Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đóng gói gia vị dạng hạt rời (Đồ án tốt nghiệp)

Tài liệu đồ án tốt nghiệp nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đóng gói gia vị dạng hạt rời. Gồm bản vẽ chi tiết, thuyết minh và quy trình lắp ráp.

• Tác giả: Đỗ Tuấn Kiệt
• Người hướng dẫn: TS. Phan Thanh Nhàn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo Máy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đóng gói gia vị tự động dạng hạt rời
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Máy Đóng Gói Gia Vị Hạt Rời

Máy đóng gói gia vị hạt rời là một thiết bị công nghiệp quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm hiện đại. Đây là một đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhằm nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đóng gói tự động cho các sản phẩm gia vị dạng hạt. Máy này được thiết kế để làm việc với nguồn điện 220V – 50Hz, sử dụng bao bì có sẵn và ép dính bằng công nghệ nhiệt độ. Việc phát triển máy đóng gói gia vị tự động góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng hiệu suất sản xuất và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Đồ án này là kết quả của quá trình nghiên cứu kỹ lưỡng về các máy đóng gói có sẵn trên thị trường, từ đó đưa ra giải pháp thiết kế tối ưu nhất.

1.1. Khái Niệm Và Tầm Quan Trọng Của Máy Đóng Gói Tự Động

Máy đóng gói tự động là thiết bị cốt lõi trong các nhà máy chế biến thực phẩm. Nó giải quyết nhu cầu đóng gói nhanh, chính xác và vệ sinh cao. Các loại máy đóng gói gia vị hạt rời có khả năng xử lý các sản phẩm hạt như tiêu, huyết, thảo dược. Tầm quan trọng của máy nằm ở việc giảm chi phí nhân công, tăng sản lượng, đảm bảo độ an toàn vệ sinh thực phẩm, và cải thiện chất lượng bao bì cuối cùng.

1.2. Ứng Dụng Thực Tế Trong Công Nghiệp Thực Phẩm

Máy đóng gói hạt rời được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất gia vị, thực phẩm chức năng và dược phẩm. Nó có khả năng đóng gói các sản phẩm dạng hạt với độ chính xác cao, từ 10-1000 gam mỗi bao. Công nghệ ép dính bằng nhiệt độ đảm bảo độ kín của bao bì, giữ lâu hạn tươi ngon cho sản phẩm. Ứng dụng này giúp các doanh nghiệp tăng cạnh tranh trên thị trường.

II. Quy Trình Thiết Kế Và Phát Triển Máy Đóng Gói

Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện bởi nhóm sinh viên Đỗ Tuấn Kiệt, Lý Quốc Hào và Nguyễn Vương Tuệ dưới hướng dẫn của TS. Phan Thanh Nhàn. Quá trình thiết kế máy đóng gói gia vị bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng, từ nghiên cứu thị trường, phân tích nhu cầu, đến phát triển mô hình 3D và sản xuất prototype. Đầu tiên, nhóm đã tiến hành tìm hiểu các máy đóng gói gia vị hạt rời hiện có trên thị trường để xác định các ưu điểm và hạn chế. Sau đó, nhóm lập phương án thiết kế tối ưu, xây dựng mô hình 3D chi tiết và xuất bản vẽ 2D để hướng dẫn chế tạo. Quy trình này đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của máy.

2.1. Giai Đoạn Nghiên Cứu Và Lập Phương Án

Nhóm đã thực hiện nghiên cứu chi tiết về các loại máy đóng gói hiện có, từ máy đóng gói dạng lỏng, dạng rắn, đến máy bán tự động. Từ đó, nhóm xác định các yêu cầu kỹ thuật: nguồn điện 220V – 50Hz, sử dụng bao bì có sẵn, ép dính bằng nhiệt độ. Phương án thiết kế được lập dựa trên nguyên lý hoạt động của các máy tương tự, kết hợp với những cải tiến mới.

2.2. Xây Dựng Mô Hình 3D Và Bản Vẽ Kỹ Thuật

Nhóm sử dụng phần mềm CAD để xây dựng mô hình 3D chi tiết của máy đóng gói gia vị. Mô hình này bao gồm các thành phần chính: hệ thống hopper, cơ cấu định lượng, cơ cấu ép dính, hệ thống điều khiển. Từ mô hình 3D, nhóm xuất bản vẽ 2D với kích thước, công sai chi tiết phục vụ chế tạo.

III. Chế Tạo Lắp Ráp Và Thử Nghiệm Máy

Sau khi hoàn thành thiết kế, nhóm tiến hành chế tạo máy đóng gói gia vị hạt rời dựa trên các bản vẽ kỹ thuật đã lập. Giai đoạn này bao gồm chế tạo các chi tiết cơ khí, lắp ráp các bộ phận thành một hệ thống hoàn chỉnh, và kiểm tra từng phần trước khi lắp ráp toàn bộ. Các chi tiết được gia công tại các xưởng chuyên dụng với độ chính xác cao. Sau khi lắp ráp xong, nhóm tiến hành chạy thử máy để kiểm tra hiệu suất, độ chính xác đóng gói, tính ổn định hoạt động và an toàn. Quá trình thử nghiệm giúp phát hiện và khắc phục các vấn đề kỹ thuật có thể gặp phải.

3.1. Quá Trình Chế Tạo Các Thành Phần

Chế tạo máy đóng gói bắt đầu từ gia công các chi tiết cơ khí chính như khung máy, các bánh răng, cam, thanh cơ cấu. Các chi tiết được gia công từ thép, nhôm theo công sai chặt chẽ. Tiếp theo, các chi tiết điện, cảm biến, motor điều khiển được lắp ráp. Chất lượng chế tạo ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của máy đóng gói gia vị.

3.2. Lắp Ráp Và Kiểm Tra Chất Lượng

Lắp ráp máy đóng gói tự động yêu cầu sự chính xác cao. Nhóm lắp ráp theo tuần tự: khung cơ sở, các cơ cấu chính, hệ thống điều khiển, hệ thống ép dính. Mỗi bước lắp ráp đều được kiểm tra để đảm bảo các chi tiết khớp chính xác. Chạy thử máy kiểm tra độ chính xác khối lượng sản phẩm, tốc độ đóng gói và chất lượng bao bì.

IV. Kết Luận Và Đề Xuất Phát Triển

Đồ án này đã thành công trong thiết kế và chế tạo máy đóng gói gia vị hạt rời tự động với các thông số kỹ thuật đạt yêu cầu. Máy đóng gói được phát triển có khả năng đóng gói gia vị hạt rời với độ chính xác cao, tốc độ xử lý lên đến 30-40 bao/phút, sử dụng nguồn điện 220V – 50Hz như quy định. Máy có độ bền tốt, dễ vận hành và bảo trì. Kết quả chạy thử cho thấy máy hoạt động ổn định, đóng gói chính xác khối lượng sản phẩm. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu suất và khả năng cạnh tranh, nhóm đề xuất các hướng phát triển tiếp theo như: tăng tốc độ đóng gói lên 50-60 bao/phút, tích hợp hệ thống kiểm tra chất lượng tự động, cải thiện design để thẩm mỹ hơn, và phát triển phiên bản đóng gói đa loại sản phẩm.

4.1. Các Thành Tựu Chính Của Đồ Án

Đồ án tốt nghiệp đã đạt được các mục tiêu chính: thiết kế máy đóng gói gia vị hoàn chỉnh, chế tạo prototype hoạt động tốt, lập đầy đủ bộ bản vẽ kỹ thuật. Máy đóng gói hạt rời có thể hoạt động ổn định ở điều kiện sản xuất thực tế, đóng gói chính xác 50-200g sản phẩm. Bộ bản vẽ 2D chi tiết, mô hình 3D, và thuyết minh kỹ thuật đã được hoàn thành, sẵn sàng để sản xuất công nghiệp.

4.2. Hướng Phát Triển Và Cải Tiến Trong Tương Lai

Nhóm đề xuất các hướng cải tiến máy đóng gói: tăng tốc độ hoạt động lên 50-60 bao/phút, tích hợp cảm biến trọng lượng tự động, phát triển giao diện điều khiển HMI hiện đại, sử dụng PLC thế hệ mới. Thêm vào đó, có thể phát triển phiên bản đa năng để đóng gói nhiều loại gia vị khác nhau, hoặc tích hợp hệ thống in nhãn tự động để tăng giá trị sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu về đề tài 3 - Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài - Chương 3: Cơ sở lý thuyết - Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế chế tạo máy đóng gói nguyên liệu dạng hạt rời - Chương 5: Tính toán, thiết kế và gia công sản phẩm - Chương 6: Chế tạo thực nghiệm và đánh giá Nội dung nghiên cứu sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát nhất về hệ thống trên thực tế. Cấu tạo và trình tự vận hành cũng như khả năng đáp ứng. Từ đó có thể tính toán và đưa vào sản xuất mô hình máy đóng gói tự động gia vị dạng hạt rời 1.7 Giới hạn đề tài nghiên cứu Do điều kiện nghiên cứu tài chính có hạn nên nhóm quyết định thực hiện làm mô hình thay vì chế tạo máy móc. Việc lựa chọn này còn phù hợp với trình độ tay nghề của các thành viên trong nhóm, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả cho đề tài.

Cụ thể, mô hình sẽ được xây dựng dựa trên các nguồn lực sẵn có và phù hợp với khả năng của nhóm. Việc sử dụng mô hình giúp tiết kiệm chi phí, thời gian và nguồn lực, đồng thời cho phép nhóm dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa các giải pháp trong quá trình nghiên cứu. Nhóm nhận thức được rằng mô hình có thể có những hạn chế nhất định so với việc chế tạo máy móc thực tế. Tuy nhiên, nhóm tin tưởng rằng với sự nỗ lực và sáng tạo, nhóm có thể xây dựng mô hình đủ chính xác và hiệu quả để đạt được mục tiêu nghiên cứu.8 Dự kiến kết quả đạt được - Máy hoạt động đúng theo nguyên lý hoạt động đề ra.

Các bộ phận phối hợp nhịp nhàng, đảm bảo quá trình vận hành trơn tru và chính xác. - Mạch điện thực hiện tự động các quy trình theo chương trình đã cài đặt. Các cảm biến và bộ điều khiển hoạt động hiệu quả, đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình vận hành. - Tìm được các phương pháp cải tiến cho các lỗi trong việc thiết kế, chế tạo máy.

Đồng thời giúp góp phần hoàn thiện sản phẩm và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng cho sản phẩm ở các đời tiếp theo. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Công việc đóng gói Công việc đóng gói đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản phẩm được giao đến tay khách hàng một cách an toàn, nguyên vẹn và đúng số lượng. Cụ thể, chức năng của công việc này bao gồm:  Bảo vệ sản phẩm: Bao bì đóng gói giúp bảo vệ sản phẩm khỏi các tác nhân gây hại như va đập, trầy xước, bụi bẩn, ẩm ướt, ánh nắng mặt trời,. trong quá trình vận chuyển, lưu kho và bày bán.

Việc đóng gói đúng cách giúp hạn chế tối đa thiệt hại do hư hỏng sản phẩm, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.  Giữ nguyên số lượng: Quá trình đóng gói đảm bảo sản phẩm được đong đếm và đóng gói theo số lượng chính xác. Việc này giúp kiểm soát hàng hóa hiệu quả, tránh thất thoát và đảm bảo khách hàng nhận được đầy đủ sản phẩm đã đặt mua.  Truyền tải thông tin: Bao bì đóng gói thường được in ấn các thông tin về sản phẩm như tên sản phẩm, thương hiệu, nguồn gốc xuất xứ, hướng dẫn sử dụng,.

giúp khách hàng dễ dàng nhận biết và sử dụng sản phẩm đúng cách.  Thúc đẩy bán hàng: Bao bì đóng gói được thiết kế đẹp mắt, thu hút sẽ góp phần thu hút sự chú ý của khách hàng, kích thích nhu cầu mua sắm và thúc đẩy doanh số bán hàng cho doanh nghiệp. Nhìn chung, công việc đóng gói đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh doanh và tạo dựng hình ảnh thương hiệu uy tín cho doanh nghiệp. Công nhân đóng gói đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản phẩm được giao đến tay khách hàng một cách an toàn và nguyên vẹn.

Họ thực hiện các công việc sau: Lấy bao bì: Công nhân sẽ lấy bao bì đóng gói phù hợp với kích thước và loại sản phẩm từ kho hoặc khu vực lưu trữ. Việc lựa chọn bao bì đúng sẽ giúp bảo vệ sản phẩm tốt nhất trong quá trình vận chuyển và lưu kho. Đổ nguyên liệu: Sau khi lấy bao bì, công nhân sẽ tiến hành đổ nguyên liệu vào bên trong bao bì theo số lượng quy định. Việc đổ nguyên liệu cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo không làm đổ, vung vãi hoặc làm hỏng sản phẩm.

Cân đúng gói lượng: Sử dụng cân điện tử hoặc máy cân tự động, công nhân sẽ cân sản phẩm để đảm bảo số lượng nguyên liệu bên trong bao bì đúng theo yêu cầu. Việc cân đúng gói lượng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và quyền lợi của khách hàng. 5 Hàn miệng bao: Sau khi cân và kiểm tra số lượng nguyên liệu, công nhân sẽ sử dụng máy hàn miệng bao để đóng kín bao bì. Việc hàn miệng bao cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ kín khít, ngăn chặn không khí và bụi bẩn xâm nhập vào bên trong, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Ngoài ra, công nhân đóng gói cũng có thể được yêu cầu thực hiện các công việc khác như dán nhãn mác, tem bảo hành, ghi thông tin sản phẩm lên bao bì,. Công việc đóng gói đòi hỏi sự cẩn thận, tỉ mỉ và có trách nhiệm để đảm bảo chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Lưu ý: Mô tả công việc trên có thể thay đổi tùy theo loại sản phẩm, quy trình sản xuất và yêu cầu của doanh nghiệp. Do nhu cầu ngày càng tăng về việc tự động hóa và hiệu quả trong các ngành công nghiệp sản xuất.

Đây là một số lý do chính bao gồm: 1. Nâng cao năng suất: Máy đóng gói có thể hoạt động liên tục và chính xác hơn so với con người, giúp tăng năng suất và sản lượng đáng kể. Giảm chi phí lao động: Máy móc tự động hóa có thể thay thế một phần hoặc toàn bộ lao động thủ công, giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công. Cải thiện độ chính xác: Máy đóng gói có thể đảm bảo độ chính xác cao trong việc định lượng và đóng gói sản phẩm, hạn chế sai sót và lãng phí.

Bảo vệ sản phẩm: Bao bì đóng gói giúp bảo vệ sản phẩm khỏi các tác nhân gây hại như bụi bẩn, vi khuẩn, độ ẩm, va đập,. Nâng cao tính thẩm mỹ: Bao bì đóng gói đẹp mắt và thu hút có thể thu hút khách hàng và thúc đẩy doanh số bán hàng. Phù hợp với nhiều ngành công nghiệp: Máy đóng gói được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm đến hóa chất, đồ điện tử,. Đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường: Nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao đòi hỏi các doanh nghiệp phải sản xuất và cung cấp sản phẩm ra thị trường nhanh chóng và hiệu quả.

Máy đóng gói đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu này. Ngoài những lý do nêu trên, máy đóng gói còn mang lại nhiều lợi ích khác như: Giảm thiểu tác động môi trường: Bao bì đóng gói có thể được tái chế hoặc tái sử dụng, giúp giảm thiểu rác thải và bảo vệ môi trường. 6 Tăng cường tính an toàn thực phẩm: Bao bì đóng gói giúp bảo vệ thực phẩm khỏi vi khuẩn và các tác nhân gây hại khác, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Nâng cao hình ảnh thương hiệu: Bao bì đóng gói đẹp mắt và chuyên nghiệp có thể giúp nâng cao hình ảnh thương hiệu và tạo ấn tượng tốt với khách hàng.

Với những lợi ích thiết thực, máy đóng gói đã trở thành một phần không thể thiếu trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại.1 Các loại máy đóng gói theo hình thức điều khiển Máy đóng gói tự động: Hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần sự can thiệp của con người. Máy tự động lấy sản phẩm, định lượng, chiết rót, đóng gói và dán nhãn. Loại máy này phù hợp cho các dây chuyền sản xuất quy mô lớn, cần tốc độ và độ chính xác cao.1 Máy đóng gói tự động [1][2] Máy đóng gói bán tự động: Cần sự kết hợp giữa thao tác thủ công của con người và hoạt động tự động của máy. Con người thường thực hiện các bước như đặt sản phẩm vào vị trí, lấy sản phẩm ra sau khi đóng gói.

Loại máy này phù hợp cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ, sản lượng không quá lớn.2 Máy đóng gói cân điện tử bán tự động [3] 2.2 Phân loại theo loại sản phẩm đóng gói Máy đóng gói dạng rắn: Dùng để đóng gói các sản phẩm dạng rắn như bánh kẹo, trà, thuốc, linh kiện điện tử, v. Máy có thể chia thành nhiều loại nhỏ hơn như máy đóng gói dạng bột, máy đóng gói dạng viên, máy đóng gói dạng thanh, v.3 Máy đóng gói dạng rắn tự động đếm [4] Máy đóng gói dạng lỏng: Dùng để đóng gói các sản phẩm dạng lỏng như sữa, nước ngọt, nước mắm, dầu ăn, v. Máy có thể chia thành các loại như máy chiết rót dạng lỏng, máy đóng gói dạng túi, máy đóng gói dạng hộp, v.4 Máy đóng gói chất lỏng [5] Máy đóng gói dạng đặc sệt: Dùng để đóng gói các sản phẩm dạng đặc sệt như mật ong, kem đánh răng, sơn, keo dán, v. Máy thường sử dụng hệ thống bơm hoặc piston để đẩy sản phẩm vào bao bì.5 Máy đóng gói dạng sệt tự động mini [6] 2.3 Phân loại theo kiểu dáng Máy đóng gói dạng đứng: Thiết kế theo kiểu đứng, thường sử dụng cho các sản phẩm dạng lỏng, sệt, hạt, bột.6 Máy đóng gói hạt dạng đứng cốc định lượng [7][8] Máy đóng gói dạng nằm ngang: Thiết kế theo kiểu nằm ngang, thường sử dụng cho các sản phẩm lớn như bánh mì, rau củ quả, giấy vệ sinh, v.7 Máy đóng gói bột dạng nằm ngang tự động [9][10] 2.4 Phân loại theo phương pháp đóng gói Máy đóng gói túi: Sử dụng màng mỏng để tạo thành túi và sau đó chiết rót sản phẩm vào bên trong.

Máy có thể đóng gói dạng túi 2 biên, 3 biên, 4 biên, v.8 Máy đóng gói bao bì dạng túi tự động [11][12] Máy đóng gói hộp: Sử dụng hộp giấy, nhựa, kim loại để chứa sản phẩm. Máy có thể tự động gấp hộp, chiết rót sản phẩm và dán nắp hộp.9 Máy đóng gói dạng hộp giấy [13][14] Máy đóng gói chai: Sử dụng chai thủy tinh, nhựa để chứa sản phẩm dạng lỏng. Máy có thể tự động rửa chai, chiết rót sản phẩm, vặn nắp chai và dán nhãn.