LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động MỤC LỤC Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Yêu cầu xã hội Nhu cầu cơm quán, thức ăn nhanh Với nhịp sống đại tấp nập vội vã Nhu cầu có bữa cơm trưa điều cần thiết người Tuy nhiên khơng phải có điều kiện để mang theo bữa cơm trưa chuẩn bị sẵn, tất yếu họ phải tìm đến hàng quán Hình 1.1 Hình ảnh cơm hộp phổ biến tiệm cơm Một hình thức nhiều người lựa chọn mang cơm Bởi lẽ với số lượng khách hàng lớn việc thiếu chỗ ngồi điều khơng thể tránh khỏi Bên cạnh việc mong muốn mang thức ăn nhà Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động văn phòng để thưởng thức khơng khí yên tĩnh điều đương nhiên Theo Bamboo - phận nghiên cứu Havas Riverochid có đến 80% số người trả lời khảo sát sử dụng dịch vụ giao thức ăn tận nơi Trong nhóm khác hàng giới văn phòng với nhu cầu đặt cơm trưa chiếm tỷ lệ lớn Thông qua mạng xã hội, ứng dụng giao hàng họ chủ động lựa chọn bữa trưa ngon miệng, an toàn cho sức khỏe Như thấy nhu cầu dùng cơm trưa mang lớn đến yêu cầu số lượng bao bì tương ứng Hình 1.2 Thói quen sử dụng thức ăn nhanh giới văn phòng Khơng dừng lại hộp cơm trưa Đối với văn hóa “ăn hàng” giới trẻ nhu cầu hộp đựng đồ ăn không nhỏ Theo báo mới, khảo sát cho thấy có người ăn vặt 10 triệu đồng/ tháng đem so sánh với giá thành ăn đường phố phổ biến ta thấy nhu cầu hộp đựng thức ăn lớn đến Chưa tính đến việc quán ăn đường phố thường khơng có chỗ ngồi dẫn đến người ăn phải mua Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động mang tìm nơi khác để ăn Kết hộp đựng sau sử dụng thường thấy nhét đầy thùng rác công cộng tải, tệ thải trực tiếp xuống lòng đường hè phố Hình 1.3 Văn hóa ăn hàng giới trẻ Việt Nam nhu cầu thức ăn nhanh Gánh nặng môi trường sản phẩm không phân hủy Với nhu cầu sử dụng lớn đề cập trên, hộp cơm xốp thường xử dụng lần Kết trình số lượng hộp xốp sau sử dụng liên tục tăng lên nhiên lại thiếu giải pháp để xử lý chúng cách triệt để Xốp vật liệu khó phân hủy điều kiện tự nhiên môi trường Khi thải tự nhiên hộp xốp gây ô nhiễm môi trường đất nước, gây cản trở sinh trưởng phát triển loài thực vật ngăn cản thực vật tiếp cận với nguồn nước Sự hạn chế phát triển dẫn đến việc gây xói mòn đất, ảnh hưởng đến tồn hệ sinh thái vùng Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 1.4 Rác thải khó phân hủy gây ảnh hưởng đến mơi trường Ngồi giải pháp để xử lý rác thải khó phân hủy dạng thiêu đốt Quá trình thiêu đốt xốp sản sinh nhiều chất độc hại gây ảnh hưởng không tới người trực tiếp xử lý mà người dân xung quanh khu vực Với lượng rác thải không ngừng tăng lên kèm theo việc thiếu ý thức người dân sử dụng sản phẩm hộp xốp khiến cho chúng thường bị vức bừa bãi sau sử dụng gây mỹ quang đô thị, tắc ngẽn cống rãnh nơi ẩn chứa nhiều loại vi khuẩn gây bệnh Hình 1.5 Rác thải làm tắc nghẽn kênh rạch gây ô nhiễm môi trường nước Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hộp xốp thải trực tiếp vào kênh rạch sơng ngồi khiến cho lồi sinh vật sống môi trường nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng Các loài cá, sinh vật nước ăn phải làm ảnh hưởng tới sức khỏe sống loài Xốp mặt nước khiến cho loài thực vật nước bị ngăn cách khỏi ánh sáng mặt trời, đồng thời làm tắc ngẽn dòng nước khiến kênh rạch trở nên tù đọng làm ngăn khả tự phục hồi nước trước ô nhiễm trở thành nơi trú ngụ nhiều loại dịch bệnh Hình 1.6 Rác thải khó phân hủy ảnh hưởng xấu đến loài sinh vật Là rác thải khó phân hủy khơng tá chế nên để xử lý hộp xốp xử dụng có phương pháp là: Chơn lấp hợp vệ sinh thiêu đốt Trong đó: + Chơn lấp hợp vệ sinh: Rác thải rải thành lớp, đầm nén để giảm thể tích phủ đất lên (phun hóa chất để tăng hủy xử lý hạn chế trùng) với sơ đồ quy trình sau: Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 1.7 Quy trình xử lý rác thải phương phá chơn lấp Bãi chơn lấp hợp vệ sinh có lắp đặt hệ thống thu khí, hệ thống thu gom xử lý nước rỉ rác Đây công nghệ đơn giản chi phí thấp, phù hợp với nước phát triển, nhiên tốn diện tích đất lớn Hình 1.8 Hình ảnh sử lý rác thải phương pháp chơn lấp + Thiêu đốt: Quá trình dùng nhiệt độ cao (1000 - 11000C) để phân hủy rác Ưu điểm phương pháp giảm đáng kể tích chất thải phải chơn lấp (xỉ, tro) Tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành nhà máy đốt rác cao, phù hợp với nước tiên tiến, phát triển Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 1.9 Hình ảnh sử lý rác thải phương pháp thiêu đốt Nguy sức khỏe người sử dụng Với tính nhẹ, bền, dễ sử dụng,… đồ nhựa dùng lần trở nên quen thuộc với người tiêu dùng Những sản phẩm ưu chuộng cửa hàng đồ uống, đồ ăn nhanh hay bữa tiệc, pinic dã ngoại Hộp xốp chế tạo nguyên liệu từ loại nhựa nhiệt dẻo Khi đựng thức ăn nóng hàm lượng chất độc từ loại nhựa giải phóng, ngấm vào thức ăn gây tổn hại, phá hủy gan sinh nhiều bệnh khác Bên cạnh cục an tồn thực phẩm khuyến cáo khơng nên sử dụng hộp xốp đựng thức ăn, đồ uống nóng, nhiều dầu mỡ, đồ chiên rán, salad Vì nhiệt độ cao kết hợp với hàm lượng acid làm tăng nguy thơi nhiễm Styrene (hóa chất sử dụng để sản xuất hộp xốp) Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Chất Styrene có khả gây ung thư, phá hủy DNA gây dị tật thai nhi, rối loạn hệ thần kinh, ảnh hưởng dến nồng độ máu Đặc biệt chất Styrene dễ xâm nhập vào thể người cần nồng độ nhỏ gây tổn hại tới sức khỏe người sử dụng 1.2 Phân tích sản phẩm Quy trình sản xuất hộp cơm xốp Có bốn thiết bị chính: máy đùn xốp, máy tạo hình hộp cơm thủy lực chân không, máy cắt thủy lực, máy nghiền tạo hạt phế liệu - Hạt PS sau trộn đun chảy tiêm vào chất tạo bọt, đùn ép thành tấp PS - Tấm xốp PS làm nóng cho mềm, dùng áp suất ép hút vào khn, sau cắt thành bán thành kết nối với - Hộp cơm với kết nối với dập xuống cắt lỗ cần thiết hộp cơm lúc Hình 1.10 Sơ đồ quy trình sản xuất hộp cơm giấy Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 1.11 Quy trình sản xuất hộp cơm giấy thiết bị quy trình Quy trình sản xuất hộp cơm giấy Với mục tiêu nhằm thay phần việc sử dụng hộp xốp đời sống thường ngày Quy trình xuất sản xuất hộp giấy phải mang tính nhỏ gọn, đơn giản giá thành rẻ Quá trình sản xuất hộp giấy bao gồm: - Tấm giấy in ấn theo yêu cầu - Mẫu giấy tạo giấy có hình dạng cần thiết - Tấm giấy vận chuyển đến phận phù hợp để thực dán tạo hình hồn chỉnh sản phẩm Trang 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Bảng 4.3 Bảng chọn xy-lanh khí nén Lựa chọn đường dẫn hướng lăn Lực tách động lên má khuôn giai đoạn I F = 80,43 N má khuôn Hành trình trượt ~ 18,82 mm Ta có: Với khối lượng đế khơng đáng kể Hình 4.7 Sơ đồ vị trí tác dụng lực lên đường dẫn hướng lắn P1 = P3 = 52,28 N P2 = P4 = -12,06 N Trang 52 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Với: a = mm b = 80 mm c = d = 100 mm Với khối lượng má khuôn xem không đáng kể bỏ qua quán tính: Pqt = Lựa chọn kích thước sơ sống lăn Tổng chiều dài dy chuyển sống trượt Hệ số khả tải động Xem bỏ qua quán tính chọn MGW7C Với khả tải động 1,37 kN Hình 4.8 Hình dáng đường dẫn hướng lắn MGW-C/MGW-H Bảng 4.3 Bảng thông số kỹ thuật số đường dẫn hướng lăn 4.7 Tính tốn u cầu nguồn cấp khí nén Tính lượng khí nén u cầu: Với xy lanh khí nén có đường kính 32mm ta có: Trang 53 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Tiết diện xy lanh hành trình là: 804 mm2 Tiết diện xy lanh hành trình là: 726 mm2 Lượng khí nén cần cho chu kỳ bắn keo có hành trình 4,24 mm  Lượng khí nén cần sử dụng: V = Vđi + Vvề = (804 + 726).4,24 = 2,475.10-3 (m3) Lượng khí nén cần cho chu kỳ dập thành hình có hành trình 250 mm  Lượng khí nén cần sử dụng:  V = Vđi + Vvề = (804 + 726).250 = 0,146 (m3) Lượng khí nén cần sử dụng: 22,26 m3/h hay 0,37 m3/ph Lưu lượng thực tế hao tổn đường truyền: Vtt = 1,5.Vlt = 1,5.0.37 = 0.555 (m3/ph) Tính áp suất khí nén yêu cầu: Tải trọng yêu cầu cho xy-lanh nén keo: 5,259 N Đường kính xy-lanh : 32 mm  Áp suất khí nén tối thiểu yêu cầu Áp suất tuyệt đối tối thiểu càn cung cấp cho nén keo: Ptd = p + patm = 101325 + 6539,03 = 107864,03 (N/m2) hay 1,08 bar Tải trọng yêu cầu cho xy lanh dập: 12,53 N Đường kính xy-lanh : 32 mm  Áp suất tối thiểu yêu cầu Áp suất tuyệt đối tối thiểu càn cung cấp cho nén keo: Trang 54 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Ptd = p + patm = 101325 + 15584,57= 116909,57 (N/m2) hay 1,17 bar Hệ thống nén keo dập hộp giấy không hoạt động đồng thời mà liên tiếp ta lấy áp suất tối thiểu cần thiết để vận hành là: 1,17 bar  Ta chọn áp suất hoạt động hệ thống khí nén bar Công suất hoạt động máy nén khí: Như ta đề xuất chọn máy nén khí piston Hanshin model – GH-1 Có cơng suất 0.75 kW cho trường hợp sản xuất nơi khơng có hệ thống khí nén tập trung Bảng 4.4 Bảng thơng số kỹ thuật số máy nén khí piston 4.8 Lựa chọn số thiết bị khác Lựa chọn valve điện từ khí nén: Với xy-lanh khí nén AMALB 32 có cổng khí nén kích cỡ G 1/8” ta chọn valve điện từ khí nén DS3 130-5G-01 Trang 55 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Bảng 4.5 Bảng chọn valve điện từ khí nén dòng DS3000 Với mạch khí nén sau: Hình 4.9 Sơ đồ mạch khí nén Lựa chọn lò xo xoắn: Ta có đường kính vòng tối thiểu là: mm Góc xoắn tự nhiên tối thiểu 90o Như ta chọn lò xo xoắn G.090.100.0525 có đường kính mm Lựa chọn lò xo nén đầu bắn keo: Cho áp suất làm việc tối đa hệ thống 10 bar Trang 56 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động  Lực xy-lanh đùn keo sinh là:  Áp suất keo đường ống là:  Lực đẩy tối đa tác dụng lên lò xo là: Đường kính ngồi cho phép: mm Như ta chọn Lò xo nén C.080.130.0120.I có đường kính ngồi mm, độ cứng 20,07 N/mm, chiều dài tự nhiên 12 mm chiều dài cho phép 9,32 mm  Chiều dài nén cần thiết để đáp ứng lực là: 10,303 ta chọn 10 mm  Lực nén tối đa lò xo là: 53,78 N Lựa chọn nam châm điện cho đầu bắn keo: Ta có lực tối thiểu cần thiết để mở đầu bắn keo là: Như ta chọn nam châm điện 2,5kg 24V-100mA Lựa chọn đường ống dẫn keo cho hệ thống: Hệ thống sử dụng keo nhiệt 3750Tan có nhiệt độ chảy 375oF hay 190oC với áp suất tối đa đường ống 26 bar Như ta chọn ông trơn lớp chịu áp suất md/T1 có khả đáp ứng nhiệt độ 250 oC khả chịu áp suất 275*0,83 = 228,25 bar nhiệt độ 200oC đường kính mm Để đảm bảo kích thước hệ thống nhỏ gọn ta chọn lớp vỏ nhựa PA có nếp với đường kính ngồi 43 mm bán kính cong tối thiểu 200 mm Trang 57 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 5.1 Chu trình hoạt động Chu trình khởi động T1 T2 T3 DC DC Xy lanh Xy lanh Súng bắn keo Bảng 5.1 Tín hiệu chu trình khởi động Với chu trình ta có tín hiệu điều khiển tương ứng với giai đoạn là: T1: 00100 T2: 00101 T3: 00000 Chu trình hoạt động T1 T2 T3 T4 T5 T6 DC DC Xy lanh Xy lanh Súng keo bắn Bảng 5.2 Tín hiệu chu trình hoạt động Với chu trình ta có tín hiệu điều khiển tương ứng với giai đoạn là: Trang 58 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động T1: 11000 T2: 01000 T3: 01100 T4: 01101 T5: 01010 T6: 01000 Thời gian cần đề động dc đưa mẫu giấy vào vị trí cần thiết Cho thời gian gia tốc từ => 20 vg/ph không đáng kể Với tốc độ vòng quay 20 vg/ph, đường kính puly kéo giấy 84mm khoảng cách tối thiểu cần di chuyển 124 mm, khoảng cách tối đa phép di chuyển 447 mm  Thời gian tối thiểu để động dc1 đưa mẫu giấy vào vị trí là: 1,41 s  Thời gian tối đa động dc1 phép hoạt động là: 5,08 s Như ta chọn thời gian động dc hoạt động chu kỳ 2s Thời gian cần để động dc đưa mẫu giấy vào vị trí cần thiết Với tốc độ quay puly kéo giấy 20 vg/ph tổng hành trình cần di chuyển mẫu giấy 1092 mm  Thời gian tối thiểu để đưa mẫu giấy vào vị trí dập 12,41 s  Thời gian tính từ thời điểm động dc1 tắt đến bắt đầu trình bắn keo + dập là: 10,41 s, ta chọn t2 = 11s Thời gian cần mở đầu bắn keo Từ kết tính tốn phần 3.5 ta có thời gian cần thiết để mở đầu bắn keo là: 0,035s Với thời gian cần thiết để mở đầu bắn keo 0,035s ta chọn thời gian cho xy-lanh hoạt động 1s Thời gian cho chu trình dập  Từ phần 3.4 ta có với xuất làm việc 150 hộp/h => thời gian cho chu trình 24s  Thời gian dành cho xy lanh là: 10s Trang 59 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Với thời gian tương ứng với chu trình ta có: Chu trình khởi động: t1 = 0,956; t2 = 0,035; t3 = Chu trình hoạt động: t1 = 2; t2 = 11; t3 = 0,956; t4 = 0,035; t5 = 5; t6 = 5.2 Thiết kế thuật tốn điều khiển Nhằm đơn giản hóa thiết kế mạch điều khiển giảm giá thành sản phẩm Ta chọn phương pháp điều khiển dựa timer Ta có thuật toán điều khiển sau: Sơ đồ 5.1 Sơ đồ khối thuật tốn điều khiển Trong đó: Trang 60 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Signals[] mảng chứa tín hiệu đầu tương ứng với giai đoạn chu trình hoạt động Times[] thời gian tương ứng với giai đoạn 5.3 Lựa chọn linh kiện cho mạch điều khiển Sử dụng vi điều khiển xuất tín hiệu điều khiển relay tương ứng với chu kỳ làm việc: Nguồn điều khiển: Chọn nguồn 5V-2A 10W cho mạch điều khiển Hình 5.1 Nguồn tổ ong 5V-2A Nguồn động lực: Chọn nguồn động lực yêu cầu cho động DC SS40E2 24V 0,8A, valve điện từ khí nén 5/2 DS3 130-5G-01 24V nam châm điện 2,5kg 24v -100 mA Như ta chọn nguồn 24V-5A 120W cho mạch động lực Hình 5.2 Nguồn tổ ong 24V-5A Để thực thao tác điều khiển lên mạch động lực ta dùng rơ-le 5v 80mA có khả đóng ngắc tối đa DC 30V-10A Trang 61 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 5.3 Rơ le 5V 5.4 Chương trình điều khiển Sử dụng tính ngắc timer0 có sẵn vi điều khiển, đề xuất sử dụng chương trình sau: Khai báo biến tồn cục cho chương trình, đó: t: đếm thời gian lưu lại bằn timer với giá trị tăng đơn vị 0,01s times0: mảng chứa khoảng thời gian tương ứng cho tín hiệu chu trình hoạt động times1: mảng chứa khoảng thời gian tương ứng cho tín hiệu chu trình khởi động signals0: mảng chứa tín hiệu cho chu trình hoạt động signals1: mảng chứa tín hiệu cho chu trình khởi động step: biến lưu trữ vị trí tín hiệu mảng tín hiệu chutrinh: biến lưu trữ chương trình chọn Trang 62 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 5.4 biến tồn cục mạch điều khiển Chương trình sử dụng timer để xuất tín hiệu điều khiển tương ứng Tương ứng với lần tràn timer hàm INT_TIMER0 gọi tăng giá trị t lên đơn vị Kiểm tra chu trình chọn Kiểm tra đạt đủ thời gian cần thiết Kiểm tra tràn q mảng tín hiệu reset lại step = Xuất tín hiệu điều khiển qua portD Reset lại timer0 Hình 5.5 Chương trình cho timer0 Chương trình sử dụng tín ngắc ngồi để chuyển đổi chu trình hoạt động máy Trang 63 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Nhận tín hiệu ngắc ngồi từ pinb0 chương trình toggle chu trình chọn giá trị 0, đó: chu trình hoạt động chu trình khởi động Hình 5.6 Chương trình cho ngắc ngồi Chương trình khai báo sử dụng timer ngắc ngồi Thiết lập chu trình chọn chu trình khởi động chutrinh = Thiết lập step = để chu trình tự reset lại step sau lần tràn timer Thiết lập t = 500 để đạt giá trị hoàn thành giai đoạn cuối chu trình hoạt động Thiệt lập timer0 với prescaler RTCC_DIV_256 giá trị ban đầu 60 Cho thời gian tràn 255.0,2.(255-60) =9984 xấp xỉ 0,01 s Thiết lập ngắc cạnh xuống xung đặt pin b0 chế độ input Hình 5.7 chương trình 5.5 Mơ điều khiển Mơ hoạt động chương trình proteus kiểm tra tín hiệu đầu VSM Logic Analyser Trang 64 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 5.8 Mạch mơ Hình 5.9 Chu trình Hình 5.10 Chu trình Trang 65 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đức Hạnh - nhà xuất ĐHQG-HCM - Lập trình vi điều khiển họ pic ứng dụng [2] Lê Khánh Điền – nhà xuất ĐHQG-HCM - Vẽ kỹ thuật khí [3] Anthony Esposito - Fluid power with application 7th [4] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển - nhà xuất giáo dục Việt Nam - Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí [5] Nguyễn Hữu Lộc – nhà xuất ĐHQG-HCM – Giáo trình sở thiết kế máy [6] 3M Hot Melt Adhesive 3750LM-3750 Teachnical Data [7] Computational Analysis of Reciprocating Compressor Piston for Life Time Performance - Kalpa Publications in Engineering Volume 1, 2017, Pages 354–364 [8] Eltherm Heated hoses – pressure hoses catalog [9] Mercury Pneumatic Cylinder catalog [10] AZCO Selenoid Valves Engineering Information [11] HIWIN Linear Guideways Technical Information [12] Phil Billings - Paper Feed Separation Rollers Trang 66 ... NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động Hình 1.12 Quy trình sản xuất hộp giấy thiết bị liên quan Trang 11 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động CHƯƠNG PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT... thành kết nối với - Hộp cơm với kết nối với dập xuống cắt lỗ cần thiết hộp cơm lúc Hình 1.10 Sơ đồ quy trình sản xuất hộp cơm giấy Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy dập dán hộp giấy tự động. .. sử dụng máy mà bạn mong muốn ? Dễ sử dụng, gọn nhẹ Yêu cầu máy dập dán hộp cơm 10 giấy ? Năng suất cao, an toàn, tự động Bạn cần hệ thống dập máy dập dán 11 hộp cơm giấy hoạt động ? Tự động hoàn