Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh nền kinh tế số và thương mại điện tử (E-commerce) bùng nổ với tốc độ tăng trưởng ngành logistics bao bì đạt 15–20%/năm, áp lực tối ưu hóa chi phí vận hành tại các trung tâm phân phối và nhà máy sản xuất (FMCG, thực phẩm, dược phẩm) ngày càng trở nên cấp bách. Khâu đóng gói cuối dây chuyền (end-of-line packaging), đặc biệt là công đoạn mở phôi thùng carton phẳng và dán đáy băng keo, hiện vẫn phụ thuộc lớn vào thao tác thủ công tại phần lớn doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs).

Thực trạng này gây ra các điểm nghẽn nghiêm trọng (bottlenecks):

  • Chi phí nhân công cao: Chiếm từ 30–40% chi phí xử lý đơn hàng tại xưởng.
  • Năng suất thấp và không đồng đều: Tốc độ mở và dán thủ công chỉ đạt 2–4 thùng/phút/người, phụ thuộc lớn vào thể lực công nhân.
  • Chất lượng dán không chuẩn hóa: Băng keo dán lệch, không đủ lực ép, gây bong tróc hoặc rách mép thùng trong quá trình bốc xếp và vận chuyển.
  • Chi phí thiết bị nhập khẩu quá lớn: Các dòng máy dựng thùng tự động công nghiệp trên thị trường (nhập khẩu từ Đài Loan, Hàn Quốc, Nhật Bản) có giá dao động từ 300.000.000 đến hơn 750.000.000 VNĐ, kích thước cồng kềnh, cấu hình phức tạp, khó tiếp cận đối với các dây chuyền quy mô vừa và nhỏ.

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo mô hình máy mở và dán thùng carton” (Mã số đề tài: CKM-11) do nhóm sinh viên Bùi Quang Thọ, Huỳnh Đông Hồ, Trần Chí Nguyên thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng Quang Khoa tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE) được triển khai nhằm giải quyết triệt để bài toán kỹ thuật trên.

                  +----------------------------------------------+
                  |           KHAY CHỨA PHÔI CARTON PHẲNG        |
                  +----------------------------------------------+
                  +----------------------------------------------+
                  |         MỞ THÙNG & ĐỊNH HÌNH HÌNH HỘP        |
                  +----------------------------------------------+
                  +----------------------------------------------+
                  |      GẬP 2 MÉP TRƯỚC/SAU & 2 MÉP BÊN ĐÁY     |
                  +----------------------------------------------+
                  +----------------------------------------------+
                  |      DẪN HƯỚNG ÉP HÔNG & MIẾT BĂNG KEO ĐÁY   |
                  +----------------------------------------------+
                  +----------------------------------------------+
                  |        THÙNG CARTON HOÀN THIỆN ĐÃ DÁN ĐÁY    |
                  +----------------------------------------------+

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể

  1. Nghiên cứu và chuẩn hóa động học: Phân tích quy trình mở phôi thùng carton đối khẩu nắp thường từ trạng thái phẳng sang khối hộp 3D và gập kín đáy.
  2. Thiết kế cơ khí chi tiết: Tính toán sức bền, tối ưu hóa kết cấu khung máy, cụm cấp phôi nâng hạ vít me – đai ốc, cụm gập nắp đáy và cơ cấu dẫn động băng tải ép hông.
  3. Thiết kế hệ thống khí nén và chân không: Tích hợp cụm van giác hút SMC ZP3C Series và hệ thống xi lanh khí nén tác động kép Airtac (SC40, MAL25).
  4. Xây dựng hệ thống điều khiển tự động: Lập trình PLC tích hợp màn hình HMI cảm ứng, hỗ trợ 3 chế độ vận hành (Auto, Manual, Step-by-Step).
  5. Chế tạo mô hình thực nghiệm: Chế tạo phần cứng, lắp ráp hoàn thiện và đánh giá thực nghiệm với các quy cách thùng tiêu chuẩn.

Phương pháp tiếp cận và phạm vi áp dụng

  • Phương pháp giải pháp: Tích hợp module hóa độc lập giữa cơ cấu hút mở phôi khí nén và cụm băng tải miết dán liên tục giúp rút ngắn chu kỳ làm việc.
  • Chỉ số đầu ra kỳ vọng (Measurable Metrics):
    • Năng suất tự động: 8 – 10 thùng/phút.
    • Dải kích thước làm việc: Chiều dài ($L$) $200 - 500\text{ mm}$, Chiều rộng ($W$) $200 - 500\text{ mm}$, Chiều cao ($H$) $150 - 500\text{ mm}$.
    • Độ rộng băng keo dán: $36 - 60\text{ mm}$, chiều dài đoạn dán dư ở 2 đầu mép đạt $40 - 60\text{ mm}$.
    • Tổng kích thước bao máy: $1900 \times 1350 \times 1400\text{ mm}$, khối lượng $< 250\text{ kg}$.
  • Phạm vi & Giới hạn: Áp dụng cho thùng carton đối khẩu nắp thường 2, 3, 5, 7 lớp (sóng A, B, C, E, BC, AC) có định lượng giấy tiêu chuẩn từ 120 – 250 GSM. Máy tập trung vào xử lý gập và dán đáy thùng trước khi đưa vào đóng gói hàng.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Để định vị giải pháp công nghệ, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích so sánh các giải pháp dán thùng công nghiệp hiện có trên thị trường:

Tiêu chí kỹ thuật Máy thủ công Máy dán KM-30H15 [17] Máy tự động KM-40H50 [18] Máy CER03 Trí Việt [19] Mô hình đề tài (CKM-11)
Mức độ tự động 0% (Thủ công) Tự động hoàn toàn Tự động hoàn toàn Tự động hoàn toàn Tự động hoàn toàn
Năng suất (thùng/phút) 2 – 4 15 50 6 – 12 8 – 10
Công suất tiêu thụ 0 kW 240 W 1000 W 1000 W ~250 W
Dải kích thước (mm) Tùy biến tự do $145-280 \times 80-200 \times 100-200$ $250-450 \times 150-400 \times 150-350$ $300-700 \times 250-500 \times 300-600$ $200-500 \times 200-500 \times 150-500$
Trọng lượng máy 0 kg 350 kg 1200 kg ~400 kg ~200 kg
Kích thước máy (mm) Không $1800 \times 1800 \times 1400$ $3120 \times 1410 \times 1910$ $2760 \times 1350 \times 1700$ $1900 \times 1350 \times 1400$
Giá thành ước tính Rất thấp ~350.000.000 VNĐ ~750.000.000 VNĐ ~300.000.000 VNĐ < 45.000.000 VNĐ

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must Have: Cơ cấu giác hút tách phôi chính xác; cơ cấu gập mép trước/sau và 2 mép bên đáy; cơ cấu băng tải miết băng keo đồng đều; nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop).
  • Should Have: Điều chỉnh kích thước thùng linh hoạt thông qua cơ cấu vít me – tay quay; giao diện HMI hiển thị trạng thái I/O trực quan; chế độ vận hành từng bước (Step-by-Step) phục vụ căn chỉnh.
  • Could Have: Cảm biến giám sát hết cuộn băng keo; tích hợp đếm sản lượng thành phẩm tự động trên HMI.
  • Won't Have: Hệ thống tự động thay đổi kích thước bằng động cơ Servo đa trục; cụm dán nắp trên của thùng carton (dành cho module mở rộng tiếp theo).

Thiết kế hệ thống

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                           KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG                     |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|  [HMI Touchscreen] <====(RS-485 / Modbus)===> [PLC Controller Unit]         |
+-----------------------------------------------------------------------------+
  +--------------------------+                 +--------------------------+
  |    RELAY INTERFACE BOARD |                 |     SENSOR SUBSYSTEM     |
  +--------------------------+                 +--------------------------+
[Solenoid Valves 5/2]  [AC Motor Drive]    [Omron EE-SX671]     [CMSG-04AX]
  - Van hút SMC          - Motor 40W         (Quang điện -        (Cảm biến từ
  - Khí Airtac SC40      - Băng tải Belt      Nhận diện vị         Vị trí xi
  - Khí Airtac MAL25                          trí thùng)           lanh khí)

Bảng thông số phần cứng và công nghệ sử dụng

  • Bộ điều khiển trung tâm: PLC tích hợp màn hình cảm ứng HMI công nghiệp (hỗ trợ lập trình Ladder Diagram/SFC, thời gian quét $< 10\text{ ms}$).
  • Cụm chấp hành khí nén:
    • Xi lanh vuông tác động kép Airtac SC40 (Đường kính Piston $\varnothing 40\text{ mm}$, hành trình tính toán theo góc quay cơ cấu gập mép lớn).
    • Xi lanh tròn Airtac MAL25 (Đường kính Piston $\varnothing 25\text{ mm}$, gập mép nhỏ và cơ cấu đẩy phôi).
    • Van phân phối khí: Van điện từ 5/2 (5 cổng 2 vị trí) 2 đầu cuộn coil điện áp $24\text{VDC}$.
    • Van tiết lưu một chiều: SMC AS2201F tinh chỉnh vận tốc khí cấp vào buồng xi lanh.
  • Cụm hút chân không: Giác hút cao su nitrile SMC ZP3C Series kết hợp bộ tạo chân không khí nén (Ejector Vacuum Generator).
  • Cụm truyền động băng tải: 02 Động cơ giảm tốc xoay chiều AC 5IK40GN-CW2E (Công suất $40\text{W}$, điện áp $220\text{VAC}/50\text{Hz}$, tỉ số truyền $1/18$), truyền động dây đai PVC bản rộng.
  • Cảm biến và điện tử công nghiệp:
    • Cảm biến quang điện thu phát hồng ngoại: Omron EE-SX671 (phát hiện phôi carton tại trạm mở và trạm dán).
    • Cảm biến từ tính gắn thân xi lanh: CMSG-04AX (xác nhận vị trí hành trình Piston).
    • Nguồn cấp xung tổ ong: $24\text{VDC} - 10\text{A}$ chống nhiễu công nghiệp.
    • Rơ le trung gian đệm công suất: Relay $24\text{VDC} - 8\text{ chân}/14\text{ chân}$.

Phương pháp nghiên cứu và phát triển (Methodology)

Quy trình phát triển hệ thống áp dụng mô hình chữ V (V-Model) kết hợp kỹ thuật chế tạo cơ khí chính xác:

Kế hoạch thực hiện dự án

Tuần:  1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15  16
Task 1 [====]                                                     (Khảo sát & Lập yêu cầu)
Task 2     [======]                                               (Thiết kế 3D SolidWorks)
Task 3         [====]                                             (Tính toán động lực học)
Task 4             [========]                                     (Gia công CNC & Hàn khung)
Task 5                     [======]                               (Lắp ráp khí nén & điện tử)
Task 6                             [====]                         (Lập trình PLC & giao diện HMI)
Task 7                                 [========]                 (Thử nghiệm & Hiệu chỉnh)
Task 8                                         [====]             (Đánh giá tổng kết & Viết báo cáo)

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển và tính toán kỹ thuật

1. Tính toán lực giác hút chân không

Để nâng và kéo tấm phôi carton phẳng từ khay chứa, lực hút yêu cầu $F_z$ của cụm giác hút SMC ZP3C được xác định theo công thức:

$$F_z = m \cdot (g + a) \cdot S_f$$

Trong đó:

  • $m = 0.5\text{ kg}$ (khối lượng tấm phôi carton lớn nhất).
  • $g = 9.81\text{ m/s}^2$ (gia tốc trọng trường).
  • $a = 2\text{ m/s}^2$ (gia tốc chuyển động kéo phôi).
  • $S_f = 2.5$ (hệ số an toàn khi hút mặt phẳng giấy nhám).

$$\Rightarrow F_z = 0.5 \cdot (9.81 + 2) \cdot 2.5 = 14.76\text{ N}$$

Lực hút lý thuyết của một giác hút chân không đường kính $d = 30\text{ mm}$ tại áp suất chân không $P_v = -60\text{ kPa}$:

$$F_{th} = P_v \cdot A = P_v \cdot \frac{\pi \cdot d^2}{4} = 60000 \cdot \frac{\pi \cdot (0.03)^2}{4} = 42.41\text{ N}$$

Với bố trí cụm 04 giác hút ZP3C: Tổng lực hút $F_{total} = 4 \times 42.41 = 169.64\text{ N} \gg 14.76\text{ N}$, đảm bảo hút giữ chắc chắn bề mặt carton ngay cả khi giấy có độ xốp cao.

2. Tính toán lực đẩy của xi lanh khí nén

Lực tác dụng của xi lanh khí nén Airtac SC40 ở áp suất làm việc $P = 0.6\text{ MPa}$ ($6\text{ bar}$):

$$F = \eta \cdot P \cdot \frac{\pi \cdot D^2}{4}$$

  • Đường kính nòng Piston: $D = 40\text{ mm} = 0.04\text{ m}$.
  • Áp suất khí nén: $P = 0.6 \times 10^6\text{ N/m}^2$.
  • Hiệu suất cơ khí: $\eta = 0.85$.

$$F_{day} = 0.85 \cdot (0.6 \times 10^6) \cdot \frac{\pi \cdot (0.04)^2}{4} = 640.88\text{ N}$$

Lực đẩy này vượt trội hoàn toàn so với lực cản uốn nếp carton ($F_{can} \approx 25 - 35\text{ N}$), giúp thao tác gập mép đáy dứt khoát, nếp gập thẳng đều và không bị kẹt mép.

3. Thuật toán điều khiển hệ thống (Control Logic Flowchart)

Hệ thống vận hành theo chuỗi trạng thái tuần tự khép kín (Sequential State Machine):

// Thuật toán điều khiển chu trình tự động (Structured Text mô phỏng)
PROGRAM Sequence_Auto_Control
VAR
    Step : INT := 0;
    Sensor_Carton_Ready : BOOL; // Omron EE-SX671
    Cylinder_Vacuum_Out : BOOL;
    Vacuum_Switch_ON    : BOOL;
    Cylinder_Fold_Rear  : BOOL; // Airtac MAL25
    Cylinder_Fold_Side  : BOOL; // Airtac SC40
    Motor_Conveyor_RUN  : BOOL;
    Cylinder_Push_Box   : BOOL;
    Sensor_Taping_Done  : BOOL;
END_VAR

CASE Step OF
    0: // Chờ cấp phôi
        IF Sensor_Carton_Ready THEN
            Step := 10;
        END_IF;
        
    10: // Đẩy cụm giác hút ra tiếp xúc phôi carton
        Cylinder_Vacuum_Out := TRUE;
        IF Sensor_Cylinder_Extended THEN
            Vacuum_Switch_ON := TRUE; // Mở van chân không
            Step := 20;
        END_IF;
        
    20: // Kéo mở phôi tạo hình hộp chữ nhật
        Cylinder_Vacuum_Out := FALSE;
        IF Sensor_Cylinder_Retracted AND Vacuum_OK THEN
            Step := 30;
        END_IF;
        
    30: // Gập mép trước và sau của đáy thùng
        Cylinder_Fold_Rear := TRUE;
        TON_Delay(IN:=TRUE, PT:=T#400MS);
        IF TON_Delay.Q THEN
            Step := 40;
        END_IF;
        
    40: // Gập 2 mép lớn hai bên hông đáy
        Cylinder_Fold_Side := TRUE;
        IF Sensor_Fold_Side_Done THEN
            Step := 50;
        END_IF;
        
    50: // Đẩy thùng vào cụm băng tải miết keo
        Motor_Conveyor_RUN := TRUE;
        Cylinder_Push_Box := TRUE;
        IF Sensor_Taping_Done THEN
            // Tắt giác hút, hồi phục toàn bộ xi lanh
            Vacuum_Switch_ON := FALSE;
            Cylinder_Fold_Rear := FALSE;
            Cylinder_Fold_Side := FALSE;
            Cylinder_Push_Box := FALSE;
            Step := 60;
        END_IF;
        
    60: // Hoàn tất 1 chu kỳ đóng gói
        Motor_Conveyor_RUN := FALSE;
        Production_Count := Production_Count + 1;
        Step := 0; // Quay về trạng thái chờ
END_CASE;

Thử nghiệm và Đánh giá thực nghiệm

Thực nghiệm kiểm chứng được thực hiện trực tiếp tại xưởng chế tạo máy thông qua các loạt kiểm thử (Test Batches) với nhiều cỡ thùng carton khác nhau:

Thông số đánh giá Lần thử nghiệm 1 Lần thử nghiệm 2 Lần thử nghiệm 3 Giá trị trung bình
Số lượng phôi thử (thùng) 50 50 50 50
Số lượng đạt chuẩn (thùng) 47 49 48 48 (96.0%)
Số lượng lỗi dán/gập (thùng) 3 1 2 2 (4.0%)
Thời gian chu kỳ (giây/thùng) 6.8 6.2 6.5 6.5 giây
Năng suất quy đổi (thùng/phút) 8.8 9.6 9.2 9.2 thùng/phút
Độ bám dính băng keo đáy Đều, không bọt khí Đều, không bọt khí Đều, không bọt khí Đạt chuẩn xuất khẩu

Phân tích lỗi và giải pháp xử lý trong quá trình tích hợp:

  1. Hiện tượng bung nếp gập mép nhỏ khi đẩy phôi: Do thời điểm kích hoạt xi lanh đẩy phôi sớm hơn thời điểm gập hoàn toàn.
    • Giải pháp: Tinh chỉnh van tiết lưu SMC AS2201F và bổ sung Timer trễ $350\text{ ms}$ trong khối lệnh PLC.
  2. Băng keo bị nhăn hoặc đứt đoạn: Do lực căng con lăn tỳ băng dính chưa đồng trục.
    • Giải pháp: Gia công lại trục gá cụm miết keo trên máy CNC, bổ sung lò xo giảm chấn tạo lực tỳ liên tục $15\text{ N}$.

Đổi mới và đóng góp kỹ thuật

  1. Cơ chế điều chỉnh kích thước linh hoạt bằng vít me đối xứng: Sử dụng hệ thống tay quay vít me – đai ốc ren thang liên kết xích truyền động, cho phép thay đổi đồng thời khoảng cách giữa 2 vách dẫn hướng chỉ trong thời gian dưới $60\text{ giây}$, không cần tháo lắp cơ khí.
  2. Cụm mở phôi kết hợp giác hút và thanh định vị góc: Khắc phục triệt để hiện tượng dính phôi carton do ma sát tĩnh điện hoặc mép bế chưa đứt hẳn.
  3. Hiệu quả kinh tế vượt trội: So với các dòng máy nhập khẩu cùng phân khúc, chi phí chế tạo giảm tới 85–90% (chỉ từ 35–45 triệu VNĐ so với 300–750 triệu VNĐ) trong khi vẫn đảm bảo năng suất ổn định đạt 9.2 thùng/phút.
  4. Đóng góp học thuật và đào tạo: Cung cấp bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh (bản vẽ 3D SolidWorks, sơ đồ mạch khí nén, sơ đồ đấu nối PLC/HMI và mã nguồn điều khiển) phục vụ làm học liệu tham khảo trực quan cho sinh viên ngành Cơ khí – Tự động hóa.
So sánh chi phí đầu tư thiết bị đóng gói (Triệu VNĐ):
[Máy nhập khẩu KM-40H50]   ██████████████████████████████████ 750 Triệu
[Máy CER03 Trí Việt]       ██████████████ 300 Triệu
[Mô hình CKM-11 (HCMUTE)]  ██ 45 Triệu (Tiết kiệm >85%)

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Ngành thương mại điện tử & Logistics: Lắp đặt tại các kho trung chuyển hàng hóa (Shopee, Lazada, Tiki Fulfillment Hubs) để mở hộp carton đóng hàng theo kiện.
  • Ngành chế biến thực phẩm & Đồ uống: Tích hợp trong dây chuyền đóng hộp bánh kẹo, đồ hộp, nước đóng chai quy mô vừa.
  • Ngành may mặc & Giày da xuất khẩu: Đóng thùng sản phẩm thành phẩm trước khi đưa lên container vận chuyển.
                      SƠ ĐỒ TÍCH HỢP DÂY CHUYỀN HOÀN CHỈNH

Phân tích chi phí - Lợi ích (Cost-Benefit & ROI)

  • Chi phí nhân công truyền thống: 02 công nhân đóng gói $\times$ $7.500.000\text{ VNĐ/tháng} = 15.000.000\text{ VNĐ/tháng}$.
  • Chi phí vận hành máy tự động: Điện năng + Khí nén tiêu thụ $\approx 600.000\text{ VNĐ/tháng}$.
  • Mức tiết kiệm ròng hàng tháng: $\approx 14.400.000\text{ VNĐ/tháng}$.
  • Thời gian hoàn vốn (Payback Period):

$$\text{Thời gian hoàn vốn} = \frac{45.000.000\text{ VNĐ}}{14.400.000\text{ VNĐ/tháng}} \approx 3.12\text{ tháng}$$

Chỉ sau hơn 3 tháng vận hành, doanh nghiệp đã có thể thu hồi hoàn toàn chi phí đầu tư ban đầu cho máy.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Việc căn chỉnh kích thước khi thay đổi lô thùng vẫn sử dụng tay quay cơ học, chưa tự động hóa hoàn toàn bằng động cơ servo.
  • Khay chứa phôi carton chưa tích hợp cơ cấu cấp phôi liên tục không dừng máy (continuous magazine feeder).
  • Chỉ dán được mặt đáy dưới của thùng, chưa tích hợp cụm dán mặt nắp trên sau khi đã xếp đầy hàng vào thùng.

Hướng nâng cấp đề xuất

  1. Tích hợp cảm biến đo kích thước tự động: Sử dụng cảm biến laser hoặc camera thị giác máy (Machine Vision) nhận diện kích thước thùng carton đầu vào để tự động điều khiển động cơ bước/servo chỉnh cữ vách ngăn.
  2. Bổ sung cụm dán nắp trên (Top Sealer): Thiết kế liên hoàn cụm gập 4 nắp trên và miết dán băng keo mặt trên để khép kín 100% chu trình đóng gói.
  3. Module IoT Giám sát: Tích hợp module ESP32/PLC IoT kết nối mạng công nghiệp để truyền dữ liệu OEE (Overall Equipment Effectiveness), cảnh báo hết băng dính, hết phôi trực tiếp lên Dashboard quản lý sản xuất qua giao thức MQTT.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Cơ khí / Cơ điện tử / Tự động hóa: Tài liệu mẫu thực tế về phương pháp tích hợp hoàn chỉnh một hệ thống cơ – điện – khí nén từ khâu thiết kế tính toán CAD 3D, gia công chế tạo đến lập trình PLC công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế máy (R&D Engineers): Tham khảo giải pháp kết cấu cụm gập mép nắp đáy, module giác hút chân không SMC và phương pháp giảm xung lực trong cơ cấu truyền động khí nén.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Cơ hội tiếp cận giải pháp máy mở và dán thùng tự động với chi phí đầu tư hợp lý, hoàn vốn nhanh, độ bền cao và dễ bảo trì tại chỗ.
  • Nhà nghiên cứu học thuật: Cung cấp số liệu thực nghiệm đo đạc lực hút, lưu lượng khí nén và biểu đồ chu kỳ động học trong công đoạn xử lý vật liệu mềm (carton board handling).

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu nguồn cấp kỹ thuật như thế nào để vận hành?

  • Nguồn điện: Điện áp xoay chiều $1\text{ pha } 220\text{V} - 50\text{Hz}$, công suất tiêu thụ tối đa $\approx 250\text{W}$.
  • Nguồn khí nén: Máy nén khí công nghiệp cung cấp áp suất làm việc từ $0.5 - 0.7\text{ MPa}$ ($5 - 7\text{ bar}$), lưu lượng khí tiêu hao $\ge 120\text{ lít/phút}$, đường kính ống dẫn khí chính $\varnothing 8\text{ mm}$ hoặc $\varnothing 10\text{ mm}$.

2. Máy có thể xử lý các loại thùng carton mỏng 2 lớp hoặc quá dày 7 lớp không?

Máy được thiết kế tối ưu cho thùng carton 3 lớp và 5 lớp (chiếm hơn 90% trên thị trường bao bì). Đối với thùng mỏng 2 lớp (sóng E), cần giảm lưu lượng hút để tránh làm móp vách giấy. Đối với thùng dày 7 lớp (sóng BC/AC), cần tăng áp lực khí nén lên $0.7\text{ MPa}$ để đảm bảo lực uốn nếp mép gập dứt khoát.

3. Khả năng tích hợp máy vào dây chuyền sản xuất tự động có sẵn?

Máy hỗ trợ cổng giao tiếp mở rộng từ PLC (Dry Contact / Relay Output) cho phép kết nối liên động (Interlock) với băng chuyền cấp hàng phía trước và máy quấn màng co/palletizer phía sau. Chuẩn truyền thông RS-485 Modbus RTU sẵn sàng kết nối với hệ thống SCADA giám sát xưởng.

4. Quy trình bảo dưỡng định kỳ bao gồm những công việc gì?

  • Hàng ngày: Xả nước đọng ở bộ lọc khí nén đôi, vệ sinh bụi giấy bám trên bề mặt 4 giác hút chân không SMC ZP3C.
  • Hàng tuần: Kiểm tra độ căng dây đai băng tải PVC, tra dầu bôi trơn chuyên dụng vào các trục vít me – ray trượt dẫn hướng.
  • Hàng tháng: Kiểm tra độ mòn lưỡi dao cắt băng dính, siết chặt các ốc bắt chân đế động cơ giảm tốc và xi lanh.

5. Chi phí chế tạo và thời gian thu hồi vốn thực tế ra sao?

Tổng chi phí vật tư và chế tạo mô hình dao động từ 35.000.000 đến 45.000.000 VNĐ. Với năng suất tương đương 2 công nhân đóng gói thủ công, thời gian thu hồi vốn thực tế tại các xưởng sản xuất vừa và nhỏ chỉ từ 3 đến 4 tháng.

Kết luận

Đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình máy mở và dán thùng carton” của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra:

  • Thiết kế chế tạo thành công một hệ thống cơ điện tử hoàn chỉnh, vận hành ổn định với năng suất đạt 9.2 thùng/phút, tỷ lệ thành công đạt 96.0%.
  • Làm chủ hoàn toàn công nghệ từ khâu tính toán động học, mô phỏng kết cấu 3D trên SolidWorks, gia công chế tạo cơ khí chính xác, đến thiết kế mạch khí nén – điện tử và lập trình điều khiển PLC/HMI.
  • Giải quyết triệt để bài toán kinh tế cho doanh nghiệp trong nước với giải pháp máy đóng gói tự động nhỏ gọn, linh hoạt, hiệu quả cao với giá thành chỉ bằng một phần mười thiết bị ngoại nhập.

Giải pháp là minh chứng rõ nét cho năng lực nghiên cứu ứng dụng thực tiễn của sinh viên khối ngành kỹ thuật, mở ra tiềm năng thương mại hóa rộng rãi trong các dây chuyền đóng gói công nghiệp hiện đại.