Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các dây chuyền gia công cơ khí, lắp ráp tự động và công nghiệp in ấn - đóng gói, quá trình cấp phôi giữ vai trò thiết yếu trong việc duy trì chu trình sản xuất liên tục, chính xác và ổn định. Tại các cơ sở in ấn, công đoạn nạp giấy cho máy in (đặc biệt là in lưới/in lụa, in nắp hộp, in bao bì nhỏ) trước đây phụ thuộc lớn vào việc thao tác thủ công. Việc nạp giấy bằng tay tồn tại nhiều bất cập: tốc độ cấp phôi không đều do phụ thuộc vào trạng thái tâm lý và thể lực của người lao động, thời gian phụ tăng cao, dễ xảy ra hiện tượng đưa lệch hoặc cấp dính nhiều tờ cùng lúc, làm giảm hiệu quả khai thác thiết bị. Trong khi đó, các hệ thống cấp phôi tự động (feeder) nhập khẩu trên thị trường tuy hiện đại nhưng kết cấu cồng kềnh, chi phí đầu tư rất lớn, không thích hợp cho các phân xưởng vừa và nhỏ hoặc các hộ sản xuất cá thể.

Trước thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Chế tạo Máy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài nhằm thiết kế, tính toán và chế tạo hoàn chỉnh một mô hình máy cấp phôi giấy tự động có kết cấu nhỏ gọn, chi phí thấp, vận hành ổn định trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được cụ thể hóa thành 4 nhiệm vụ kỹ thuật:

  1. Thiết kế sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy cấp phôi giấy.
  2. Thiết kế dàn cấp phôi tương thích với dải kích thước từ khổ A6 đến A4.
  3. Thiết kế dàn cơ cấu phân tách giấy liên tục thành từng tờ đơn lẻ, loại trừ hiện tượng cấp chồng nhiều tờ.
  4. Gia công, chế tạo toàn bộ kết cấu cơ khí, lắp đặt hệ thống truyền động và mạch điều khiển hoàn chỉnh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn cụ thể như sau:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cơ cấu cấp phôi rời dạng phẳng bằng ma sát dùng cho vật liệu giấy trong ngành công nghiệp in ấn và đóng gói.
  • Phạm vi kích thước phôi: Khổ giấy từ A6 (105 × 148 mm) đến A4 (210 × 297 mm) đặt theo chiều khổ đứng; định lượng giấy tiêu chuẩn 80 gsm (giấy in thông thường).
  • Yêu cầu năng suất: Đạt định mức 90 tờ/phút.
  • Điều kiện môi trường vận hành: Độ ẩm trung bình khoảng 80%, dải nhiệt độ làm việc từ 24°C đến 33°C, yêu cầu môi trường hạn chế bụi bẩn, không dính dầu mỡ trên bề mặt làm việc và tránh luồng gió mạnh làm bay phôi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng lý thuyết dựa trên phân loại hệ thống cấp phôi tự động trong công nghệ chế tạo máy và tự động hóa sản xuất. Hệ thống cấp phôi công nghiệp được phân định thành ba nhóm cơ bản:

  • Hệ thống cấp phôi cuộn (thường dùng cho phôi dây, dải kim loại cán mỏng).
  • Hệ thống cấp phôi thanh hoặc tấm (dùng cho phôi dài từ 1–5 m, cấp qua máng dốc hoặc cam kẹp).
  • Hệ thống cấp phôi rời từng chiếc (áp dụng cho các chi tiết dạng khối, dạng trục hoặc các tấm rời mỏng).

Phôi giấy in ấn được phân loại vào nhóm phôi rời từng chiếc có độ dày mỏng và độ uốn linh hoạt. Khung lý thuyết của đồ án tập trung vào việc nghiên cứu động học và động lực học của quá trình phân tách và dịch chuyển phôi dưới tác dụng của lực ma sát, lực đè và khe hở hình học. Nhóm tác giả đã tổng hợp và phân tích 4 phương án cơ cấu cấp phôi:

  1. Cơ cấu truyền động dùng thủy lực - khí nén.
  2. Cơ cấu dùng giác hút chân không kết hợp bàn nâng hoặc tay quay chọn - đặt (pick and place).
  3. Cơ cấu cấp phôi dùng hệ thống cam và trục vít.
  4. Cơ cấu cấp phôi sử dụng lực ma sát tiếp xúc giữa dây đai chuyên dụng và bề mặt đáy của chồng giấy.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết tính toán kỹ thuật và thực nghiệm chế tạo:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Khảo sát các nguyên lý máy cấp phôi ngoại nhập và các cơ cấu truyền động tương tự trong thực tế (như băng chuyền hành lý sân bay, hệ thống kéo giấy máy photocopy, máy dán nhãn) để rút ra các ưu - nhược điểm và lựa chọn giải pháp tối ưu.
  • Phương pháp tính toán thiết kế máy: Ứng dụng các công thức sức bền vật liệu, nguyên lý máy và tính toán chi tiết máy để xác định lực kéo, vận tốc dải băng, phân phối tỷ số truyền, kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc, tính toán độ bền mỏi và then trên các trục.
  • Phương pháp thực nghiệm chế tạo: Gia công cơ khí các chi tiết tại xưởng (tiện trục, phay nhôm, chấn thép tấm, lắp ráp cụm con lăn và đai), tích hợp động cơ điện 24 VDC, cảm biến quang và chạy kiểm thử đo đạc năng suất thực tế.
  • Nguồn dữ liệu: Giáo trình Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tài liệu tra cứu chi tiết máy, catalogue thông số kỹ thuật động cơ một chiều Excem D840-30B và tiêu chuẩn kích thước dây đai răng Mitsuboshi S5M.

Thiết kế và kết cấu hệ thống

Căn cứ vào việc đánh giá tính khả thi, chi phí chế tạo và độ phức tạp kết cấu, đồ án đã tiến hành so sánh toàn diện 4 phương án kỹ thuật nhằm lựa chọn cơ cấu tối ưu:

Tiêu chí đánh giá Phương án 1: Thủy lực - Khí nén Phương án 2: Giác hút chân không Phương án 3: Cam và trục vít Phương án 4: Ma sát dây đai
Độ phức tạp kết cấu Rất cao, cần trạm nguồn/máy nén Cao, cần van chân không và đầu hút xoay Trung bình đến cao, gia công cam phức tạp Đơn giản, cơ cấu nhỏ gọn
Chi phí chế tạo Rất đắt tiền Đắt tiền Chi phí trung bình Thấp, dễ gia công trong nước
Khả năng cấp giấy mỏng Kém, dễ làm cong rách giấy Tốt với giấy phẳng, khó khi giấy cong vênh Kém, khó kiểm soát lực kẹp Tốt, thích ứng đa dạng độ cứng của giấy
Độ linh hoạt chỉnh khổ Thấp, hiệu chỉnh phức tạp Khó thay đổi khi phôi kích thước nhỏ Cố định hành trình cam Dễ dàng nhờ cữ điều chỉnh cơ khí
Bảo dưỡng, vận hành Đòi hỏi kỹ thuật cao, dễ rò rỉ Cần bảo trì đầu hút, phớt kín khí Bôi trơn định kỳ các rãnh cam Bảo dưỡng đơn giản, dễ thay thế đai

Sau khi so sánh, nhóm tác giả chọn phương án 4 (cơ cấu cấp phôi bằng ma sát dây đai kéo từ phía đáy) làm phương án thiết kế chính thức. Máy được cấu thành từ hai phân hệ băng tải liên hoàn:

  1. Cụm băng tải 1 (Cụm cấp và tách giấy):

    • Đảm nhận chức năng đỡ chồng giấy thô, tạo lực kéo ma sát tại mặt đáy và tách rời từng tờ giấy khỏi chồng.
    • Bộ phận đỡ giấy và tạo góc dốc: Tấm thép CT3 được chấn định hình, có các rãnh dẫn hướng và thanh cữ nhôm định hình cho phép nới rộng hoặc thu hẹp theo bề rộng khổ giấy (từ A6 đến A4).
    • Hệ thống đai ma sát: Dùng loại đai chuyên dụng trong ngành in có bề mặt bám dính cao, chuyển động vòng liên tục phía dưới đáy chồng giấy. Khi đai chuyển động, lực ma sát kéo tờ giấy nằm ở lớp dưới cùng đi vào khe hẹp.
    • Cơ cấu tách giấy và điều chỉnh chiều cao: Gồm thanh chữ L bằng thép CT3 (chiều dài ban đầu 228 mm, gia công 3 rãnh trượt 5 mm cho phép tăng giảm chiều cao 25 mm qua vít siết M4), kết hợp khối trượt bằng hợp kim nhôm 6061 và 3 lưỡi tách bằng nhựa dẻo lắp song song. Lưỡi nhựa dẻo tì sát lên mặt giấy, chặn toàn bộ các tờ phía trên lại và chỉ mở khe hở đúng bằng độ dày của một tờ giấy (khoảng cách vi mô tương ứng giấy 80 gsm), triệt tiêu nguy cơ cấp dính 2–3 tờ.

  2. Cụm băng tải 2 (Cụm vận chuyển, ổn định và kéo giãn khoảng cách):

    • Đảm nhận chức năng nhận tờ giấy đơn lẻ từ cụm 1, vận chuyển tiếp về phía máy in công tác, đồng thời giữ phẳng và tạo khoảng cách giãn cách đều giữa các tờ.
    • Cơ cấu con lăn đè và định hướng: Gồm 3 con lăn bằng nhựa lắp trên ổ lăn đỡ, liên kết với cụm trượt thông qua thanh chữ T bằng nhôm 6061 và trục giữ bằng thép CT3 đường kính 12 mm. Lò xo kéo gắn trên cơ cấu tạo lực ép liên tục lên con lăn nhựa, đè phẳng mặt giấy đang di chuyển tốc độ cao, ngăn hiện tượng giấy bị bay, phồng rộp hoặc xô lệch hướng.
    • Con lăn tang dẫn: Chế tạo bằng nhôm nhằm giảm khối lượng quán tính tác dụng lên trục, tránh hiện tượng võng trục khi làm việc lâu dài.
    • Hệ thống điều khiển và an toàn: Trang bị một cảm biến quang học tại lối ra của cụm 2 để đếm số lượng phôi đã cấp, đồng thời giám sát trạng thái nạp giấy. Khi hết phôi trong khay chứa hoặc xảy ra sự cố kẹt giấy, tín hiệu cảm biến sẽ kích hoạt ngắt rơ-le để dừng toàn bộ động cơ dẫn động ngay lập tức.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu

Chương này thiết lập tính cấp thiết của việc tự động hóa khâu cấp phôi trong công nghiệp in ấn nhằm hạ giá thành, rút ngắn thời gian phụ và loại bỏ yếu tố sai sót do con người. Đặt ra 5 tiêu chí thiết kế: mức độ hoàn thiện cơ khí cao; thích ứng điều kiện khí hậu nóng ẩm; giá thành rẻ có khả năng cạnh tranh; cơ cấu tối giản nhưng linh hoạt; kích thước nhỏ gọn phù hợp quy mô từ hộ gia đình đến xí nghiệp. Xác định rõ 4 nhiệm vụ kỹ thuật và giới hạn phạm vi nghiên cứu ở phôi giấy rời A4–A6 định lượng 80 gsm.

Chương II: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Trình bày tóm tắt lịch sử phát triển của kỹ thuật in từ bản khắc gỗ cổ đại qua Johannes Gutenberg đến công nghệ in offset hiện đại. Phân tích nguyên lý hoạt động của các hệ thống cấp phôi hiện đại: cơ cấu chọn - đặt khí nén, cơ cấu hút quay, giác hút kết hợp cần chuyển động, cơ cấu gạt phôi ngang, cơ cấu nạp từ trên xuống và cơ cấu ma sát. Phân tích kết cấu máy Feeder công nghiệp và hình thành ý tưởng nghiên cứu dựa trên nguyên lý ma sát của băng chuyền hành lý sân bay, kết hợp giải pháp tách phôi đáy bằng lưỡi chặn đàn hồi.

Chương III: Cơ sở lý thuyết

Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về phân loại phôi và nguyên lý cấp phôi tự động theo 3 nhóm: phôi cuộn (có cơ cấu nắn thẳng, kéo phôi bằng chấu kẹp hoặc thanh răng), phôi thanh/tấm (dùng đối trọng máng dốc hoặc chấu phóng điều khiển bởi cam thùng trên máy tiện định hình) và phôi rời từng chiếc. Trình bày chi tiết nguyên lý định hướng, phân tách và cấp phôi cho chi tiết trụ tự động qua phễu rung, máng dẫn và cơ cấu ngăn phôi. Làm rõ ý nghĩa của việc cấp phôi tự động trong việc tăng năng suất, đảm bảo nhịp làm việc và cải thiện an toàn lao động.

Chương IV: Phương hướng và giải pháp

Phân tích yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống cấp tờ rời (chỉ chuyển đúng 1 tờ/chu kỳ, không làm xước/rách mặt giấy, duy trì độ phẳng phiu). Trình bày ưu - nhược điểm chi tiết của 4 phương án cấp phôi và khẳng định việc chọn cơ cấu ma sát. Mô tả cấu tạo chi tiết của Cụm băng tải 1 và Cụm băng tải 2; quy cách kích thước và vật liệu chế tạo từng chi tiết: bộ đỡ thép CT3, thanh chữ L rãnh 5 mm, khối trượt nhôm 6061, lưỡi tách nhựa dẻo, con lăn đè bằng nhựa, thanh chữ T, đai chuyên dụng ngành in và cơ cấu chỉnh cữ. Mô tả chu trình hoạt động khép kín từ khâu nạp giấy, kéo đáy, chặn tầng, đè phẳng đến kiểm soát quang điện.

Chương V: Tính toán thiết kế máy

Trình bày toàn bộ chuỗi tính toán động lực học và thiết kế kết cấu:

  • Xác định vận tốc làm việc của hai cụm băng tải để đạt năng suất 90 tờ/phút:
    • Vận tốc góc tang dẫn cụm 1 ($D_1 = 50\text{ mm}$): $n_{z1} = 170\text{ vòng/phút}$.
    • Vận tốc góc tang dẫn cụm 2 ($D_2 = 40\text{ mm}$) để tạo khoảng cách giữa hai tờ giấy là 150 mm: $n_{z2} = 320\text{ vòng/phút}$.
    • Vận tốc dài của dải băng: $v = 0{,}45\text{ m/s}$.
    • Lực kéo yêu cầu trên băng tải: $F = 60\text{ N}$.
  • Tính toán công suất và chọn động cơ: Công suất tính toán trên trục công tác $P_{ct} = 0{,}032\text{ kW}$. Chọn động cơ điện một chiều Excem 24 VDC mã hiệu D840-30B có công suất định mức $P_{đc} = 0{,}04\text{ kW}$ ($40\text{ W}$) và số vòng quay định mức $n_{đc} = 3000\text{ vòng/phút}$.
  • Phân phối tỷ số truyền hộp giảm tốc hai cấp: Tổng tỷ số truyền $U_h = 15$; tỷ số truyền cấp nhanh $u_n = 4{,}25$; tỷ số truyền cấp chậm $u_c = 3{,}54$.
  • Tính toán bộ truyền đai răng dẫn động trung gian: Chọn đai răng Mitsuboshi mã hiệu S5M430 với bước răng $p = 5\text{ mm}$, chiều rộng đai $b = 15\text{ mm}$, số răng đai $Z_{đai} = 91{,}3$ răng (quy chuẩn 91 răng).
  • Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ: Tính toán bánh răng trụ răng nghiêng cho cấp nhanh và bánh răng trụ răng thẳng cho cấp chậm; kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc và độ bền uốn theo tải trọng tính toán.
  • Thiết kế kết cấu trục I, II, III: Xác định sơ bộ đường kính trục, khoảng cách gối đỡ, vẽ biểu đồ nội lực, momen uốn - xoắn và kiểm nghiệm hệ số an toàn bền mỏi, kiểm tra then bằng.
  • Tính toán trục tang dẫn cụm băng tải 1 và cụm băng tải 2; thiết kế sơ đồ mạch điện điều khiển nguồn 24 VDC tích hợp rơ-le và cảm biến quang; đề xuất quy trình bảo trì, căng đai và vận hành định kỳ động cơ.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ chuỗi tính toán lý thuyết và chế tạo thực nghiệm thành công máy cấp phôi giấy tự động. Các kết quả kỹ thuật và số liệu tính toán then chốt của hệ thống được tổng hợp trong bảng sau:

Thông số kỹ thuật Ký hiệu / Mã hiệu Giá trị tính toán / Thực nghiệm Đơn vị đo
Năng suất cấp phôi $N$ 90 tờ/phút
Khổ giấy làm việc - A6 (105 × 148) đến A4 (210 × 297) mm
Định lượng phôi giấy - 80 gsm
Khoảng cách giãn cách giữa các tờ $\Delta L$ 150 mm
Lực kéo băng tải $F$ 60 N
Vận tốc dài dây đai $v$ 0,45 m/s
Đường kính tang dẫn Cụm 1 $D_1$ 50 mm
Số vòng quay tang dẫn Cụm 1 $n_{z1}$ 170 vòng/phút
Đường kính tang dẫn Cụm 2 $D_2$ 40 mm
Số vòng quay tang dẫn Cụm 2 $n_{z2}$ 320 vòng/phút
Công suất tính toán trên trục $P_{ct}$ 0,032 kW
Động cơ điện một chiều Excem D840-30B $P_{đc} = 0{,}04$ ($40\text{ W}$); $n_{đc} = 3000$ kW; v/ph
Tổng tỷ số truyền hộp giảm tốc $U_h$ 15 ($u_n = 4{,}25$; $u_c = 3{,}54$) -
Thông số Trục I (Hộp giảm tốc) Trục I $P_1 = 0{,}0396$; $n_1 = 3000$; $T_1 = 127{,}33$ kW; v/ph; Nmm
Thông số Trục II (Hộp giảm tốc) Trục II $P_2 = 0{,}0384$; $n_2 = 706$; $T_2 = 519{,}4$ kW; v/ph; Nmm
Thông số Trục III (Hộp giảm tốc) Trục III $P_3 = 0{,}0338$; $n_3 = 199$; $T_3 = 1622$ kW; v/ph; Nmm
Bộ truyền đai răng Mitsuboshi S5M430 Bước răng $p = 5$; Bề rộng $b = 15$ mm

Các đóng góp và giải pháp cải tiến chính do nhóm tác giả thực hiện gồm:

  • Loại bỏ hoàn toàn hệ thống cấp phôi bằng khí nén hoặc hút chân không phức tạp, giúp cắt giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành chế tạo máy đáng kể so với các hệ thống nhập khẩu.
  • Thiết kế thành công cụm tách giấy đáy với sự kết hợp giữa đai cao su có độ bám dính cao và 3 lưỡi tách bằng nhựa dẻo điều chỉnh được khe hở qua cơ cấu rãnh trượt 5 mm, giải quyết dứt điểm hiện tượng dính chùm nhiều tờ ở các loại giấy mỏng.
  • Tạo ra khoảng cách cách đều 150 mm giữa các tờ giấy thành phẩm thông qua việc tính toán sai lệch tỷ số truyền và vận tốc giữa hai trục tang dẫn ($n_{z1} = 170\text{ v/ph}$ và $n_{z2} = 320\text{ v/ph}$), tạo điều kiện thuận lợi cho khâu in tiếp theo bắt kịp nhịp làm việc.
  • Ứng dụng cụm con lăn nhựa chịu tải ép lò xo gắn trên thanh nhôm chữ T và trục thép $\varnothing 12\text{ mm}$ vừa giữ phẳng mặt giấy, vừa đóng vai trò cơ cấu ổn định phôi không bị trượt lệch.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi nghiên cứu và kết quả thử nghiệm thực tế của mô hình chế tạo, đồ án ghi nhận các hạn chế kỹ thuật:

  • Đai kéo ma sát là chi tiết chịu mài mòn liên tục trong quá trình tiếp xúc với giấy; sau thời gian vận hành dài, độ nhám bề mặt đai có thể suy giảm làm thay đổi lực ma sát kéo đáy.
  • Hệ thống được tính toán tối ưu hóa cho loại giấy in thông thường định lượng 80 gsm; khi nạp các loại vật liệu có bề mặt trơn bóng cao hoặc các tấm giấy bìa carton cứng có độ dày lớn, việc cấp phôi cần phải thay đổi kết cấu đai và căn chỉnh lại toàn bộ khe hở lưỡi tách.
  • Khả năng chống chịu môi trường còn hạn chế: máy hoạt động dựa vào lực ma sát nên không thể làm việc trong môi trường có bụi bẩn bám dính dày đặc hoặc có dầu nhớt rơi vãi; luồng gió thổi trực tiếp từ bên ngoài dễ làm lệch hướng di chuyển của phôi mỏng.
  • Cơ cấu kiểm soát 2 tờ mới dừng lại ở mức phát hiện cơ học thông qua hành trình nhấc của con lăn kích hoạt công tắc/rơ-le, chưa tích hợp cảm biến siêu âm hay cảm biến quang đo độ dày chuyên dụng.

Hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai bao gồm:

  • Nghiên cứu thử nghiệm mở rộng cơ cấu cấp phôi trên các bề mặt vật liệu phi truyền thống như màng nilon, phôi in lụa trên gốm sứ, bìa nắp hộp kim loại hoặc bao bì đóng gói phức hợp.
  • Tích hợp thêm bộ điều khiển lập trình (vi điều khiển hoặc PLC) kết hợp biến tần/mạch băm xung PWM để điều chỉnh vô cấp tốc độ cấp giấy, nâng cao độ chính xác kiểm soát nhịp nạp phôi.
  • Nghiên cứu cải tiến hệ thống cữ điều chỉnh tự động để có thể cấp được các khổ giấy lớn hơn khổ A4 hoặc các khổ giấy có biên dạng hình học bất đối xứng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và học viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về phương pháp tính toán một hệ dẫn động cơ khí hoàn chỉnh (tính chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền, tính toán hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ, tính bộ truyền đai răng, tính trục theo độ bền mỏi và then).
  • Kỹ sư thiết kế máy đóng gói và máy in: Cung cấp giải pháp kết cấu cơ khí thực tế để phân tách phôi giấy dạng phẳng bằng nguyên lý ma sát đáy; có thể kế thừa trực tiếp kích thước hình học của thanh trượt chữ L, lưỡi tách nhựa dẻo và dàn con lăn đè lò xo cho các máy nạp phôi tự động tương tự.
  • Các cơ sở in ấn, xưởng sản xuất vừa và nhỏ: Bản vẽ và nguyên lý kết cấu của máy là cơ sở để các xưởng gia công chế tạo các máy cấp phôi nội địa giá rẻ, phục vụ cho các công đoạn in lụa, dán nhãn bao bì, đóng số nhảy hoặc in offset cỡ nhỏ mà không cần đầu tư máy feeder ngoại nhập đắt tiền.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn phương án cấp phôi bằng lực ma sát thay vì phương án dùng giác hút chân không hay khí nén?
Phương án giác hút chân không và khí nén tuy có năng suất cao nhưng đòi hỏi hệ thống máy nén khí, bơm chân không, van đảo chiều và cơ cấu tay gạt phức tạp, khiến chi phí chế tạo rất đắt đỏ, kích thước máy cồng kềnh và khó điều chỉnh khi phôi có kích thước nhỏ. Trong khi đó, phương án ma sát dây đai kéo đáy có kết cấu cơ khí đơn giản, chi phí gia công thấp, nhỏ gọn, dễ điều chỉnh cữ cho nhiều khổ giấy và làm việc êm ái với các loại giấy mỏng mềm.

2. Động cơ điện và hệ dẫn động giảm tốc của máy có thông số kỹ thuật như thế nào?
Máy sử dụng động cơ điện một chiều Excem 24 VDC (mã hiệu D840-30B) có công suất định mức $0{,}04\text{ kW}$ ($40\text{ W}$) và tốc độ quay định mức $3000\text{ vòng/phút}$. Hệ thống sử dụng hộp giảm tốc bánh răng hai cấp có tổng tỷ số truyền $U_h = 15$ (gồm cấp nhanh bánh răng nghiêng $u_n = 4{,}25$ và cấp chậm bánh răng thẳng $u_c = 3{,}54$), kết hợp cùng bộ truyền đai răng Mitsuboshi S5M430 bước răng $5\text{ mm}$ và bề rộng $15\text{ mm}$.

3. Cơ cấu nào đóng vai trò cốt lõi trong việc ngăn chặn hiện tượng cấp dính 2–3 tờ giấy cùng lúc?
Chức năng này được thực hiện bởi bộ phận tách giấy lắp ở đầu cụm băng tải 1. Bộ phận này gồm 3 lưỡi tách bằng nhựa dẻo lắp song song trên khối trượt nhôm 6061, được giữ bởi thanh chữ L có 3 rãnh trượt $5\text{ mm}$ cho phép vi chỉnh chiều cao trong phạm vi $25\text{ mm}$ bằng vít M4. Khe hở giữa lưỡi nhựa dẻo và đai ma sát được định vị chính xác vừa đủ cho một tờ giấy đi qua, các tờ giấy nằm phía trên sẽ bị lưỡi nhựa chặn lại hoàn toàn.

4. Bằng cách nào hệ thống tạo ra được khoảng cách giãn cách đều 150 mm giữa các tờ giấy khi đưa sang máy in?
Khoảng cách giãn cách 150 mm được tạo ra nhờ sự chênh lệch vận tốc vòng giữa hai cụm băng tải. Băng tải 1 (cấp và tách giấy) có tang dẫn đường kính $D_1 = 50\text{ mm}$ quay với tốc độ $n_{z1} = 170\text{ vòng/phút}$, trong khi băng tải 2 (vận chuyển tiếp) có tang dẫn đường kính $D_2 = 40\text{ mm}$ quay với tốc độ cao hơn là $n_{z2} = 320\text{ vòng/phút}$. Khi tờ giấy vừa thoát khỏi lưỡi tách của cụm 1 và tiếp xúc với cụm 2, vận tốc tăng vọt kéo dải giấy chạy nhanh hơn, tạo ra khoảng cách hở đều đặn 150 mm trước khi nạp vào máy công tác.

5. Hệ thống mạch điện điều khiển của máy đảm nhiệm các chức năng gì?
Hệ thống sử dụng mạch nguồn 24 VDC điều khiển động cơ một chiều, tích hợp cảm biến quang học bố trí ở cụm băng tải 2. Cảm biến thực hiện nhiệm vụ đếm số lượng tờ giấy được nạp vào máy, đồng thời phát hiện tình trạng hết phôi trong khay chứa hoặc sự cố tắc nghẽn giấy để kích hoạt rơ-le ngắt nguồn, dừng hệ thống máy tự động nhằm bảo vệ an toàn cho thiết bị.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo máy cấp phôi giấy dùng trong công nghiệp in ấn" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn yêu cầu tự động hóa khâu nạp giấy cho ngành in với năng suất định mức 90 tờ/phút cho các khổ từ A6 đến A4. Nghiên cứu đã chứng minh tính đúng đắn của giải pháp cấp phôi ma sát kéo đáy kết hợp lưỡi tách nhựa dẻo vi chỉnh, thay thế hiệu quả các hệ thống cấp phôi chân không cồng kềnh và đắt tiền. Toàn bộ chuỗi tính toán động lực học chi tiết máy cùng mô hình chế tạo thực tế hoạt động ổn định cung cấp một tài liệu tham khảo học thuật có giá trị ứng dụng cao cho việc phát triển các thiết bị tự động hóa phụ trợ trong nước.