Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 1
MỤC LỤC

Trang
Trang bìa phụ
Quyết định làm đồ án
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Nhận xét của giáo viên phản biện
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC BẢNG 4
DANH MỤC CÁC HÌNH 5
LỜI NÓI ĐẦU 8
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
VÀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 9
1.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất 9
1.1.1. Phân loại tự động hóa 9
1.1.1.1. Tự động hóa cứng 9
1.1.1.2. Tự động hóa lập trình 9
1.1.1.3. Tự động hóa linh hoạt 10
1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay 10
1.1.3. Sự cần thiết của tự động hóa 11
1.2. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm nước uống đóng chai, hộp đóng nắp 12
1.3. Thực trạng sản xuất của các công ty ở Việt Nam 13
CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ
THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 17
2.1. Giới thiệu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đóng nắp chai 17
2.1.1. Giới thiệu 17
2.1.2. Vật tư chế tạo dây chuyền 17

2.1.3. Băng tải 18
2.1.4. Cụm chi tiết cấp nắp 18
2.1.5. Cụm chi tiết giữ chai 19
2.1.6. Cụm chi tiết đóng nắp 20
2.1.7. Nguyên lý hoạt động chung cho dây chuyền 21
2.2. Tính toán chế tạo các cụm chi tiết trong dây chuyền 22
2.2.1. Tính toán thiết kế băng tải 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 2
2.2.1.1. Giới thiệu chung về công dụng và phân loại máy chuyển liên tục 22
2.2.1.2. Chọn loại băng tải 24
2.2.1.3. Chọn cụm chi tiết dẫn động 25
2.2.1.4. Thiết kế băng tải 26
2.2.2. Tính toán cụm xoáy nắp và cụm chi tiết giữ chai 28
2.2.2.1. Tính toán thiết kế chi tiết mâm xoay trong cụm giữ chai 28
2.2.2.2. Tính toán thiết kế cụm chi tiết xoáy nắp 28
CHƯƠNG III GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH SIMATICIC S7-
200 42
3.1. Tổng quan về PLC 42
3.1.1. Cấu trúc phần cứng của CPU - (CENTRAL PROCCESSING UNIT) 42
3.1.2. Cấu trúc phần cứng PLC 43
3.1.2.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU- CENTRAL PROCCESSING UNIT) 45
3.1.2.2. Bộ nhớ và bộ phận khác 45
3.1.2.3. Khối vào ra 46
3.1.2.4. Thiết bị lập trình 46
3.1.3. Khái niệm về lập trình PLC 47
3.1.3.1. Giải thích chương trình LADDER 47
3.1.3.2. Ngõ vào và ngõ ra 47

3.1.3.3. Thanh ghi (register) 48
3.1.3.4. Bộ đếm (counter) 48
3.1.3.5. Bộ định thời gian (timer) 49
3.2. Giới thiệu bộ điều khiển lập trình S7-200 50
3.2.1. Cấu trúc phần cứng 50
3.2.1.1. Đặc điểm chung 50
3.2.1.2. Các đèn trạng thái 52
3.2.1.3. Ngõ vào 53
3.2.1.4. Ngõ ra 53
3.2.1.5. Nguồn cung cấp 53
3.2.1.6. Cổng truyền thông nối tiếp 54
3.2.1.7. Công tắc chọn chế độ làm việc 55
3.2.1.8. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi 55
3.2.2. Cấu trúc bộ nhớ S7-200 55
3.2.2.1. Phân chia bộ nhớ 55
3.2.2.2. Vùng nhớ dữ liệu 56
3.2.2.3. Vùng đối tượng 58
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 3
3.2.2.4. Mở rộng cổng vào ra 59
3.2.2.5. Phương thức truy cập bộ nhớ 60
3.2.3. Cấu trúc chương trình của S7-200 62
3.2.4. Nguyên lý hoạt động 63
3.2.5. Ngôn ngữ lập trình 64
3.2.5.1. Phương pháp LADDER 65
3.2.5.2. Phương pháp hình khối FBD 66
3.2.5.3. Phương pháp liệt kê STL 66
CHƯƠNG IV HỆ THỐNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 68

4.1. Các phần tử điều khiển điều chỉnh 68
4.1.1. Van điều khiển 68
4.1.1.1. Van một chiều 68
4.1.1.2. Van đảo chiều 68
4.1.1.3. Sơ đồ điều khiển của van 74
4.1.2. Phần tử đưa tín hiệu 74
4.1.2.1. Nút nhấn 75
4.1.2.2. Công tắc 75
4.1.2.3. Giới hạn hành trình 76
4.1.2.4. Cảm biến 76
4.2. Sơ đồ điện động của hệ thống điện trong dây chuyền 79
4.3. Chương trình điều khiển 80
4.3.1. Lưu đồ thuật toán của chương trình 80
4.3.2. Chương trình điều khiển 82
KẾT LUẬN 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 89







ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 4
DANH MỤC CÁC BẢNG

1. Bảng 1: Thông số của các PLC s7 200 - 22x.

2. Bảng 2: Phân chia và toán hạng vùng dữ liệu.
3. Bảng 3: Toán hạng và phân chia vùng đối tượng.
4. Bảng 4: Các module mở rộng của CPU 224.
5. Bảng 5: Định nghĩa sắp xếp.
















ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 5
DANH MỤC CÁC HÌNH

1. Hình 1.2: Sản phẩm nước ép trái cây đóng chai.
2. Hình 1.3a: Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu bôi trơn.
3. Hình 1.3b: Dây chuyền đóng nắp chai nước mắm.
4. Hình 1.3c: Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai sữa.

5. Hình 1.3d: Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai thuốc trừ sâu.
6. Hình 1.3e: Mô hình đóng nắp chai tự động.
7. Hình 2.1: Dây chuyền đóng nắp chai tự động.
8. Hình 2.1.3: Băng tải.
9. Hình 2.1.5a : Chi tiết mâm xoay.
10. Hình 2.1.5b: Chi tiết xilanh và cánh tay kẹp.
11. Hình 2.1.6: Chi tiết cụm xoáy nắp.
12. Hình 2.1.7: Sơ đồ khối các cụm chi tiết của dây chuyền.
13. Hình 2.2.1.1 : Cấu tạo chung của băng tải.
14. Hình 2.2.1.2a: Băng tải đai.
15. Hình 2.2.1.2b: Băng tải đai trong dây chuyền sản xuất.
16. Hình 2.2.1.2c: Băng tải con lăn.
17. Hình 2.2.1.2d: Băng tải.
18. Hình 2.2.1.3a: Động cơ bước.
19. Hình 2.2.1.3b: Động cơ servo.
20. Hình 2.2.1.3.c: Động cơ 1 chiều.
21. Hình 2.2.1.4a: Băng tải.
22. Hình 2.2.1.4b: Bản vẽ chi tiết của rulô.
23. Hình 2.2.2.2a: Lực tác động lên xilanh tác dụng đơn.
24. Hình 2.2.2.2b: Kí hiệu xi lanh tác dụng đơn.
25. Hình 2.2.2.2c: Xilanh màng.
26. Hình 2.2.2.2d: Xilanh tác dụng hai chiều.
27. Hình 2.2.2.2e: Xilanh tác dụng hai chiều không có giảm chấn.
28. Hình 2.2.2.2f: Các loại kết cấu đồ gá lắp thêm với xilanh tác dụng 2 chiều.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 6
29. Hình 2.2.2.2g: Xilanh tác dụng hai chiều có cụm chi tiết giảm chấn.
điều chỉnh được ở cuối khoảng chạy.

30. Hình 2.2.2.2h: Sơ đồ lực.
31. Hình 2.2.2.2i: Xilanh nhiều vị trí.
32. Hình 2.2.2.2j: Xilanh với pittông rỗng và khả năng ứng dụng.
33. Hình 2.2.2.2k: Phần tử đệm kín xilanh.
34. Hình 2.2.2.2l: Xilanh.
35. Hình 2.2.2.2m:Xi lanh tác dụng 2 chiều.
36. Hình 3.1.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC.
37. Hình 3.2.1.1: Hình dạng và cấu trúc bên ngoài của PLC s7 200 - 224.
38. Hình 3.2.1.6: Chuyển đổi RS232 sang RS485.
39. Hình 3.2.2.5a: Truy cập theo bit.
40. Hình 3.2.2.5b: Truy cập theo Byte.
41. Hình 3.2.2.5c: Truy cập theo word.
42. Hình 3.2.2.5c: Truy cập theo Double word.
43. Hình 3.2.4: Chương trình thực hiện theo vòng quét (Scan) trong S7 200.
44. Hình 3.2.5.1 - Ví dụ về ngôn ngữ LAD.
45. Hình 3.2.5.2: Ví dụ về ngôn ngữ FBD.
46. Hình 3.2.5.3: Ví dụ về ngôn ngữ STL.
47. Hình 4.1.1.1: Van một chiều.
48. Hình 4.1.1.2a: Các thành phần van chỉnh hướng.
49. Hình 4.1.1.2b: Kí hiệu van đảo chiều.
50. Hình 4.1.1.2c: Van 2/2.
51. Hình 4.1.1.2d: Van đảo chiều 3/2.
52. Hình 4.1.1.2e: Van đảo chiều 4/2.
53. Hình 4.1.1.2f: Van đảo chiều 5/2.
54. Hình 4.1.1.2i: Van đảo chiều 4/3.
55. Hình 4.1.1.3: Sơ đồ điều khiển của các Van 5/2 trong hệ thống.
56. Hình 4.1.2.1a: Tín hiệu điện (NO,NC).
57. Hình 4.1.2.1b: Tín hiệu khí (NC).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 7
58. Hình 4.1.2.1c: Tín hiệu điện (NO).
59. Hình 4.1.2.2: Công tắc.
60. Hình 4.1.2.3a: Giới hạn hành trình điện.
61. Hình 4.1.2.3b: Giới hạn hành trình khí.
62. Hình 4.1.2.4a: Cảm ứng từ trường trên pittong.
63. Hình 4.1.2.4b: Xác định hành trình bằng cảm biến từ trường.
64. Hình 4.1.2.4c: Cảm biến tia rẽ nhánh.
65. Hình 4.1.2.4d: Cảm biến tia phản hồi.
66. Hình 4.1.2.4e: Cảm biến quang.
67. Hình 4.2: Sơ đồ điện động của mô hình.
68. Hình 4.3.1: Lưu đồ thuật toán.
69. Hình 4.3.2: Symbole table.












ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 8

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, cơ khí nói chung
đóng một vai trò rất quan trọng. Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công
nghệ, cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh thế thị
trường. Chính vì vậy xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp
giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới - Lĩnh vực
cơ khí tự động hóa. Trên thế giới, cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu đời và phát
triển rất mạnh nhưng tại Việt Nam đây là lĩnh vực mới và đang trong quá trình hình
thành và phát triển. Một trong những sản phẩm của Cơ điện tử - Tự động hóa là dây
chuyền hệ thống đóng nắp chai tự động. Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng nước uống đóng
chai cũng như các sản phẩm đóng gói ngày càng tăng. Nắm bắt được tầm quan trọng
của hệ thống, nhóm thực hiện nghiên cứu" Thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp
chai tự động ". Trong khi thực hiện đồ án, chúng em đã phân chia nhiệm vụ cho từng
thành viên trong nhóm để cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đã được giao:
Nguyễn Thế Hưng : Thực hiện phần thiết kế cơ khí
Phạm Đình Phú : Thực hiện phần hệ thống và chương trình điều khiển
Sản phẩm cũng như kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có gì lớn lao
nhưng đó là thành quả bước đầu khi chúng em ra trường bước vào cuộc sống mới.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện hệ thống nhưng còn nhiều
khó khăn về tài chính cũng như kiến thức nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em mong nhân được sự đóng góp của Quý thầy cô. Chúng em xin chân thành
cảm ơn thầy Nguyễn Văn Tường và thầy Đỗ Quốc Chí đã giúp đỡ chúng em suốt
thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp. Cuối cùng chung em xin chân thành cảm ơn Quý
thầy cô.

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Hưng
Phạm Đình Phú

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 9
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

1.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một phần hay
toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người.
Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí,
điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Công nghệ này bao gồm:
 Những công cụ máy móc tự động.
 Máy móc lắp ráp tự động.
 Người máy công nghiệp.
 Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động
 Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và ra
quyết định để hỗ trợ sản xuất.

1.1.1. Phân loại tự động hóa
1.1.1.1. Tự động hóa cứng
Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định
trên một cấu hình thiết bị. Các nguyên công này trong dây chuyền thường đơn giản.
Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ
thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hóa cứng:
 Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng.
 Năng suất máy cao.
 Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay
đổi sản phẩm.

1.1.1.2. Tự động hóa lập trình
Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên
công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau.
Chuỗi hoạt động có thể được điểu khiển bởi một chương trình, tức là một tập
lệnh được mã hóa để hệ thống đọc và diễn dịch chúng.
Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản
phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:
 Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát.
 Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
 Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới.
 Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 10
Tự động hóa linh hoạt là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được. Khái niệm
của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa quá và
những nguyên lý vẫn còn đang phát triển.
1.1.1.3. Tự động hóa linh hoạt
Là hệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau mà
hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm
khác. Không mất thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay thế các cài đặt vật
lý(công cụ đồ gá, máy móc). Hiệu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản xuất
khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt. Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt có thể
tóm tắt sau:
 Đầu tư cao cho thiết bị.
 Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
 Tấc độ sản xuất trung bình.
 Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.

1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay
Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động phân
xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn, hàng khối
như vòng bi, pittông
Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc khi
mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy điều khiển
theo chương trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi chuyển sang gia
công loạt chi tiết khác. Bước phát triển tiếp theo là sự xuất hiện của trung tâm gia công
mà đặc điểm của nó là có ổ trữ dụng cụ để thay thế theo trình tự gia công.
Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh hướng
mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử dụng thiết bị cao
(85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao. Nó được áp dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công nghiệp hàng không
Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hóa toàn bộ quá trình sản
xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết kế quy trình công nghệ, thiết
kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm
tra chất lượng sản phẩm Đây là hình thức tự động hóa tiến bộ nhất đưa lại hiệu quả
kinh tế lớn.



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 11
1.1.3. Sự cần thiết của tự động hóa
Các công ty hỗ trợ các dự án về vấn đề tự động hóa vì nhiều lý do khác nhau.

 Nâng cao năng suất
Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động.

Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng
tay tương ứng.

 Chi phí nhân công cao
Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không
ngừng tăng lên. Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã trở nên kinh
tế hơn để có thể thay đổi chân tay. Chi phí cao của lao động đang ép các nhà lãnh đạo
doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc. Bởi vì máy móc có thể sản xuất ở
mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp
hơn.

 Sự thiếu lao động
Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động. Chẳng
hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng nguồn cung cấp
lao động của mình. Việc thiếu hụt lao động cũng kích thích sự phát triển của tự động
hoá.

 Xu hướng dịch chuyển của lao động về thành phần dịch vụ
Xu hướng này đặc biệt thịnh hành ở Mỹ vào lúc 1986, tỷ lệ lao động được thuê
trong sản xuất 20%. Năm 1947, nó vào khoảng 30%. Trước năm 2000, ước lượng là
đạt con số khoảng 2%. Chắc chắn là tự động hoá sản xuất đã tạo ra sự dịch chuyển
này. Tuy nhiên còn có nhiều sức ép xã hội, đoàn thể chịu trách nhiệm cho xu hướng
này. Sự phát triển của lực lượng lao động văn phòng được thuê, được chính phủ liên
bang, tiểu bang và địa phương đã tiêu thụ một phần lao động mà đáng lẽ đã phải tiêu
thụ ở khu vực sản xuất. Ngoài ra, còn có xu hướng xem công việc là tẻ nhạt, không có
ý nghĩa là bẩn thỉu. Quan điểm này đã khiến cho mọi người tìm kiếm việc làm trong
thành phần dịch vụ của nền kinh tế. ( Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật
bán hàng …).

 Sự an toàn

Bằng việc tự động hoá các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị trí
tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn. Sự an toàn và
thoải mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với sự ban hành đạo luật sức
khoẻ và an toàn nghề nghiệp (1970). Nó cũng là sự tự động hoá.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 12
 Giá nguyên vật liệu cao
Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách
hiệu quả hơn. Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá.

 Nâng cao chất lượng sản phẩm
Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm
bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu
chuẩn chất lượng.

 Rút ngắn thời gian sản xuất
Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của
khách hàng và thời gian giao sản phẩm. Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh
trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn.

 Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất
Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà sản
xuất vì nó giữ chặt vốn lại. Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị. Nó không
đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm. Tương tự như nhà sản xuất sẽ có lợi
khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất. Tự động hoá có xu hướng thực
hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ sản phẩm phân xưởng

 Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định
Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với việc
đầu tư đào tạo con người. Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định.

Tất cả những nhân tố trên hợp thành một bản đồng ca biến việc tự động hoá sản
xuất thành một công cụ hấp dẫn thay cho phương pháp sản xuất bằng tay.

 Nhận xét: : Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất ta
chọn hệ thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra.

1.2. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm nước uống đóng chai, hộp đóng nắp

Xã hội ngày càng phát triển đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Do
đó, nhu cầu ăn uống của người dân cũng được nâng cao. Chính vì vậy mà những năm
gần đây các loại nước ngọt đóng chai (như cocacola, pepsi, trà xanh O
o
, nước ép trái
cây đóng chai ) phục vụ cho người dân rất đa dạng và được bán rộng khắp trên cả
nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc chọn lựa, đa dạng cả về
mẫu mã lẫn chất lượng. Thời gian gần đây ta nhận thấy các sản phẩm nước uống giải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 13
khát của các tập đoàn lớn như Coca hay Pepsi đã không còn chiếm thị phần lớn ở thị
trường Việt Nam thay vào đó là các loại nước uống giải khát có giá trị dinh dưỡng
hơn: Như các loại nước trái cây ép hay các loại trà thảo dược.

Hình 1.2: Sản phẩm nước ép trái cây đóng chai
Nếu như trước đây các loại nước ngọt chỉ có mặt tại các cửa hàng lớn, siêu thị

thì giờ đây nó đã có mặt ở mọi nơi từ các tiệm bách hoá, các cửa hàng bán lẻ nhỏ, các
quán nước ven đường hay nói đúng hơn chỉ cần vài ba bước là có thể mua được. Từ
đó, có thể thấy mức độ phổ biến của các sản phẩm nước ngọt. Nước ta có khoảng 80
triệu người chỉ cần tính mỗi người sử dụng một chai nước, thì con số chai nước cần
sản xuất đã lên tới 80 triệu chai do đó nhu cầu sử dụng nó là rất lớn.
Chính vì thế, nhiều cơ sở, nhiều xí nghiệp, công ty sản xuất nước ngọt đã thành
lập, đó là nhu cầu tất yếu.
Ngoài các loại nước uống, phải kể đến sự phát triển của các sản phẩm chai đóng
nắp hiện nay: Như các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, nước mắm, Do đó có thể thấy nhu
cầu sản xuất các sản phẩm hộp đóng nắp rất cao.
1.3. Thực trạng sản xuất của các công ty ở Việt Nam
Cùng với sự phát triển của các sản phẩm nước ép trái cây đóng chai ta thấy
việc chuyển đổi sử dụng chai chứa cho các sản phẩm, các loại chai nhựa thay thế cho
các loại chai thủy tinh vì sự tiện dụng của chai nhựa. Do đó nó cũng làm thay đổi công
nghệ chiết rót và đóng nắp chai, các chai thủy tinh thì nắp thường được đóng chặt vào
còn chai nhựa thường được xoáy.
Với nhu cầu sản lượng lớn thì công việc sản xuất chiết rót, đóng nắp chai bằng
tay là không hiệu quả. Đặt ra yêu cầu đưa hệ thống dây chuyền tự động chiết rót và
đóng nắp chai tự động vào sản xuất. Trên thị trường Việt Nam có hệ thống chiết rót và
đóng nắp chai tự động ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau nhưng các
dây chuyền đều được nhập từ nước ngoài: Đài Loan , Trung Quốc Do đó giá thành
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 14
cao và gặp nhiều khó khăn trong quá trình vận hành, sửa chữa. Sau đây là một số dây
chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động có trên thị trường hiện nay:

Hình 1.3a: Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu bôi trơn

Hình 1.3b: Dây chuyền đóng nắp chai nước mắm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 15

Hình 1.3c: Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai sữa


Hình 1.3d: Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai thuốc trừ sâu




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 16
Đứng trước nhu cầu của thực tiễn sản xuất, được sự đồng ý của bộ môn “Cơ
điện tử”, sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Tường và thầy Đỗ Quốc
Chí. Nhóm chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình máy đóng nắp chai
tự động” ở mức độ mô hình.

Hình 1.3e: Mô hình đóng nắp chai tự động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 17
CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHẾ TẠO
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

2.1. Giới thiệu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đóng nắp chai
2.1.1. Giới thiệu
Trong giới hạn đề tài tốt nghiệp, do còn nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian,
kinh tế… chúng em giới hạn thực hiện các công đoạn của dây đóng nắp chai tự động:
 Cấp chai: bằng tay.
 Cấp nắp tự động.
 Đóng nắp tự động.
Dựa trên những yêu cầu đề ra: Dây chuyền đóng nắp chai cùng với việc tham
khảo các dây chuyền đã có chúng em đã đưa ra kết cấu của dây chuyền như sau:


Hình 2.1: Dây chuyền đóng nắp chai tự động

2.1.2. Vật tư chế tạo dây chuyền
Các chi tiết của dây chuyền được làm bằng nhôm là chủ yếu: gồm nhiều loại
nhôm hộp 12x25, 25x25, 76x25… nhôm ke, nhôm ống nhỏ phù hợp với từng vị trí.
Những chỗ chịu lực lớn, momen lớn, cần độ cứng vững cao nhôm được nhét gỗ để gia
tăng độ cứng vững.

Các chi tiết trục và puli đều được gia công chính xác trên máy tiện. Các cụm chi
tiết có yêu cầu về độ cứng vững và chính xác cao chúng em đều làm bằng thép .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 18
Trong dây chuyền có sử dụng 3 xi lanh khí nén đi kèm với bộ xilanh là các van
5 của 2 vị trí, dây dẫn khí, khí nén. Trong dây chuyền còn có các cảm biến quang và
cảm biến từ, công tắc hành trình.

2.1.3. Băng tải
Băng tải sử dụng đai để dẫn chai, và được chia làm 2, dẫn động bởi 2 động cơ
DC, động cơ DC chạy nguồn 24V có momen lớn và có hộp giảm tốc trên thân động
cơ, công suất 80w. Trục của 2 động cơ được gá trực tiếp vào trục của ru lô và 1 động
cơ được gá trên nhôm thanh 25x50, động cơ còn lại được gá trên nhôm tấm. Nhôm
12x25, nhôm ống nhỏ được sử dụng để dẫn hướng chai trong quá trình chai chạy trên
băng tải. Các thanh nhôm gá động cơ dẫn động được nhét gỗ để tăng độ cứng vững và
giữ chặt chi tiết nhôm xuống đế gỗ phía dưới.
Dây đai băng tải làm bằng giấy nhám vải có cát mịn loại 400, được đặt trên 1
tấm fip mỏng đỡ trên nhôm ke và chai chạy trên đó.

Hình 2.1.3: Băng Tải.

2.1.4. Cụm chi tiết cấp nắp
Thùng cấp nắp được làm tôn đã được gò thành hình tròn có , dưới đáy
thùng có ngăn để nắp không đạt yêu cầu rớt xuống cho người sử dụng cấp lại cho
thùng. Bên trong thùng đặt 1 máng đỡ nắp khi người sử dụng đổ nắp vào và trên máng
làm luôn phân loại nắp, dẫn nắp ra ngoài bằng nhôm hộp 25x50. Thùng cấp nắp đặt
trên 4 thanh sắt hộp dựng thành đế cao 1m50, 4 góc thùng gắn thêm lò xo để tạo độ
rung cho thùng.

Phần dưới của thùng đặt 1 động cơ 24V không hộp giảm tốc, trục động cơ được
gắn 1 bánh lệch tâm để tạo rung chủ động cho thùng.
Ống dẫn hướng nắp được làm bằng tôn và gò thành ống dẫn, nắp thò 1 phần
xuống phía dưới ra khỏi phần dẫn hướng, chai chạy qua kéo nắp theo úp vào đầu chai.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 19
Vật liệu được sử dụng trong cụm chi tiết gồm:
+ Một thùng tôn rỗng có đường kính đáy là .
+ Tôn mỏng.
+ Thép hộp 15x15.
+ Nhôm hộp 25x50, nhôm lá, ke.
+ Một động cơ 1 chiều 24V có tốc độ cao 5000v/phút.

2.1.5. Cụm chi tiết giữ chai
Gồm cụm mâm xoay và cánh tay kẹp cổ chai.

 Cụm mâm xoay
Gồm 2 mâm úp lên nhau, chế tạo từ gỗ fit, được phay thành 6 rãnh giữ chai.
Gắn lên trục và được truyền động nhờ động cơ một chiều 24v có hộp giảm tốc.

 Cụm cánh tay kẹp cổ chai
Do yêu cầu tác động nhanh, lực giữ lớn của cụm chi tiết giữ chai, đồng thời
hành trình chuyển động phù hợp với việc sử dụng khí nén, nên cụm chi tiết sử dụng xi
lanh khí nén để giữ cổ chai trong khi xoáy nắp. Để giữ chi tiết tốt chúng em sử dụng
tay kẹp bằng khí nén để kẹp chặt cổ chai khi giữ, để tăng ma sát khi giữ thì mặt trong
của tay kẹp được đệm cao su.
Để đảm bảo má kẹp chuyển động thẳng khi kẹp chúng em chế tạo cụm chi tiết
định hướng cho tay kẹp. Cụm chi tiết định hướng là 2 trụ thẳng được gá 1 đầu cố định

xuống đế, 1 đầu dùng nhôm ke gắn thêm ray, trên cánh tay kẹp chúng em tạo thêm con
lăn và cánh tay kẹp được chuyển động tịnh tiến trong ray.do đó khi má kẹp chuyển
động luôn đảm bảo má kẹp không bị quay. Nếu không có cụm chi tiết định hướng, khi
xi lanh chuyển động nó có thể quay làm quay cánh tay kẹp dẫn đến sai số khi kẹp.

Vật liệu được sử dụng trong cụm chi tiết gồm:
+ Hai tấm gỗ fit dày 5mm.
+ Trụ nhôm đặc .
+ Nhôm hộp 25x50, nhôm ke.
+ Con lăn và rãnh nhôm.
+ Hai van 5/2, 1 xilanh,1 cánh tay kẹp bằng khí nén.
+ Một động cơ 1 chiều 24V có hộp giảm tốc.
+ Dây dẫn khí nén.

Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến mâm xoay nhận được tín hiệu, thì mâm
xoay dừng chai được đưa tới cụm đóng nắp, van cấp khí cho xilanh đưa cánh tay kẹp
ra ngay cổ chai và kẹp chai tại cụm đóng nắp.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 20

Hình 2.1.5a: Chi tiết mâm xoay

Hình 2.1.5b: Chi tiết xilanh và cánh tay kẹp

2.1.6. Cụm chi tiết đóng nắp
Để thực hiện xoáy nắp, cụm chi tiết xoáy phải vừa chuyển động quay vừa
chuyển động lên xuống. Do đó, chúng em đã chọn giải pháp dùng xilanh khí nén đưa
cụm chi tiết xoáy nắp lên xuống. Một động cơ luôn quay mang đầu xoáy nắp được gắn

vào phần chuyển động lên xuống. Nên đầu xoáy có hai chuyển động vừa xoay liên tục
vừa đi xuống để thực hiện xoáy nắp chai.
Có nhiều cách để thực hiện các chuyển động lên xuống, chúng em lựa chọn
cụm chi tiết con lăn gắn chặt bên trong nhôm hộp 25x75, tạo ra cơ cấu trượt trên trụ
làm bằng nhôm hộp 25x50. Khi van cấp khí cho xilanh, pittong sẽ đi xuống đưa cả
cụm đóng nắp đi xuống, đầu pittong được gắn lên cụm xoáy nắp nhờ 1 mặt bích có
, dày 2mm, làm bằng thép.
Vật liệu được sử dụng trong cụm chi tiết:
+ Một van 5/2, xilanh 2 tác động.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 21
+ Nhôm hộp 25x50,25x75, nhôm ke.
+ Con lăn.
+ Thép đặc .
+ Một động cơ một chiều 24V có hộp giảm tốc.
Để tạo ra chuyển động xoay của cụm chi tiết xoáy ta dùng 1 động cơ. Động cơ
này luôn xoay khi dây chuyền hoạt động.
Kết cấu: Trục động cơ được gá thẳng vào 1 cụm chi tiết tạo độ trượt khi nắp đã
được xoáy chặt. Cụm chi tiết này là 1 trụ sắt đặc , một đầu được gắn vào hộp giảm
tốc, và trục động cơ được gá thẳng vào hộp giảm tốc này tạo truyền động, đầu còn lại
gắn vào chi tiết dẫn động đến đầu xoáy nắp. Chi tiết dẫn động là 2 mâm tròn bên trong
có rãnh trượt chứa viên bi làm con trượt. Cuối cùng là lò xo có độ giãn thích hợp luồn
qua trụ sắt đặc.
Nguyên lý hoạt động: Động cơ luôn quay làm cho đầu xoáy nắp luôn quay,
chuyển động lên xuống được thực hiện như trên đã giới thiệu. Đầu xoáy nắp đi xuống
tỳ vào mặt nắp chai do tác dụng của lực ma sát của đệm cao su trong đầu xoáy làm cho
nắp chai quay và chuyển động đi xuống xoáy chặt vào chai. Do có rãnh trượt và lò xo,
nên khi cụm chi tiết xoáy đi xuống tì vào chai, chai không bị bẹp vì cụm chi tiết xoáy

nắp trượt dần lên trong rãnh, tuy trượt lên nhưng lực xoáy không hề giảm do có lò xo
luôn nén xuống.

Hình 2.1.6: Cụm chi tiết xoáy nắp

2.1.7. Nguyên lý hoạt động chung cho dây chuyền
Chai được người sử dụng đưa vào đầu dây chuyền bằng tay và cấp liên tục
trong quá trình dây chuyền hoạt động. Băng tải luôn chạy, khi chai vào thì băng tải sẽ
dẫn chai đi. Cảm biến số 1 nhận, lúc này mâm sao giữ chai có rãnh nằm giữa băng tải
thì động cơ của mâm sao giữ chai không chuyển động. Trong lúc chai được đưa vào
rãnh, delay 1 khoảng thời gian nhất định, động cơ mâm sao tiếp tục xoay thì chai đang
ở trong rãnh của mâm sao được đưa đến cụm chi tiết cấp nắp (nắp đã được chờ sẵn vào
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 22
đầu chai), chai đã có nắp tiếp tục đi tới nhờ mâm sao. Cụm chi tiết giữ chai bắt đầu
hoạt động (nhờ cảm biến 1 nhận, làm mâm sao giữ và dừng chai đúng vị trí yêu cầu),
pittong của xilanh 1 chuyển động tịnh tiến đưa tay kẹp tới kẹp cổ chai (nhờ hệ thống
khí nén). Lúc này, pittông của xilanh 2 chuyển động (động cơ xoáy nắp hoạt động liên
tục) đưa cơ cấu đóng nắp đi xuống và xoáy nắp vào chai. Sau đó chay tiếp đưa chai ra
ngoài và chu trình vẫn tiếp tục.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp nắp, khi cảm biến 2 nhận được và báo về
cho người sử dụng biết là hết nắp trong ống dẫn nắp thì người sự sẽ đổ nắp vào thùng.
Lúc này động cơ rung cho thùng cấp nắp đã hoạt động làm rung đưa nắp và phân biệt
nắp trong ống dẫn nắp.

Hình 2.1.7: Sơ đồ khối các cụm chi tiết của dây chuyền
2.2. Tính toán chế tạo các cụm chi tiết trong dây chuyền
2.2.1. Tính toán thiết kế băng tải
2.2.1.1. Giới thiệu chung về công dụng và phân loại máy chuyển liên tục
Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật
liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các
thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cấu kiện
nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên
các trạm thuỷ điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho, bãi thì dùng để
vận chuyển các loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác; trong một
số ngành công nghiệp nhẹ , công nghiệp thực phẩm, hoá chất thì dùng để vận chuyển
các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng,
đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được.





Mâm
Sao
Chai Băng Tải
C
ảm Biến Băng Tải

ĐC Băng T

ải

ĐC Băng T
ải

Cấp Nắp

Xoáy Nắp

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 23
Băng tải có ưu điểm cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn
chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp nằm ngang và nghiêng.
Vốn đầu tư không lớn lắm có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ
dàng, làm việc không ồn ào, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận
chuyển khác không lớn lắm.
Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế vì chúng có độ dốc cho phép
không cao (16-20
0
, tuỳ theo tính chất vận chuyển) không đi theo đường cong được.

Cấu tạo chung của băng tải:

Hình 2.2.1.1 : Cấu tạo chung của băng tải
1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật
2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo
3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các

yếu tố làm việc.
5. Bộ phận đổi hướng cho bộ phận kéo.

Các thông số chủ yếu của máy chủ yếu là:
 Năng suất.
 Vận tốc di chuyển.
 Chiều dài và chiều cao vận chuyển










L

L1


L2










H

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 24
2.2.1.2. Chọn loại băng tải
 Băng tải đai

Hình 2.2.1.2a: Băng tải đai

Hình 2.2.1.2b: Băng tải đai trong dây chuyền sản xuất
 Băng tải con lăn

Hình 2.2.1.2c: Băng tải con lăn
 Băng tải lá
 Băng tải thanh đẩy
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2010

SVTH: PHẠM ĐÌNH PHÚ
NGUYỄN THẾ HƯNG Trang 25
Trong đồ án này chúng em quyết định chọn băng tải đai với những lý do sau:
 Chi tiết dẫn động chai được dẫn trực tiếp trên băng tải.
 Tải trọng của băng tải không cần lớn.
 Dễ chế tạo, dễ thiết kế.
 Giá thành rẻ.
 Vật liệu dễ kiếm.

Hình 2.2.1.2d: Băng tải
2.2.1.3. Chọn cụm chi tiết dẫn động
Băng tải dẫn động bằng động cơ điện DC.
Có 3 loại động cơ điện được đưa ra để lựa chọn đó là
 Động cơ bước

Hình 2.2.1.3a: Động cơ bước