Đồ án tự động hóa sản xuất: Thiết kế máy đóng gói cà phê

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Lời mở đầu
Trong thời đại ngày nay , các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tự động hoặc
bán tự động . Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sản xuất thực phẩm ,
các hệ thống máy tự động đang ngày càng chiếm vai trò then chốt trong việc làm giảm
giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động . Đối với khâu đóng gói sản phẩm , việc
sử dụng các loại máy tự động để thay thế cho công việc đóng gói thủ công là một đều tất
yếu vì đây là khâu tốn rất nhiều sức lao động cho những công việc lặp đi lặp lại một
cách không cần thiết .
Do đó , trong hoàn cảnh nước ta hiện nay , nhu cầu đối với các loại máy đóng gói
là rất lớn và rất đa dạng . Tuy nhiên , lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản
xuất thiết bị nước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm , việc sản
xuất máy móc trong nước thường không đáp ứng tốt về mặt chất lượng và năng suất mặc
dù vẫn có ưu thế về giá thành . Vì vậy , đòi hỏi bức bách đối với lớp kỹ sư trẻ hiện nay
là phải thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã
đạt được của những đàn anh đi trước và mạnh dạn áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhất
của thế giới vào việc thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu
cầu của sản xuất và đời sống .
Mặc dù việc thiết kế các loại máy công nghiệp rất phức tạp và chắc chắn không
tránh khỏi sai xót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên nước ta vẫn còn thấp
so với các nước, nhưng hy vọng rằng với sự dìu dắt của các thầy cô và sự nổ lực tự thân
của các sinh viên trẻ , trong tương lai gần chúng ta sẽ tự sản xuất được những loại máy
đáp ứng được đòi hỏi của thị trường . Một ngày nào đó , chúng ta sẽ bắt kịp trình độ
công nghệ của thế giới . Ngày đó sẽ đến !

-1-


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương I
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA MÁY ĐÓNG GÓI

Trong xã hội hiện nay , mọi sản phẩm sau khi sản xuất ra đều phải được bao gói
dưới nhiều dạng khác nhau nhằm mục đích bảo quản sản phẩm lâu dài , giữ vệ sinh , tiện
lợi trong vận chuyển , tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm . Mặt khác , đóng gói cũng là
một cách để định lượng nhất là đối với những mặt hàng tiêu dùng và thực phẩm . Tùy
theo hình dạng và kết cấu của sản phẩm mà có những cách đóng gói khác nhau . Các
loại máy đóng gói có thể được phân loại như sau :
- Máy đóng gói vật liệu dạng khối : máy đóng gói mì ăn liền , bánh kẹo , xà
bông …
…

-

Máy đóng gói vật liệu dạng lỏng : máy đóng gói sữa , dầu sa-tế , dầu gội đầu

- Máy đóng gói vật liệu dạng rời : máy đóng gói đường , bột ngọt , cà phê , bột
giặt ...
Đối với máy đóng gói , khâu định lượng là khâu quan trọng nhất . Ứng với sai số
cho phép , sẽ có những cách định lượng khác nhau nhưng căn bản được chia làm hai
dạng : định lượng theo thể tích và định lượng theo trọng lượng .
Cơ cấu định lượng theo thể tích thường được dùng với vật liệu dạng rời , có ưu
điểm là đơn giản và dễ chế tạo nhưng không thể mang lại độ chính xác cao khi so sánh
với cơ cấu định lượng theo trọng lượng . Định lượng theo thể tích có thể dùng kiểu tang
quay , kiểu đĩa , kiểu vít xoắn , kiểu rung …
Vật liệu để chế tạo cơ cấu định lượng dùng trong các máy đóng gói thực phẩm
thường là inox để đảm bảo tính thẩm mỹ cũng như chất lượng và vệ sinh thực phẩm .
Ngoài ra cũng có thể sử dụng nhựa hay các loại vật liệu khác nhưng không phổ biến .
Máy đóng gói thường gặp phải sai số ở bộ phận cắt bao (cắt không đúng vị trí vạch

đánh dấu) do đó phải có một cơ cấu làm nhiệm vụ bù trừ sai số này (có thể dùng hệ
thống bánh răng vi sai hoặc bù trong quá trình điều khiển) .
Máy đóng gói cà phê được thiết kế trong đồ án này thuộc dạng máy đóng gói vật
liệu rời với kiểu định lượng bằng thể tích , có khả năng thay đổi trọng lượng cần định
lượng và thay đổi kích thuớc bao .

-2-


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương II
THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ

I . Yêu cầu kỹ thuật của máy
Máy dùng để đóng gói sản phẩm là gói cà phê ( ví dụ như cà phê Trung
Nguyên) có trọng lượng 100 ÷ 500 g / gói , năng suất từ 30 đến 45 gói trong 1 phút với
dạng bao có nếp gấp hai bên hông và ba đường hàn ( hai đầu bao và dọc theo chiều
dài bao) với mặt cắt ngang có hình dạng như sau

Hình 1

Chất liệu bao gói là màng OPP dạng cuộn có đường kính từ 250 ÷ 450 mm bề rộng
bao là 230 mm
Kích thước của gói 100 g :

Hình 2
-3-

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Mặt cắt ngang của bao 100 g (khi được căng theo hai chiều) :

Hình 3

Bề rộng các mép hàn là 10 mm , độ sai lệch cho phép là 0,5 mm .
Yêu cầu quan trọng của máy là phải cắt bao đúng vị trí những đường vạch trên mép
bao (vạch màu trắng trên nền nâu) do đó cần có các cảm biến nhận diện vị trí cắt và phải
tiến hành bù trừ đi sai số phát sinh do việc chế tạo máy không chính xác , sai số do in sai
vị trí vạch , sai số do biến dạng nhiệt của bao và của máy .
Nhiệt độ cần thiết để hàn bao là khoảng 160ºC
Khung máy làm bằng thép ống vuông 40×40 mm gắn với nhau bằng mối hàn và
được bọc bên ngoài bằng tole inox 1.5 mm .
Tấm đỡ các trục là thép tấm dày 8 mm được hàn vào khung máy . Đế của
khung máy cũng được làm bằng thép tấm 10 mm .
Do yêu cầu về mặt chất lượng cà phê và đảm bảo vệ sinh thực phẩm nên các cơ cấu
tiếp xúc trực tiếp với bao gói và cà phê như các con lăn căng bao , bộ phận tạo hình ,
phễu cấp liệu , trục con lăn ép , mâm gạt bột , cơ cấu định lượng đều được làm bằng
inox .
Dưới chân máy có thể lắp các bánh xe để di chuyển tiện lợi .
Máy không được quá cao gây khó khăn cho quá trình cấp liệu .
Ngoài ra , còn có các yêu cầu về mặt thẩm mỹ và kết cấu hợp lý để khi vận hành
người công nhân không bị vướng víu gây khó khăn , yêu cầu về việc vận hành phải đơn
giản , bảo quản và bảo dưỡng máy dễ dàng .

-4-


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

II. Các phương án thiết kế máy
1) Phương án 1 – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp
Ở phương án này máy hoạt động theo nhịp sản xuất được tạo bởi ly hợp hay cơ cấu
Man . Vì làm việc theo nhịp , lực căng của cuộn bao gói sẽ thay đổi liên tục do đó cần có
cơ cấu điều hòa lực căng để máy hoạt động chính xác . Ưu điểm của dạng thiết kế này là
hệ thống điều khiển đơn giản , mỗi khi cảm biến quang phát hiện thấy vạch định vị thì
bộ phận điều khiển phát lệnh cấp liệu và hàn (hàn dọc bao và hàn hai đầu bao đều bằng
thanh kẹp , không dùng con lăn) do đó không cần hệ thống bù vi sai , hoạt động chính
xác hơn . Nhược điểm lớn nhất của loại này là năng suất không cao do có những khoảng
thời gian chờ giữa các động tác của các cơ cấu do ảnh hưởng của quán tính .
2) Phương án 2 – Máy đóng gói hoạt động liên tục
Đây là phương án được dùng phổ biến vì cho năng suất cao . Đặc điểm của hệ
thống loại này là luôn luôn xuất hiện sai số ở vị trí cắt giữa các gói , sai số này xuất hiện
do nhiều nguyên nhân , trong đó hai nguyên nhân chủ yếu là sai số hệ thống của máy và
sai số ngẫu nhiên ở khoảng cách của hai vạch liên tiếp trên bao gói (do sự biến dạng
nhiệt hoặc do in sai vị trí) . Do đó hệ thống này đòi hỏi phải có cơ cấu bù trừ sai số này,
cơ cấu này sẽ hoạt động liên tục làm cho sai số dao động trong một phạm vi cho phép .
Ngoài ra ta cũng có thể bù trừ sai số này bằng giải thuật điều khiển .
Qua phân tích ở trên , ta thấy phương án hai đáng lựa chọn hơn vì trong hoạt động
sản xuất ngày nay , yếu tố năng suất luôn được đặt lên hàng đầu và việc chế tạo hệ thống
bù trừ sai số vị trí cắt cũng không quá phức tạp . Như vậy phương án hai sẽ được sử
dụng trong khuôn khổ đồ án này với việc bù trừ sai số bằng giải thuật điều khiển .

III . Nguyên lý làm việc của máy
Sơ đồ nguyên lý của máy :

-5-

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Hình 4

Bao cuộn được đưa vào trục đỡ có gắn bạc chặn hai đầu 1, đầu bao được kéo qua
các con lăn căng bao 2 và con lăn đều hòa lực căng bao bằng trọng lượng trục đến bộ
phận tạo hình ban đầu 4 rồi đến bộ phận tạo hình chính 5 . Tại đây bao được uốn theo
hình dáng yêu cầu rồi đưa qua cặp con lăn ép 6 tạo nếp để đến phễu cấp liệu 7 . Sau đó
bao được kéo cuốn qua cảm biến quang 8 để xác định chiều dài bao , tiếp tục đến cặp
con lăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dài bao) , rồi đến cặp con lăn cuốn bao 10 (là nguồn động
lực kéo bao) . Cuối cùng bao đi đến bộ phận hàn đáy bao 11 (đồng thời hàn đầu bao của
bao trước đó) và cắt . Kết hợp với chuyển động cuốn bao và cắt bao là chuyển động theo

-6-


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

nhịp của cửa cấp liệu và chuyển động quay để trộn và cấp liệu của mâm gạt bột 13 đặt
bên dưới thùng chứa liệu 12 .
Bao được định hình bởi bộ phận tạo hình có hình dạng như sau :

Hình 5

Bộ phận tạo hình được lắp trên các rãnh trượt để có thể điều chỉnh ra vào , lên
xuống để phù hợp với sự chuyển động của bao .
Nhiệt độ để hàn loại bao này khoảng 160°C . Bao được hàn mí (dọc bao) thông
qua cặp con lăn hàn bao được gia nhiệt bằng điện trở gắn ở lòng trục con lăn (điện trở
không quay theo con lăn) , bề mặt con lăn có khía nhám để bao không trượt và để truyền
nhiệt tốt hơn . Hai đầu bao được hàn bằng cặp má hàn làm bằng đồng (Cu) được gia

nhiệt bằng điện trở đặt bên trong và trượt (nhờ lực của cặp xylanh khí nén) trên cùng
một đường ray là hai thanh ray hình trụ gắn theo phương ngang và song song với nhau
như hình vẽ sau

-7-


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Hình 6

Bộ phận định lượng là một hộp vuông có thể tích chứa đủ lượng vật liệu cần cấp
cho mỗi gói . Hộp định lượng (hình 7) được đẩy bởi một xylanh khí nén làm hộp
di chuyển qua lại giữa cửa cấp và cửa xả . Để cho cà phê không đóng thành vòm trên
cửa cấp (hiện tượng rất thường gặp đối với vật liệu rời) và để trộn di chuyển vật liệu từ
những nơi khác đến cửa cấp liệu ta dùng một cơ cấu tay gạt quay quanh tâm của thùng
chứa liệu với tốc độ được điều chỉnh bằng biến tần sao cho phù hợp với tốc độ đóng mở
của cửa cấp liệu (chỉ cần phù hợp một cách tương đối) .

Hình 8

-8-


Đồ án Mơn học Tự động hóa sản xuất

Hình dáng trục con lăn ép mí bao như sau :

Ổtrượt

Ố
ng chứ
a cuộ
n điệ
nt

Hình 9

Vì trục con lăn hàn mí bao hoạt động ở nhiệt độ cao (khoảng 160°C) nên ta khơng
dùng ổ lăn mà dùng ổ trượt (bạc thau) tự chế tạo và được chỉnh sửa kỹ trong q trình
chạy thử máy để đảm bảo máy hoạt động tốt ở nhiệt độ u cầu .
Do sự sai lệch ngẫu nhiên của khoảng cách giữa hai vạch chia liên tiếp trên chiều
dài bao và sai số trong việc chế tạo các chi tiết cơ khí của máy nên sau một thời gian
vận hành máy sẽ xuất hiện sai lệch cắt bao do đó đòi hỏi phải có một cơ cấu bù sai
số. Thơng thường có hai dạng bù sai số là bù bằng cơ khí và bù bằng điều khiển . Trong
khn khổ đồ án này tơi xin chọn phương pháp bù bằng cách thay đổi thời gian đóng mở
cửa cấp liệu và đóng mở hệ thống hàn và cắt đáy bao thơng qua một encoder đo góc
quay của trục cuốn kết hợp với cảm biến quang nhận diện chiều dài bao và cảm biến từ
gắn ở bộ phận hàn và cắt bao .
Động cơ cần nhiều tốc độ hoạt động (để tiện cho việc cân chỉnh máy và lắp đặt bao
gói và hệ thống lúc đầu mỗi chu kỳ hoạt động) nên ta cần dùng bộ phận thay đổi tốc độ
động cơ , trong trường hợp này ta dùng biến tần . Biến tần hoạt động theo ngun lý
thay đổi tần số cung cấp cho động cơ dẫn đến làm thay đổi vận tốc động cơ .

-9-


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

I. Tính động học máy
Năng suất của máy : khoảng 40 gói/phút .
Động cơ được sử dụng là loại động cơ ba pha không đồng bộ . Do yêu cầu cần có
những tốc độ khác nhau khi vận hành và điều chỉnh máy nên động cơ được điều chỉnh
tốc độ bằng biến tần .
Chọn sơ bộ vận tốc động cơ là 1420 vòng/phút .
Để thuận lợi trong tính toán và thiết kế ta chọn chu vi con lăn cuốn bằng chiều
dài bao tức là bằng 195 mm . Vì vậy đường kính con lăn cuốn bao sẽ là :
dcc = 0,195/ π = 62,07 mm
Lấy dcc = 62 mm . Sai số sẽ được bù trừ bằng hệ thống bù sai số hoạt động theo
một encoder đo góc .
Đường kính con lăn hàn bao :
dch = 76 mm .
Tỷ số truyền từ động cơ chính đến trục cuốn :
ut = 1420/40= 35,5
Để phù hợp với thực tế chọn tỷ số truyền là 35 .
Chọn tỷ số truyền của bộ truyền xích chính là ux = 2,5 .
Suy ra tỷ số truyền của hộp giảm tốc uh = 35/2,5 = 14 .
Ở đây ta sử dụng loại động cơ có gắn sẵn hộp giảm tốc với uh = 14
Vậy số vòng quay trục cuốn ứng với tỷ số truyền được chọn như sau
ncc = 1420/35 = 40,57 gói/phút .
Năng suất thực tế ứng với số vòng quay trục cuốn :

- 10 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

N = 40,57×π×0,062/0,195 = 40,52 gói/phút .
Thời gian đóng gói một bao cà phê
T = 60/40,52 = 1,48 s
Tốc độ quay của mâm gạt bột (4 tay gạt bột) bằng 1/4 tốc độ quay của trục cuốn
bao , được tạo bởi một động cơ tích hợp hộp giảm tốc thứ hai hoạt động độc lập với hệ
thống cuốn bao nhưng tốc độ cũng được điều chỉnh tăng giảm theo tốc độ cuốn bao
bằng biến tần .
Vận tốc dài của bao là :
v = 40,52×0,195 = 7,901 m/ph = 0,132 m/s
Vận tốc quay nhỏ nhất của cuộn bao (ứng với đường kính lớn nhất là d c = 450
mm):
nc =

7,901
= 5,59 vòng/phút .
π × dc max

Vận tốc quay lớn nhất của cuộn bao (ứng với đường kính nhỏ nhất khi hết bao là
dc = 125 mm):
nc =

7,901
= 20,12 vòng/phút .
π × dc min

Vận tốc quay của các trục căng bao và trục cán nếp (có đường kính giống nhau d t
= 28 mm)
nt =

7,901

= 89,82 vòng/phút
π × dt

Vận tốc quay của con lăn hàn bao (đường kính dch = 76 mm)
nt =

7,901
= 33,09 vòng/phút
π × dch

Trục của encoder không gắn trực tiếp vào trục của con lăn cuốn bao mà đuợc
truyền qua một bộ truyền bánh lăn với tỷ số truyền u e = 5 . Vậy vận tốc của trục
encoder là
ne = 40,57×5 = 202,85 vòng/phút .

- 11 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

II. Động lực học
Các lực tạo ra tải trọng trong quá trình vận hành máy bao gồm :
1. Lực quán tính của cuộn bao .
2. Lực ma sát tại các ổ lăn của : trục đỡ cuộn bao , các trục căng bao , cặp trục
cán mép bao , hai cặp ổ lăn của cặp con lăn cuốn bao .
3. Lực ma sát sinh ra trên các cặp ổ trượt : cặp ổ trượt của cặp con lăn dẫn bao ,
hai cặp ổ trượt của cặp con lăn hàn bao .
4. Trọng lượng của một trục căng bao .
5. Lực ma sát sinh ra giữa bao và bộ phận tạo hình (gồm bộ phận tạo hình ban
đầu và bộ phận tạo hình chính) .

6. Lực ma sát sinh ra giữa phễu cấp liệu và bao .
7. Trọng lượng của gói cà phê chưa cắt (lực này biến đổi theo chu kỳ) .
8. Hao phí trên bộ truyền xích .
9. Hao phí trên hộp giảm tốc .

1. Tính lực quán tính của cuộn bao

Khi máy khởi động , động cơ cần sinh ra lực kéo đủ lớn để thắng quán tính của
cuộn bao , đây cũng là lúc tải trọng đặt lên động cơ là lớn nhất .
Khối lượng của cuộn bao đường kính 450 mm là m = 5 kg .
Suy ra trọng lượng của cuộn bao gói khoảng 50N
Trọng lượng của các bộ phận chặn hai đầu trục đỡ và ống lót là 59 N
Vậy tổng trọng lượng cần tải là
Q1 = 50 + 59 = 109N
Mô hình tính toán như sau :

- 12 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Mqt

R

r
m
F1

F1 – lực kéo của động cơ tác động lên cuộn bao .

Mqt – mômen quán tính của cuộn bao đối với tâm trục quay .
m – khối lượng của cuộn bao .
Từ phương trình cân bằng mômen quanh trục quay ta xác định được F :
F1 =

Mqt Jz × ε Jz × a m × a × R 2
=
= 2 =
= 0,72N
R
R
R
2× R2

Trong công thức trên a là gia tốc dài của bao , vì thời gian mở máy đối với động
cơ công suất nhỏ là rất nhanh nên ta lấy a = v = 0,132 m/s .

2. Lực ma sát tại các cặp ổ lăn trên trục đỡ cuộn bao , các trục trung gian (7

trục), trục cán mép (2 trục) và trục hàn bao

Các lực này ta không cần tính mà chỉ cần dựa vào hiệu suất của các cặp ổ lăn
η
( ol= 0,99) để tăng thêm lực kéo của động cơ .
Ở đây ta thấy có 11 cặp ổ lăn như lực kéo sẽ tăng thêm 1/0,9911 = 1,117 lần .

3. Lực ma sát tại cặp ổ trượt trên trục cuốn

Tương tự như trên ta cũng không tính lực này mà chỉ dựa vào hiệu suất của ổ
trượt ( η ot = 0,98) để tăng tương ứng lực kéo của động cơ .

- 13 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Như vậy lực kéo sẽ phải tăng thêm 1/0,98 = 1,02 lần .

4. Trọng lượng của trục căng bao bằng trọng lượng

Trọng lượng của trục đều hòa lực căng tính được như sau :
Q2 = 70,4 N
Kích thước trục như sau :

5. Lực ma sát sinh ra giữa bao và các bộ phận tạo hình

a) Đối với bộ phận tạo hình ban đầu
Lực căng bao tác dụng lên bao tại bộ phận tạo hình ban đầu cũng là lực kéo của
động cơ lên các bộ phận trước bộ phận tạo hình (gồm có 7 cặp ổ lăn):
F2 = (F1 + Q)/(0,997) = 76,3 N .

- 14 -


ỏn Mụn hc T ng húa sn xut

Lc ma sỏt sinh ra trờn b phn to hỡnh ban u :
Fms1 = kìF2ìcos71,3 = 9,8N
Trong cụng thc trờn k = 0,4 l h s ma sỏt gia bao v inox c xỏc nh qua
thớ nghim .

Nh vy lc kộo bao cn cú sau b phn to hỡnh ban u l
F3 = F2 + Fms1 = 76,3 + 9,8 = 86,1N
b) i vi b phn to hỡnh chớnh

Boọphaọ
n taùo hỡnh
chớnh

Boọphaọ
n taùo hỡnh
ban ủa
u

- 15 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Lực ma sát sinh ra trên bộ phận tạo hình ban đầu :
Fms2 = k×F3×cos85,75 = 2,6N
Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là :
F4 = F3 + Fms2 = 86,1 + 2,6 = 88,7N

6. Lực ma sát sinh ra giữa bao và phễu cấp liệu

Pheã
u caá
p lieä
u

Lực kéo cần có của động cơ sau cặp trục tạo nếp :
F5 = F4/ηol2 = 90,5N
Lực ma sát sinh ra trên phễu cấp liệu :
Fms3 = k×F5×cos84,92 = 3,2N
Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là :
F6 = F5 + Fms3 = 90,5 + 3,2 = 93,7N
Lực kéo cần thiết của động cơ sau trục cuốn (trừ đi hao phí trên cặp ổ trượt của
cặp con lăn dẫn bao trước encoder , cặp ổ trượt trên trục hàn bao , cặp ổ lăn trên trục
cuốn bao)
- 16 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

F7 = F6/(ηol×ηot2) = 98,6N

7. Trọng lượng của bao cà phê chưa cắt

Trọng lượng này cùng chiều với lực kéo của động cơ , do đó nó có tác dụng giảm
tải trọng nhưng lại biến đổi theo chu kỳ (khi có khi không) nên ta không tính đến khi
xác định tải trọng .

8. Hao phí trên bộ truyền xích
Hiệu suất của bộ truyền xích ηx = 0,96
Lực kéo cần có của động cơ sau bộ truyền xích là
F8 = F7/ηx = 102,7N

9. Hao phí trên hộp giảm tốc

Ta chọn động cơ tích hợp hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp .

Như vậy , tổn thất trên hộp giảm tốc bao gồm tổn thất trên hai bộ truyền bánh
răng (hiệu suất ηbr = 0,97 và tổn thất trên hai cặp ổ lăn ηol =0,99) .
Từ các lực trên suy ra công suất trục công tác (công suất trên trục cuốn) :
Plv = F7×v/1000 = 0,013 kW
Plv – Công suất làm việc .
Công suất trên trục ra của hộp giảm tốc
P1 = Plv/ηx = 0,0136 kW
Công suất trên trục động cơ
P2 = P1/( ηbr2×ηol2) = 0,0148 kW
Với công suất trên ta chọn động cơ (hoặc loại khác tương đương)

- 17 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Ngoài ra còn có lực cần thiết để quay mâm gạt bột , lực này phải đủ lớn để chống
lại lực cản của khối lượng cà phê chứa trong thùng cấp liệu .

III. Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén của máy
Máy được trang bị ba xylanh khí nén :
-

Xylanh đóng mở cửa cấp liệu .

-

Hai xylanh đóng mở bộ phận hàn-cắt .

Các xylanh này đều là xylanh tác động kép , có thể tích nhỏ, hành trình ngắn và

thời gian tác động nhanh được điều khiển bằng solenoid .
Các xylanh và hệ thống dẫn khí phải ở trong tình trạng tốt để có thể hoạt động
đúng nhịp sản xuất .
Lực tác động của xylanh cấp liệu được tính dựa vào trọng lượng cà phê được cấp ,
trọng lượng hộp cấp liệu và lực ma sát giữa phần chuyển động và phần cố định của cơ
cấu cấp liệu . Lực tác động của cặp xylanh hàn-cắt không lớn , do đó chỉ cần chọn bất kỳ
xylanh nào có hành trình phù hợp .

IV. Hệ thống nhiệt của máy
Hệ thống nhiệt của máy bao gồm :
- Cặp con lăn ép mí bao với khoảng trống bên trong mỗi trục dùng để gắn điện
trở sinh nhiệt (điện trở không tiếp xúc với thành trong của trục con lăn nên không quay
theo trục)
- Cặp thanh nhiệt hàn đầu bao (cũng là bộ phận cắt bao) có lỗ dọc theo chiều dài
thân để gắn điện trở sinh nhiệt .
Nhiệt cung cấp cho cả hai bộ phận hàn này được tính làm sao để duy trì nhiệt độ
của chúng ở nhiệt độ cần thiết để hàn bao (khoảng 160°C) tức là phải trừ đi lượng nhiệt
mất mát do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh (gồm truyền vào không khí và truyền
vào hộp chứa con lăn) . Ở đây do lượng nhiệt cung cấp cho bao gói không lớn nên ta có
thể bỏ qua lượng nhiệt này hoặc chỉ cần nhân thêm hệ số khi tính toán .

- 18 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

V. Hệ thống điều khiển
Máy được điều khiển bằng PLC loại nhỏ (khoảng 8 ngõ vào và 4 ngõ ra)
Hệ thống cảm biến bao gồm :
- Cảm biến quang học loại phản xạ được đặt lên mí bao (gần trục con lăn cuốn)

có nhiệm vụ xác định vị trí vạch định vị trên bề mặt bao . Phải đảm bảo khoảng cách của
cảm biến đến bề mặt bao phù hợp để phát huy tốt khả năng của cảm biến , đồng thời
phải che chắn để chống nhiễu .
- Cảm biến từ (là một công tắc từ) đặt song song với đường tâm của bộ phận hàncắt có nhiệm cụ tiếp nhận tín hiệu từ của nam châm vĩnh cửu đặt trên bộ phận này để
xác định thời điểm hai thanh nhiệt gặp nhau (thời điểm cắt) .
- Encoder đo góc lấy tín hiệu từ trục con lăn ép có nhiệm vụ xác định khoảng sai
lệch giữa hai bao liên tiếp (với 3 vạch định vị) từ đó cung cấp số liệu cho hệ thống
tiến hành bù trừ sai số . Encoder dùng loại có độ phân giải từ 50 đến 100

* Mạch động lực : máy gồm hai động cơ ba pha không đồng bộ được điều khiển
vận tốc bằng biến tần và đóng cắt bằng khởi động từ . Sơ đồ mạch động lực như sau

- 19 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

T
1

Bie
án
ta
àn

1R
N
2R
N
3R

N

T
2

1R
N
2R
N
3R
N

Hình 10

M1 – Động cơ cuốn bao .
M2 – Động cơ quay mâm gạt bột .
T1 và T2 – Các tiếp điểm của khởi động từ .

- 20 -

M
1

M
2


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

* Mạch điều khiển (dùng PLC) :

- 21 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chú thích :
- X1 : Tín hiệu xung của encoder .
- X2 : Tín hiệu của cảm biến quang xác định vạch .
cắt .

- X3 : Tín hiệu của cảm biến từ xác định vị trí đóng của bộ phận hàn- Y0 : Ngõ ra điều khiển đóng mở bộ phận hàn-cắt và cửa cấp liệu .

- 22 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương IV
VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG

I. Vận hành máy
Khi vận hành máy cần thực hiện theo các bước sau :
-

Điều chỉnh lực ép giữa hai con lăn cuốn bao và hai con lăn hàn bao nếu cần

thiết
- Lắp cuộn bao gói vào trục đỡ , luồn qua các trục trung gian đến bộ phận tạo
hình , tiếp tục cuốn qua cặp trục cuốn tạo nếp đến phễu cấp liệu . Tại đây , hai mí bao

được chập lại rồi đưa qua cảm biến quang đến cặp trục con lăn hàn mí bao . Cuối cùng
bao được luồn qua cặp con lăn cuốn bao
-

Kiểm tra độ căng của bao .

-

Cân chỉnh lại vị trí của bộ phận tạo hình nếu cần thiết .

-

Đóng cầu dao điện nguồn cung cấp cho máy .

-

Bậc công tắc tổng (công tắc an toàn) .

-

Kiểm tra đèn báo pha , chỉ cho máy hoạt động khi cả ba đèn báo pha sáng

-

Cho cụm mâm gạt hoạt động

- Cho toàn bộ hệ thống hoạt động ở tốc độ nhỏ chờ cho nhiệt độ của hệ thống hàn
đạt nhiệt độ yêu cầu và hệ thống bù trừ đi sai số ban đầu .
-

Kiểm tra lại nhiệt độ của các bộ phận hàn .

-

Cuối cùng cho máy hoạt động đúng công suất .

- Thường xuyên theo dõi hoạt động của máy kết hợp với việc cấp liệu khi máy
cấp gần hết cà phê trong thùng cấp liệu .

- 23 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

II. Bảo dưỡng máy
Để máy hoạt động tốt cần thực hiện các biện pháp sau :
-

Làm vệ sinh máy trước và sau mỗi ca làm việc .

-

Kiểm tra dầu mở của hộp giảm tốc và các trục cuốn .

-

Không để cà phê dính vào các bộ phận chuyển động của máy .

- Thường xuyên kiểm tra hệ thống điện và đảm bảo máy không bị vô nước trong
mọi trường hợp .

-

Kiểm tra định kỳ các bộ phận khí nén , hệ thống cấp nhiệt .

- 24 -


Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Lời kết luận
Tài liệu tham khao
Mục lục

- 25 -