Thiết Kế và Chế Tạo Máy Đóng Gói Tự Động - Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết kế và chế tạo máy đóng gói tự động: Tìm hiểu quy trình, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế của máy đóng gói tự động trong sản xuất.

• Tác giả: Trịnh Văn Đức
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Quang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Đóng Gói Tự Động
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của máy đóng gói tự động
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của máy đóng gói tự động
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của máy đóng gói tự động
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
• 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.6. Kết cấu của ĐATN
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI
• 2.1. Khái niệm máy đóng gói
• 2.2. Nguyên lý hoạt động của máy đóng gói
• 2.3. Đặc tính của máy đóng gói
• 2.4. Kết cấu của máy đóng gói
• 2.5. Các nghiên cứu liên quan đến máy đóng gói
• 2.5.1. Các nghiên cứu ngoài nước
• 2.5.2. Các nghiên cứu trong nước
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Yêu cầu của đề tài
• 3.2. Thiết lập sơ đồ chức năng
• 3.3. Lý thuyết hệ thống định lượng
• 3.3.1. Định lượng bằng cốc
• 3.3.2. Định lượng bằng vít định lượng
• 3.3.3. Định lượng bằng các bộ xylanh khí nén
• 3.4. Lý thuyết cho hệ thống đóng gói
• 3.4.1. Dùng con lăn kéo ép và hai thanh cắt bằng khí nén
• 3.4.2. Dùng con lăn kéo ép và con lăn ép cắt
• 3.4.3. Dùng con lăn để kéo và cơ cấu cam để hàn dọc, hàng ngang và cắt
• 3.5. Lựa chọn phương án
• 3.6. Trình tự công việc tiến hành
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 4.1. Thông số và các yêu cầu kĩ thuật
• 4.2. Tiêu chí của máy đóng gói tự động:
• 4.3. Tính toán thiết kế cơ khí
• 4.3.1. Tính toán thiết kế hệ thống định lượng
• 4.3.2. Tính toán và chọn động cơ cho cơ cấu hàn dọc, hàn ngang và cắt
• 4.3.3. Tính toán bộ cam và năng suất của máy
• 4.3.4. Lựa chọn chọn loại màng cho sản phẩm lỏng
• 4.3.5. Tính toán chiều dài túi sản phẩm
• 4.3.6. Tính toán và chọn động cơ cho con lăn kéo màng
• 4.3.7. Tính toán thiết kế hệ thống khung máy
• 4.4. Tính toán kiểm tra độ bền
• 4.4.1. Kiểm tra độ bền của trục chính
• 4.4.2. Kiểm tra độ bền của bàn đỡ
• 4.5. Tính toán thiết kế phần điều khiển hệ thống
• 4.5.1. Sơ đồ khối tổng quát
• 4.5.2. Sơ đồ điều khiển tổng quát
• 4.5.3. Điều khiển Servo
• 4.5.4. Điều khiển nhiệt độ hàn và cắt
• 4.5.5. Điều khiển bộ định lượng cấp liệu
• 4.5.6. Giao tiếp internet bằng giao thức MQTT
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ
• 5.1. Chế tạo và lắp ghép
• 5.1.1. Gia công, cắt laser, điều chỉnh các chi tiết máy
• 5.1.2. Lắp các chi tiết máy lại với nhau và chạy thử nghiệm
• 5.2. Kết quả đạt được
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Phần thực nghiệm
• 6.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám Phá Máy Đóng Gói Tự Động Xu Hướng Mới Ngành Sản Xuất

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, tự động hóa công nghiệp đã trở thành một xu hướng tất yếu, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất và đóng gói. Việc chuyển đổi từ lao động thủ công sang hệ thống máy móc tự động giúp doanh nghiệp giải quyết bài toán về năng suất, chất lượng và chi phí. Máy đóng gói tự động là một minh chứng điển hình cho sự phát triển này. Thiết bị này không chỉ thay thế các công đoạn lặp đi lặp lại mà còn đảm bảo độ chính xác cao về khối lượng và dung tích, điều mà phương pháp thủ công khó có thể đạt được. Nghiên cứu và phát triển máy đóng gói tự động nhằm mục tiêu tạo ra một giải pháp toàn diện, có khả năng đóng gói các sản phẩm dạng lỏng hoặc sệt như dầu gội, gia vị, với năng suất dự kiến từ 5 đến 30 gói mỗi phút. Một trong những mục tiêu quan trọng của các dự án hiện đại là tích hợp công nghệ Internet of Things (IoT), cho phép điều khiển và giám sát hoạt động của máy từ xa. Điều này không chỉ tăng cường tính linh hoạt trong vận hành mà còn giúp phát hiện và xử lý sự cố kịp thời, tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất và đáp ứng những yêu cầu ngày càng khắt khe của thị trường tiêu dùng.

1.1. Tầm quan trọng của tự động hóa trong ngành đóng gói

Ngành công nghiệp đóng gói đòi hỏi sự đồng nhất và chính xác tuyệt đối. Các phương pháp thủ công thường dẫn đến sai số về khối lượng, kích thước không đồng đều và không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Sự ra đời của máy đóng gói tự động giải quyết triệt để các vấn đề này. Hệ thống máy móc vận hành theo một chu trình khép kín, giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng cường an toàn lao động. Theo nghiên cứu trong đồ án "Thiết kế và chế tạo máy đóng gói tự động" của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, việc tự động hóa góp phần đáng kể vào việc "tăng cường năng suất và hiệu quả" trong ngành, giúp doanh nghiệp cạnh tranh tốt hơn trên thị trường.

1.2. Mục tiêu cốt lõi của dự án thiết kế và chế tạo máy

Mục tiêu chính của các dự án thiết kế máy đóng gói là tạo ra một thiết bị hoàn chỉnh có khả năng đóng gói sản phẩm lỏng, sệt một cách hiệu quả. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: thiết kế một máy có khả năng hoạt động ổn định với năng suất sản xuất từ 5-30 gói/phút, đảm bảo dung tích mỗi gói chính xác. Đồng thời, dự án tập trung vào việc tối ưu chi phí sản xuất bằng cách lựa chọn linh kiện và vật liệu phù hợp. Một mục tiêu đột phá được đề ra là tích hợp module Wi-Fi ESP8266 để giao tiếp với Internet qua giao thức MQTT, cho phép "điều khiển và giám sát thông qua Internet", mang lại sự tiện lợi và khả năng quản lý sản xuất từ xa một cách hiệu quả.

II. Thách Thức Trong Chế Tạo Máy Đóng Gói Chính Xác Năng Suất

Quá trình chế tạo máy đóng gói phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp, đặc biệt là khi xử lý các sản phẩm dạng lỏng và sệt. Yêu cầu về độ chính xác trong định lượng là một trong những rào cản lớn nhất. Sai số dù nhỏ cũng có thể dẫn đến lãng phí nguyên liệu và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Thêm vào đó, việc đảm bảo các đường hàn của bao bì phải kín, chắc chắn và có tính thẩm mỹ cao đòi hỏi sự đồng bộ tuyệt đối giữa các cơ cấu cơ khí và hệ thống điều khiển nhiệt độ. Một thách thức khác đến từ việc tối ưu hóa năng suất. Để đạt được tốc độ từ 5 đến 30 gói mỗi phút, toàn bộ chu trình từ khâu tạo túi, chiết rót, hàn và cắt phải được thực hiện một cách nhịp nhàng và không có độ trễ. Các hệ thống giám sát truyền thống cũng bộc lộ nhiều hạn chế. Việc vận hành và điều chỉnh máy thường đòi hỏi sự có mặt trực tiếp của kỹ thuật viên, gây khó khăn khi cần xử lý sự cố từ xa hoặc quản lý nhiều máy cùng lúc. Những tồn tại này thúc đẩy sự cần thiết phải nghiên cứu các giải pháp thiết kế máy đóng gói tiên tiến hơn, tích hợp công nghệ điều khiển thông minh và khả năng kết nối mạng.

2.1. Yêu cầu khắt khe về định lượng sản phẩm lỏng sệt

Đối với các sản phẩm như gia vị lỏng hay dầu gội, việc định lượng chính xác dung tích là yếu tố sống còn. Các phương pháp định lượng truyền thống như dùng cốc hay vít định lượng không phù hợp với đặc tính của vật liệu lỏng, sệt. Thách thức đặt ra là phải xây dựng một hệ thống định lượng có khả năng hút và đẩy nguyên liệu với sai số tối thiểu, đồng thời phải đảm bảo vệ sinh, tránh nhiễm bẩn chéo. Hệ thống này cần được điều khiển chính xác để có thể thay đổi dung tích đóng gói một cách linh hoạt theo yêu cầu sản xuất.

2.2. Hạn chế của các hệ thống giám sát thủ công truyền thống

Các mô hình máy đóng gói cũ thường yêu cầu người vận hành phải giám sát và điều chỉnh trực tiếp trên máy. Điều này tiềm ẩn nhiều rủi ro như tai nạn lao động do rò rỉ điện hoặc hỏng hóc cơ khí. Hơn nữa, việc điều chỉnh thông số như nhiệt độ hàn, tốc độ cắt hay chiều dài túi một cách thủ công thường tốn thời gian và thiếu chính xác. Như đã nêu trong tài liệu nghiên cứu, sự phụ thuộc vào giám sát trực tiếp làm giảm tính linh hoạt và hiệu quả vận hành. Đây là lý do chính để phát triển một giải pháp giám sát qua internet, cho phép theo dõi và điều khiển máy từ xa một cách an toàn và tiện lợi.

III. Giải Pháp Thiết Kế Cơ Khí Máy Đóng Gói Cho Hiệu Suất Cao

Để vượt qua các thách thức kỹ thuật, việc lựa chọn và thiết kế máy đóng gói với các giải pháp cơ khí tối ưu là yếu tố then chốt. Dựa trên các phân tích lý thuyết, mô hình máy được phát triển đã ứng dụng những cơ cấu tiên tiến nhằm đảm bảo cả độ chính xác và tốc độ. Hệ thống định lượng sản phẩm được lựa chọn là cơ cấu sử dụng xylanh khí nén. Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho nguyên liệu dạng lỏng và sệt, cho phép điều chỉnh dung tích dễ dàng thông qua các công tắc hành trình, đảm bảo độ chính xác cao và tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm. Đối với công đoạn quan trọng nhất là đóng gói, giải pháp sử dụng con lăn để kéo màng kết hợp với cơ cấu cam để hàn và cắt được ưu tiên. Cơ cấu này có ưu điểm là thiết kế đơn giản, vận hành ổn định và không đòi hỏi hệ thống điều khiển quá phức tạp. Động cơ chính sẽ truyền động cho trục cam, từ đó điều khiển các ngàm hàn dọc và hàn ngang hoạt động nhịp nhàng để tạo ra các gói sản phẩm hoàn chỉnh. Việc lựa chọn vật liệu bao bì cũng được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng đường hàn tốt nhất.

3.1. Lựa chọn hệ thống định lượng bằng xylanh khí nén tối ưu

Phương án định lượng bằng xylanh khí nén được chọn vì tính ưu việt khi xử lý chất lỏng và sệt. Hệ thống bao gồm hai xylanh: một xylanh hút nguyên liệu từ phễu chứa vào buồng định lượng và một xylanh đẩy nguyên liệu vào túi. Quá trình này được kiểm soát chặt chẽ bởi các cảm biến hành trình, giúp xác định chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho mỗi gói. Theo tài liệu, phương pháp này "gọn gàng, tiện lợi và khá hiện đại", đồng thời đảm bảo độ chính xác cao về dung tích, một yếu tố quan trọng để tối ưu chi phí nguyên vật liệu.

3.2. Ứng dụng cơ cấu cam cho hệ thống hàn và cắt bao bì

Hệ thống hàn cắt bao bì là trái tim của máy đóng gói. Thay vì các cơ cấu phức tạp, thiết kế này sử dụng cơ cấu cam để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến đóng-mở của các ngàm hàn. Động cơ chính quay làm trục cam xoay, tác động lên các con lăn tì, từ đó điều khiển ngàm trên thực hiện hàn dọc và ngàm dưới thực hiện hàn ngang và cắt túi đồng thời. Ưu điểm của phương pháp này là "chế tạo đơn giản, không cần điều chỉnh phần điều khiển nhiều", giúp máy hoạt động ổn định và tối ưu hóa năng suất.

3.3. Tính toán và lựa chọn vật liệu màng phức hợp OPP CPP

Chất lượng đường hàn phụ thuộc lớn vào loại bao bì. Nghiên cứu đã lựa chọn màng phức hợp OPP/CPP vì những đặc tính vượt trội. Lớp OPP (Oriented Polypropylene) bên ngoài cung cấp độ bền, khả năng chống thấm và độ bóng cao. Lớp CPP (Cast Polypropylene) bên trong có khả năng hàn dán tốt ở nhiệt độ từ 125-140°C. Sự kết hợp này tạo ra loại màng vừa có khả năng bảo quản sản phẩm tốt, vừa dễ dàng hàn kín với tốc độ cao. Các tính toán về nhiệt độ và thời gian hàn được thực hiện để đảm bảo túi sản phẩm kín, đẹp và không bị biến dạng.

IV. Hướng Dẫn Điều Khiển Tự Động Hóa Toàn Diện Cho Máy Đóng Gói

Một hệ thống cơ khí ưu việt cần được kết hợp với một hệ thống điều khiển thông minh để phát huy tối đa hiệu quả. Quá trình thiết kế máy đóng gói tự động này đã xây dựng một cấu trúc điều khiển phân tán nhưng phối hợp chặt chẽ. Trung tâm điều khiển là board mạch sử dụng vi điều khiển STM32, có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu đầu vào từ cảm biến, điều khiển nhiệt độ hàn, và quan trọng nhất là ra lệnh cho động cơ servo kéo màng bao bì. Việc sử dụng servo đảm bảo chiều dài mỗi túi được cắt ra là hoàn toàn đồng nhất, với độ chính xác cực cao. Song song đó, bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200 được sử dụng riêng cho hệ thống định lượng bằng xylanh khí nén. Việc tách riêng nhiệm vụ giúp hệ thống hoạt động ổn định và dễ dàng bảo trì. Điểm nhấn công nghệ của hệ thống là khả năng kết nối internet. Module Wi-Fi ESP8266 được tích hợp để truyền và nhận dữ liệu thông qua giao thức MQTT, cho phép người dùng giám sát các thông số vận hành như nhiệt độ, số lượng sản phẩm, và gửi lệnh điều khiển từ xa qua một giao diện web trực quan.

4.1. Tích hợp vi điều khiển STM32 và PLC S7 200 cho hệ thống

Sự kết hợp giữa STM32 và PLC S7-200 tạo nên một cấu trúc điều khiển mạnh mẽ. STM32 đóng vai trò là bộ não trung tâm, xử lý các tác vụ tốc độ cao như điều khiển servo và giao tiếp mạng. Trong khi đó, PLC S7-200, vốn nổi tiếng về sự bền bỉ và ổn định trong môi trường công nghiệp, đảm nhận nhiệm vụ điều khiển tuần tự hệ thống xylanh khí nén cấp liệu. Board STM32 sẽ gửi tín hiệu kích hoạt cho PLC khi cần cấp liệu, tạo ra một quy trình vận hành đồng bộ và hiệu quả.

4.2. Điều khiển động cơ servo để kéo màng với độ chính xác cao

Chiều dài của túi sản phẩm là một thông số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến dung tích và chi phí bao bì. Để đảm bảo độ chính xác, hệ thống sử dụng động cơ servo AC SGM-02B312 để điều khiển con lăn kéo màng. Vi điều khiển STM32 sẽ tính toán và xuất tín hiệu xung đến driver servo, ra lệnh cho động cơ quay một số vòng chính xác tương ứng với chiều dài túi mong muốn. Giải pháp này cho phép thay đổi chiều dài túi một cách linh hoạt thông qua phần mềm mà không cần can thiệp cơ khí, đồng thời đảm bảo sai số gần như bằng không.

4.3. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa qua internet

Để giải quyết hạn chế của việc giám sát thủ công, hệ thống được trang bị module ESP8266 để kết nối vào mạng Wi-Fi. Dữ liệu từ các cảm biến (nhiệt độ, số sản phẩm) được vi điều khiển STM32 gửi lên một máy chủ MQTT. Người dùng có thể truy cập vào một giao diện web để theo dõi các thông số này theo thời gian thực. Quan trọng hơn, giao diện web còn cho phép gửi các lệnh điều khiển ngược lại máy, chẳng hạn như thay đổi nhiệt độ hàn hoặc chiều dài túi. Tính năng giám sát qua internet này mang lại sự an toàn, tiện lợi và nâng cao khả năng quản lý sản xuất hiện đại.

V. Kết Quả Thực Nghiệm Đánh Giá Năng Lực Máy Đóng Gói Tự Động

Sau giai đoạn tính toán và thiết kế, quá trình chế tạo và thực nghiệm đã chứng minh hiệu quả của các giải pháp đã chọn. Các chi tiết máy được gia công chính xác bằng công nghệ cắt laser và lắp ráp thành một hệ thống hoàn chỉnh. Các bài kiểm tra chạy thử không tải và có tải cho thấy máy vận hành ổn định, các cơ cấu cơ khí phối hợp nhịp nhàng. Chất lượng sản phẩm đầu ra đạt yêu cầu cao: các túi sản phẩm có kích thước đồng đều, đường hàn chắc chắn và kín, không có hiện tượng rò rỉ nguyên liệu. Năng suất thực tế của máy đạt được trong khoảng yêu cầu thiết kế từ 5 đến 30 gói/phút, có thể điều chỉnh linh hoạt thông qua biến tần điều khiển tốc độ động cơ chính. Một phần quan trọng trong quá trình đánh giá là kiểm tra độ bền của kết cấu. Sử dụng phần mềm SolidWorks, các phân tích mô phỏng phần tử hữu hạn đã được thực hiện trên các chi tiết chịu lực chính như trục chính và bàn đỡ. Kết quả cho thấy hệ số an toàn của các chi tiết này đều cao hơn nhiều so với yêu cầu, khẳng định thiết kế cơ khí có độ bền và độ tin cậy cao, sẵn sàng cho vận hành công nghiệp.

5.1. Phân tích kết quả chế tạo và lắp ráp chi tiết máy

Quá trình chế tạo bắt đầu bằng việc gia công các chi tiết cho cụm ngàm trên, ngàm dưới và bộ kéo màng theo bản vẽ thiết kế. Các bộ phận được lắp ráp tuần tự, từ khung máy bằng nhôm định hình đến hệ thống truyền động và các cơ cấu chấp hành. Giai đoạn chạy thử nghiệm cho thấy cơ cấu cam hoạt động chính xác, tạo ra chuyển động đóng mở mượt mà cho các ngàm hàn. Các túi sản phẩm thử nghiệm (chạy không liệu và có liệu) cho thấy các góc cắt và đường hàn đều đạt tiêu chuẩn thẩm mỹ và kỹ thuật.

5.2. Đánh giá năng suất thực tế và chất lượng sản phẩm đầu ra

Trong các bài kiểm tra thực tế, máy đã chứng tỏ khả năng đạt được năng suất sản xuất mục tiêu. Chất lượng sản phẩm được kiểm tra kỹ lưỡng, đặc biệt là độ kín của đường hàn. Các túi sản phẩm sau khi đóng gói được ngâm trong nước để kiểm tra rò rỉ, kết quả cho thấy 100% sản phẩm đạt yêu cầu. Giao diện HMI và giao diện web giám sát cũng hoạt động tốt, hiển thị chính xác các thông số nhiệt độ thực tế và cho phép cài đặt chiều dài bao bì một cách dễ dàng, khẳng định tính khả thi của toàn bộ hệ thống.

5.3. Kiểm tra độ bền kết cấu máy qua mô phỏng SolidWorks

Để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho máy, độ bền của các chi tiết quan trọng đã được kiểm tra bằng mô phỏng trên SolidWorks. Phân tích ứng suất trên trục chính dưới tác động của moment xoắn và lực ép lò xo cho thấy ứng suất tối đa (3.8 x 10^7 N/m²) thấp hơn nhiều so với giới hạn phá hủy của vật liệu (5.8 x 10^8 N/m²), với hệ số an toàn là 1.7. Tương tự, bàn đỡ ngàm dưới cũng cho kết quả rất tốt với hệ số an toàn tối thiểu lên đến 5000. Những con số này chứng minh rằng thiết kế kết cấu của máy đóng gói tự động là rất bền vững và an toàn.

VI. Hướng Phát Triển Tương Lai Cho Công Nghệ Máy Đóng Gói Việt Nam

Dự án thiết kế và chế tạo máy đóng gói tự động đã đạt được những mục tiêu đề ra, tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn cao. Thành công của dự án không chỉ nằm ở việc chế tạo một cỗ máy hoạt động hiệu quả mà còn mở ra nhiều hướng phát triển tiềm năng cho ngành cơ khí chế tạo và tự động hóa tại Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cung cấp một giải pháp đóng gói hiện đại, chi phí hợp lý cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ, giúp họ nâng cao năng lực cạnh tranh. Trong tương lai, công nghệ này có thể được cải tiến và mở rộng theo nhiều hướng. Việc tích hợp các công nghệ tiên tiến hơn như trí tuệ nhân tạo (AI) để kiểm tra chất lượng sản phẩm qua camera (machine vision) hoặc tối ưu hóa quy trình vận hành một cách thông minh là hoàn toàn khả thi. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu để máy có thể đóng gói được nhiều loại sản phẩm và kích thước bao bì khác nhau sẽ giúp tăng tính linh hoạt và mở rộng thị trường. Những cải tiến này sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo máy trong nước, từng bước thay thế các sản phẩm nhập khẩu.

6.1. Tổng kết những thành tựu và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một máy đóng gói tự động hoàn chỉnh, đáp ứng các yêu cầu về năng suất (5-30 gói/phút), độ chính xác và khả năng hoạt động ổn định. Việc tích hợp thành công hệ thống điều khiển thông minh dựa trên STM32, PLC S7-200 và khả năng giám sát từ xa qua Internet là một bước tiến công nghệ quan trọng. Ý nghĩa thực tiễn của sản phẩm là giúp các doanh nghiệp trong nước tiếp cận công nghệ đóng gói tự động với chi phí thấp hơn so với máy nhập khẩu, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

6.2. Triển vọng mở rộng và cải tiến công nghệ trong tương lai

Hướng phát triển trong tương lai rất rộng mở. Có thể nâng cấp hệ thống định lượng để xử lý các loại nguyên liệu phức tạp hơn, hoặc phát triển các cụm ngàm hàn-cắt linh hoạt để thay đổi kích thước túi nhanh chóng. Việc tích hợp hệ thống kiểm tra chất lượng tự động bằng camera sẽ giúp loại bỏ sản phẩm lỗi ngay trên dây chuyền. Hơn nữa, việc thu thập dữ liệu vận hành và phân tích bằng các thuật toán máy học có thể giúp dự đoán hỏng hóc và lên kế hoạch bảo trì một cách chủ động. Đây là những bước đi cần thiết để công nghệ máy đóng gói tự động của Việt Nam có thể vươn tầm và cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU thiết kế và điều khiển của máy, chương 5 là thực nghiệm và đánh giá máy, chương 6 là kết luận và hướng phát triển của máy. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI 2.1 Khái niệm máy đóng gói Máy đóng gói tự động là một loại máy móc dùng để đưa các sản phẩm dạng rắn, lỏng, lỏng nhão hoặc dạng bột, hạt vào các bao bì, sau đó niêm phong chúng. Khi sử dụng máy đóng gói tự động, việc tự động hóa sẽ trở nên nhanh hơn an toàn hơn qua đó làm hạn chế được sự giúp sức của con người vào trong quá trình vận hành. Với khả năng tự động hóa và linh hoạt, máy đóng gói giúp tăng năng suất, đảm bảo chất lượng và độ đồng đều của sản phẩm đóng gói.

Bên cạnh đó còn tăng tính thẩm mỹ cao, giảm chi phí sản xuất và sự phụ thuộc vào lao động thủ công. Giải pháp hiệu quả cho việc đóng gói sản phẩm hàng loạt đáp ứng yêu cầu cao về năng suất và chất lượng.[1] Máy đóng gói thường được chia thành 2 loại: - Máy đóng gói tự động: máy hoạt động tự động, không đòi hỏi người vận hành phải thao tác nhiều. - Máy đóng gói bán tự động: khi hoạt động cần sự hỗ trợ từ người vận hành.2 Nguyên lý hoạt động của máy đóng gói Để đóng gói được một sản phẩm hoàn chỉnh thì máy đóng gói tự động được bao gồm các chức năng chính là tạo túi, chiết nguyên liệu và đóng gói sản phẩm. Nguyên lý làm việc của máy đóng gói tự động là kết hợp giữa các thành phần điều khiển điện tử phổ biến như PLC, STM32 và các thành phần cơ khí.

Thông qua một hệ thống cơ khí kết hợp với một hoặc nhiều động cơ trong hệ thống truyền động đai hoặc sử dụng hệ cơ cấu cam kết hợp với một bộ phận trục để chuyển chuyển động tròn thành hệ thống chuyển động tịnh tiến. Chu kỳ của thiết bị được lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi hoàn thành việc đóng gói sản phẩm cuối cùng.3 Lợi ích của máy đóng gói - Tăng năng xuất sản xuất. - Giảm chi phí lao động - Sản phẩm có tính đồng nhất về khối lượng lẫn chất lượng. - Đảm bảo quy trình khép kín, an toàn vệ sinh.

- Tạo được nhiều loại sản phẩm khác nhau trên cùng một máy. - Sản phẩm có mẫu mã đẹp, thẩm mỹ cao.[1] 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI 2.2 Đặc tính của máy đóng gói Máy đóng gói tự động được thiết kế với một số đặc tính như: - Tính tự động, tốc độ để giúp tăng năng suất, giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công qua đó giảm chi phí về nhân công. - Tính chính xác để máy hoạt động chính xác, đồng nhất các sản phẩm một cách giống nhau về khối lượng lẫn ngoại hình vừa đảm bảo đẹp mắt vừa đảm bảo chi phí nguyên liệu. - Đảm bảo chất lượng: để đảm bảo chất lượng đóng gói, bảo đảm sự an toàn và bền vững của sản phẩm để đáp ứng với nhu cầu khắt khe của thị trường hiện nay.

- Công nghệ: Máy được tính hợp giám sát qua mạng internet giúp giám sát và điều khiển máy chạy ổn định hay không, bên cạnh đó còn kiểm tra tình trạng hiện tại của máy để dễ dàng xử lý khi có sự cố xảy ra.3 Kết cấu của máy đóng gói Máy đóng gói thường gồm các bộ phận chính: - Hệ thống định lượng nguyên liệu. - Bộ phận đỡ màng. - Hệ thống truyền dẫn nguyên liệu. - Motor và hộp giảm tốc.

- Bộ phận hàn dọc. - Bộ phận hàn ngang và cắt bao bì. - Con lăn kéo màng. - Hệ thống khung máy.4 Các nghiên cứu liên quan đến máy đóng gói 2.1 Các nghiên cứu ngoài nước Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại máy đóng gói tự động với nhiều loại máy và rất nhiều kích thước khác.

Máy đóng gói tự động có thể đóng gói được các sản phẩm có kích thước và ngoại hình khác nhau, sản phẩm được tạo ra đẹp và đúng định lượng yêu cầu. Bên cạnh thao tác vận hành máy đơn giản, có thể thay đổi bộ phận truyền dẫn nguyên liệu một cách dễ dàng để phụ hợp với loại sản phẩm mình muốn đóng gói vừa đảm bảo không tiêu hao nguyên liệu vừa mang tính thẩm mĩ cao. 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI Máy đóng gói tự động sử dụng điều khiển bằng PLC, vi điều khiển,… giúp điều khiển được tốc độ và độ chính xác giúp giảm chi phí nhân công và tăng năng suất. Một số máy đóng gói tự động đứng của nước ngoài như: Hình 2.

1: Máy đóng gói của thương hiệu Sampack [2] Hình 2. 2: Máy đóng gói tự động dạng đứng của Trung Quốc.[3] 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI 2.2 Các nghiên cứu trong nước Máy đóng gói ở nước ta ngày càng sử được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Hiện nay nhu cầu sử dụng máy đóng gói trong sản xuất công nghiệp là vô cùng lớn, xong việc nhập các máy đóng gói của nước ngoài về tốn rất nhiều chi phí bên cạnh đó là những máy lỗi cần thời gian rất lâu để được bảo trì sữa chửa. Để đáp ứng những nhu cầu đó thì các doanh nghiệp trong nước cũng bắt tay vào sản xuất những máy đóng gói tự động vừa đáp ứng được sản lượng vừa ổn định, giá cả thấp hơn nhiều so với nhập khẩu từ nước ngoài về Một số máy đóng gói dạng đứng do các công ty Việt Nam sản xuất như: Hình 2.

3: Máy đóng gói dạng đứng của Công ty cơ khí Anpha.[4] 7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI Hình 2. 4: Máy đóng gói dạng đứng của Công ty ABM Việt Nam. 5: Máy đóng gói dạng đứng của Công ty TDH Trung Dũng.[6] 8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI 2.5 Các sản phẩm của máy đóng gói Trong ngành công nghiệp đóng gói, máy đóng gói tự động đã trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghiệp này để tối ưu chi phí sản xuất và tăng hiệu suất sản lượng. Từ việc đóng gói các sản phẩm thực phẩm, mỹ phẩm, cho đến đóng gói chai và hộp.

Máy đóng gói không chỉ đảm bảo độ chính xác và đồng nhất trong từng sản phẩm không những mang lại chất lượng tốt mà còn có tính thẩm mĩ cao. 9 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI Hình 2. 8: Gói dầu gội clear. 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ĐÓNG GÓI 2.6 Các tồn tại của máy đóng gói Nhược điểm: Tuy máy đóng gói có thể hoạt động tự động nhưng vẫn cần sự giám sát trực tiếp của con người để đảm bảo máy hoạt động ổn định, không có sự cố.

Bên cạnh đó để điều chỉnh nhiệt độ hoặc kích thước khác nhau tùy thuộc vào sản phẩm thì người giám sát phải điều chỉnh trực tiếp trên máy đôi khi máy bị rò rĩ điện hay các nút nhấn bị hư không thể hoặc động được. Phương án giải quyết: Với việc yêu cầu giải quyết những tồn tại ở trên thì nhóm đã cho xây dựng một ứng dụng để điều khiển, giám sát và báo động sự cố khi có lỗi về máy thông qua mạng truyền thông internet vừa đáp ứng tính an toàn trong sản xuất và không cần giám sát trực tiếp vẫn có thể giám sát máy được. 11 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Yêu cầu của đề tài - Sản phẩm: Gói chất lỏng - Kích thước: 120x35mm - Khối lượng tịnh: 10-60ml - Chất liệu bao bì: Màng phức hợp - Năng suất: 5-30g/p - Yêu cầu của sản phẩm: gói phải thẳng, sản phẩm cắt rời ra từng gói, dung tích gói phải đúng. Gói sau khi hoàn thành đảm bảo độ kín để nguyên liệu không bị rơi ra ngoài.

- Máy có thể giao tiếp với internet.2 Thiết lập sơ đồ chức năng Máy đóng gói gồm 2 phần quan trọng nhất là phần định lượng sản phẩm cần đóng gói và phần đóng gói sản phẩm vào bao bì. 1: Sơ đồ chức năng máy đóng gói.3 Lý thuyết hệ thống định lượng 3.1 Định lượng bằng cốc Mâm định lượng thường nằm ngang có 4 cốc để định lượng. Nguyên liệu thường sẽ rơi xuống lắp đầy các cốc bằng 1 phễu định lượng có ống được gắn vào mâm xoay để nguyên liệu có thể dễ dàng đi vào cốc. Khi motor quay sẽ quay trục truyền động qua các bộ truyền xích để quay mâm quay đến phễu rót và cho nguyên liệu đi xuống tới nơi đóng gói.

Công suất của máy đóng gói phụ thuộc vào số vòng quay và số cốc của mâm định xoay. Mâm xoay định lượng được dùng để đóng các dạng vật liệu nhỏ và khô như bột, đường,… Máy đóng gói dạng cốc thường đảm bảo đủ khối lượng và công suất lớn. 12 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.2 Định lượng bằng vít định lượng Nguyên liệu được để đầy ở phễu cấp liệu, sau đó trục vít sẽ định lượng bằng số vòng xoay trục vít để nguyên liệu được đưa và ống dẫn liệu. Định lượng bằng trục vít thường dùng cho các sản phẩm dạng bột và khi định lượng bằng trục vít khá chính xác khối lượng của sản phẩm.3 Định lượng bằng các bộ xylanh khí nén Nguyên liệu được cấp đầy ở phễu cấp liệu sau đó xylanh thứ nhất sẽ hút nguyên liệu vào tới một lượng vừa đủ, sau đó xylanh thứ 2 mở nắp, xylanh thứ nhất đẩy nguyên liệu ra khỏi bồn chứa cấp liệu qua ống dẫn liệu tới gói sản phẩm.

Cấp liệu bằng phương pháp này thường được định lượng bằng các cảm biến hành trình để xylanh hút một lượng mà ta cần dùng. Phương pháp này thường dùng để cấp liệu cho các nguyên liệu dạng lỏng và lỏng nhão như dầu gội, gói gia vị… 3.4 Lý thuyết cho hệ thống đóng gói 3.1 Dùng con lăn kéo ép và hai thanh cắt bằng khí nén Phương pháp này sử dụng 2 con lăn kéo hàn hàn dọc túi sau đó túi đi xuống sẽ có hệ thống xy lanh kẹp lại ép hàn ngang túi đồng thời cắt rời túi ra. Cơ cấu này tương đối đơn giản, dễ dàng điều chỉnh các xylanh khí nén nhưng khi ta chạy cần kết hợp cấp thêm nguồn khí cho cơ cấu này. Phương pháp này thường được sử dụng phổ biến vì điều chỉnh dễ dàng và tốc độ tương đối lớn, có thể dùng cho nhiều loại sản phẩm thô, hạt, hay chất lỏng, chất lỏng nhão ….