I. Thiết kế máy thử kẹo nhựa gia nhiệt tại HCMUTE Tổng quan về đề tài
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và chế tạo máy thử kẹo nhựa gia nhiệt tại HCMUTE (Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh) tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một thiết bị kiểm tra chất lượng kẹo nhựa, đặc biệt là khả năng chịu kéo trong điều kiện gia nhiệt. Đề tài này có ý nghĩa thực tiễn cao vì giải quyết vấn đề thiếu thiết bị kiểm tra chất lượng kẹo nhựa trong nước, hiện nay các doanh nghiệp phải nhập khẩu với chi phí cao. Việc tự chế tạo thiết bị này giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thử nghiệm. Thiết kế máy thử kẹo là trọng tâm, kết hợp với mái thử kẹo nhựa, máy thử kẹo gia nhiệt, và thiết kế máy móc thực phẩm. Nghiên cứu này thuộc lĩnh vực thiết kế máy móc công nghiệp và nghiên cứu thiết kế máy tại HCMUTE. Sinh viên HCMUTE thực hiện đề tài này đã áp dụng kiến thức về kỹ thuật thiết kế máy, ứng dụng công nghệ trong thiết kế máy và thiết kế CAD/CAM. Dự án tốt nghiệp HCMUTE này góp phần vào nghiên cứu khoa học HCMUTE.
1.1. Khó khăn hiện tại và mục tiêu nghiên cứu
Hiện nay, việc kiểm tra chất lượng kẹo nhựa, đặc biệt là độ giãn dài khi chịu lực kéo ở các nhiệt độ khác nhau, phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu đắt tiền. Điều này gây khó khăn cho doanh nghiệp trong nước. Đồ án đặt mục tiêu thiết kế máy thử kẹo nhựa gia nhiệt nhằm khắc phục tình trạng này. Thiết bị được thiết kế để tích hợp module kéo và cơ cấu gia nhiệt, đảm bảo độ chính xác cao. Máy thử kẹo nhựa này được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng kẹo. Mục tiêu chính là tạo ra một thiết bị hiệu quả, tiết kiệm chi phí, và hỗ trợ quá trình kiểm soát chất lượng sản phẩm. Quá trình gia nhiệt được kiểm soát chính xác. Kiểm tra chất lượng kẹo được thực hiện dễ dàng hơn. Công nghệ thực phẩm được áp dụng trong thiết kế. An toàn thực phẩm được đảm bảo trong quá trình thiết kế và vận hành thiết bị. Sản xuất kẹo sẽ được cải thiện nhờ thiết bị này.
1.2. Phương pháp và công nghệ áp dụng
Đồ án kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Phần lý thuyết tập trung vào kỹ thuật thiết kế máy, lựa chọn vật liệu, tính toán cơ cấu, và điều khiển tự động. Mô phỏng thiết kế máy được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng. Phần mềm CAD/CAM được sử dụng để thiết kế và mô phỏng. In 3D có thể được sử dụng để tạo mẫu. Thiết kế điện tử tập trung vào việc xây dựng bộ điều khiển sử dụng STM32F103RCT6, mạch khuếch đại, và mạch H Bridge. Phần thực nghiệm bao gồm gia công, lắp ráp, và thử nghiệm thiết bị. Máy móc tự động được sử dụng trong quá trình sản xuất. Công nghệ sản xuất hiện đại được áp dụng. Máy thử nghiệm được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của thiết bị. Thiết bị thử nghiệm bao gồm các thiết bị đo lường chính xác như loadcell. Phần mềm điều khiển và giao diện người dùng được phát triển để thu thập và xử lý dữ liệu.
II. Phân tích thiết kế và chế tạo máy
Phần cơ khí tập trung vào việc thiết kế máy móc để tích hợp module kéo vào trong một thiết bị duy nhất. Cơ cấu kẹp được cải tiến để đảm bảo độ chính xác và độ bền. Thiết kế cơ khí được thực hiện dựa trên các nguyên lý cơ bản và các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vật liệu được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt. Gia công cơ khí được thực hiện bằng các phương pháp hiện đại. Thiết kế điện tử bao gồm thiết kế mạch điện, lập trình vi điều khiển, và thiết kế giao diện người dùng. Điều khiển tự động được tích hợp để kiểm soát quá trình thử nghiệm. Thiết kế phần mềm cho phép thu thập, xử lý, và hiển thị dữ liệu một cách hiệu quả. Mô hình 3D được sử dụng để trực quan hóa thiết kế. Phân tích thiết kế được thực hiện để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của thiết bị.
2.1. Phân tích thiết kế cơ khí
Thiết kế cơ khí tập trung vào việc tạo ra một cấu trúc vững chắc, chính xác và dễ sử dụng. Các thành phần chính bao gồm: khung máy, cơ cấu dẫn động, cơ cấu kẹp mẫu, hệ thống gia nhiệt, và hệ thống đo lực. Vít me - đai ốc được lựa chọn để đảm bảo độ chính xác trong quá trình kéo. Ổ bi được sử dụng để giảm ma sát và tăng tuổi thọ của thiết bị. Cơ cấu dẫn hướng được thiết kế để đảm bảo sự thẳng hàng chính xác giữa hai hàm kẹp. Hàm kẹp được thiết kế để giữ chặt mẫu kẹo nhựa. Hộp loadcell được thiết kế để bảo vệ cảm biến lực và đảm bảo độ chính xác của phép đo. Thiết kế CAD được sử dụng để tạo ra các bản vẽ chi tiết và mô hình 3D. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có thể được sử dụng để kiểm tra độ bền của các thành phần. Vật liệu chọn lựa phải chịu được nhiệt độ cao và tác động cơ học trong quá trình thử nghiệm.
2.2. Phân tích thiết kế điện điện tử
Hệ thống điện tử bao gồm bộ điều khiển vi xử lý (STM32F103RCT6), mạch khuếch đại tín hiệu từ loadcell, mạch điều khiển động cơ, và giao diện người dùng. Loadcell VLC-110 đo lực kéo. DC Motor Tre Series TS1980 cung cấp lực kéo. Tốc độ trục vít me được điều chỉnh chính xác. Bộ điều khiển nhiệt độ đảm bảo nhiệt độ thử nghiệm chính xác. Mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch H Bridge MC33883. Vi điều khiển xử lý dữ liệu từ loadcell và các cảm biến khác. Giao diện người dùng hiển thị dữ liệu và cho phép người dùng điều khiển thiết bị. Phần mềm điều khiển được lập trình để thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu một cách hiệu quả. Giao diện người dùng thân thiện giúp người dùng dễ dàng vận hành thiết bị. Tự động hóa được tích hợp để tối ưu hóa quá trình thử nghiệm.
III. Kết luận và ứng dụng
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế máy thử kẹo nhựa gia nhiệt. Thiết bị đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề ra, có độ chính xác cao và dễ sử dụng. Thiết bị này đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam. Ứng dụng công nghệ trong thiết kế và chế tạo thiết bị đã được thể hiện rõ. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao. Nghiên cứu này có thể được mở rộng để nghiên cứu các loại kẹo khác. Thiết kế này có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Các doanh nghiệp sản xuất kẹo sẽ được hưởng lợi từ thiết bị này. Chất lượng kẹo được cải thiện nhờ thiết bị này. Hiệu quả sản xuất tăng lên nhờ thiết bị này.
