Đồ Án Thiết Kế và Chế Tạo Máy Vắt Ly Tâm Trong Ngành Thực Phẩm

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và chế tạo máy vắt ly tâm dùng trong thực phẩm, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Đỗ Sơn Hải
• Người hướng dẫn: ThS. Tưởng Phước Thọ
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Vắt Ly Tâm Dùng Trong Thực Phẩm
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Máy Vắt Ly Tâm Thực Phẩm

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo máy vắt ly tâm dùng trong thực phẩm" tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một máy vắt ly tâm cho ngành công nghiệp thực phẩm. Máy vắt ly tâm thực phẩm này giải quyết vấn đề làm ráo nước rau củ quả sau khi sơ chế, tăng năng suất và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm hơn so với phương pháp thủ công truyền thống. Mục tiêu chính là tạo ra một sản phẩm hiệu quả, có khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong các cơ sở chế biến thực phẩm quy mô nhỏ và vừa. Đồ án đề cập đến các khía cạnh quan trọng như: thiết kế máy vắt ly tâm, chế tạo máy vắt ly tâm, và ứng dụng máy vắt ly tâm trong thực phẩm. Ngành công nghiệp thực phẩm hiện nay đang có nhu cầu lớn về các giải pháp hiện đại, tự động hóa trong khâu sơ chế, và máy ly tâm công nghiệp là một trong những giải pháp được chú trọng.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có nền ẩm thực đa dạng với nhiều món ăn sử dụng rau củ quả. Các món gỏi, nộm đòi hỏi nguyên liệu phải được làm sạch và ráo nước kỹ càng. Phương pháp truyền thống như để ráo tự nhiên hoặc vắt tay có nhược điểm về thời gian, năng suất và vệ sinh. Do đó, máy vắt ly tâm thực phẩm được xem là giải pháp tối ưu, đáp ứng nhu cầu sản xuất lớn, tiết kiệm thời gian và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Máy vắt ly tâm sẽ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất lao động trong ngành chế biến thực phẩm.

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Đồ án đặt mục tiêu thiết kế và chế tạo máy vắt ly tâm với công suất 2kg/mẻ, sử dụng động cơ DC Servo và hệ thống điều khiển tự động. Thiết kế máy vắt ly tâm bao gồm việc lựa chọn vật liệu, tính toán các thông số kỹ thuật, thiết kế kết cấu cơ khí và mạch điện điều khiển. Chế tạo máy vắt ly tâm được thực hiện dựa trên bản thiết kế đã hoàn thiện. Ứng dụng máy vắt ly tâm trong thực phẩm sẽ được đánh giá thông qua các thử nghiệm thực tế. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào máy vắt ly tâm quy mô nhỏ, phù hợp với điều kiện sản xuất của các cơ sở chế biến thực phẩm vừa và nhỏ ở Việt Nam.

II. Thiết kế Cơ khí và Chế tạo Máy Vắt Ly Tâm

Phần này tập trung vào thiết kế máy vắt ly tâm. Các khía cạnh được xem xét bao gồm: cấu tạo máy vắt ly tâm, lựa chọn vật liệu chế tạo máy vắt ly tâm, tính toán thiết kế lồng vắt, thiết kế khớp nối, lựa chọn động cơ, bộ truyền động, và thiết kế khung máy. Vật liệu chế tạo máy vắt ly tâm cần đảm bảo độ bền, khả năng chịu lực và vệ sinh an toàn thực phẩm. Hiệu suất máy vắt ly tâm được đánh giá thông qua các phép tính và mô phỏng. Quá trình sản xuất máy vắt ly tâm được trình bày chi tiết, bao gồm các bước gia công, lắp ráp và kiểm tra chất lượng. Kiểm tra chất lượng máy vắt ly tâm là bước quan trọng để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả và an toàn.

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế kết cấu máy

Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu máy phải đảm bảo tính bền vững, khả năng chịu lực tốt, dễ dàng vệ sinh và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm. Vật liệu chế tạo máy vắt ly tâm cần có khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt và dễ dàng làm sạch. Thiết kế lồng vắt cần đảm bảo hiệu quả tách nước cao, không làm hư hại sản phẩm. Khớp nối cần truyền lực hiệu quả và ổn định. Động cơ cần có công suất phù hợp với yêu cầu hoạt động của máy. Bộ truyền động cần đảm bảo hiệu suất truyền động cao và độ bền tốt. Thiết kế khung máy phải chắc chắn và ổn định, chịu được lực ly tâm trong quá trình hoạt động.

2.2 Tính toán và lựa chọn các thành phần

Tính toán thiết kế lồng vắt bao gồm việc xác định kích thước, vật liệu và độ bền của lồng vắt để đảm bảo hiệu quả tách nước cao. Lựa chọn động cơ dựa trên công suất yêu cầu và tốc độ quay. Tính toán và lựa chọn bộ truyền đảm bảo hiệu suất truyền động và tuổi thọ của hệ thống. Thiết kế khung máy cần tính toán lực tác động để đảm bảo độ bền và ổn định. Các phép tính cần chính xác để đảm bảo hiệu suất máy vắt ly tâm đạt yêu cầu. Mô hình thiết kế cần được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi chế tạo.

III. Thiết kế Điện và Điều khiển Máy Vắt Ly Tâm

Phần này tập trung vào thiết kế mạch điện và thuật toán điều khiển cho máy vắt ly tâm. Sơ đồ khối mạch điều khiển được mô tả chi tiết, bao gồm các thành phần chính như: bộ điều khiển, mạch công suất, mạch hiển thị và mạch điều khiển tốc độ động cơ. Bộ điều khiển PID được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ một cách chính xác và ổn định. Thuật toán điều khiển được lập trình để đảm bảo máy hoạt động theo các chế độ cài đặt. Mạch hiển thị cung cấp thông tin về trạng thái hoạt động của máy. An toàn lao động máy vắt ly tâm được đảm bảo bằng các thiết kế và biện pháp an toàn cần thiết.

3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển và lựa chọn linh kiện

Sơ đồ khối mạch điều khiển thể hiện sự kết nối giữa các thành phần trong hệ thống điều khiển. Việc lựa chọn linh kiện điện tử phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống. Bộ điều khiển vi xử lý có nhiệm vụ xử lý tín hiệu, thực hiện thuật toán điều khiển và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Mạch công suất cung cấp điện năng cho động cơ và các thiết bị khác. Mạch hiển thị cung cấp thông tin về tốc độ, thời gian và chế độ hoạt động của máy. Việc lựa chọn các linh kiện cần phải cân nhắc đến độ bền, khả năng chịu nhiệt, và độ chính xác.

3.2 Thuật toán điều khiển và lập trình

Thuật toán điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ động cơ một cách chính xác. Thuật toán điều khiển được lập trình trên bộ điều khiển vi xử lý. Chế độ vận hành có thể bao gồm chế độ tự động và chế độ thủ công. Lập trình cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo sự hoạt động ổn định và chính xác của hệ thống. Các thử nghiệm cần được thực hiện để kiểm tra hiệu quả của thuật toán và hiệu chỉnh các tham số nếu cần thiết. An toàn lao động máy vắt ly tâm được tích hợp vào trong phần mềm điều khiển.

IV. Kết quả và Thử nghiệm

Phần này trình bày kết quả thử nghiệm của máy vắt ly tâm đã chế tạo. Các thông số kỹ thuật của máy được đo đạc và ghi nhận. Hiệu quả tách nước của máy được đánh giá thông qua các thử nghiệm với các loại rau củ quả khác nhau. Phân tích hiệu suất máy vắt ly tâm được thực hiện để đánh giá hiệu quả hoạt động của máy. Kết quả thử nghiệm cho thấy máy vắt ly tâm đạt hiệu quả cao trong việc tách nước rau củ quả, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

4.1 Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả

Các thử nghiệm được tiến hành với nhiều loại rau củ quả khác nhau để đánh giá hiệu quả tách nước của máy. Hiệu suất máy vắt ly tâm được tính toán dựa trên lượng nước được tách ra và thời gian vận hành. Chất lượng sản phẩm sau khi vắt nước được kiểm tra để đảm bảo không bị hư hỏng. Các số liệu thu được được phân tích và đánh giá để xác định hiệu quả hoạt động của máy. Kết quả thử nghiệm được trình bày chi tiết và được so sánh với các phương pháp truyền thống.

4.2 Phân tích kết quả và đề xuất cải tiến

Phân tích kết quả thử nghiệm giúp đánh giá hiệu quả của thiết kế và chế tạo máy. Các số liệu thu được được phân tích để xác định ưu điểm và nhược điểm của máy. Dựa trên kết quả phân tích, các đề xuất cải tiến được đưa ra để nâng cao hiệu quả hoạt động của máy. Kết luận về hiệu quả và tính khả thi của máy vắt ly tâm được đưa ra. Hướng phát triển cho các nghiên cứu tiếp theo được đề xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM GVHD: ThS. TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: ĐỖ SƠN HẢI MSSV: 10911020 SVTH: NGUYỄN ANH TÚ MSSV: 10911062 SKL 0 0 3 8 2 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM Giảng viên hƣớng dẫn: THS.

TƢỞNG PHƢỚC THỌ Sinh viên thực hiện: ĐỖ SƠN HẢI MSSV: 10911020 Lớp: 109110C Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ANH TÚ MSSV: 10911062 Lớp: 109110B Khoá: 2010 -2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 2 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS.

Tƣởng Phƣớc Thọ Sinh viên thực hiện:Đỗ Sơn Hải MSSV:10911020 Nguyễn Anh Tú MSSV:10911062 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY VẮT LY TÂM DÙNG TRONG THỰC PHẨM. Các số liệu, tài liệu ban đầu: ……………. Nội dung chính của đồ án: - Tìm hiểu và chọn thiết bị cho máy.

- Tính toán, thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy. - Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển điện cho máy. - Viết thuật toán điều khiển và lập trình điều khiển máy. Các sản phẩm dự kiến …………….

Ngày nộp đồ án: 20/7/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:Thiết kế và chế tạo máy vắt ly tâm dùng trong thực phẩm. Tƣởng Phƣớc Thọ. - Họ tên sinh viên:Đỗ Sơn Hải. - MSSV:10911020 Lớp:109110C - Địa chỉ sinh viên: - Số điện thoại liên lạc: 0163 860 5798 - Email:[e-mail] - Họ tên sinh viên: Nguyễn Anh Tú.

- MSSV: 10911062 Lớp: 109110B - Địa chỉ sinh viên: - Số điện thoại liên lạc: 01626578085 - Email:[e-mail] - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày 2 tháng 7năm 2015 Ký tên ii do an LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Tƣởng Phƣớc Thọ, giáo viên hƣớng dẫn, đã định hƣớng, chỉ bảo, dìu dắt chúng em trong quá trình thực hiện đề tài.

Nhóm cũng gởi lời cảm ơn đối với thầy cô khoa Cơ khí chế tạo máy, bộ môn Cơ điện tử đã chỉ bảo, định hƣớng cho chúng em trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này. Cuối cùng với lòng biết ơn sâu sắc nhất xin dành cho gia đình, bạn bè đã giúp đỡ rất nhiều về vật chất và tinh thần để nhóm hoàn thành tốt đề tài. Sinh viên thực hiện Đỗ Sơn Hải Nguyễn Anh Tú iii do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LY TÂM VẮT NƢỚC DÙNG TRONG THỰC PHẨM Đồ án là máy vắt ly tâm dùng trong thực phẩm. Máy hoạt động dựa trên nguyên lý ly tâm với chức năng làm ráo nƣớc các loại rau củ sau khi rửa hay ngâm nƣớc.

Với đề tài này, nhóm tiến hành thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy. Cơ khí đƣợc thiết kế gọn nhẹ với các thanh thép ống vuông hàn lại với nhau. Bộ truyền đai đƣợc sử dụng để truyền động lực từ động cơ đến lồng vắt. Mạch điểu khiển là kit STM32F407VG với tốc độ xử lý cao.

Nhiệm vụ mạch điều khiển là nhận tín hiệu điều khiển từ nút nhấn và tính toán, xử lý theo chƣơng trình sau đó xuất tín hiệu điều khiển vận tốc động cơ DC Servo. Máy hoạt động ở hai chế độ tự động và bằng tay. Ở chế độ tự động có ba chế độ vắt với ba tốc độ khác nhau. Ở chế độ bằng tay, ngƣời vận hành có thể điều chỉnh vận tốc của lồng vắt bằng biến trở.

iv do an ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURE CENTRIFUGAL EXTRACTOR MACHINE IN FOOD The projects is a centrifugal extractor machine used in food. Machine operation is based on the principle of centrifugal and functionality drain the vegetables after washing or soaking in water. With this subject, we design and manufacture the mechanics. The mechanics are designed with square tube steel rods welded together.

The transmission belt is used to transmit dynamics from DC motor to extractor drum. Control circuit is STM32F407VG kit with high processing speed. The function of the control circuit is receives control signals from buttons and calculating, processing program and then export the control signal DC Servo motor speed. The machine operates in two modes automatically and manually.

In the automatic mode has three modes extractor with three different speeds. In manual mode, the operator can adjust the speed of the extractor drum by a variable resistor. v do an MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. i LỜI CAM KẾT.

vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, H NH V. ix DANH MỤC T VIẾT TẮT. xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Mục tiêu của đề tài .3 Giới hạn của đề tài .4 Đối tƣợng nghiên cứuvà giới hạn của đề tài .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Giới hạn của đề tài .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .7 Tình hình trong và ngoài nƣớc.

3 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Giới thiệu lực ly tâm .1 Lực ly tâm .2 Lực ly tâm tƣơng đối .2 Đo tốc độ động cơ bằng encoder .3 Điều chế độ rộng xung PWM .4 Bộ điều khiển PID .1 Giới thiệu bộ điều khiển PID.2 Điều chỉnh bộ PID bằng phƣơng pháp Ziegler–Nichols.5 Vi điều khiển STM32F407VG .1 Giới thiệu vi điều khiển ARM .2 Mạch vi điều khiển STM32F407VG. 11 CHƢƠNG 3:THIẾT KẾ CƠ KHÍ .1 Lựa chọn phƣơng án thiết kế kết cấu máy .2 Thiết kế lồng vắt .3 Thiết kế khớp nối .4 Tính toán và lựa chọn động cơ .5 Lựa chọn và tính toán bộ truyền. 18 vi do an 3.6 Tính toán và thiết kế trục chính .7 Thiết kế đồ gá động cơ .8 Thiết kế khung máy .1 Phần khung chịu lực chính .2 Thiết kế phần lắp gối đỡ vòng bi trên khung máy .3 Thiết kế phần gá đặt động cơ trên khung máy .9 Thiết kế đế cao su giảm rung .10 Mô hình thiết kế. 26 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN .1 Sơ đồ khối mạch điều khiển .2 Bộ điều khiển .4 Mạch hiển thị .5 Mạch công suất .8 Thiết kế panel điều khiển.9 Thuật toán điều khiển .1 Thuật toán điều khiển chính .2 Thuật toán xác định chế độ vắt và hiển thị .3 Thuật toán xác định thời gian vắt và hiển thị .4 Thuật toán chƣơng trình tự động.

35 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM. 40 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển. 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 46 vii do an DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1: Thông số bộ điều khiển PID theo thực nghiệm .1: Thông số động cơ .1: Thông số kỹ thuật của máy .2: Thực nghiệm với chế độ tự động.

42 viii do an DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Nguyên liệu chế biến các món trộn, nộm .2: Phƣơng pháp làm ráo nƣớc rau ngoài không khí.3: Máy vắt ly tâm .1: Lực ly tâm.2: Cấu tạo encoder .3: Hai kênh A và B lệch pha trong encoder .4: Đồ thị dạng xung điều chế PWM .5: Điều khiển tốc độ động cơ bằng PWM.6:Sơ đồ xung trên chân vi điều khiển và dạng điện áp ngõ ra .7: Sơ đồ hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID .8: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID .9: Xác định hệ số khếch đại tới hạn .10: Cấu trúc vi điều khiễn ARM .11: Mạch điều khiển STM32F407VG .1: Máy ly tâm giảm rung bằng lò xo .2: Máy ly tâm giảm rung bằng đế cao su .3: Sơ đồ vị trí tƣơng đối các bộ phận máy vắt ly tâm .4: Phƣơng án hiết kế lồng vắt .5: Lỗ gắn bu lông- đai ốc cố định lồng vắt với khớp nối .6: Lồng vắt sau khi thiết kế .7: Thiết kế khớp nối.8: Vị trí gắn với lồng vắt .9: Vị trí gắn trục chính.10: Biểu đồ lực tác động lên trục chính .11: Kích thƣớc động cơ .13: Vị trí gắn động cơ trên đồ gá .14: Lỗ gắn bu lông – đai ốc cố định vào thân máy .15: Thiết kế khung chịu lực chính .16: Vị trí gắn gối đỡ vòng bi trên thân máy .17: Vị trí gắn động cơ trên thân máy .18: Đế giảm rung bằng cao su .19: Mô hình thiết kế .1: Sơ đồ khối mạch điện điều khiển .2: Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển .3: Sơ đồ nguyên lí mạch nút nhấn .4 : Sơ đồ nguyên lí mạch hiển thị. 29 ix do an Hình 4.5: Mạch cầu H Bridge MC33883 .6: Mạch ổn áp LM2596S .8: Thiết kế panel điểu khiển .9: Thuật toán điều khiển chính .10: Thuật toán xác định chế độ vắt và hiển thị .11: Thuật toán xác định thởi gian vắt và hiển thị .12: Thuật toán chƣơng trình vắt tự động .1: Lồng vắt sau khi gia công .2: Bên trong lồng vắt.3: Khung máy sau khi gia công.4: Lắp lồng vắt vào khung máy.5: Thùng che sau khi gia công.6: Panel điều khiển thực tế.7: Máy vắt ly tâm sau khi hoàn thành.8: Thực nghiệm với cải bẹ dún.9: Rau muống cắt sợi sau khi vắt nƣớc.10: Thực nghiệm với rau xà lách. 44 x do an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PWM Pulse Width Modulation LED Light Emitting Diode PID Proportional Integral Derivative RCF Relative Centrifugal Force ARM Advanced RISC Machine xi do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ẩm thực Việt Nam mang những nét văn hóa riêng với ba miền Bắc, Trung, Nam. Mỗi vùng miền có những món ăn mang đậm nét địa phƣơng, chịu ảnh hƣởng của tập quá dân cƣ và các điều kiện tự nhiên phong phú tạo ra sự đa dạng cho văn hóa ẩm thực Việt Nam.

Trong đó nổi bật là các món trộn, gỏi, nộm đƣợc chế biến từ rau, củ, quả.