Sáng tạo kỹ thuật >> Kết quả Sáng tạo Kỹ thuật
(Đăng lúc: 03/04/2017 02:09:36 PM)
Máy dán kẹo mang lại hiệu quả cao
Nhóm nghiên cứu Trường Đại học Lạc Hồng đã chế tạo ra máy dán kẹo. Máy làm xong, đưa vào sản xuất đã giúp doanh nghiệp tiết kiệm một năm trên 250 triệu đồng. Thiết bị được thiết kế không phức tạp, tin cậy, năng suất cao, gọn, tiêu tốn ít năng lượng và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

Máy dán kẹo (Ảnh internet)

Việc sản xuất thủ công cho năng suất thấp và sử dụng hàng trăm công nhân làm việc ngày đêm trong một khâu sản xuất để đảm bảo yêu cầu thị trường. Sản xuất bằng tay không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm. Ngoài ra, chất kết dính quét bằng tay tốn và không đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (bôi chất kết dính ít, 2 nửa không dính, bôi chất kết dính nhiều bịt lỗ thổi không kêu). Chất kết dính thường bị lem ra viền khuôn nên phải thường xuyên cọ rửa khuôn. Chính vì vậy, việc tự động khâu dán 2 nửa kẹo sáo là một yêu cầu thực tế. Thiết bị cần phải có năng suất cao, hoạt động ổn định, giá thành thấp và đảm bảo các điều kiện vệ sinh, an toàn thực phẩm và cho phép giảm giá thành sản xuất kẹo, anh Phạm Văn Toản - Giảng viên khoa Cơ điện - điện tử, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu cho biết.

Anh Toản chia sẻ, theo phân tích sản xuất bằng tay, thợ lành nghề có thể đạt 5433 sp/ca (8 giờ), thì thời gian dán 1 viên là 5,3 s/sp. Thiết bị dự kiến cần đảm bảo năng suất gấp 4 lần bằng tay, tối thiểu đạt 24000 sp/ca (1,2 s/sp). Ngoài ra, tỷ lệ lỗi do vỡ viên, không dính,… phải ở mức thấp hơn 1%.

Trên cơ sở quy trình sản xuất, máy dán 2 nửa kẹo sáo được đề xuất theo mô hình trình bày trên hình 3. Thiết bị cần có các bộ phận: Bộ nạp viên kẹo ngửa, bộ nạp viên kẹo sấp vào máy, bôi chất kết dính, khuôn, cơ cấu ép dán và lấy sản phẩm ra.

Trong mô hình này cần nghiên cứu đề xuất những cơ cấu phù hợp bao gồm:
- Nạp và sắp xếp thành hàng nửa viên kẹo dưới (ngửa) và nửa viên kẹo trên (sấp).
- Thực hiện trong thời gian ngắn, chính xác các động tác: đẩy nửa viên kẹo dưới vào khuôn; đẩy và bôi chất kết dính nửa viên kẹo trên vào khuôn và ép dán.
-  Điều khiển đồng bộ và hợp lý.

                      

Mô hình hệ thống dán tự động 2 nửa kẹo sáo

Giản đồ phân tích lực dịch phôi theo quán tính trênmặt phẳng nghiêng

Giải pháp sử dụng robot như trong thiết bị lắp ráp board điện tử tự động không thích hợp vì chi phí cao và không đủ nhanh. Giải pháp sử dụng máng nghiêng rung để xếp viên như các máy đóng gói kẹo cũng không hợp lý vì phải sử dụng kênh dẫn vào cồng kềnh. Trong nhiều máy đóng gói kẹo, sử dụng đĩa quay ly tâm để đưa viên kẹo ra rãnh biên và chuyển vào băng tải nạp đảm bảo tốc độ cao nhưng khá phức tạp và cũng có kích thước lớn.

Đối với nửa viên kẹo (phôi) có kích thước nhỏ (đường kính 2 cm) và nhẹ, việc sử dụng bộ cấp phôi kiểu rung động là phù hợp nhất. Bộ cấp phôi kiểu rung động hoạt động theo nguyên lý là lực rung truyền sang phôi làm cho phôi thực hiện các dịch chuyển cưỡng bức theo lực quán tính trên rãnh xoắn gắn ở trong lòng cơ cấu rung.

Ngoài ra, cánh xoắn còn đặt nghiêng lên trên (3 ÷ 40) để tránh rơi phôi khi dịch chuyển. Theo nguyên tắc nêu trên, bộ phễu rung động cấp phôi có dạng như trên hình 5. Phễu có đáy hình côn để phôi tự lăn xuống rìa phễu tới cánh xoắn. Cánh xoắn (bề rộng lớn hơn đường kính phôi) bám theo lòng trong của phễu với độ nghiêng 1 góc

Phễu được đặt trên 3 lò xo lá được xếp nghiêng so với phương thẳng đứng một góc 200 theo cùng 1 hướng. Khi nam châm điện hút đáy phễu xuống phía dưới theo phương thẳng đứng thì các thanh lò xo lá bị uốn và đồng thời xoay đi một góc và mang phễu quay xung quanh tâm nó một góc theo chiều đi xuống. Ở vị trí xoay, nam châm điện mất tác dụng, lò xo lại trả phễu về lại trạng thái ban đầu. Như vậy, nếu có phôi nằm ở trên cánh xoắn, với lực rung phù hợp, phôi sẽ có chuyển động tương đối so với cánh xoắn đi dần lên phía trên.

Sử dụng biến tần công suất thấp để điều khiển cuộn rung cho phép chọn tần số rung thích hợp, do đó dễ dàng điều chỉnh tốc độ cấp phôi. Tần số dao động thường có thể thay đổi trong khoảng 6÷70 Hz. Đối với phôi đủ lớn, sử dụng phễu có đường kính đến 500 mm, tần số rung 50Hz, còn với các phôi kích thước nhỏ sử dụng tần số 70 Hz cho phễu có đường kính 250 mm.

Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung động có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản, gọn, ít xảy ra hiện tượng tắc hoặc kẹt phôi khi di chuyển. Tốc độ dịch chuyển phôi đều đặn, năng suất cao và phù hợp cho phôi có hình dạng phức tạp và khó định hướng.

Khi phễu rung, viên kẹo sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu đi tới đầu mối cánh xoắn và sau đó tiếp tục chuyển động theo cánh xoắn lên trên. Một thanh gạt sử dụng để gạt những viên kẹo chồng lên nhau và giữ cho viên kẹo thành hàng 1 lớp. Máy dán kẹo sáo thực hiện dán 2 nửa ngửa (dưới) và sấp (trên) với nhau. Vì vậy, trong bộ nạp kiểu phễu rung được thiết kế cơ cấu chọn chiều sấp/ngửa, đặt ở đoạn cuối hành trình của nửa viên kẹo. Do cấu tạo nửa viên kẹo một mặt có dạng hình phẳng, một mặt có dạng hình côn, vì vậy cơ cấu chọn sấp/ngửa khá đơn giản. Trên cánh xoắn được sẻ rãnh để loại bỏ nửa viên kẹo theo chiều sấp, nếu viên nằm ngửa có hình dạng là mặt phẳng nên sẽ đi qua cơ cấu; còn viên kẹo nằm sấp, có hình dạng côn lõm vào nên sẽ lọt xuống rãnh đã được khoét (hình 6) và rơi xuống phễu.

Phễu cấp phôi kiểu rung động

Phễu rung đã được thiết kế

Phễu rung nạp viên kẹo sấp đầu tiên thực hiện việc sắp các viên theo chiều ngửa. Sau đó, khi gần tới máng nạp, bộ dẫn hướng sẽ chuyển viên ngửa thành sấp.

Việc quét chất kết dính có thể thực hiện bằng cách quay con lăn tải vận chuyển viên kẹo qua hộp chứa chất kết dính. Trong quá trình di chuyển, chất kết dính trên băng tải được quét dính vào bề mặt cần dán. Tuy nhiên, khảo sát cho thấy giải pháp này khó điều chỉnh bề dày lớp chất kết dính và khi viên kẹo nhẹ, trọng lượng không đủ ép xuống để được bôi đều chất kết dính.

Phương pháp sử dụng con lăn để quét chất kết dính được lựa chọn cho máy vì cấu hình đơn giản, điều khiển được bề dày lớp chất kết dính, dễ chế tạo, dễ vệ sinh sau khi sử dụng máy.

Muốn gắn 2 nửa kẹo ăn khớp với nhau bằng chất kết dính, trước hết phải định vị được hai nửa viên kẹo vào đồng tâm với nhau. Đặc điểm của khuôn định vị được thiết kế là nhận kẹo dán cho mỗi hành trình dịch chuyển (đẩy hoặc kéo bằng xylanh). Khi đó việc lấy sản phẩm ra lần lượt qua các lỗ bên trái hoặc bên phải.

Khi 2 nửa viên kẹo đồng tâm ăn khớp nhau, một xi lanh có gắn giác hút nhựa ở đầu (hình 8) tạo lực ép xuống thực hiện động tác dán.

Khi xi lanh khuôn định vị được đẩy hoặc kéo về thì xi lanh khác có giác hút sẽ đẩy viên kẹo qua máng xuống băng tải vận chuyển kẹo đã dán ra ngoài Sử dụng băng tải vận chuyển kẹo đã dán nhằm duy trì thời gian để chất kết dính kịp khô (2-3 giây).

Sử dụng băng tải vận chuyển kẹo đã dán nhằm duy trì thời gian để chất kết dính kịp khô (2-3 giây).

Còn hệ thống điều khiển theo anh Toàn cho biết, để đảm bảo độ tin cậy hệ thống và hoạt động ổn định trong môi trường sản xuất, hệ điều khiển tích hợp từ các module chuẩn hoá như PLC (Mitsubishi: PLC FX1N-60MR-001), biến tần (LS: 0.4KW-IE5), các cảm biến công nghiệp.

Bằng việc lập trình trên PLC, máy thực hiện điều khiển biến tần làm rung phễu nạp, đẩy khuôn vào vị trí, điều khiển xy lanh dán, điều khiển đẩy kẹo thành phẩm ra và điều khiển motor quay lô quét chất kết dính và băng tải lối ra.

Việc sử dụng 2 biến tần công suất nhỏ của Omron nhằm đáp ứng đòi hỏi khác nhau của 2 phễu rung. Phều cấp nửa trên đòi hỏi phải định hướng lật sấp nửa viên kẹo nên có tần số rung khác với phễu cấp nửa dưới.

Quy trình điều khiển được kiểm soát bằng các tín hiệu cảm biến. Cảm biến từ trên xi lanh đẩy/kéo khuôn thông báo vị trí của piston. Các cảm biến quang (Omron: E3X-NA11) lần lượt xác nhận khuôn đã nhận nửa kẹo dưới/trên, khi đó máy mới điều khiển dán. Cảm biến theo dõi trạng thái motor nhằm phát hiện tình trạng motor không quay.

Hệ thống  tiêu tốn công suất nhỏ gồm các biến tần 0,4 kW, động cơ DC 15 W.    

Các tác động xy lạnh được thực hiện bằng khí nén. Việc sử dụng khí nén nhằm đảm bảo lực tác động nhanh. Áp lực khí nén chọn đủ để các xi lanh vận hành dứt khoát nhưng không làm hư hại viên kẹo. Các van solenoid sử dụng là loại 24VDC 4V110-06.

Tác giả bài viết: HT (Nguồn:Vusta)

 


THÔNG BÁO
LIÊN KẾT WEB
DANH NGÔN KHOA HỌC
Thống kê truy cập
Lượt truy cập: 1854358
Đang trực tuyến: 96