ĐI HC QUC GIA THNH PH H CH MINH
TRƯNG ĐI HC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KH


ĐAMH TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN XUẤT NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐƯA BÁNH BÍCH QUY VÀO HỘP Sinh viên thc hin:

Thời gian thc hin: Tháng 9 – tháng 11/2014
Giáo viên hướng dẫn: TS. LƯU THANH TÙNG TP. H Ch Minh – 2014
MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Dây chuyền đóng gói của hãng SPS 9
Hình 1.2: Dây chuyền đóng gói sử dụng cánh tay robot của hãng CAMA 9
Hình 1.3: Dây chuyền đóng gói của hãng Houdijk Holland 9
LI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô khoa Cơ kh đã tận tâm truyền đạt
những kiến thức, kinh nghim quý báu trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn TS. Lưu Thanh Tùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
và dìu dắt trong suốt thời gian tôi thc hin và hoàn thành đề tài. Khi mới bắt tay vào
thc hin đề tài này, còn nhiều bỡ ngỡ, nhờ s giúp đỡ tận tình thầy tôi đã có thêm kiến
thức, số liu để hoàn thin đề tài.
Vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế chắc chắn không thể tránh những thiếu
sót. Rất mong nhận được s đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè.

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014
Sinh viên thc hin

P a g e 5 | 42

MỞ ĐẦU

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
T động hóa quá trình sản xuất là một lĩnh vc khoa học kỹ thuật thiết lập các h
thống điều khiển và kiểm tra t động các quá trình nhằm giảm bớt và loại bỏ s tham
gia trc tiếp của con người. Điều này có nghĩa là máy móc thc hin một nhim vụ đặc
bit với s giúp đỡ của mạch đin truyền động đin, do đó giúp tiết kim sức lao động

P a g e 7 | 42

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 . GIỚI THIỆU VỀ BÁNH QUY
Thc phẩm đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với đời sống con người, trong đó
bánh quy có ý nghĩa rất lớn. Bánh quy là một loại thc phẩm rất thuận tin trong tiêu
dùng, nó cung cấp năng lượng lớn vì chứa nhiều chất dinh dưỡng như: đường, sữa, bơ,
trứng,… đảm bảo là ngun thức ăn lâu dài cho con người trong quân đội, du lịch, đặc
bit vào các dịp lễ tết, liên hoan hay dùng làm quà tặng biếu cho người thân.
Bánh bích quy là loại sản phẩm bánh được làm từ bột mì, đường, chất béo, trứng,
thuốc nở hóa học và tinh dầu, muối và các phụ gia khác. Bánh quy chiếm một lượng lớn
trong các sản phẩm bánh nướng được làm từ bột mỳ, là loại bánh ngọt không lên men,
bánh giòn và khô vì chúng có hàm lượng nước thấp, là loại thc phẩm lý tưởng để d
trữ, có hình dạng nhỏ, dày và bề mặt láng mướt.
Bích quy có nhiều hình dạng,hương vị và kch thước khác nhau. Có hai loại bánh
bích quy chính: xốp và dai. Bánh quy xốp khác bánh quy dai ở chỗ nó xốp dòn, còn
bánh bích quy dai thì ít xốp hơn. S khác bit giữa 2 loại bánh này là về tỷ l hỗn hợp,
thời gian, độ ẩm, nhit độ nhào bột:
Đối với bánh quy xốp: Bột nhào có tỷ l nước trung bình, hàm lượng đường và béo
cao, thời gian nhào bột ngắn, cường độ nhào trung bình.
Thời gian nhào: từ 3-5 phút
Độ ẩm bột nhào:từ 17-19%
Nhit độ bột nhào:từ 19-250
0
C.
Đối với bánh quy dai: Bột nhào có tỷ l nước tương đối lớn, hàm lượng đường và
béo thấp, thời gian nhào bột kéo dài, cường độ nhào tương đối cao để tăng cường khả
năng hydrat hóa của protein, tạo mạng lưới glutein có độ đàn hi cao.
Những năm gần đây cùng với s phát triển cuả nền kinh tế và s gia tăng trong quy

nước. Hạn sử dụng được in t đông trên máy đóng gói.
Trên thị trường hin nay có nhiều loại dây chuyền đóng gói bánh quy.Một số dây
chuyền đóng gói bánh quy có sẵn trên thị trường được biểu diễn trong các hình sau.
P a g e 9 | 42 Hình 1.1: Dây chuyền đóng gói của hãng SPS

Hình 1.2: Dây chuyền đóng gói sử dụng cánh tay robot của hãng CAMA Hình 1.3: Dây chuyền đóng gói của hãng Houdijk Holland

P a g e 10 | 42

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ

2.1. SƠ Đ QUY TRÌNH ĐÓNG GÓI
Để bảo quản bánh quy đảm bảo chất lượng và đẹp mắt nhằm thu hút người tiêu dùng
thì bao bì đóng gói đóng một vai trò quan trọng, ta có sơ đ quy trình đóng gói như sau:


giấy gói
(plastic film)
Cắt giấy gói
(cutting
head)
Cơ cấu bao gói
Pittong kh nén đẩy
bánh
vào băng chuyền bao
Băng chuyền bao gói
Bánh quy đã nướng, làm nguội và thêm gia
vị…
Băng chuyền phân phối bánh
Xếp chng bánh
P a g e 11 | 42

Da theo quy trình đóng gói bánh quy thc tế và năng suất dây chuyền mà đề tài
mong muốn có thể đóng gói ở trên, đề tài chú trọng đến các cơ cấu: cơ cấu phân phối,
cơ cấu xếp chng, cơ cấu lấy bánh và bao gói. Ở chương này, đề tài trình bày về 3 cơ
cấu đầu; riêng quy trình bao gói được sử dụng hầu hết là giống nhau ở các dây chuyền,đề
tài sẽ trình bày quy trình này ở chương 3.
2.3. CƠ CẤU PHÂN PHI
Sau khi tìm hiểu các h thống đóng gói đang được sử dụng trên thi trường, đề tài quan
tâm đến 3 cơ cấu phân phối:
Cơ cấu phân phối bán t động (hình 2.2);
Cơ cấu phân phối t động bằng cánh tay robot (hình 2.3);
Cơ cấu phân chia bánh thành các dãy trên cùng một băng chuyền ((hình 2.4).

(1) – Đường dẫn nghiêng
(2) – Cần gạt

(toạ độ của hộp bánh sẽ được thiết lập một lần duy nhất trong toàn bộ chương trình điều
khiển). Và để băng chuyền chứa hộp đến đúng vị trí cố định ta cũng phải sử dụng động
cơ bước để điều khiển vic di chuyển của băng tải.
Hình 2.4 mô tả cơ cấu phân chia bánh thành các dãy trên cùng một băng chuyền.
Bánh được phân chia thành các dãy ở trên cùng 1 băng chuyền nhờ các thanh dẫn
hướng bố trí sẵn. Sau đó bánh được đưa qua cơ cấu xếp chng, đóng gói. Các thanh dẫn
hướng có thể thay đổi khoảng cách nhằm phù hợp với các bánh có kch thước khác nhau,
đng thời các thanh dẫn này còn có chức năng chia bánh từ các băng tải lớn sang các
băng tải nhỏ hơn để thc hin quá trình đóng gói đng thời trên nhiều vị trí khác nhau
để đạt năng suất cao hơn và tiết kim được din tích bố tr các băng chuyền.
P a g e 13 | 42
Hình 2.4: Cơ cấu phân chia bánh thành các dãy trên cùng một băng chuyền

Các ưu nhược điểm của 3 loại cơ cấu trên được biểu diễn trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: So sánh các cơ cấu phân phối bánh
Loại cơ cấu
Cấu tạo
H thống điều
khiển
Mức độ t
động hoá
Năng suất
Cơ cấu phân
phối bán t
động
Đơn giản, chỉ
bao gm máng

phối phôi t
động nhờ cánh
tay robot
Rất phức tạp,
bao gm băng
tải dẫn bánh,
h thống các
cánh tay robot
Toàn bộ h
thống được điều
khiển bằng PLC
và vi điều khiển
để hoạt động
H thống t
động hoá toàn
bộ, được điều
khiển chính
xác bằng máy
tính. Chỉ đòi
3000 gói/h
(Houdijk-
Holland-
Brochure-
2014-EN)
với một băng
Thanh dẫn hướng
Cấy ni tham khảo website:
http://www.okvcn.com/products
_detail/&productId=140.html
P a g e 14 | 42

khiển vận tốc.
Sử dụng vi điều
khiển để điều
khiển hoạt động
của encoder.
H thống được
t động hoá
hoàn toàn.
Điều khiển
bằng cả cơ cấu
cơ kh và đin
tử. Tuy nhiên
vic lập trình
cho encoder
đơn giản hơn
vic lập trình
cho cánh tay
robot.
2400 gói/h
(Houdijk-
Holland-
Brochure-
2014-EN)
với mỗi băng
chuyền đóng
gói. Với h
thống chia
thành các
dãy ri phân
chia ra các

Hình 2.6: Cơ cấu dẫn hướng bánh xếp chồng
Hình 2.6 a, bánh được xếp lên nhau nhờ băng chuyền (2) nằm thấp hơn và vận tốc
nhỏ hơn băng chuyền (1) sao cho khi bánh từ băng chuyền (1) chuyển tới, các bánh có
thể xếp chng lên nhau một cách trật t và tương đối đng đều ở băng chuyền (2), dây
chuyền (2) được thiết kế có đường dẫn đường dẫn cong dần xuống đất để bánh nhẹ
nhàng xếp chng lên nhau nhằm tránh va chạm mạnh làm vỡ vụn bánh và làm cho bánh
xếp chng một cách đng đều (hình 2.6 b).
Với 2 cơ cấu nêu trên, có thể nhận thấy rằng cơ cấu cho bánh rơi xuống lỗ điều khiển
vận tốc chính xác là rất khó vì khoảng cách giữa các bánh là không cố định và khoảng
dung sai cho khoảng cách trung bình là khá lớn nên vic lấy khoảng cách trung bình để
tính vận tốc sẽ không đảm bảo chnh xác. Do đo, đối với cơ cấu này, trên thc tế sẽ có
băng chuyền (1)
băng chuyền (2)
P a g e 16 | 42

s can thip của con người nhằm điều chỉnh khoảng cách giữa các bánh tương đối đng
đều.
Đối với cơ cấu đường dẫn hướng bánh xếp chng ta có thể thay đổi bán kính cong
của đường dẫn cong nhằm mục đch đưa bánh đến các vị trí khác nhau.
2.5. CƠ CẤU LẤY BÁNH
Sau khi tìm hiểu, đề tài chọn ra 2 cơ cấu lấy bánh thường dùng trong các dây chuyền
đóng gói bánh là: băng chuyền lấy bánh trc tiếp từ chng bánh và lấy bánh nhờ cơ cấu
pittong đẩy.
Đối với cơ cấu lấy bánh trc tiếp, sau khi xếp chng bánh thì bánh rớt xuống theo
ống dẫn. Như đã trình bày ở mục trên, khoảng cách từ đáy của ống bánh đến bề mặt
băng tải bằng với chiều cao của chng bánh sẽ lấy đi và cũng bằng với chiều cao của
cần gạt gắn cố định trên băng tải. Các cần gạt này sẽ di chuyển liên tục theo băng tải, đi
qua ống bánh và sẽ lấy số lượng bánh bằng với chiều cao của cần gạt đẩy tiếp đến quy
trình tiếp theo. Lượng bánh còn lại trong ống sẽ rớt xuống và cần gạt tiếp theo lại thc
hin thao tác tương t để lấy chng bánh có chiều cao tối đa tương đương với nó đẩy đi.

P a g e 18 | 42

2.6. CHN CƠ CẤU
Với mục tiêu năng suất mong muốn cũng như các ưu điểm của các cơ cấu đề tài la
chọn, sau khi so sánh thì:
 Năng suất d kiến toàn bộ h thống: 15000 gói/h.
Số băng tải đóng gói: 6
Năng suất trên mỗi băng chuyền đóng gói: 40 gói/h.
Hình thức đóng gói: mỗi gói bánh gm 3 chng, mỗi chng có 5 bánh.
Các thông số hình học của bánh:
 Đường kính/chiều dài : 40 mm.
 Chiều dày : 7mm.
 Khối lượng trung bình: 140 gr.

 Đánh giá các ưu – nhược điểm và khả năng công ngh ta có thể chọn sơ bộ
cơ cấu cho dây chuyền như sau:
Cơ cấu phân phối: Cơ cấu phân chia bánh thành các dãy trên cùng một băng chuyền.
Cơ cấu xếp chng bánh: Cơ cấu dẫn bánh xếp chng.
Cơ cấu lấy bánh: Lấy bánh nhờ cơ cấu pittong đẩy.

P a g e 19 | 42

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ DÂY CHUYỀN V ĐIỀU KHIỂN

3.1. SƠ Đ ĐỘNG HC TOÀN MÁY
Sau khi la chọn cơ cấu ta có được sơ đ động học của toàn bộ h thống được thể
hin ở hình 3.1. 1, 5: động cơ đin

Cơ cấu đóng gói
Encoder
Slave
Master
Dán bao
Động cơ
Servo
Đúng
Băng tải (15)
Sai
Sai
Đúng
Cửa chặn
Mở
Băng tải (19)
Băng tải (21)
Động cơ
Step
PLC
Dừng
Tn hiu
mở cửa chặn
Đóng
P a g e 21 | 42

3.3. NGUYÊN LÝ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG
a) Tính toán h thống băng tải:
Ta có khối lượng trung bình của mỗi cái bánh quy: 140 gr;
Chiều dài của băng tải : 3 m;
Chiều rộng của băng tải: 1 m;

22
12
. 0,99 .1 0,98
  
  

Để đảm bảo cho băng tải trên quay cùng vận tốc đặt ra ta phải nhân thêm 0,94
2

vào hiu suất chung (hiu suất của bộ truyền đai)(vì cơ cấu truyền động giữa các
băng tải):

22
2,9
3,4
0,98.0,94 0,98.0,94
cv
N
N kW

Vậy ta có thể chọn động cơ R88M-KE4K020H có công suất 4kW theo bảng
(G5.pdf)
Đin áp
Động cơ servo
Servo Drive
Công suất
Encoder tương đối
Một pha/Ba pha
200V
1 kW

Thời gian lấy hộp của cơ cấu là T_b = 1s.
Giả sử bánh cần đóng gói có đường kính d
b
= 40mm thì kch thước gói bánh là
w = 55mm, ta tnh được vận tốc trên băng chuyền đóng hộp:
v
đh
= w/T_b = 55/1000/1 = 0,055 (m/s)
Con lăn trên băng tải có đường kính trục d = 60mm. Tốc độ quay của con lăn:
n
đh
= v
đh
*60/(.d) = 55*60/(.60) = 17,5 (vòng/phút)
Tỷ số truyền từ động cơ đến băng chuyền đóng hộp:
u
đh
= 2000/17,5 = 114,3
Ta chọn tỷ số truyền là 115.
Ta chọn tỷ số truyền bộ truyền đai chính là u
đđh
= 5.
Suy ra tỷ số truyền của hộp giảm tốc là u
hđh
= 115/5 = 23
Ở đây ta sử dụng loại động cơ có gắn sẵn hộp giảm tốc với u
hđh
= 23
Trên băng tải chuyển tiếp từ băng tải đóng gói qua đóng hộp, ta cần vận tốc cao
để gói bánh dn về phía cuối băng tải. Sử dụng động cơ có hộp giảm tốc u


0,187 = 9,35 (m/phút) = 0,156 (m/s).
Vận tốc quay nhỏ nhất của cuộn bao (ứng với đường kính lớn nhất d
fp
= 450 mm):
n
fpmin
= 9,35.1000/(.d
fp
max) = 9,35.1000/(.450) = 6,6 (vòng/phút).
Vận tốc quay lớn nhất của cuộn bao (ứng với đường kính nhỏ nhất khi hết bao là
d
fp
= 125 mm):
n
fpmax
= 9,35.1000/(.d
fp
min) = 9,35.1000/(.125) = 23,8 (vòng/phút).
Vận tốc quay của các trục căng bao và trục cán nếp (có đường kính giống nhau
d
tfp
= 28 mm)
n
tfp
= 9,35.1000/.d
tfp
= 106,35 (vòng/phút)
Vận tốc quay con lăn dán bao (đường knh con lăn d
ch

xc
= k
1
.m.h/T
lb
= 1,25.5.7/1,20 = 0,36 (m/s)
trong đó: k
1
– h số dn phôi
P a g e 24 | 42

m – số bánh trên mỗi chng bánh
h – chiều dày mỗi bánh
Tốc độ quay của con lăn trên băng chuyền xếp chng bánh:
n
xc
= v
xc
*60/(.d) = 370*60/(.60) = 117,8 (vòng/phút)
Tỷ số truyền từ động cơ đến băng chuyền xếp chng bánh:
u
xc
= 1420/117,8 =12,05
Ta chọn tỷ số truyền u
xc
= 12. Sử dụng động cơ có hộp giảm tốc với u
hxc
= 12.
Phôi được cấp vào trước băng chuyền xếp chng ở vị trí rời rạc nhau, yêu cầu
của giai đoạn này là phôi có khả năng xếp lên nhau, lấy h số xếp chng k

Đường kính của vòng đỡ bánh trên đầu cắt (product spacer):
d
ps
= l
cl
/ = 185/ = 59 mm
Đường kính của đầu cắt:
P a g e 25 | 42

d
ch
= chiều cao gói bánh + d
ps
= 5*7 + 59 = 94 mm
Hình 3.3: Các kích thước của đầu cắt
(Bosch_Guide-to-Flow-Wrapping.pdf)
Theo (bảng) ta có thể chon loại đầu cắt 1 đầu cắt với đường knh đầu cắt là 100
mm
(Bosch_Guide-to-Flow-Wrapping.pdf)
Bảng : Các loại đầu cắt
Đường kính
đầu cắt
Hình dạng
đầu cắt
Kch thước
cắt nhỏ nhất
Kch thước
cắt lơn nhất
Chiều cao tối
đa của sản

470 mm
90 mm
2 đầu
110 mm
235 mm
90 mm
3 đầu
80 mm
150 mm
45 mm
180 mm
1 đầu
250 mm
565 mm
110 mm
2 đầu
130 mm
280 mm
110 mm
3 đầu
95 mm
180 mm
60 mm

Chiều rộng cuộn bao phim:
= 2*(chiều rộng gói bánh + chiều cao gói bánh + bề dày mép dán + 5mm)
= 2*(40 + 5*7 + 16 +) = 182 mm