Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các dây chuyền sản xuất và chế biến công nghiệp hiện đại, khâu đóng gói bao bì giữ vai trò trọng yếu trong việc duy trì tính liên tục và nâng cao năng suất của toàn bộ hệ thống. Cùng với sự tăng trưởng của thương mại điện tử, nhu cầu vận chuyển và lưu thông hàng hóa gia tăng nhanh chóng, đặt ra yêu cầu cấp thiết về tự động hóa quy trình đóng gói nhằm giảm bớt chi phí nhân công, hạn chế sai sót từ thao tác thủ công và nâng cao tính đồng bộ của sản phẩm. Tại Việt Nam, nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn phụ thuộc vào phương pháp mở và dán thùng thủ công hoặc bán tự động, dẫn đến năng suất bị giới hạn và chi phí quản lý vận hành cao. Trước thực trạng đó, đề tài "Thiết kế chế tạo mô hình máy mở và dán thùng carton" (Mã số đề tài: CKM-11) được thực hiện tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm nghiên cứu, tính toán và chế tạo một mô hình máy tự động hóa hoàn toàn quy trình mở phôi phẳng và dán đáy thùng carton.

Nghiên cứu xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình máy tự động có khả năng mở thùng carton từ dạng phôi phẳng và dán kín các mép đáy mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người.
  2. Thiết kế mô hình máy có tính linh hoạt cao, cho phép tùy chỉnh cơ cấu để thích ứng với nhiều kích cỡ thùng carton đối khẩu nắp thường khác nhau, tối ưu hóa không gian lắp đặt và giảm thiểu lãng phí nguyên vật liệu đầu vào.
  3. Xây dựng hoàn chỉnh tập bản vẽ kỹ thuật chi tiết, tập thuyết minh tính toán động học, động lực học và hệ thống điều khiển điện – khí nén của mô hình máy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các cơ cấu truyền động cơ khí (bộ truyền xích, trục vít me – đai ốc, bánh răng thẳng), hệ thống chấp hành khí nén (xi lanh, cụm van giác hút chân không), hệ thống băng tải kéo phôi, kết cấu thùng carton đối khẩu nắp thường (RSC) và các loại băng keo dán dính trên thị trường.
  • Phạm vi không gian và kích thước máy: Kích thước bao tổng thể của máy đạt $1900 \times 1350 \times 1400\text{ mm}$ (Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao); trọng lượng toàn tải ước tính dưới $300\text{ kg}$ (thực tế khung kết cấu dao động từ $100 - 200\text{ kg}$).
  • Phạm vi quy cách thùng carton: Thùng carton đối khẩu nắp thường loại 2, 3, 5 và 7 lớp giấy; kích thước thùng nhỏ nhất xử lý được là $200 \times 200 \times 150\text{ mm}$ ($20 \times 20 \times 15\text{ cm}$), kích thước lớn nhất là $500 \times 500 \times 500\text{ mm}$ ($50 \times 50 \times 50\text{ cm}$).
  • Phạm vi vật liệu dán: Băng keo dán một mặt có chiều rộng từ $36\text{ mm} - 60\text{ mm}$ ($3,6 - 6\text{ cm}$); chiều dài đoạn dán gập mép thừa ở hai đầu thùng carton đạt từ $4 - 6\text{ cm}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng tính toán dựa trên các lý thuyết cơ bản về vật liệu bao bì, kỹ thuật khí nén truyền dẫn và nguyên lý máy công nghiệp:

  • Cơ sở vật liệu bao bì carton: Nghiên cứu cấu tạo tấm bìa carton tiêu chuẩn gồm khoảng 74% bột giấy, 22% polyethylene và 4% nhôm (carton lạnh chứa khoảng 80% giấy và 20% polyethylene); phân loại đặc tính cơ học theo các biên dạng sóng giấy: sóng A (chiều cao sóng $4,7\text{ mm}$), sóng B ($2,5\text{ mm}$), sóng C ($3,6\text{ mm}$), sóng E ($1,5\text{ mm}$), sóng đôi kết hợp BC và AC; phân loại theo kết cấu 2 lớp, 3 lớp, 5 lớp và 7 lớp.
  • Lý thuyết hệ thống khí nén và nhiệt động học: Ứng dụng các phương trình trạng thái khí nén trong quá trình biến đổi nhiệt độ không đổi ($P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2 = \text{const}$), áp suất không đổi ($V_1/T_1 = V_2/T_2 = \text{const}$), thể tích không đổi ($P_{1\text{abs}}/T_1 = P_{2\text{abs}}/T_2 = \text{const}$); công thức tính lưu lượng khí $Q = V / t$ và công thức xác định lực đẩy/kéo của piston xi lanh khí nén $F = \mu \cdot P \cdot A$ (với $\mu$ là hệ số tải trọng, $P$ là áp suất khí nén làm việc, $A$ là diện tích tiết diện hữu ích của piston).
  • Lý thuyết tính toán truyền động và động cơ: Quy trình 6 bước tính chọn động cơ giảm tốc cho hệ thống băng tải dạng đai belt (từ tính toán tỷ số truyền, mômen xoắn trục tải, mômen xoắn trục động cơ, kiểm tra mômen khởi động, mômen quán tính đến vận tốc dài); phân tích ưu nhược điểm của các dòng động cơ công nghiệp gồm động cơ bước (Step motor), động cơ Servo và động cơ giảm tốc xoay chiều (AC gear motor).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế được triển khai qua các bước:

  1. Phương pháp nghiên cứu cơ sở và khảo cứu tài liệu: Thu thập, phân tích thông số kỹ thuật và cơ cấu hoạt động của các hệ thống máy mở và dán thùng thương mại hiện có (máy Khôi Minh KM-30H15, KM-40H50 và máy Trí Việt CER03), cùng các công trình nghiên cứu tiền nhiệm trong và ngoài nước.
  2. Phương pháp thiết kế mô hình 3D và mô phỏng: Sử dụng phần mềm chuyên ngành SolidWorks để thiết kế toàn bộ kết cấu cơ khí, xây dựng bản vẽ chi tiết các cụm chức năng và thực hiện mô phỏng chuyển động động học để kiểm tra sự phối hợp giữa các khâu chấp hành.
  3. Phương pháp tính toán kỹ thuật: Tính toán bền và tính toán kích thước hình học cho trục vít me – đai ốc, bộ truyền xích dẫn động cụm cấp phôi, lực hút chân không của giác hút SMC, góc quay đòn bẩy cơ cấu gập mép và lựa chọn thông số hành trình xi lanh.
  4. Phương pháp chế tạo và thử nghiệm thực tế: Gia công chi tiết trên máy công cụ và máy cắt CNC, hàn lắp ráp khung máy, tích hợp hệ thống điện điều khiển PLC – HMI và mạng đường ống khí nén; tiến hành chạy thử nghiệm kiểm chứng theo 3 chế độ (Manual, Step by Step, Auto).

Nguồn dữ liệu tham khảo chính phục vụ tính toán gồm: tài liệu tra cứu kỹ thuật cơ khí chế tạo máy, catalog thiết bị khí nén hãng SMC và Airtac, catalog động cơ hộp số, catalog cảm biến Omron, cùng sự hỗ trợ trang thiết bị từ Công ty TNHH Lavba Viet Nam.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống máy mở và dán thùng carton được thiết kế phân chia thành các cụm module cơ khí và điều khiển độc lập, đảm bảo quy trình vận hành liên hoàn khép kín theo 5 công đoạn:

Công đoạn Cụm chức năng đảm nhiệm Cơ cấu và nguyên lý làm việc
1. Cấp và mở phôi Cụm cấp phôi & van giác hút Cụm giá đỡ chứa phôi carton phẳng; cụm giác hút chân không tiến vào hút mặt ngoài của tấm phôi và kéo mở tạo hình khối ban đầu.
2. Gập mép đáy Cụm gập 2 mép nhỏ & 2 mép lớn Xi lanh khí nén kết hợp cơ cấu đòn bẩy gập 2 nắp nhỏ trước, sau đó bộ cơ cấu thanh gạt gập tiếp 2 nắp lớn của mặt đáy thùng.
3. Đẩy chuyển tiếp Cụm xi lanh đẩy Xi lanh khí nén hành trình dài đẩy thùng carton đã được gập đáy tiến vào khu vực ép của băng tải dẫn động.
4. Dẫn hướng và ép Cụm băng tải đai belt hai bên Hai dải băng tải PVC đặt thẳng đứng hai bên hông thùng, được ép sát vào vách thùng để kéo trượt thùng di chuyển tịnh tiến.
5. Dán và cắt keo Cụm đầu dán băng keo đáy Con lăn miết dán băng keo dọc theo khe hở đáy thùng; dao cắt tự động cắt dứt điểm dải băng keo khi thùng đi qua hết hành trình.

Để tối ưu hóa chi phí chế tạo và tính linh hoạt trong vận hành, các phương án thiết kế kết cấu, vật liệu và thiết bị chấp hành được lựa chọn thông qua bảng so sánh kỹ thuật:

Hạng mục so sánh Các phương án xem xét Phương án được chọn Rationale kỹ thuật lựa chọn
Bố cục khung máy - PA 1: Phân tách cụm độc lập, chỉnh cữ bằng tay quay.
- PA 2: Tích hợp liền khối, cơ cấu chấp hành tập trung.		 Phương án 1 Tối ưu hóa không gian, dễ dàng gia công, căn chỉnh, sửa chữa và thay thế cụm chi tiết; cho phép chỉnh cữ kích thước thùng bằng cơ cấu vít me tay quay.
Vật liệu chế tạo khung - PA 1: Thép hợp kim đặc biệt.
- PA 2: Thép hộp carbon tiêu chuẩn.		 Phương án 2 (Thép hộp) Đảm bảo độ cứng vững và khả năng chịu tải của hệ thống; giá thành phù hợp; tính công nghệ cao, dễ cắt gọt, hàn ghép và lắp ráp.
Xi lanh khí nén - Xi lanh thân vuông (dòng SC).
- Xi lanh thân tròn (dòng MAL).		 Kết hợp cả 2 loại Sử dụng xi lanh Airtac SC40 (thân vuông) cho cụm gập mép lớn và đẩy tải nặng; sử dụng xi lanh Airtac MAL25 (thân tròn) cho cơ cấu gập mép nhỏ yêu cầu gọn nhẹ.
Động cơ kéo băng tải - Động cơ bước (Step motor).
- Động cơ Servo.
- Động cơ xoay chiều giảm tốc (AC).		 Động cơ AC giảm tốc Động cơ giảm tốc AC mã hiệu 5IK40GN-CW2E cung cấp mômen xoắn lớn, vận hành bền bỉ liên tục với chi phí thấp hơn nhiều so với động cơ servo.

Cấu hình chi tiết hệ thống thiết bị và phần cứng điều khiển bao gồm:

  • Bộ điều khiển trung tâm và giao diện: Bộ lập trình PLC tích hợp sẵn màn hình giao diện cảm ứng HMI, cho phép cài đặt thông số số lượng thùng, lựa chọn chế độ chạy và hiển thị trạng thái làm việc trực quan.
  • Hệ thống khí nén: Cụm van giác hút chân không dòng ZP3C Series của hãng SMC; van điện từ phân phối khí nén loại 5/2 (2 đầu cuộn coil 24VDC); van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng AS2201F; các dòng xi lanh Airtac SC40 và MAL25.
  • Hệ thống cảm biến và thiết bị điện phụ trợ: Cảm biến từ gá rãnh xi lanh CMSG-04AX phát hiện vị trí hành trình piston; cảm biến quang điện thu phát Omron EE-SX671 định vị sự hiện diện của phôi thùng; bộ nguồn tổ ong chuyển đổi 24VDC; dàn relay trung gian đóng cắt 24V.
  • Phần mềm và giải thuật: Chương trình điều khiển trên PLC được tổ chức với 3 chế độ vận hành riêng biệt: chế độ điều khiển bằng tay từng cơ cấu (MANUAL), chế độ kiểm tra trình tự từng bước (STEP BY STEP), và chế độ vận hành tự động chu trình liên tục (AUTO) kiểm soát theo lưu đồ thuật toán điều khiển logic.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh tự động hóa công nghiệp và sự bùng nổ của ngành đóng gói logistics. Tác giả phân tích ý nghĩa khoa học trong việc ứng dụng tổng hợp kiến thức thiết kế cơ khí, truyền động khí nén và lập trình điều khiển tự động; đồng thời chỉ ra ý nghĩa thực tiễn về việc gia tăng năng suất (8 - 10 thùng/phút), cắt giảm chi phí nhân công và nâng cao độ an toàn lao động. Chương này xác định rõ mục tiêu nghiên cứu, nhiệm vụ thiết kế (mã số CKM-11), đối tượng nghiên cứu và giới hạn phạm vi kích thước của máy ($1900 \times 1350 \times 1400\text{ mm}$), dải kích thước thùng carton ($20 \times 20 \times 15\text{ cm}$ đến $50 \times 50 \times 50\text{ cm}$), cũng như kết cấu 6 chương của báo cáo tốt nghiệp.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 2 trình bày lịch sử phát triển của thùng carton từ năm 1879 (Robert Gair), các sáng chế bao bì giấy và quá trình tự động hóa máy gấp thùng từ thập niên 1960. Tác giả tổng hợp chi tiết cấu tạo giấy carton, phân loại biên dạng sóng (sóng A: $4,7\text{ mm}$, B: $2,5\text{ mm}$, C: $3,6\text{ mm}$, E: $1,5\text{ mm}$, sóng đôi BC, AC), phân loại số lớp (2, 3, 5, 7 lớp) và kích thước chuẩn theo Bảng 2.1. Tiếp đó, chương khảo sát các phương pháp dán thùng (thủ công, bán tự động, tự động) và phân tích các công trình nghiên cứu liên quan (nghiên cứu đóng gói thuốc lá dựa trên STM32 của Yuyi Zhai et al. 2021; nghiên cứu tay máy gắp thùng lên pallet của Nguyễn Ngọc Long). Cuối chương, tác giả lập bảng thông số và phân tích ưu nhược điểm của 3 dòng máy thương mại:

Dòng máy thương mại Công suất Kích thước máy (mm) Dải kích cỡ thùng (mm) Tốc độ Khối lượng Giá thành tham khảo
KH-30H15 (Khôi Minh) $240\text{ W}$ $1800 \times 1800 \times 1400$ D: 145-280, R: 80-200, C: 100-200 15 hộp/phút $350\text{ kg}$ ~350.000.000 VNĐ
KM-40H50 (Khôi Minh) $1000\text{ W}$ $3120 \times 1410 \times 1910$ D: 250-450, R: 150-400, C: 150-350 50 hộp/phút $1200\text{ kg}$ ~750.000.000 VNĐ
CER03 (Trí Việt) $1000\text{ W}$ $2760 \times 1350 \times 1700$ D: 300-700, R: 250-500, C: 300-600 6-12 hộp/phút - ~300.000.000 VNĐ

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 3 xây dựng sơ đồ nguyên lý tổng thể và sơ đồ động học của máy dưới dạng sơ đồ khối và hình ảnh mô phỏng chuyển động. Tác giả trình bày chi tiết nguyên lý làm việc 5 bước khép kín từ khâu cấp phôi chân không đến khâu miết cắt băng keo đáy. Về mặt tính toán, chương trình bày cơ sở lý thuyết khí nén (định luật nén khí đẳng nhiệt, đẳng áp, đẳng tích, công thức tính lưu lượng $Q=V/t$ và công thức tính lực xi lanh $F=\mu \cdot P \cdot A$). Đồng thời, tác giả hệ thống hóa quy trình 6 bước tính chọn động cơ giảm tốc kéo băng tải dạng belt và phân tích đặc tính làm việc của 3 loại động cơ (động cơ Servo, động cơ bước Step motor và động cơ giảm tốc xoay chiều AC).

Chương 4: Phương án và các giải pháp thiết kế máy

Chương 4 thiết lập bảng thông số kỹ thuật yêu cầu cho máy thiết kế (Bảng 4.1 và Bảng 4.2: năng suất 8 - 10 thùng/phút, kích thước máy $<2\text{ m}$ mỗi chiều, trọng lượng $<300\text{ kg}$). Tác giả đưa ra các phương án so sánh cụ thể: phương án khung máy dạng module độc lập (chọn PA1); phương án vật liệu khung thép hộp (chọn PA2); phương án xi lanh khí nén vuông SC và tròn MAL; phương án truyền động băng tải đai belt PVC; phương án dán keo tự động; phương án động cơ giảm tốc AC. Chương này cũng liệt kê chi tiết thông số kỹ thuật các linh kiện điện: nguồn tổ ong 24V, relay 24V, PLC tích hợp màn hình HMI, cảm biến từ CMSG 04AX, cảm biến quang Omron EE-SX671, và van đảo chiều khí nén 5/2 (2 đầu coil 24V).

Chương 5: Tính toán thiết kế các bộ phận của máy

Chương 5 là chương trọng tâm về mặt tính toán kỹ thuật cơ khí, tập trung giải quyết các bài toán thiết kế:

  • Tính toán trục vít me, đai ốc và bộ truyền xích dẫn động nâng hạ cụm cấp phôi và tấm cố định.
  • Tính toán chọn kích thước và số lượng giác hút chân không SMC ZP3C Series đảm bảo lực giữ tấm carton phẳng trong quá trình kéo mở.
  • Tính toán thiết kế cụm băng tải kéo thùng: tính đường kính trục vít me điều chỉnh độ rộng, tính toán phân bố lực, biểu đồ mômen uốn xoắn trên trục và tính chọn động cơ giảm tốc AC 5IK40GN-CW2E.
  • Tính toán thiết kế cụm gập 2 mép lớn: tính chọn cặp bánh răng trụ răng thẳng Misumi, phân tích lực truyền động, thiết kế cơ cấu đòn bẩy và tính chọn xi lanh khí nén Airtac SC40.
  • Thiết kế hình học cụm gập 2 mép nhỏ: dựng sơ đồ góc quay cơ cấu gập mép, tính toán hành trình và chọn xi lanh Airtac MAL25.
  • Tính toán khoảng cách lắp đặt và lựa chọn cảm biến quang điện Omron EE-SX671.

Chương 6: Chế tạo thử nghiệm, thực nghiệm - đánh giá

Chương 6 mô tả chi tiết quy trình chế tạo thực tế: gia công phay cắt CNC các tấm gá, hàn liên kết khung thép hộp, lắp đặt hệ thống băng tải dây belt PVC, gá đặt các cụm xi lanh SC40/MAL25 và giác hút SMC, đấu nối tủ điện điều khiển PLC-HMI kết hợp van tiết lưu AS2201F. Tác giả trình bày giao diện điều khiển HMI, các bước thao tác nhập dữ liệu và vận hành theo 3 chế độ: MANUAL, STEP BY STEP và AUTO. Cuối cùng, tác giả công bố các bảng số liệu thực nghiệm chi tiết:

Nội dung thử nghiệm Chế độ chạy Kích thước thùng carton Kết quả vận hành ghi nhận
Thử nghiệm thùng cỡ vừa STEP BY STEP Cỡ vừa ($300 \times 300 \times 250\text{ mm}$) Kiểm tra trình tự: xi lanh hút phôi ra $\rightarrow$ gập mép đáy $\rightarrow$ xi lanh đẩy phôi vào băng tải $\rightarrow$ dán keo hoàn tất đúng chu trình.
Thử nghiệm 10 thùng cỡ lớn (Lần 1 & 2) AUTO Kích cỡ lớn ($500 \times 500 \times 500\text{ mm}$) Đánh giá độ ổn định chu trình tự động, thời gian hoàn thành mỗi thùng, độ dính và độ thẳng của đường keo đáy.
Thử nghiệm thùng cỡ nhỏ (Lần 1 & 2) AUTO Kích cỡ nhỏ ($200 \times 200 \times 150\text{ mm}$) Đo kiểm độ chính xác của cảm biến vị trí quang điện và độ ổn định của cụm gập mép nhỏ MAL25.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả thực nghiệm và giá trị đóng góp kỹ thuật rõ ràng:

  • Kết quả chế tạo mô hình thực tế: Nhóm tác giả đã hoàn thiện mô hình máy mở và dán thùng carton với kích thước thực tế $1900 \times 1350 \times 1400\text{ mm}$, kết cấu khung thép hộp cứng vững, trọng lượng ước tính $100 - 200\text{ kg}$. Hệ thống đáp ứng năng suất thiết kế từ 8 - 10 thùng/phút.
  • Khả năng thích ứng kích thước linh hoạt: Máy xử lý thành công dải kích thước thùng carton đối khẩu nắp thường từ $200 \times 200 \times 150\text{ mm}$ đến $500 \times 500 \times 500\text{ mm}$ nhờ cơ cấu vít me tay quay điều chỉnh khoảng cách giữa hai dải băng tải và cụm cấp phôi.
  • Tự động hóa hoàn chỉnh chu trình: Tích hợp thành công bộ điều khiển PLC và giao diện HMI với 3 chế độ vận hành (Manual, Step by Step, Auto), phối hợp nhịp nhàng giữa giác hút chân không SMC ZP3C, các xi lanh Airtac SC40/MAL25 và động cơ băng tải 5IK40GN-CW2E, giúp dán kín đáy thùng bằng băng keo bản rộng $3,6 - 6\text{ cm}$ với nếp gấp vuông vắn và đoạn dán phủ đầu đạt chuẩn $4 - 6\text{ cm}$.
  • Hiệu quả kinh tế so với thị trường: Đề xuất một cấu hình máy có kết cấu phân cụm độc lập, sử dụng linh kiện tiêu chuẩn phổ biến, mang lại giải pháp thay thế với chi phí chế tạo thấp hơn đáng kể so với các dòng máy nhập ngoại thương mại có giá từ 300 đến 750 triệu VNĐ (như KM-40H50 hay CER03).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và kết quả thực nghiệm chế tạo, đề tài ghi nhận các điểm hạn chế và định hướng phát triển:

  • Hạn chế kỹ thuật:
    • Kích thước tổng thể của máy còn chiếm diện tích không gian nhà xưởng ($1900 \times 1350 \times 1400\text{ mm}$).
    • Việc điều chỉnh cữ theo kích thước thùng carton (chiều rộng và chiều cao) vẫn thực hiện bằng cơ cấu tay quay cơ khí thủ công, chưa được tự động hóa hoàn toàn bằng động cơ servo hoặc động cơ bước.
    • Hệ thống khí nén phát ra tiếng ồn khi xả khí từ các van phân phối; độ ổn định lực hút chân không phụ thuộc vào áp suất nguồn cấp từ máy nén khí ngoài.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Nghiên cứu tự động hóa khâu căn chỉnh kích thước thùng bằng cách tích hợp động cơ bước/servo điều khiển trục vít me thông qua thông số nhập trực tiếp trên màn hình HMI.
    • Tích hợp thêm cụm gập và dán nắp trên để hoàn thiện chu trình dán đồng thời cả đáy và nắp thùng thành phẩm sau khi đã đóng hàng.
    • Ứng dụng các module truyền thông công nghiệp hoặc Internet vạn vật (IoT) để giám sát sản lượng đóng gói, cảnh báo hết keo/hết phôi từ xa qua mạng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Chế tạo máy và Tự động hóa công nghiệp đang thực hiện các đề tài về thiết kế máy đóng gói hoặc hệ thống cấp phôi tự động.
  • Nội dung giá trị phục vụ tham khảo:
    • Phương pháp và công thức tính toán thiết kế chi tiết cho cơ cấu trục vít me – đai ốc, bộ truyền xích, cặp bánh răng trụ răng thẳng và cơ cấu đòn bẩy gập mép.
    • Quy trình tính toán lựa chọn thiết bị khí nén công nghiệp: giác hút chân không SMC ZP3C, xi lanh tác động kép Airtac (SC40, MAL25), van tiết lưu AS2201F và van đảo chiều 5/2.
    • Phương pháp 6 bước tính chọn động cơ giảm tốc xoay chiều kéo băng tải đai belt PVC.
    • Sơ đồ nguyên lý đấu nối mạch điện điều khiển PLC, màn hình HMI, cảm biến từ CMSG 04AX và cảm biến quang điện Omron EE-SX671.

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước bao tổng thể và năng suất làm việc của mô hình máy được thiết kế là bao nhiêu?
Theo thuyết minh thiết kế, mô hình máy có kích thước bao tổng thể là $1900 \times 1350 \times 1400\text{ mm}$ (Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao), trọng lượng toàn bộ kết cấu ước tính từ $100 - 200\text{ kg}$ (dưới mức giới hạn yêu cầu $300\text{ kg}$). Năng suất vận hành của máy đạt từ 8 đến 10 thùng/phút.

2. Máy có khả năng xử lý những loại thùng carton nào và giới hạn kích thước ra sao?
Máy được thiết kế để mở và dán loại thùng carton đối khẩu nắp thường (từ 2, 3, 5 đến 7 lớp giấy). Giới hạn kích thước thùng xử lý được dao động từ nhỏ nhất là $200 \times 200 \times 150\text{ mm}$ ($20 \times 20 \times 15\text{ cm}$) đến lớn nhất là $500 \times 500 \times 500\text{ mm}$ ($50 \times 50 \times 50\text{ cm}$).

3. Hệ thống điều khiển của máy sử dụng thiết bị gì và hỗ trợ các chế độ làm việc nào?
Máy sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC tích hợp sẵn màn hình giao diện người – máy HMI, kết hợp cùng các cảm biến vị trí CMSG 04AX và cảm biến quang Omron EE-SX671. Hệ thống hỗ trợ 3 chế độ vận hành chính: chế độ chạy tay từng cơ cấu (MANUAL), chế độ chạy thử nghiệm từng bước (STEP BY STEP), và chế độ chạy tự động chu trình liên tục (AUTO).

4. Động cơ dẫn động băng tải và các loại xi lanh khí nén chính được lựa chọn trong đề tài là gì?
Cụm băng tải kéo phôi sử dụng động cơ giảm tốc xoay chiều AC mã hiệu 5IK40GN-CW2E. Hệ thống chấp hành khí nén sử dụng cụm giác hút chân không SMC ZP3C Series, xi lanh thân vuông Airtac SC40 cho cơ cấu gập mép lớn và đẩy thùng, xi lanh thân tròn Airtac MAL25 cho cơ cấu gập mép nhỏ, điều khiển qua van điện từ 5/2 hai cuộn coil và van tiết lưu AS2201F.

5. Bản rộng băng keo và quy cách dán đáy thùng được thiết lập như thế nào?
Máy sử dụng cuộn băng keo dán một mặt có độ rộng từ $36\text{ mm}$ đến $60\text{ mm}$ ($3,6 - 6\text{ cm}$). Trong quá trình dán đáy, cụm dán miết keo ép chặt dọc khe hở đáy thùng và dao cắt tự động cắt dải keo đảm bảo phần băng dính thừa gập phủ ở 2 đầu thùng đạt chiều dài từ $4 - 6\text{ cm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chế tạo mô hình máy mở và dán thùng carton" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu nghiên cứu từ tính toán lý thuyết, thiết kế 3D trên phần mềm SolidWorks đến chế tạo và thử nghiệm mô hình thực tế. Hệ thống vận hành ổn định ở cả 3 chế độ Manual, Step by Step và Auto với năng suất 8 - 10 thùng/phút, đáp ứng chính xác quy trình mở phôi, gập 4 mép đáy và dán băng keo cho dải kích thước thùng từ $20 \times 20 \times 15\text{ cm}$ đến $50 \times 50 \times 50\text{ cm}$. Kết quả nghiên cứu cung cấp một giải pháp tự động hóa khả thi, chi phí thấp, đóng góp tư liệu tính toán và thiết kế thực tiễn cho ngành chế tạo máy đóng gói bao bì công nghiệp.