Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước mía là một trong những loại thức uống giải khát tự nhiên phổ biến tại Việt Nam nhờ hàm lượng dinh dưỡng cao (đường, đạm, canxi, khoáng chất, sắt) và tính thanh nhiệt. Tuy nhiên, các thiết bị ép mía truyền thống đang lưu hành trên thị trường (loại 2 quả lô hoặc 3 đến 6 quả lô thông thường) chủ yếu vận hành thủ công, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động, khó kiểm soát vệ sinh an toàn thực phẩm và chủng loại sản phẩm còn đơn điệu, chủ yếu chỉ ép kèm quất/tắc hoặc thơm. Cùng với xu hướng phát triển của các hệ thống bán nước tự động tại các địa điểm công cộng, nhu cầu đặt ra là phải tự động hóa hoàn toàn quy trình từ nạp liệu, ép mía đến pha trộn đa dạng các loại hương vị phụ trợ (như sầu riêng, nước cốt dừa, v.v.) trong môi trường khép kín và có kiểm soát nhiệt độ.

Đồ án tốt nghiệp mã số CKM-175 thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh do nhóm sinh viên thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Võ Xuân Tiến đã xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm:

  1. Phát triển công nghệ trộn lẫn hương vị: Nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống cơ cấu cùng mạng lưới van phân phối cho phép máy tự động định lượng, hòa trộn chính xác các loại hương liệu vào nước mía thành phẩm.
  2. Nghiên cứu về sự phối hợp hương vị: Tìm hiểu tính chất và sự tương tác giữa các loại hương vị phụ gia với nước mía nguyên chất để tạo ra sản phẩm đồng nhất và hợp khẩu vị.
  3. Tối ưu hóa quá trình sản xuất: Thiết kế hệ thống cơ khí và tự động hóa nhằm đạt hiệu suất ép kiệt nước cao, vận hành êm ái, chi phí gia công chế tạo thấp và thuận tiện trong vận hành, bảo dưỡng.
  4. Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm: Ứng dụng vật liệu thép không gỉ SUS 304 cho các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm, bố trí lưới lọc bã, vòng chắn nước bảo vệ ổ lăn và xây dựng chu trình chiết rót khép kín.
  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ, kết cấu cơ khí và hệ thống điều khiển tự động của máy ép nước mía có lựa chọn hương vị; các cơ sở chế tạo máy, chuỗi cửa hàng tiện lợi, căng tin trường học, hộ kinh doanh đồ uống và người tiêu dùng.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Khảo sát thực tế các giống mía thương phẩm phổ biến tại thị trường Việt Nam (Comus, C819-67, F134, F154, K84-200, MY5514, ROC22, R597) và thực hiện tính toán, thiết kế, gia công chế tạo mô hình thực nghiệm tại xưởng thực hành Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
    • Thời gian: Đồ án được triển khai trong Học kỳ 2, năm học 2023 - 2024 (nộp báo cáo ngày 01/07/2024 và bảo vệ vào tháng 07/2024).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tích hợp hệ thống lý thuyết liên ngành giữa kỹ thuật cơ khí chế tạo máy, công nghệ thực phẩm và kỹ thuật điều khiển tự động hóa:

  • Lý thuyết biến dạng cán kim loại ứng dụng cho quá trình ép mía: Ứng dụng mô hình vùng biến dạng cán để xác định các thông số hình học và động lực học của quá trình ép dập thân mía:
    • Lượng ép tuyệt đối: $\Delta h = |h_2 - h_1|$
    • Chiều dài vùng biến dạng: $l = \sqrt{R \cdot \Delta h}$
    • Lượng ép tổng: $\Delta h% = \frac{\Delta h_1 + \Delta h_2 + \dots + \Delta h_n}{h_1} \cdot 100%$
    • Điều kiện để thân mía tự ăn vào quả lô cán (cân bằng lực ma sát và lực đẩy dọc trục): $P_{x1} + P_{x2} \le T_{x1} + T_{x2}$
    • Lực đẩy tiếp liệu trong quá trình cán: $Q = \frac{2P}{\cos(\beta)}$ (với $\beta$ là góc ma sát, $P$ là lực ép từ bề mặt trục cán).
  • Lý thuyết tính toán hệ dẫn động cơ khí: Vận dụng tài liệu "Cơ sở thiết kế máy" (PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc) để tính toán bộ truyền xích con lăn và bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng dẫn động các trục cán (xác định đường kính vòng chia $d$, vòng đỉnh $d_a$, vòng đáy $d_f$, vận tốc xích $v$, lực vòng $F_t$, lực căng ban đầu $F_0$, lực căng do lực ly tâm $F_v$, lực tác dụng lên trục $F_r$).
  • Lý thuyết điều khiển tự động và cảm biến: Khảo sát các dòng vi điều khiển công nghiệp PLC (Siemens S7-1200, Mitsubishi FX3U, Omron CP1H, Delta DVP, Schneider, Panasonic); màn hình giao diện người - máy HMI (Siemens, Delta, Weintek, Kinco); nguyên lý làm lạnh nhiệt điện bằng tấm bán dẫn (sò nóng lạnh TEC1-12710 công suất 100W theo hiệu ứng Peltier); nguyên lý cảm biến đo mức chất lỏng dạng tiếp xúc (đo điện trở dung dịch) và không tiếp xúc (áp suất/khối lượng riêng).
  • Phương pháp triển khai chức năng chất lượng (QFD) và công thái học (Ergonomics): Sử dụng ma trận Ngôi nhà chất lượng (House of Quality) để chuyển hóa nhu cầu khách hàng thành thông số kỹ thuật; tra cứu nhân trắc học chiều cao và chiều dài sải tay người trưởng thành Việt Nam để định hình kích thước khung vỏ máy.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp thu thập và xử lý số liệu: Khảo sát thị hiếu người tiêu dùng và phân tích thông số kỹ thuật các dòng máy ép mía hiện có trên thị trường.
  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tính toán giải tích công suất động cơ, mô-men xoắn, bền bộ truyền động và mô phỏng ứng suất phần tử hữu hạn (FEA) kết cấu khung thép trên phần mềm máy tính.
  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Lựa chọn cấu hình tối ưu cho hệ thống cấp phôi khí nén, cụm quả lô cán và hệ thống định lượng hương vị.
  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mô hình thực tế, đấu nối tủ điện điều khiển, lập trình điều khiển và tiến hành thử nghiệm ép mía thực tế trước và sau cải tiến để đánh giá hiệu suất.

Nguồn dữ liệu của đồ án:

  • Số liệu khảo sát thực tế người tiêu dùng tại TP. Hồ Chí Minh.
  • Tiêu chuẩn cơ khí (thép kết cấu SS400, thép không gỉ SUS 304, bước xích tiêu chuẩn, mác que hàn, bảng giá điện bán lẻ EVN).
  • Dữ liệu thực nghiệm đo kiểm kích thước, áp suất khí nén, dòng điện tiêu thụ và lưu lượng xả dung dịch tại xưởng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này thiết lập nền tảng nghiên cứu của đề tài. Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc tự động hóa quá trình ép mía kết hợp đa dạng hóa hương vị trong bối cảnh thị trường đồ uống hiện đại; phân tích ý nghĩa khoa học trong việc ứng dụng lý thuyết cơ học - tự động hóa vào máy chế biến thực phẩm; làm rõ ý nghĩa thực tiễn đối với các cơ sở kinh doanh dịch vụ ăn uống; công bố 4 nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Tác giả hệ thống hóa các kiến thức tổng quan:

  • Đặc tính sinh học, thành phần dinh dưỡng của cây mía và khảo sát chi tiết 8 giống mía thương phẩm tại Việt Nam: Comus (Australia/Tây Nam Bộ), C819-67 (Cuba/Đông Nam Bộ), F134 và F154 (Đài Loan), K84-200 (Thái Lan), MY5514 (Cuba), ROC22 (Đài Loan/Nam Trung Bộ - Tây Nguyên), R597 (Pháp).
  • Các sản phẩm chế biến từ mía: mật mía, đường tinh luyện và nước mía giải khát.
  • Khảo sát các dòng máy bán nước/kem tự động và phân loại máy ép mía theo công suất (công nghiệp, dân dụng), theo số lượng quả lô cán (máy 2 quả lô truyền thống có bánh đà trợ lực, máy 3 quả lô và máy 6 quả lô ép kiệt nước một lần).
  • Phân tích chi tiết cấu tạo các cụm chức năng: động cơ điện, quả lô tiện rãnh ma sát (rulo), khung vỏ thép/inox, lưới lọc bã, ổ lăn, vòng chắn nước và van xả.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương tập trung trình bày cơ sở tính toán và kỹ thuật điều khiển:

  • Tổng quan về cấu trúc, nguyên lý và 5 ngôn ngữ lập trình PLC (LAD, FBD, ST/STL, SFC, IL); giới thiệu các hệ PLC công nghiệp phổ biến.
  • Cấu trúc phần cứng, phần mềm và các chuẩn truyền thông công nghiệp trên màn hình HMI.
  • Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và lưu ý tản nhiệt cho tấm bán dẫn nhiệt điện (sò nóng lạnh TEC1-12710 công suất 100W).
  • Phân loại các hệ thống cấp phôi tự động trong ngành cơ khí: phễu rung cấp liệu, bộ cấp phôi quay ly tâm, bộ cấp phôi tuyến tính.
  • Phân tích cấu tạo và nguyên lý của cảm biến đo mức chất lỏng tiếp xúc và không tiếp xúc.
  • Thiết lập hệ thống công thức tính toán động học, động lực học cho bộ truyền xích và bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng.
  • Trình bày lý thuyết cán dập biến dạng vật liệu, điều kiện góc ăn mía và công thức xác định lực đẩy cấp phôi $Q = \frac{2P}{\cos(\beta)}$.

Chương 4: Lập bảng kế hoạch phát triển sản phẩm, xác định nhu cầu khách hàng và ngôi nhà chất lượng

Chương này thực hiện quy trình phát triển sản phẩm công nghiệp:

  • Xây dựng bảng nhiệm vụ nghiên cứu (Dự án CKM-175) xác định rõ mục tiêu thương mại, giả định kỹ thuật và các bên liên quan.
  • Thiết lập bảng kế hoạch tiến độ công việc dạng sơ đồ Gantt.
  • Triển khai phiếu khảo sát người dùng, thu thập dữ liệu thống kê về thói quen sử dụng, yêu cầu an toàn, tốc độ phục vụ và mức giá chấp nhận.
  • Xây dựng ma trận tương quan giữa nhu cầu khách hàng (Need) và các chỉ số kỹ thuật đo lường được (Metric).
  • Thiết lập bảng tổng hợp Ngôi nhà chất lượng (House of Quality) làm cơ sở chuẩn hóa các tiêu chí thiết kế hệ thống cơ khí và điện.

Chương 5: Xây dựng và chọn lọc ý tưởng

Tác giả tiến hành chuyển đổi yêu cầu thiết kế thành giải pháp kỹ thuật cụ thể:

  • Xác lập dòng vào (mía nguyên liệu đã cạo vỏ, các bình hương vị phụ trợ, nguồn điện, khí nén) và dòng ra (nước mía thành phẩm đa hương vị được làm mát, bã mía ép khô).
  • Phát thảo các phương án ý tưởng kết cấu cho từng cụm: cơ cấu cấp phôi, cụm quả lô ép, cụm định lượng hương vị và cụm làm lạnh.
  • Tiến hành ma trận đánh giá, sàng lọc và chọn phương án thiết kế tối ưu dựa trên tiêu chí nhỏ gọn, độ tin cậy và chi phí chế tạo.

Chương 6: Tạo dáng sản phẩm và tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí, hệ thống điện

Nội dung trọng tâm về mặt kỹ thuật của đồ án:

  • Tạo dáng công nghiệp dựa trên các chỉ tiêu công thái học Ergonomics (chiều cao đặt màn hình HMI, khay lấy ly, vị trí nạp mía phù hợp tầm vóc người Việt Nam).
  • Tính toán, thiết kế cơ khí: Tính toán tải trọng ép của các trục rulo Inox SUS 304, tính toán chọn động cơ giảm tốc, thiết kế bộ truyền xích và bộ bánh răng ăn khớp.
  • Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động: Lựa chọn xylanh khí nén MAL16X100-CA (đường kính nòng 20 mm, hành trình 100 mm) kết hợp máy nén khí mini Toyota.
  • Thiết kế khung máy: Sử dụng thép hộp mác SS400 kích thước 30x30x1,2 mm; thực hiện chia lưới tam giác và mô phỏng trên phần mềm để kiểm nghiệm ứng suất chảy (Stress), biến dạng (Strain), chuyển vị (Displacement) và xác định hệ số an toàn kết cấu.
  • Thiết kế hệ thống điện - tự động hóa: Lựa chọn bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC cùng module mở rộng Digital Output SM 1222 DC; lập trình điều khiển logic bậc thang (LAD) cho máy bơm, van điện từ 24V, xylanh cấp phôi, động cơ ép, động cơ khuấy giảm tốc WE GA25-370 (12 RPM) và sò nóng lạnh; thiết kế giao diện vận hành HMI đa màn hình; bố trí mạch nguồn tổ ong 12V 30A (360W) và 24V 15A (360W).

Chương 7: Chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá

Mô tả toàn bộ quá trình hiện thực hóa thiết kế:

  • Quy trình gia công chế tạo: Cắt phôi thép hộp, hàn điểm định vị, kiểm tra độ vuông góc và song song bằng thước thủy, kiểm tra kích thước bằng thước dây, mài phẳng, xử lý bề mặt, sơn lót và sơn phủ đen nhám mã màu A210.
  • Lắp ráp phần cứng: Gá đặt cụm quả lô ép SUS 304, lắp động cơ, bộ truyền xích, cơ cấu xylanh khí nén, bình chứa dung tích 5000 ml gắn bộ sò lạnh và động cơ khuấy.
  • Lắp đặt tủ điện: Bố trí ray nhôm, máng luồn dây, domino, lắp PLC S7-1200, module mở rộng, rơ-le trung gian, nguồn tổ ong, kết nối cảm biến quang Omron, cảm biến PNP, cảm biến mực nước và màn hình HMI.
  • Thử nghiệm và đánh giá: Chạy thử nghiệm đơn động từng cơ cấu và thử nghiệm liên động toàn hệ thống; đo đạc và vẽ biểu đồ thực nghiệm quá trình ép mía trước và sau cải tiến.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án là công trình thiết kế và chế tạo hệ thống cơ điện tử hoàn chỉnh. Cấu hình kỹ thuật và thiết bị thực tế được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Phân hệ Chi tiết / Thiết bị Thông số kỹ thuật & Chủng loại
Kết cấu cơ khí Khung máy Thép hộp mác SS400 kích thước 30x30x1,2 mm, sơn đen nhám A210
Quả lô cán ép (Rulo) Vật liệu Inox SUS 304 tiện gân ma sát, chống rỉ sét
Cấp phôi tự động Xylanh khí nén MAL16X100-CA (đường kính 20 mm, hành trình 100 mm)
Nguồn cấp khí nén Máy nén khí mini Toyota
Vỏ bao che & phụ trợ Vỏ tôn định hình, lưới lọc bã mía, khay hứng nước inox
Điều khiển & Điện Bộ điều khiển trung tâm PLC Siemens S7-1200 (CPU 1214C DC/DC/DC)
Module mở rộng Siemens SM 1222 DC (Digital Output - DQ)
Giao diện vận hành Màn hình cảm ứng HMI (các trang Main, Control, Manual 1-2, Monitor)
Cảm biến vị trí / phôi Cảm biến quang điện Omron, cảm biến vật cản hồng ngoại PNP
Đo mức chất lỏng Cảm biến mực nước lắp đặt cho các bình chứa
Nguồn cấp công suất 01 Nguồn xung tổ ong 12V 30A (360W), 01 Nguồn xung tổ ong 24V 15A (360W)
Pha trộn & Làm lạnh Cơ cấu định lượng Hệ thống van điện từ 24V đóng mở theo thời gian thực
Cụm làm mát Tấm bán dẫn nhiệt điện (sò nóng lạnh) 100W TEC1-12710 kèm tản nhiệt
Bình chứa & khuấy Bình dung tích 5000 ml tích hợp động cơ giảm tốc WE GA25-370 (12 RPM)

Quá trình triển khai thực tế bao gồm việc lập trình toàn bộ tập lệnh PLC trên phần mềm kỹ thuật (điều khiển bơm, van xả hương vị số 1-3, van xả nước thành phẩm số 1-3, bộ chuyển đổi thời gian van, bộ đếm số lần rót và chu trình hành trình xylanh khí ra/vào). Toàn bộ khung máy được kiểm tra độ đồng phẳng và vuông góc bằng thước thủy trước khi tiến hành hàn cố định và bắn tôn bao che.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật đạt được:
    • Chế tạo thành công mô hình máy ép mía tự động có lựa chọn mùi vị cho nước mía thành phẩm hoạt động đồng bộ giữa hệ thống cơ khí, khí nén và mạch điện điều khiển.
    • Kiểm soát chu trình ép mía tự động: Xylanh khí nén đẩy mía vào buồng cán, cụm quả lô SUS 304 ép kiệt nước, nước mía chảy qua lưới lọc vào buồng trộn, hệ thống van điện từ xả hương liệu (sầu riêng, dừa, v.v.) theo thời gian cài đặt trên HMI, động cơ khuấy đều dung dịch trong khi sò lạnh TEC1-12710 duy trì nhiệt độ mát trước khi van thành phẩm tự động chiết rót ra ly.
    • Kiểm nghiệm kết cấu khung thép SS400 qua mô phỏng phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất chảy cực đại nằm trong giới hạn an toàn cho phép, biến dạng và chuyển vị không ảnh hưởng đến độ đồng tâm của các trục truyền động.
    • Hệ thống giao diện HMI hiển thị trực quan các chế độ vận hành (tự động và thủ công), cho phép người dùng tùy chỉnh thời gian mở van, giám sát mực chất lỏng và kiểm soát số lượng ly nước thành phẩm.
  • Giải pháp và kiến nghị của tác giả:
    • Kiến nghị nâng cấp phương pháp gia công cơ khí: chuyển đổi từ phương pháp thủ công (cắt tay, hàn que, mài tay) sang gia công trên máy cắt laser CNC, máy phay và tiện CNC để giảm thiểu sai số hình học và khe hở lắp ghép.
    • Tối ưu hóa áp lực ép giữa các quả lô nhằm nâng cao tỷ lệ thu hồi nước mía trên một chu trình ép.
    • Bổ sung tính năng tự động súc rửa đường ống và khoang chứa sau mỗi chu kỳ hoạt động để gia tăng tiêu chuẩn vệ sinh.
  • Đóng góp của đề tài:
    • Tích hợp thành công lý thuyết biến dạng cán vật liệu vào bài toán thiết kế cơ cấu ép mía thực phẩm kết hợp tự động hóa điều khiển công nghiệp PLC - HMI.
    • Cung cấp giải pháp công nghệ mới cho ngành chế biến đồ uống giải khát, đáp ứng xu thế tiêu dùng nước mía đa hương vị được phục vụ tự động và đảm bảo vệ sinh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài (theo ghi nhận của nhóm tác giả):
    • Mô hình thực nghiệm được gia công và lắp ráp hoàn toàn bằng các thiết bị cầm tay thủ công (máy cắt tay, máy mài tay, hàn điện thủ công), dẫn đến độ chính xác kích thước và độ đồng trục chưa đạt mức tối ưu, khiến hiệu suất ép kiệt nước chưa đạt tối đa theo tính toán lý thuyết.
    • Hệ thống cấp phôi và cơ cấu xả hương vị mới dừng lại ở quy mô mô hình thử nghiệm tại xưởng, chưa tích hợp mô-đun cấp ly tự động và cổng thanh toán tự động (tiền mặt/quét mã QR) để thương mại hóa thành máy bán hàng độc lập ngoài trời.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Chế tạo lại khung vỏ và cụm ép bằng công nghệ gia công cơ khí chính xác CNC nhằm tăng độ cứng vững và hiệu suất ép.
    • Hoàn thiện hệ thống cấp phôi tự động dung tích lớn, tích hợp thêm khoang trữ lạnh mía nguyên liệu và cơ cấu tự động gọt vỏ mía.
    • Mở rộng tính năng điều khiển thông qua kết nối Internet (IoT) và bổ sung hệ thống thanh toán không tiền mặt.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp CKM-175 mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên, học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Tự động hóa và Công nghệ Thực phẩm khi thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp về thiết kế máy tự động, máy chế biến thực phẩm.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện tử, các xưởng chế tạo máy và doanh nghiệp khởi nghiệp trong lĩnh vực thiết bị pha chế tự động, máy bán đồ uống thông minh.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Quy trình tính toán bộ truyền động cơ khí (xích, bánh răng trụ) kết hợp ứng dụng lý thuyết cán dập biến dạng vật liệu vào trục ép mía.
    • Toàn bộ sơ đồ đấu nối tủ điện điều khiển công nghiệp, sơ đồ phân chân PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC và module SM 1222 DC.
    • Thuật toán lập trình PLC Ladder và thiết kế giao diện HMI kết hợp điều khiển nhiệt độ bán dẫn (Peltier) và giám sát cảm biến mức chất lỏng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điều khiển tự động của máy ép mía sử dụng những thiết bị phần cứng chính nào? Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC kết hợp với module mở rộng ngõ ra số SM 1222 DC, màn hình cảm ứng HMI để điều khiển và giám sát, cảm biến quang điện Omron, cảm biến vật cản hồng ngoại PNP, cảm biến mực nước và hai bộ nguồn xung tổ ong (12V 30A và 24V 15A).

2. Vật liệu nào được lựa chọn để chế tạo quả lô ép và khung máy? Quả lô cán ép (rulo) được chế tạo bằng thép không gỉ Inox SUS 304 tiện gân ma sát nhằm chống rỉ sét và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Khung máy được gia công từ thép hộp mác SS400 kích thước 30x30x1,2 mm, được sơn phủ đen nhám (mã màu A210) để bảo vệ bề mặt trong môi trường độ ẩm cao.

3. Cơ cấu cấp phôi mía tự động trong mô hình vận hành theo nguyên lý nào? Hệ thống sử dụng xylanh khí nén tác động kép mã hiệu MAL16X100-CA (đường kính nòng 20 mm, hành trình 100 mm) kết hợp máy nén khí mini Toyota để tự động đẩy từng đoạn mía từ phễu nạp vào khe hở giữa các quả lô cán theo tín hiệu điều khiển từ PLC.

4. Nước mía thành phẩm được làm lạnh và phối trộn hương vị bằng phương pháp nào? Nước mía sau khi ép và lọc bã được đưa vào bình chứa dung tích 5000 ml. Tại đây, tấm bán dẫn nhiệt điện (sò nóng lạnh) 100W TEC1-12710 đảm nhiệm việc làm mát dung dịch, hệ thống van điện từ 24V mở xả hương vị (sầu riêng, dừa...) theo thời gian định lượng từ PLC, và động cơ giảm tốc WE GA25-370 (12 RPM) dẫn động cánh khuấy để hòa trộn đều hỗn hợp trước khi rót ra ly.

5. Nguyên nhân nào khiến hiệu suất ép của mô hình thực tế chưa đạt mức tối đa theo lý thuyết? Nhóm tác giả chỉ ra rằng do toàn bộ mô hình được chế tạo bằng phương pháp thủ công tại xưởng (sử dụng máy cắt tay, hàn điện que, máy mài tay), dẫn đến độ chính xác kích thước, độ đồng phẳng và dung sai lắp ghép giữa các trục cán chưa đạt độ chính xác cao, gây ra tổn hao áp lực ép trong quá trình cán mía.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy ép nước mía tự động có lựa chọn mùi vị cho nước mía thành phẩm" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đặt ra từ nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế cơ khí đến lập trình điều khiển tự động và chế tạo mô hình thực nghiệm. Sản phẩm chứng minh tính khả thi của giải pháp tích hợp cơ cấu ép mía bằng quả lô SUS 304 với hệ thống cấp phôi khí nén, hệ thống làm lạnh bằng sò bán dẫn TEC1-12710 và điều khiển định lượng hương vị qua PLC Siemens S7-1200 kết hợp màn hình cảm ứng HMI. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Cơ khí, Cơ điện tử và Tự động hóa trong việc nghiên cứu, phát triển các dòng máy chế biến thực phẩm tự động.