 2.17: Hộp chức năng của cấp lượng ..................................................................... 27
Hình 2.18: Hộp khối chức năng di chuyển .................................................................... 27
Hình 2.19: Di chuyển đầu chiết ..................................................................................... 31
Hình 2.20 : Sơ Đồ Nguyên Lý Dạng Mâm Xoay .......................................................... 33
Hình 3.1 Biểu đồ moment trục chính ............................................................................ 44
Hình 3.2: Kích thước cơ bản của chai rượu. ................................................................. 47
Hình 3.3: Biểu đồ phân bố thời gian chu kỳ chiết ......................................................... 48
Hình 3.4 Cơ cấu nâng chai có loxo làm kín chai ........................................................... 50
Hình 3.5: Biểu đồ moment trục chính ........................................................................... 57

Hình 3.6 Cơ cấu cam tịnh tiến để nâng chai .................................................................. 62
Hình 3.7: Biểu đồ đặt lực của cơ cấu cam tịnh tiến....................................................... 63
Hình 3.8: Mô phỏng dòng chảy vô chai ........................................................................ 67
Hình 3.9: Biểu đồ moment trục chính ........................................................................... 76
Hình 4.1: Sơ đồ khối bên trong PLC ............................................................................. 78
Hình 4.2: Sơ đồ đấu dây. ............................................................................................... 84
Hình 4.3: Sơ đồ giải thuật .............................................................................................. 85
Hình 4.4: Mạch Ladder .................................................................................................. 89

Mục lục bảng
Bảng 2.1: Bảng câu hỏi khảo sát ý kiến khách hàng ....................................................... 9
Bảng 2.2: Phân tích và xác định các thông số kỹ thuật ................................................. 12
Bảng 2.3: Ngôi nhà chất lượng ...................................................................................... 14
Bảng 2.4: Đánh giá mức độ quan trọng của các yêu cầu khách hàng ........................... 15
Bảng 2.5: Đánh giá mức độ cạnh tranh ......................................................................... 16
Bảng 2.6: Khối chức năng ............................................................................................. 21
Bảng 3.1: Mối quan hệ của năng xuất máy ................................................................... 34
Bảng 3.2: Thông số ổ bi ................................................................................................ 45
Bảng 3.3: Thông số ổ bi ................................................................................................ 58
Bảng 3.4: Thông số ổ bi ................................................................................................ 61
Bảng 3.5: Thông số ổ bi ................................................................................................ 77
Bảng 4.1: Bảng so sánh các hệ thống điều khiển .......................................................... 79
Bảng 4.2: Bảng kê ngõ vào ............................................................................................ 82
Bảng 4.3: Bảng kê ngõ ra .............................................................................................. 83