I. Giới thiệu Mô hình Đóng Nắp Chai Tự động tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động" tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE) tập trung vào việc ứng dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn. Sinh viên đã thiết kế và chế tạo một mô hình tự động hóa quá trình đóng nắp chai, kết hợp phần cơ khí và hệ thống điều khiển PLC. Mô hình hướng đến mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sức lao động của con người. Đề tài này cũng nhấn mạnh đến sự kết hợp giữa lý thuyết học tập và thực tiễn sản xuất, góp phần phát triển công nghệ tự động hóa trong công nghiệp Việt Nam. Mô hình đóng nắp chai tự động, mô hình đóng nắp chai tự động HCMUTE, là trọng tâm của nghiên cứu. Các sinh viên HCMUTE đã thực hiện dự án này, dưới sự hướng dẫn của giảng viên. Đây là một dự án tốt nghiệp HCMUTE, ứng dụng công nghệ đóng nắp chai tự động vào thực tế.
1.1 Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi đề tài
Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo một mô hình đóng nắp chai tự động. Đề tài tập trung vào việc xây dựng nguyên lý hoạt động của mô hình đóng nắp chai tự động, thiết kế và chế tạo phần cơ khí, bao gồm cụm cấp phôi và cụm đóng nắp chai. Sinh viên cũng thiết kế sơ đồ mạch điện điều khiển, lập trình điều khiển bằng PLC S7-200, chế tạo và lắp ráp mô hình, chạy thử và hiệu chỉnh. Thiết kế mô hình đóng nắp chai tự động bao gồm nhiều khía cạnh kỹ thuật. Chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động là một phần quan trọng. Nghiên cứu mô hình đóng nắp chai tự động tập trung vào hiệu quả và độ tin cậy. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các công đoạn chính: cấp chai bằng tay, chiết rót tự động, cấp nắp bằng tay và đóng nắp tự động. Ứng dụng mô hình đóng nắp chai tự động trong sản xuất được xem xét. Nghiên cứu khoa học HCMUTE đã hỗ trợ mạnh mẽ cho đề tài.
1.2 Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu
Phương pháp nghiên cứu kết hợp tham khảo tài liệu, thực nghiệm và tham vấn ý kiến chuyên gia. Sinh viên đã tham quan khảo sát dây chuyền sản xuất tại công ty Hợp Trí để tìm hiểu thực tế. Tài liệu tham khảo bao gồm sách, báo cáo, bài viết khoa học về công nghệ đóng nắp chai tự động, kỹ thuật đóng nắp chai, hệ thống đóng nắp chai tự động, và PLC. Cơ sở lý luận dựa trên phân tích các yếu tố kỹ thuật đầu vào đầu ra, bao gồm kết cấu chai, vật liệu làm chai và loại nắp chai. Phân tích lực tác dụng lên chai trong quá trình đóng nắp cũng được thực hiện. Thiết kế máy móc được thực hiện dựa trên các nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật cơ khí và điều khiển tự động. Công nghệ tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế mô hình. Kỹ thuật điều khiển được thể hiện qua việc sử dụng PLC. Việc sử dụng khí nén trong hệ thống cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng.
II. Thiết kế và Chế tạo Mô hình
Phần cơ khí của mô hình đóng nắp chai tự động được chế tạo chủ yếu từ nhôm và thép. Nhôm được sử dụng cho các chi tiết không chịu lực lớn, trong khi thép được dùng cho các chi tiết cần độ cứng vững cao. Thiết kế băng tải sử dụng băng tải đai, được dẫn động bởi động cơ DC 24V. Cụm chi tiết đóng nắp sử dụng xilanh khí nén để thực hiện chuyển động lên xuống và động cơ để tạo ra chuyển động quay. Thiết kế cụm chi tiết xoáy nắp là một điểm nhấn. Cảm biến quang và cảm biến từ được sử dụng để phát hiện vị trí của chai và nắp. PLC S7-200 được sử dụng để điều khiển toàn bộ hệ thống. Máy đóng nắp chai tự động được thiết kế để tối ưu hiệu quả hoạt động. Thiết bị đóng nắp chai được lựa chọn kỹ càng để đảm bảo chất lượng. Gia công cơ khí là một phần không thể thiếu trong quá trình chế tạo.
2.1 Thiết kế phần cơ khí
Thiết kế phần cơ khí bao gồm thiết kế băng tải, cụm cấp phôi, cụm đóng nắp chai. Băng tải được thiết kế với kích thước phù hợp với chai, đảm bảo chai di chuyển ổn định. Cụm cấp phôi cho phép cấp chai vào hệ thống một cách dễ dàng. Cụm đóng nắp chai sử dụng cơ cấu xoáy nắp kết hợp với xilanh khí nén và động cơ để tạo ra lực xoáy và chuyển động lên xuống. Vật liệu được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực. Bản vẽ kỹ thuật chi tiết được thực hiện để hướng dẫn quá trình chế tạo. Chế tạo các bộ phận được thực hiện chính xác theo bản vẽ. Lắp ráp các bộ phận tạo nên hệ thống hoàn chỉnh. Kiểm tra chất lượng các bộ phận và hệ thống sau khi lắp ráp. Mô phỏng 3D được sử dụng để tối ưu thiết kế trước khi chế tạo.
2.2 Hệ thống điều khiển PLC
Hệ thống điều khiển sử dụng PLC SIMATIC S7-200. Lập trình PLC được thực hiện để điều khiển các động cơ, xilanh khí nén và các cảm biến. Chương trình điều khiển được viết dựa trên ngôn ngữ lập trình Ladder. Sơ đồ điều khiển được thiết kế rõ ràng, dễ hiểu. Các phần tử điều khiển bao gồm van điều khiển, van một chiều, van đảo chiều. Cảm biến được sử dụng để phát hiện vị trí của chai và nắp. Khối vào ra của PLC được kết nối với các cảm biến và thiết bị điều khiển. Điều khiển tự động được đảm bảo nhờ lập trình PLC chính xác. Vi điều khiển đóng vai trò quan trọng trong hệ thống. Thiết kế mạch điện được thực hiện cẩn thận, đảm bảo an toàn và hiệu quả. Tự động hóa được tối ưu hóa nhờ sử dụng PLC.
III. Kết luận và ứng dụng
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động. Mô hình hoạt động ổn định, đáp ứng các yêu cầu đề ra. Mô hình có thể được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất nhỏ và vừa. Ứng dụng thực tiễn của mô hình này là rất lớn. Lợi ích của việc tự động hóa quá trình đóng nắp chai là rõ ràng. Hiệu quả của mô hình cần được đánh giá thêm trong điều kiện sản xuất thực tế. Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải tiến mô hình để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy. Công nghệ đóng nắp chai tự động đang phát triển mạnh mẽ. HCMUTE đóng góp tích cực vào việc phát triển công nghệ này.
