Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy làm bánh truyền thống Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÀM BÁNH TRUYỀN THỐNG VIỆT NAM

MÃ SỐ: SV2020-32

S K C 0 0 7 3 8 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÀM BÁNH TRUYỀN THỐNG VIỆT NAM SV2020 - 32

Chủ nhiệm đề tài: Lê Thanh Phương

TP Hồ Chí Minh, 07/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÀM BÁNH TRUYỀN THỐNG VIỆT NAM SV2020 - 32

Thuộc nhóm ngành khoa học: SV thực hiện : Lê Thanh Phương Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy Ngành học: CNKT Cơ Điện Tử Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo: 04

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Tân

TP Hồ Chí Minh, 07/2020

Mục lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN…………………………………………………………1

1.1. Giới thiệu………………………………………………………………..1

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước………………………….3

1.2.1. Máy làm bánh bao tự động (Mỹ)……………………………...3

1.2.2. Dây chuyền làm bánh chưng tự động (Việt Nam)……………5

1.3. Lý do chọn đề tài……………………………………………………….6

1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài…………………………………………...6

1.5. Mục tiêu nghiên cứu đề tài…………………………………………….6

1.6. Giới hạn của đề tài……………………………………………………..6

1.7. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÁNH GIÒ………………………………8

2.1. Giới thiệu………………………………………………………………..8

2.2. Các nguyên liệu chính………………………………………………….8

2.2.1. Lá gói bánh……………………………………………………..8

2.2.2. Bột làm bánh…………………………………………………....8

2.2.3. Nhân làm bánh………………………………………………….9

2.3. Các bước làm bánh giò thủ công………………………………………9

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CHO MÁY LÀM

BÁNH GIÒ TỰ ĐỘNG………………………………………………………………12

3.1. Giới thiệu……………………………………………………………….12

3.2. Phương pháp thiết kế………………………………………………….12

3.3. Phân tích quá trình làm bánh giò trong thực tế…………………….13

3.4. Xác định thông số kỹ thuật ban đầu…………………………………15

3.5. Xây dựng nguyên lý cho từng trạm………………………………….16

3.6. Công suất động cơ……………………………………………………..29

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN………………..31

4.1. Giới thiệu……………………………………………………………….31

4.2. Hệ thống điều khiển……………………………………………………31

4.2.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển…………………………………31

4.2.2. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén…………………………32

4.2.3. Thiết kế hệ thống điện…………………………………………33

4.3. Các thiết bị điện sử dụng trong hệ thống……………………………..35

4.3.1. PLC MISUBISHI FX2N – 80MR…………………………….35

4.3.2. Arduino Mega………………………………………………….36

4.3.3. Van Solenoid 5 cửa 2 vi5tri1 Airtac………………………….37

4.4. Giải thuật điều khiển và chương trình PLC…………………………..38

4.4.1. Chương trình điều khiển PLC…………………………………38

CHƯƠNG 5: THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ…………………………..47

5.1. Xây dựng mô hình……………………………………………………….47

5.2. Hệ thống cơ khí………………………………………………………….51

5.3. Hệ thống điều khiển……………………………………………………..51

5.4. Dánh giá tổng quan……………………………………………………..52

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN…………………………………………………………….52

DANH MỤC BẢNG BIỂU:

Bảng 3.1 : Kích thước động cơ 24VDC - 60W…………………………………30 Bảng 5.1 : Thông số hệ thống máy làm bánh giò………………………………51

DANH MỤC HÌNH ÀNH :

Hình 1.1: Các loại bánh trong nền văn hóa ẩm thực cổ truyền Việt Nam……...1 Hình 1.2: Mô hình máy nghiền bột gạo………………………………………….2 Hình 1.3: Khâu cấp bột trong một dây chuyền sản xuất bánh ngọt…………….2 Hình 1.4: Máy làm bánh bao tự động…………………………………………….3 Hình 1.5: Mô hình máy làm bánh bao đầu tiên trên thế giới…………………….4 Hình 1.6: Chân dung anh Phạm Khắc Tưởng chủ nhân dây chuyền máy sản xuất bánh chưng………………………………………………………………………....5 Hình 1.7: Khâu ép nhân bánh chưng……………………………………………...5 Hình 2.1: Thành phẩm bột làm bánh sau khi đun………………………………...10 Hình 2.2: Quá trình gói bánh giò sử dụng khuôn…………………………………11 Hình 2.3: Quá trình cấp bột và cấp nhân thủ công………………………………11 Hình 3.1: Mô hình trạm gắp lá…………………………………………………….16 Hình 3.3: Chi tiết gắn van hút chân không……………………………………….18 Hình 3.5: Trạm cấp bột 2 và 5…………………………………………………….18 Hình 3.6: Chi tiết van ba ngã……………………………………………………...19 Hình 3.8: Chi tiết cố định van 3 ngã………………………………………………22 Hình 3.9: Mô tả hình học của chuyển động xy lanh xoay van………………….22 Hình 3.10: Chi tiết gắn tay quay van 3 ngã với xy lanh xoay van………………23 Hình 3.11: Chi tiết dạng tấm cố định xy lanh xoay van 3 ngã…………………..24 Hình 3.14: Chi tiết cố định ống xy lanh hút bột với khung hệ thống……………25 Hình 3.16: Mô hình trạm cấp nhân bánh…………………………………………26 Hình 3.17: Chi tiết hộp cấp nhân…………………………………………………27 Hình 3.18: Mô hình trạm gấp lá…………………………………………………..28 Hình 3.20: Chi tiết cố định động cơ DC quay mâm……………………………..29 Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển………………………………………………………..31 Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển hệ thống……………………………………………..32 Hình 4.3: Biểu đồ trạng thái trạm gắp lá………………………………………….32 Hình 4.4: Biểu đồ trạng thái trạm cấp bột………………………………………...33 Hình 4.3.2.1: Code điều khiển và gắp lá………………………………………….39 Hình 4.3.2.1: Code bột……………………………………………………………41 Hình 4.3.2.1: Code dập bột……………………………………………………….42 Hình 4.3.2.1: Code cấp nhân và cấp bột…………………………………………43 Hình 5.1 Mô hình máy làm bánh được thiết kế trên phần mềm…………………47 Hình 5.2 Mô hình máy làm bánh trong thực nghiệm…………………………….47

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Mã số SV: 16146448

Khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy

1. Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÀM BÁNH TRUYỀN THỐNG VIỆT NAM - Chủ nhiệm đề tài: Lê Thanh Phương - Lớp: 161462C - Thành viên đề tài:

Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa

1 Lê Thanh Phương 16146448 161462C CKM

2 16146489 161462A CKM Nguyễn Trương Minh Long

3 Phạm Đức Phương 16146452 164462A CKM

- Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Thanh Tân 2. Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy làm bánh truyền thống Việt Nam đáp ứng được những yêu câu kĩ thuật cũng như chất lượng bánh được tạo ra tiết kiệm thời gian công sức của con người giảm giá thành sản phẩm mang sản phẩm có thể dễ dàng cạnh tranh với các loại bánh khác. 3. Tính mới và sáng tạo: Làm bánh tự động với đầy đủ các bước làm bánh truyền thống. 4. Kết quả nghiên cứu: Hệ thống cơ khí và điều khiển hoạt động ổn định, riêng về năng xuất gần như đạt yêu cầu đặt ra. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Giúp ngành làm bánh cổ truyền Việt Nam phát triển hơn nữa cũng như giảm đi gánh nặng cho người làm bánh. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày 31 tháng 08 năm 2020

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày 31 tháng 08 năm 2020

Người hướng dẫn (kí, họ và tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tại khoa Cơ khí chế tạo máy, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật

thành phố Hồ Chí Minh, là những sinh viên ngành cơ điện tử chúng em đã có những điều

kiện để tiếp xúc với nhiều công nghệ hiện đại, tiên tiến trong và ngoài nước cũng như là

sự giảng dạy tâm huyết, nhiệt tình của tất cả giảng viên của bộ môn Cơ điện tử. Vì vậy lời

đầu tiên cho chúng em gửi lời cảm ơn đến trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật thành phố

Hồ Chí Minh và Bộ môn Cơ Điện Tử.

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giảng viên hướng dẫn thầy

ThS.Nguyễn Thanh Tân. Dưới sự hướng dẫn chân thành, nhiệt tình và những định hướng

cụ thể của thầy đã giúp chúng em từng bước tiếp cận những vấn đề mới, đưa ra những ý

tưởng sáng tạo mang tính thực tế và áp dụng cao, đóng góp ý kiến để chúng em hoàn

thành tốt đề tài.

Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, những người đã đưa chúng em

đến những cơ hội tiếp cận tri thức để làm hành trang có thể đi suốt cuộc đời chúng em sau

này.

Với những kiến thức còn rất nhiều hạn chế và kinh nghiệm ít ỏi, nên bài báo cáo này

không tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy cô góp ý và chỉ bảo thêm để em có

thể hoàn thiện hơn về kiến thức và cho đề tài thêm phần giá trị hơn.

TP.HCM, tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện đề tài:

Lê Thanh Phương

Nguyễn Trương Minh Long

Phạm Đức Phương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu

Việt Nam với nền văn hóa ẩm thực phong phú, với rất nhiều món ngon nổi tiếng thế

giới như Phở Việt Nam, gỏi cuốn, cơm tấm, bánh mì,… Bạn bè năm châu khi đến

với mảnh đất hình chữ S ai ai cũng sẽ đi thử những món ăn đó. Thế nhưng ít ai để ý

rằng đất nước chúng ta còn có một bộ sưu tập bánh đồ sộ. Theo Wikipedia, bánh

Việt Nam gồm 62 loại như: bánh bao, bánh bò, bánh cuốn, bánh bột lọc, bánh da

lợn, bánh chưng, bánh dày, bánh gai,… (Hình 1.1)

Hình 1.1 Các loại bánh trong nền văn hóa ẩm thực cổ truyền Việt Nam.

Ngày xưa, có những loại bánh chỉ có mặt ở những dịp đặc biệt như bánh chưng, bánh

dày,.. nhưng với sự phát triển của nền kinh tế ngày nay chúng ta có thể dễ dàng bắt

gặp được các loại bánh này được bán hằng ngày trên các sạp, các cửa hàng. Một

phần là do nhu cầu cao từ người tiêu dùng, phần còn lại là do đã xuất hiện nhiều loại

máy móc góp phần giảm thiểu sự nặng nhọc của con người khi làm bánh. Hình 1.2

1

Hình 1.2 Mô hình máy nghiền bột gạo .

Ngày nay, với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, chúng ta có thể dễ dàng bắt

gặp các loại thiết bị, máy móc hỗ trợ con người trong việc chế biến thực phẩm nói

chung và việc làm bánh nói riêng. Ở các nước tiên tiến trên thế giới hoạt động chế

biến thực phẩm, làm bánh đã thành công việc của máy móc, sự can thiệp của con

người trong quá trình này là rất nhỏ. Hình 1.3 miêu tả một khâu sản xuất bánh gato

tại một cơ sở sản xuất bánh ngọt.

Hình 1.3 Khâu cấp bột trong một dây chuyền sản xuất bánh ngọt.

2

Tuy nhiên những dây chuyền trên rất cồng kềnh, chiếm diện tích lớn cũng như chi

phí cao để có thể thi công, không phù hợp với dạng mô hình kinh doanh cá thể, hộ

kinh doanh nhỏ lẻ như ở nước ta.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.

Trên thị trường hiện nay tồn tại khá nhiều loại máy làm bánh công nghiệp cũng như

có rất nhiều đề tài nghiên cứu, chế tạo và thiết kế máy làm bánh nhưng ở đây chúng

em xin trình bày những loại máy làm bánh đang phổ biến và đặc sắc nhất hiện nay.

1.2.1 Máy làm bánh bao tự động (Mỹ).

Hình 1.4 Máy làm bánh bao tự động

Hiện tại trên thị trường có rất nhiều máy làm bánh bao tự động với nhiều mẫu mã

cũng như nhiều nhà cung cấp khác nhau nhưng đều có điểm chung đó là tất cả những

máy này đều có xuất xứ từ Trung Quốc. Tuy nhiên trái với suy nghĩ của chúng ta

mô hình máy làm bánh bao tự động được phát minh lần đầu vào năm 1977 (hình

3

1.5) bởi Te-Hsiu Huang được cấp bằng sáng chế ứng dụng vào ngày 19-08-1977 tại

Mỹ.[2]

Hình 1.5 Mô hình máy làm bánh bao đầu tiên trên thế giới

Như chúng ta thấy thì về cơ bản những chiếc máy sản xuất bánh bao hiện tại cũng

có nhiều điểm tương đồng so với bản đầu tiên cách đây hơn 40 năm.

4

1.2.2 Dây chuyền làm bánh chưng tự động (Việt Nam).

Hình 1.6 Chân dung anh Phạm Khắc Tưởng chủ nhân dây chuyền máy sản xuất bánh chưng.

Trong những ngày qua dư luận đang xôn xao về hệ thống làm bánh chưng tự động

của anh Phạm Khắc Tưởng, hiện đang ngụ tại quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí

Minh. Hình 1.7 mô tả khâu ép nhân bánh chưng trong dây chuyền sản xuất bánh do

anh Phạm Khắc Tưởng sáng chế và cải tiến.

Hình 1.7 Khâu ép nhân bánh chưng.

1.3. Lý do chọn đề tài

5

Trên thế giới cũng như tại Việt Nam máy làm bánh cũng đã và đang xuất hiện ngày

càng nhiều với nhiều mẫu mã, nhiều chủng loại bánh được sản xuất ra góp phần

giảm đi gánh nặng lao động và tăng năng suất cho các chủ hộ kinh doanh. Tuy nhiên

theo em tìm hiểu hiện tại một loại bánh cổ truyền của Việt Nam đặc biệt là Hà Nội

đó là – bánh giò lại chưa hề có một nghiên cứu, phác thảo nào. Do đó nhóm chúng

em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy làm bánh giò tự

động” với hy vọng sẽ giúp ngành làm bánh cổ truyền Việt Nam phát triển hơn nữa

cũng như giảm đi gánh nặng cho người làm bánh.

1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Khi bắt đầu tiến hành thực hiện đề tài này, nhóm chúng em muốn có thể tạo ra được

một hệ thống làm bánh giò tự động giải quyết được vấn đề nhân công trong sản xuất

cũng như để đảm bảo vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm. Một vấn đề đang hết sức

nhức nhối trong xã hội Việt Nam thời điểm hiện tại. Cũng như góp phần phát triển

một loại bánh cổ truyền của dân tộc.

1.5. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu và chế tạo máy làm bánh giò tự động thực hiện đầy đủ các bước khi làm

bánh giò thủ công.

Nghiên cứu và chế tọa máy làm bánh giò tự động tạo ra thành phẩm đảm bảo chất

lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm.

Thiết kế và chế tạo máy làm bánh giò tự động với một cấu hình đơn giản, rẻ tiền

đảm bảo thực hiện đầy đủ chức năng đã đề ra.

1.6. Giới hạn của đề tài

Với khả năng và điều kiện cho phép nên đề tài này chủ yếu tập trung vào việc thiết

kế và chế tạo máy làm bánh giò tự động thực hiện đầy đủ các công đoạn như khi làm

bánh giò thủ công. Và hạn chế về không gian làm việc không quá to, diện tích lắp

đặt trong khoảng 10m2.

1.7. Phương pháp nghiên cứu

6

Để thực hiện đề tài này, phương pháp sử dụng cho nghiên cứu này chủ yếu là kết

quả giữa nghiên cứu lý thuyết song song với thực nghiệm và tiếp thu các kết quả

cũng như các giải pháp hiện có trên các máy làm bánh cũng như các hệ thống, dây

chuyền đang hoạt động trên thị trường, Về nghiên cứu lý thuyết đọc và tham khảo

các tài liệu liên quan đến quy trình cũng như công đoạn làm bánh giò thủ công, các

tài liệu , thông tin về các phương pháp thực hiện các chu trình, các bước trong đang

được ứng dụng trong các hệ thống hiện hành. Ngoài ra, đề tài còn có tiến hành đánh

giá thực nghiệm, sau khi hoàn thành việc nghiên cứu và chế tạo để có được những

nhận xét cũng như đánh giá những gì đã đạt được cũng như chưa đạt được so với

mục tiêu và nhiệm vụ đã đề ra trong quá trình thực hiện đề tài. Cùng với đó là ứng

dụng các kiến thức đa ngành để thực hiện đề tài cũng như sự hỗ trợ đắc lực từ các

công cụ phần mềm máy tính giúp tính toán, thiết kế và mô phỏng, xây dựng các mô

hình thực nghiệm.

7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LÀM BÁNH GIÒ

2.1 Giới thiệu

Để có thể tiến hành thiết kế máy làm bánh giò cũng như chế tạo máy thì đầu tiên

chúng ta phải hiểu rõ các bước, các chu trình cần làm để tạo ra được một chiếc bánh

giò thủ công là vô cùng cần thiết và quan trọng, trong đó nguyên liệu chính, các

bước thực hiện, cũng như lưu ý trong quá trình thực hiện. Tập hợp các vấn đề trên,

em đưa ra các phương án thiết kế cho phù hợp. Ở chương này, em xin trình bày về

các nguyên liệu chính , yêu cầu của các nguyên liệu này, các bước cần thực hiện để

có thể cho ra lò một chiếc bánh giò hoàn thiện.

2.2 Các nguyên liệu chính.

2.2.1 Lá gói bánh.

Lá gói bánh giò là lá chuối. Lá chuối gói bánh giò là lá chuối tây, không phải lá

chuối hột cũng nhưu không phải lá chuối tiêu, những thứ này làm bánh sẽ bị xám.

Cây chuối lấy lá bán phải thường ít quả, quả nhỏ.[3]

Lá chuối chuối gói bánh phải là lá đã được phơi héo. Nếu không phơi thì trụng qua

nước sôi cho lá chuối mềm ra. Khi gói bánh lá sẽ có độ dẻo dai cần thiết, tránh cho

hiện tượng rách bục lá diễn ra.

2.2.2 Bột làm bánh.

Bột làm bánh giò là hỗn hợp giữa bột tạo tẻ và bột năng. Tùy theo mỗi người làm

mà tỷ lệ phối trộn hai loại bột này khác nhau. Tuy nhiên theo nhiều trang ẩm thực

cũng như người trong nghề lâu năm thì chúng ta nên pha tỷ lệ 4:1 cứ 400g bột gạo

tẻ thì chúng ta trộn cùng 100g bột năng.[4] Bột năng trong hỗn hợp sẽ giúp chiếc

bánh giò của chúng ta săn chắc hơn, dẻo hơn tuy nhiên chúng ta không nên cho quá

nhiều bột năng vì khi cho nhiều chiếc bánh của chúng ta sẽ bị cứng gây cảm giác

khó chịu khi ăn.

8

2.2.3 Nhân làm bánh.

Ở mỗi địa phương sẽ có mỗi cách làm nhân khác nhau tuy nhiên tựu chung lại thì

những nguyên liệu chủ yếu của nhân bánh gồm thịt nạc xay, mộc nhĩ, nấm hương,

trứng cút nếu có. Và các gia giảm bên ngoài như nước mắm, đường, tiêu bột để nêm

nếm cho nhân bánh của chúng ta đậm đà hơn.

2.3 Các bước làm bánh giò thủ công.

Ở mỗi vùng miền sẽ có các cách thức làm bánh giò khác nhau, trong đề tài này chúng

em sẽ trình bày cách thức làm bánh giò được đông đảo các trang mạng dạy nấu ăn

uy tín hướng dẫn, cũng như xen kẽ vào đó là các kỹ thuật làm bánh được các người

làm bánh lâu năm chỉ dạy.

Thông thường, làm bánh giò thủ công bào gồm 4 công đoạn như sau:

- Bước đầu tiên: Chuẩn bị bột.

Để bánh khi ăn có vị béo ngậy ta thường ngâm hỗn hợp bột gạo và bột năng

với tỷ lệ 4:1 bằng nước hầm xương. Chúng ta ngâm bột trong vòng 4 tiếng

hoặc hơn.

Sau khi ngâm bột, ta khuấy đều rồi bắc lên bếp đun, trong quá trình đun ta

dùng muỗng gỗ liên tục khuấy cho đều để bột không bị dính vào đáy nồi. Đun

lửa nhỏ cho đến khi bột sánh đặc và có màu trắng đục thì tắt bếp. (hình 2.1)

9

Hình 2.1 Thành phẩm bột làm bánh sau khi đun.

- Bước kế tiếp là bước làm nhân bánh.

Ta trộn đều tay các nguyên liệu nấm mộc nhĩ, hành tím đã được bóc vỏ và

băm nhỏ với thịt nạc xay, thêm các gia vị vào cho vừa ăn, ướp trong vòng 30

phút. Kế đó ta cho chảo lên bếp, làm nóng chảo với dầu ăn rồi cho hành khô

vào phi thơm, tiếp đó ta đổ hỗn hợp thịt đã được ướp từ trước đó lên xào trong

vòng 10 phút rồi cho xuống. Trước khi cho xuống ta cho thêm tiêu để dậy

mùi, tạo mùi thơm và vị cay vừa khi ăn.

Trứng cút ta luộc rồi sau đó bóc vỏ.

- Bước tiếp theo là bước gói bánh.

Thông thường có hai cách thức gói bánh đó là gói trực tiếp và gói sử dụng

khuôn làm bánh. Trong đề tài này, em sẽ trình bày cách thức gói bánh khi sử

dụng khuôn để làm nền tảng thực hiện thiết kế các trạm làm bánh sau này.

Để gói bánh trước tiên ta cho hai lớp lá chuối đã được phơi héo hoặc đã lá

chuối tươi đã được trụng qua nước sôi vào trong khuôn (hình 2.2.9) với hai

lớp lá chuối này được xếp chồng lên nhau và các sống lá của hai lớp lá này

vuông góc với nhau. Điều này sẽ giúp cho lá chuối có thêm sự dẽo dai.

10

Hình 2.2 Quá trình gói bánh giò sử dụng khuôn

Tiếp đó ta lấy thìa xúc bột đổ vào trong khay và sử dụng thìa tạo hình phễu

cho bột như hình 2.3, cho thêm nhân vào kế đó ta cho thêm một lớp bột mỏng

phủ lớp nhân vừa cho vào.

Hình 2.3 Quá trình cấp bột và cấp nhân thủ công.

Cuối cùng ta gấp các lớp lá chuối theo các viền của khuôn làm bánh như hình

2.2.12 ở trên.

- Bước cuối cùng là hấp bánh.

Ta xếp bánh vào xửng hấp trong vòng 20 phút là bánh sẽ chín. Lúc này ta có

thể lấy bánh ra và thưởng thức.

11

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CHO MÁY LÀM BÁNH GIÒ TỰ ĐỘNG

3.1 Giới thiệu.

Để chế tạo ra máy làm bánh giò tự động phù hợp với mục tiêu đề ra,quá trình thiết

kế cần được thực hiện để cải thiện khả năng hoạt động dựa trên nền tảng các nguyên

lý máy cơ bản, giá thành thấp và giảm thiểu nguy cơ thất bại. Quá trình thiết kế cơ

khí phải mang tính chất đồng bộ và hệ thống với các yêu cầu cũng như với các quá

trình thiết kế khác như điện, hệ thống điều khiển, môi trường hoạt động, Quá trình

thiết kế mang tính hệ thống này là phần chính tổng việc xây dựng nên tảng cho quá

trình thiết kế máy làm bánh giò sau này.

3.2 Phương án thiết kế.

Để bắt đầu tiến hành vào việc thiết kế máy làm bánh, em đã đặt ra một quy trình

từng bước thực hiện các công việc để xây dựng được một hệ thống hoàn chỉnh. Thứ

nhất, xác định các công đoạn làm bánh để từ đó xác định được các khâu cần có trong

hệ thống.

Thứ hai, xác định các thông số kỹ thuật ban đầu khi thiết kế hệ thống (năng suất,

không gian làm việc)

Thứ ba, xây dựng nguyên lý làm việc cho từng trạm và thiết kế mô hình trên

SolidWork kèm theo đó là tính toán công suất và hiệu chỉnh thông số chi tiết.

Thứ tư, tìm và lựa chọn phần cứng thích hợp cho hệ thống điều khiển bao gồm cả

chi phí và chức năng.

Và cuối cùng là tính toán chính xác các thông số kỹ thuật để xác định lỗi kỹ thuật

hiệu chỉnh và kiểm nghiệm độ bền của vật liệu trước khi bắt tay vào xây dựng hệ

thống thực.

12

3.3 Phân tích quá trình làm bánh giò trong thực tế.

Ở chương 2 em đã trình bày về cách thức làm một chiếc bánh giò thủ công. Tuy

nhiên để máy làm bánh đơn giản dễ chế tạo em xin tách bước làm bánh ra làm 3

công đoạn.

Công đoạn 1 là chuẩn bị bột và sơ chế nhân. Ở đây để đảm bảo cho quá trình làm

bánh diễn ra nhanh chống đáp ứng nhu cầu thì bột sẽ được ngâm và nấu trước khi

cho vào khay chứa bột, tức là ta chỉ cho hỗn hợp bột sánh đã được nấu nào máy.

Song song đó thì ta cũng sơ chế trước nhân bánh, nhân bánh sẽ được xào trước khi

được cho vào khay chứa nhân.

Công đoạn 2 đây là công đoạn mà máy làm bánh giò tự động thiết kế ra để phục vụ.

Với các nguyên liệu đầu vào đã được cấp ở các khay chứa như lá chuối gói bánh,

bột bánh, nhân bánh (thịt xay và trứng cút) quá trình gói bánh sẽ được diễn ra và kết

quả cuối cùng sẽ cho ra lò một chiếc bánh giò hoàn chỉnh.

Công đoạn 3 cũng là công đoạn cuối cùng đó là công đoạn hấp bánh. Cũng như công

đoạn 1, công đoạn này được làm ngoài hệ thống máy làm bánh tức là sau khi máy

cho ra lò một mẻ bánh người sử dụng sẽ tự quyết định mỗi mẻ hấp sẽ là bao nhiêu

và cho đi hấp bánh.

Với những trình bày trên, dưới đây em sẽ đi phân tích quá trình gói bánh được đề

cập ở công đoạn 2 của chu trình làm bánh giò được nêu ra ở trên.

Như đã trình bày ở chương 2, khi bắt đầu gói bánh thì ta sẽ cho 2 lớp lá chuối xếp

chồng lên nhau với sống lá ở hai lớp lá này sẽ vuông góc với nhau, điều này sẽ giúp

cho lớp lá của chúng ta chịu được lực tác dụng vuông góc với bề mặt hai lớp là này,

tránh hiện tượng lá bị bục khi ta cho lá vào sát khuôn làm bánh. Dễ dàng thấy ở đây

chúng ta cần hai lớp lá riêng biệt và sự bố trí mặt úp của lá cũng khác nhau do đó ở

đây chúng ta có thể thiết kế hai khay chứa lá riêng biệt sẽ thõa điều kiện ta mong

muốn.

13

Bước kế tiếp khi ta cho bột bánh vào khuôn ta cần dàn lớp bột bánh ra và tạo một

hình dạng phễu ở giữa khuôn nơi vị trí này sẽ được cho nhân xuống. Với yêu cầu

này thì ta có thể thiết kế một trạm riêng biệt để tạo hình phễu cho bột sau khi đã cấp

bột ban đầu.

Tiếp theo sẽ đến bước cấp nhân, ở đây nhân là hỗn hợp thịt xay đã được xào qua và

trứng cút đã được bóc vỏ. Có hai loại nhân riêng biệt nên ta cần hai khay chứa nhân

riêng biệt. Do lòng trắng trứng cút có độ ma sát cao nên khi rớt xuống nếu bị chồng

nhau sẽ gây ra hiện tượng kẹt nhân. Nên ta cần thiết kế hai khay chứa nhân với hai

hình dạng khác nhau.

Kế tiếp đó là bước cho thêm một lớp bột lên trên nhân đã được cho trước đó. Ở bước

này ta có thể thiết kế như trạm trước đó do yêu cầu ở hai trạm này cơ bản là như

nhau.

Cuối cùng là khâu gấp lá, ở đấy lợi dụng khuôn làm bánh mà ta chỉ cần gấp lá theo

4 hướng theo các cạnh của khuôn làm bánh. Và cuối cùng là đưa bánh thành phẩm

ra khỏi chu trình.

Ở đây còn một chi tiết nữa có thể thêm vào đó là buộc lạt cho bánh tuy nhiên để đơn

giản hệ thống máy làm bánh, trong đề tài này chúng em sẽ không xét đến vấn đề

này.

Từ các bước phân tích trên em xây dựng một hệ thống máy làm bánh gồm 6 trạm

làm việc đôc lập với nhau. Đó là:

Trạm đầu tiên: Trạm này đảm nhận nhiệm vụ gắp là từ hai khay chứa lá vào vị trí

khuôn bánh.

Trạm 2: Trạm này đảm nhận nhiệm vụ cấp một lượng bột như công thức đã được

xác định từ trước sẽ đề cập ở các chương tiếp theo.

Trạm 3: Trạm này đảm nhận nhiệm vụ tạo hình dạng phễu – không gian sẽ chứa

nhân.

14

Trạm 4: Trạm này đảm nhận nhiệm vụ cấp nhân thịt và trứng xuống vị trí phễu đã

được tạo hình từ trước.

Trạm 5: Trạm này đảm nhận nhiệm vụ tương tự như trạm thứ 2 tuy nhiên hai lượng

bột cấp xuống ở hai trạm này sẽ khác nhau sẽ đề cập ở các chương tiếp theo

Trạm 6: Trạm cuối cùng: Trạm này đảm nhận nhiệm vụ gấp lá cũng như đưa thành

phẩm ra khỏi hệ thống.

3.4. Xác định thông số kỹ thuật ban đầu.

Theo tờ nhiệm vụ khi đăng ký đồ án chúng em sẽ thiết kế hệ thống máy làm bánh

giò với năng suất 30s/bánh nghĩa là cứ 30s sẽ có một chiếc bánh được cho ra lò. Đây

cũng được xác định là thời gian dừng lâu nhất của một trạm trong quá trình làm việc.

Tức để sản xuất một chiếc bánh từ khâu đầu tiên đến khâu cuối cùng sẽ cần 180s

tương đương 3 phút.

Không gian làm việc sẽ giới hạn nhỏ hơn 2m2.

15

3.5. Xây dưng nguyên lý làm việc cho từng trạm.

- Trạm gắp lá.

Như đã phân tích ở trên ta cần hai khay chứa lá riêng biệt cho trạm này. Em đã thiết

kế hệ thống trạm gắp lá như hình 3.1.

Hình 3.1 Mô hình trạm gắp lá.

Lá chuối có dạng mặt phẳng, mỏng nhẹ nên em sử dụng các van hút chân không để

có thể di chuyển lá từ khay lá tới vị trí khuôn bánh. Do lá chuối có các sống lá tạo

khe hở làm không khí có thể tràn vào các giác hút gây rơi rớt lá trong quá trình thực

16

hiện gắp lá. Do đó trong quá trình thiết kế cũng như thực nghiệm ta cần hiệu chỉnh

áp suất van chân không sao cho phù hợp nhất trong quá trình làm việc.

Nguyên lý làm việc của trạm cấp lá như sau: khi chưa làm việc xy lanh 1, 2, 3 ở vị

trí không tác dụng. Khi bắt đầu chu trình xy lanh 2 sẽ đi xuống khi chạm vào S4 lúc

này van hút chân không sẽ được kích hoạt lá được gắp lên. Xy lanh 2 đi lên chạm

công tắc hành trình S3, kích hoạt xy lanh trượt 1 đi ra chạm S2, van hút chân không

mở xy lanh 1 đi về vị trí cũ chạm S1 đồng thời xy lanh 3 sẽ đi ra chạm S6. Tiếp theo

xy lanh 2 lại tiếp tục đi xuống chạm S4 lúc này van hút chân không sẽ được kích

hoạt lần 2, tiếp đến xy lanh 2 di chuyển lên chạm s3. Sau đó xy lanh 1 đi ra chạm S2

đồng thời xy lanh 3 trở về chạm S5 lúc này xy lanh 2 đi xuống chạm mở van hút

chân không ra, chạm s4 xy lanh 2 đi lên chạm s3 lúc này xy lanh 1 trở về chạm S1,

chu trình kết thúc.

Để có thể cố định được xy lanh 2 với xy lanh 1 em có thiết kế một chi tiết dạng trụ

với 4 lỗ ở trên bề mặt, 4 lỗ này có nhiệm vụ cố đinh chi tiết lên xy lanh trượt ở trên.

Một lỗ suốt còn lại dùng để cố định chi tiết này với xy lanh 2 bằng 1 con bulong 10.

Tiếp theo đó để có thể gắn các giác hút chân không lên xy lanh 2 gắp lá em thiết kế

một tấm dạng mặt phẳng có chiều dày 3mm với 4 lỗ ∅12 ở 4 góc của chi tiết dạng

tấm này hình 3.3. Tại trung tâm của chi tiết là một lỗ ∅10 dùng để cố định chi tiết

này lên xy lanh 2 gặp lá. Các lỗ còn lại xung quanh lỗ ∅10 dùng để cố định chi tiết

ép lá vào khuôn.

17

Hình 3.3 Chi tiết gắn van hút chân không.

Để có thể ép lá vào đúng theo khuôn làm bánh em thiết kế một chi tiết dạng hình

lăng trụ tù ở phần đầu. Chi tiết này sẽ được gắn vào các lỗ nhỏ được thiết kế trên chi

tiết dạng tấm đã trình bày ở trên.

Kế đến em xin trình bày về chi tiết khay chứa lá, do em thiết kế chia khay chứa lá

sẽ được chuyển động trong quá trình thực hiện gắp lá do đó em có thiết kế thêm

bên dưới khay các bánh xe để khay chuyển động mượt mà hơn, cần lực tác dụng

lên ít hơn, tránh tạo ma sát trượt giữa bề mặt đáy khay và bề mặt dưới nó.

- Trạm cấp bột. (Hình 3.5)

Hình 3.5 Trạm cấp bột 2 và 5.

18

Yêu cầu của trạm này là cấp xuống một lượng bột tương đương 70g bột ở trạm 2 và

60g bột ở trạm 5.

Sau khi thử nghiệm nhiều phương pháp cấp bột khác nhau em quyết định sử dụng

phương pháp hút bột vào xy lanh sau đó bơm bột vào khuôn làm bánh. Do bột làm

bánh ở đây có độ dẻo sánh nhẹ nên các phương pháp khác thực hiện không khả thi.

Để có thể thực hiện phương án này, em đã sử dụng van 3 ngã để định hướng dòng

chuyển động của bột. Theo hình 3.6 ta xét van 3 ngã ở 2 vị trí, khi tay quay ở vị trí

1, van sẽ thông từ A qua B. Ngược lại, khi tay quay ở vị trí 2 thì van sẽ thông từ A

qua C.

Hình 3.6 Chi tiết van ba ngã.

Để cố định van ba ngã chúng em thiết kế 2 chi tiết đối xứng như hình 3.7. Chi tiết

này gồm 5 lỗ bắt vít. Bao gồm 3 lỗ bắt vít trên thành để cố định chi tiết vào các thanh

nhôm định hình và từ các thanh nhôm định hình này cố định khung của máy, Một

chi tiết dạng tấm có các lỗ trùng với 4 lỗ vít trên 2 chi tiết giúp cố định hai chi tiết

lại với nhau tránh cho trong quá trình vận hành, khi van được đóng mở 2 chi tiết sẽ

có hiện tượng lệch nhau dẫn đến hư hỏng, không giữ được độ ổn định cho van.

19

Hình 3.7 Chi tiết cố định van 3 ngã.

Để có thể quay van 3 ngã này, em có thiết kế một xy lanh được thiết kế nằm xéo

một góc 450 như hình 3.5. Khi xy lanh được tác động đi ra tay quay van 3 ngã sẽ

đạt được vị trí 2. Xy lanh ở vị trí ban đầu thì xy lanh đạt được vị trí 1, hay nói cách

khác khi xy lanh ở vị trí ban đầu thì van sẽ nối thông ống xy lanh hút bột với khay

chứa bột và ngược lại khi xy lanh được tác động thì van 3 ngã sẽ nối thông xy lanh

hút bột với khuôn bánh. Để quá trình quay tay quay được diễn ra thuận lợi em đã

thiết kế luôn phần tay quay này hình 3.8. Chi tiết tay quay được ghép bởi các lá

thép nhỏ xen kẽ nhau và được cố định bởi 2 vít dài ở các lỗ ở giữa tay (xét theo

chiều dài). Phần tay đầu tay quay gắn với xy lanh được tạo rãnh ở hai phía phần

này sẽ giúp bù trừ sai số kích thước trong quá trình xy lanh chuyển động. Nếu

không có rãnh này thì khi xy lanh được tác dụng sẽ đẩy tay quay quay một góc >

20

90o, quỹ đạo quay sẽ là một cung tròn có bán kính đúng bằng chiều dài tay quay

mà ta biết thì xy lanh ở đây chỉ có thể chuyển động theo một đường thằng (hay

chuyển động tịnh tiến theo phương cố định). Theo dõi hình 3.9 để có thể hiểu rõ

hơn về điều này

Hình 3.8 Chi tiết tay quay van 3 ngã

Hình 3.9 Mô tả hình học của chuyển động xy lanh xoay van.

21

Ngoài ra để có thể gắn kết phần tay quay cũng như xy lanh chúng em có thiết thêm

một chi tiết dạng chữ U với 3 lỗ tròn, một lỗ dùng để cố định chi tiết vào đầu xy

lanh, 2 lỗ dùng để xuyên thanh thép nối phần tay quay với phần xy lanh như hình

3.10.

Hình 3.10 Chi tiết gắn tay quay van 3 ngã với xy lanh xoay van.

Để cố định xy lanh xoay van vào khung hệ thống em có thiết kế một chi tiết dạng

tầm dày 3mm với các lỗ ∅6 được bố trí như hình 3.11 dưới đây.

22

Hình 3.11 Chi tiết dạng tấm cố định xy lanh xoay van 3 ngã.

Khay chứa bột chúng em thiết kế dạng hộp vuông được bóp lại ở dưới đáy có kích

thước 140*160*170mm với hai khay riêng biệt chứa bột của hai trạm 2 và 5 như

hình 3.11. Khay bột có tất cả 12 lỗ vít và 2 lỗ ∅8, 4 lỗ thiết kế trên hai tai ngang

dùng để cố định khay với khung máy, 4 lỗ còn lại dùng để cố định ổ lăn.

Trong mỗi khay chứa bột, chúng em thiết kế thêm một trục quay được đặt dọc theo

hướng trục xy lanh hút bột, hai trục được thiết kế ngược chiều nhau. Mục đích của

hai trục này là để đánh tơi bột tránh bột bị vón cục, đồng thời hai trục này cũng có

tác dụng đẩy bột vào trong lỗ van ba ngã, giúp quá trình hút bột diễn ra được thuận

lợi hơn.

Trục quay này được dẫn động bởi một động cơ DC thông qua hệ thống 2 pully và

dây đai như hình 3.13.

Tại khâu phần xy lanh hút bột em có thiết kế một chi tiết cố định phần ống xy lanh

hút bột vào với khung máy như hình 3.14. Ở chi tiết này em có thiết kế 4 lỗ ∅6

được chia đều hai bên giúp cố định chi tiết vào khung nhôm định hình bên dưới.

23

Cùng với đó là các lỗ tròn dọc trục chi tiết giúp tạo độ cứng vững cho ống xy lanh

hút bột trong quá trình làm việc.

Hình 3.14 Chi tiết cố định ống xy lanh hút bột với khung hệ thống.

- Trạm tạo hình dạng phễu cho bột.

Đây là trạm được thiết kế đơn giản nhất do nó chỉ thực hiện một nhiệm vụ đơn giản

nhất đó là chuyển động xy lanh lên xuống khi có tín hiệu đầu vào. Ở đây để tạo hình

cho phểu cho bột dưới khuôn em có thiết kế một chi tiết dạng đầu tù gần tương tự

như chi tiết gắn trên xy lanh gắp. Đây là chi tiết tiếp xúc trực tiếp với bột trong khuôn

nên do đó chi tiết này cần có bề mặt trơn bóng, độ ma sát kém để tránh tình trạng

bột bị dính lên chi tiết này khi chi tiếp được tiếp xúc với bột trong khuôn. Để giải

quyết vấn đề này em đã quyết định tẩm bên ngoài chi tiết này một lớp dầu ăn để

tránh điều trên diễn ra.

24

- Trạm cấp nhân. (hình 3.16)

Hình 3.16 Mô hình trạm cấp nhân bánh

Như ở chương 2 cũng như ở trên đã xác định bánh giò gồm hai loại nhân do đó ta

cần 2 loại hộp chứa nhân khác nhau theo dõi hình 3.16 ta thấy hộp chứa nhân thịt có

chứa một trục quay ở bên trong, trục này được truyền động bởi một động cơ DC với

25

tốc độ 200 vòng/phút sẽ trộn đều nhân trong hộp chứa đồng thời trục quay này cũng

là cơ cấu giúp đưa nhân xuống hộp cấp nhân ở dưới.

Chi tiết hộp cấp nhân được thiết kế bao gồm 3 phần kết hợp với nhau đó là: nắp

hộp, thân hộp và phần chi tiết quay trong hộp như hình 3.17. Chi tiết quay trong hộp

cấp nhân hình 3.18.B được cố định với DC servo bởi các lỗ được thiết kế như hình

với đĩa của DC servo. Khi servo quay thì nhân sẽ rớt xuống khuôn làm bánh ở dưới.

Hình 3.17 Chi tiết hộp cấp nhân.

Nguyên lý làm việc của trạm cấp nhân: ở thời điểm ban đầu vị trí hộp cấp nhân như

hình 3.16, khi có tín hiệu đầu vào servo sẽ quay một góc 1800 ngược chiều kim đồng

hồ lúc này phần khuyết khi mà ở vị trí ban đầu sẽ đi qua phần đáy hộp, trứng cút sẽ

rớt xuống khuôn làm bánh, cùng lúc đó nhân thịt được đùn vào phần khuyết còn lại.

DC servo lại tiếp tục quay một góc 1800 cùng chiều kim đồng hồ lúc này phần

khuyết chứa nhân tiếp xúc với phần đáy của hộp, nhân thịt được rớt xuống khay kết

thúc một chu trình làm việc.

- Trạm gấp lá. (hình 3.18)

26

Hình 3.18 Mô hình trạm gấp lá.

Nguyên lý hoạt động trạm gấp lá: Tại trạm này việc gấp lá tạo hình sẽ được diễn

ra. Đầu tiên khi phát hiện có khuôn bánh ở vị trí bắt đầu, một xy lanh với một đầu

chữ L sẽ được tác dụng theo chiều vuông góc với trạm gấp lá. Chi tiết chữ L có

trên đầu xy lanh cũng là chi tiết đưa phần lá đầu tiên được gấp lại, sau đó đó một

đông cơ DC servo sẽ gấp phần lá đối diện với phần lá được gấp bởi xy lanh. Tiếp

theo hai động cơ DC servo được đặt ở hai thành sẽ được tác dụng gấp tiếp hai mép

còn lại của bánh vào. Khi quá trình kết thúc xy lanh xoay sẽ xoay một góc 180o độ

bánh xuống dưới khay chứa bánh ở phía dưới.

Chi tiết mâm xoay gồm các phần quan trọng sau đây: mâm xoay hình tròn được cắt

6 rãnh đều nhau tại các biên, trục truyền động từ động cơ DC thông qua bộ hai

bánh răng theo tỷ lệ 1:5 giảm tốc, động cơ DC, và một ổ lăn giúp cố định trục vào

khung của máy.

27

Để giữ cố định động cơ DC em có thiết kế hai chi tiết như hình 3.16.

Hình 3.20 Chi tiết cố định động cơ DC quay mâm.

3.6. Công suất động cơ.

Trong thiết kế hệ thống máy ta sử dụng tất cả 3 động cơ DC ở các trạm: DC quay

mâm xoay, DC quay đánh bột, DC quay đánh nhân. Và 4 động cơ DC servo, 3 động

cơ ở trạm gấp lá và một ở khâu cấp nhân.

𝐹×𝑣

Công suất của động cơ khi di chuyển có tải bằng:

η×10−3 [kW]

P = (3.1)

28

Moment xoắn của động cơ:

102×𝑃 1.047×𝑛

M = [Nm] (3.2)

Công suất động cơ được lựa chọn dựa trên các thông số lớn nhất do yêu cầu đặt ra.

Trong lúc hoạt động, các động cơ chịu nhiều ảnh hưởng bới các lực cản bên ngoài.

Vì vậy, để đảm bảo công suất cho máy hoạt động được trơn tru, chọn động cơ Servo

có kèm giảm tốc 24VDC – 60W với các thông số như Bảng 3.1.

Bảng 3.1 Kích thước động cơ 24VDC - 60W

STT Thông số Giá trị

Loại động cơ DC Servo 1

Công suất (W) 60 2

Tốc độ động cơ (vòng/phút) 15 3

Tỉ số truyền 1:480 4

Loại encoder Encoder từ 5

Số xung encoder 13 6

29

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN

4.1 Giới thiệu.

Trong phần này hệ thống điện cũng như thiết kế điều khiển sẽ được trình bày. Đối

với máy làm bánh giờ tự động thì là một dạng máy tự động thực hiện lặp đi lặp lại

các hành động được lập trình sẵn. Song song đó cũng là sự kết hợp với hệ thống

công tắc hành trình giúp đóng mở các trạng thái làm việc của các trạm liên quan.

Hình 4.1 diễn tả mối quan hệ giữa các phần tử trong điều khiển máy làm bánh giò

tự động.

Công tắc hành trình

Động cơ DC

PLC

Van Solenoid

Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển.

4.2 Hệ thống điều khiển

4.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển

Hệ thống các công tắc hành trình sẽ phản hồi về PLC cho biết tại vị trí các trạm hiện

đang có khuôn làm bánh hay không. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển được chỉ ra

như trong hình 4.2. Có 2 loại tín hiệu đầu vào đó là các công tắc hành trình cho biết

tại vị trí các trạm đã có khuôn làm bánh hay chưa và một loại tín hiệu thông báo các

vị trí của các xy lanh. Các tín hiệu này sau khi truyền về PLC trung tâm sẽ được làm

việc và đưa ra các tín hiệu ra thông báo cho DC Servo, Van Solenoid và các Arduino

vệ tinh hoạt động. Các Arduino vệ tinh có nhiệm vụ: nhận tín hiệu từ PLC trung tâm,

khi có tín hiệu thì cho các RC Servo quay theo các góc đã được lập trình trước.

30

Hình 4.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống.

4.2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén

Hệ thống chủ yếu sử dụng điều khiển khí nén do đó trước hết em sẽ thiết kế điều

khiển khí nén cho hệ thống máy làm bánh giò.

Như phần cơ khí đã được chia, máy gồm 6 trạm riêng biệt. Do đó em sẽ thiết kế điều

khiển cho các trạm một cách riêng biệt.

- Trạm gắp lá: trạm gồm 3 xy lanh và 1 van hút chân không với xy lanh trượt A,

xy lanh gắp lá B và xy lanh chuyển động khay lá C. Hình 4.3 đã biểu diễn biểu

đồ trạng thái của trạm. Do xy lanh gắp lá B chuyển động theo phương thẳng đứng

và bị giới hạn bởi các thiết kế cơ khí do đó em quyết định thay vì sử dụng công

tắc hành trình để nhận biết xy lanh B đã đi ra thì em lại sử dụng hẹn giờ timer để

quá trình thiết kế cơ khí được dễ dàng hơn.

Hình 4.3 Biểu đồ trạng thái trạm gắp lá.

31

- Trạm cấp bột: ở trạm cấp bột em có sử dụng 2 xy lanh bao gồm 1 xy lanh dùng

để mở van 3 ngã và một xy lanh sử dụng để hút bột từ khay chứa bột ra. Dưới

đây hình 4.4 là biểu đồ trạng thái của trạm cấp bột. Để đơn giản trong việc đi dây

cũng như dễ dàng trong quá trình thiết kế cơ khí ở đây em cũng đã không sử

dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là sử dụng trực tiếp timer hẹn giờ.

Hình 4.4 Biểu đồ trạng thái trạm cấp bột.

- Ở các trạm còn lại hầu như chỉ có 1 xy lanh thực hiện một nhiệm vụ duy nhất

nên em xin phép sẽ không trình bày thêm.

4.2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển điện

Như đã trình bày ở phần thiết kế cơ khí, ngoài các xy lanh khí nén thì em còn sử

dụng các phần tử điện khác như DC servo, RC Servo, các công tắc hành tình và

ngoài ra để có thể dễ dàng điều khiển xy lanh khí nén thì em còn sử dụng thêm các

van solenoid điện từ.

Với DC servo, đầu tiên xét đến mâm xoay, yêu cầu của mâm xoay là khi xoay chạm

đến công tắc hành trình đặt ở mỗi trạm thì dừng lại một thời gian T (giây) rồi sau đó

tiếp tục xoay quá trình này lặp đi lặp lại cho tới khi hết khuôn làm bánh có mặt trên

khay thì dừng lại. Với yêu cầu đã đặt ra ở trên, kết hợp với mục tiêu đã đặt ra ở phần

trên là cứ 30 giây sẽ cho ra lò 1 phần bánh. Sau khi tính toán trên lí thuyết em quyết

định thiết kế điều khiển cho trạm mâm xoay như sau: Khi có tín hiệu từ bảng điều

khiển của hệ thống, mâm xoay sẽ xoay cho đến khi chạm công tắc hành trình tại mỗi

32

trạm bất kì thì dừng lại, thời gian dừng lại đúng bằng sản lượng (theo cái) trừ cho

thời gian chuyển động của mâm xoay kể từ khi hoạt động đến khi chạm công tắc

hành trình đặt ở mỗi trạm. Ở đây để dễ dàng thiết kế điều khiển em chọn thời gian

chờ mỗi trạm là 28 giây và thời gian xoay sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ

(thời gian này sẽ được hiệu chỉnh ở các bước thực nghiệm sau này).

Với động cơ ở khâu cấp bột: yêu cầu là cung cấp moment xoắn làm xoay trục quay

đánh tơi bột và đẩy bột về hai phía. Về phần đánh tơi bột và đẩy bột về hai phía của

mỗi hộp đã được giải quyết trong khâu thiết kế cơ khí ở trên nên em sẽ không đề cập

ở đây. Do bột ở dạng lỏng sánh nên tại khâu sẽ không cần một động cơ với công

suất quá lớn, thế nên em sẽ tiếp tục sử dụng động cơ giống với động cơ có ở mâm

xoay. Bột làm bánh là bột đã được nấu cho sánh từ trước đó và lại được pha thêm

bột năng nên nếu để lâu ngoài môi trường mà không có tác động bột sẽ khô lại gây

khó khăn cho việc hoạt động của máy do đó khi thiết kế chúng em quyết định sẽ cho

động cơ ở khâu cấp bột sẽ được quay từ khi có tín hiệu bắt đầu cho tới khi tín hiệu

kết thúc được đặt.

Với động cơ ở khâu cấp nhân: yêu cầu cũng tương tự như ở khâu cấp bột. Do đó em

cũng chọn động cơ tương tự và cũng cho động cơ quay từ khi có tín hiệu bắt đầu cho

tới khi tín hiệu kết thúc được đặt.

4.3 Các thiết bị điện sử dụng trong hệ thống

4.3.1 PLC MISUBISHI FX2N – 80MR.

33

Tốc độ xử lý:

 Basic instructions: 0.08μs.

 Applied instructions: 1.52 to several 100μs.

Bộ nhớ chương trình: 8k step RAM – build into the unit.

Ngõ vào: 40

 Ngõ vào DC Sink/Source (0V / 24VDC).

 Điện áp hoạt động: 24VDC +/- 20%.

 Thiết kế cách ly: giữa ngõ vào và nguồn cấp PLC.

Ngõ ra: 40

 Relay, 2A 250VAC / 30VDC trên mỗi điểm. Tổng tải mỗi COM tối đa 8A.

Cổng giao tiếp

 Cổng tròn 8 chân RS – 422 , download/Upload chương trình hoặc kết nối

với HMI.

Nguồn cấp: 85-264VAC 50/60Hz.

Nguồn ra phụ 24VDC: max 250mA.

Khả năng mở rộng I/O: max 248 inpút X0-X367, max 248 output Y0-Y367.

Chức năng thời gian thực: theo ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây và theo tuần.

Hỗ trợ xử lý hàm số thực: 32 bits .

Hỗ trợ mạnh tính toán: Sử dụng vi xử lý 32bit, Floating Point (số thực), Square Root

and Trigonometric Instruction for situations requiring high function mathematics

(Giải nghiệm căn bậc hai và các hàm lượng giác cho các tình huống đòi hỏi tính toán

toán học bậc cao).

Hỗ trợ hàm PID và hàm điều khiển nhiệt của module FX2N - 2LC.

34

Timers (T): 100msec (200 points); 10msec (points); 1msec retentive (4 points);

100msec retentive (6 points).

Counters (C): 100 bộ đếm 16-bit, 100 bộ chốt 16-bit, 35 bộ đếm 320bit và 15 bộ

chốt 32bit

High speed counters (HSC):

 1 phase:

o 60kHz/Hardware High Speed Counters (C235/C236/C246).

o 10kHz/ Software High Speed Counters (C237 đến C245, C247 đến

C250).

 2 phase:

o 30kHz/Hardware High Speed Counters (C251).

o 5kHz/Software High Speed Counters (C252 đến 255).

4.3.2. Arduino Mega

Vi điều khiển chính: ATmega2560

IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.

Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC

Số chân Digital I/O: 54 (trong đó có 15 chân có khả năng xuất xung PƯN

Số chân Analog Input: 16.

Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA.

Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA.

Flash Memory: 256KB trong đó có 8KB sử dụng cho bootloader.

SRAM: 8KB.

EEPROM: 4KB.

35

Clock Speed:16 MHz.

LED_BUILDIN: 13.

Kích thước 101.52 x 53.3 mm.

4.3.3. Van Solenoid 5 cửa 2 vị trí Airtac.

Van điện từ khí nén AIRTAC 4V120-06 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí

và 2 đầu coil điện, loại này được kích hoạt và điều khiển bằng điện, thường được

dùng để điều khiển xi lanh khí nén.

Thông số kỹ thuật:

 Kích thước cổng: ren 9,6 (1/8”).

 Kích thước cổng xả ren: ren 9,6 (1/8”).

 Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 MPa.

 Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí.

 Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC.

4.4 Giải thuật điều khiển và chương trình điều khiển PLC.

4.4.1 Chương trình điều khiển PLC

36

37

Hình 4.3.2.1: Code điều khiển và gắp lá

38

Giải thích code

Input

X000 : Start

X001: Stop

X016: Reset

X002: Tín hiệu đầu vào trạm lá

X010: CTHT s1

X011: CTHT s2

X012: CTHT s3

X014: CTHT s5

X015: CTHT s6

Output

Y001: Solenoid 1

Y002: Solenoid 2

Y003: Solenoid 3

Y004: Solenoid 4

Y005: Solenoid 5

Y006: Solenoid 6

39

Hình 4.3.2.1: Code bột

Giải thích code

Input

X003: Tín hiệu đầu vào trạm bột

Output

Y007: Solenoid 7

Y010: Solenoid 8

Y011: Solenoid 9

Y012: Solenoid 10

40

Hình 4.3.2.1: Code dập bột

Giải thích code

Input

X004: Tín hiệu đầu vào trạm dập bột

Output

Y013: Solenoid 11

Y014: Solenoid 12

41

Hình 4.3.2.1: Code cấp nhân và cấp bột

Giải thích code

Input

X005: Tín hiệu đầu vào trạm cấp nhân

42

X006: Tín hiệu đầu vào trạm cấp bột

Output

Y015: Nguồn cho adruino

Y016: Solenoid 11

Y017: Solenoid 12

Y020: Solenoid 13

Y021: Solenoid 14

43

44

Hình 4.3.2.1: Code cấp nhân và cấp bột

Giải thích code

Input

X007: Tín hiệu đầu vào trạm gấp lá

Output

Y022: Solenoid 15

Y023: Solenoid 16

Y024: Solenoid 20

Y025: Solenoid 21

Y027: Solenoid 22

Y036: Solenoid 23

Y037: Nguồn adruino

45

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo và thử nghiệm cho máy làm bánh giò

tự động. Trong chương 5 này sẽ trình bày về một số kết quả về mô hình cơ khí cũng

như những sai sót và chỉnh sửa cần thiết để hoàn thiện hệ thống.

5.1 Xây dựng mô hình

Trước khi tiến hành chế tạo mô hình thực nghiệm, em có sử dụng phần mềm để có

thể mô hình hóa máy làm bánh giò tự động được trình bày ở hình 5.1 dưới đây. Và

mô hình thực nghiệm được trình bày ở hình 5.2. Ngoài ra các thông số hệ thống máy

cũng được trình bày cụ thể ở bảng 5.1.

Hình 5.1 Mô hình máy làm bánh được thiết kế trên phần mềm.

46

Hình 5.2 Mô hình máy làm bánh trong thực nghiệm.

Ghi chú STT Đặc tính Thông số Số lượng

Kích thước toàn hệ thống 1 1660x1200x940 mm 1

Khối lượng 80 kg 2 1

Khung máy

1 Mặt bàn 1 Vật liệu inox

2 Chiều dài 1400 mm

3 Chiều rộng 1200 mm

4 Chiều dày 5 mm

5 Nhôm định hình 20x20 4 255 mm

6 Nhôm định hình 20x20 6 300 mm

7 Nhôm định hình 20x20 8 320 mm

9 Nhôm định hình 20x20 2 400 mm

10 Nhôm định hình 20x20 2 520 mm

47

11 Nhôm định hình 20x20 4 670 mm

12 Nhôm định hình 20x20 2 1160 mm

Mâm xoay

Vật liệu 1 1 Mica

Kích thước 3 R300 mm

Độ dày 4 5mm

Trục mâm xoay Phi 20 * 255mm 5 1

Trạm gắp lá

Nhôm định hình 20x20 1 3 460 mm

Nhôm định hình 20x20 2 1 408 mm

Nhôm định hình 20x20 3 2 100 mm

Nhôm định hình 20x20 4 1 338 mm

Nhôm định hình 20x20 5 2 52 mm

Nhôm định hình 20x20 6 2 67 mm

Nhôm định hình 20x20 7 2 72 mm

Nhôm định hình 20x20 8 4 103.5 mm

Nhôm định hình 20x20 9 2 54 mm

Xy lanh 10 1 20x125 mm

Xy lanh 11 1 20x75 mm

Xy lanh trượt 11 1

Pát cố định xy lanh 12 2

13 4 Van hút chân không M12

Trạm cấp bột

Van 3 ngã 1 2

Khay chứa bột 2 2

Xy lanh 3 4 20x125 mm

Ống hút 4 2 D31*100mm

Ống nước 5 2 Phi 32*40mm

48

Trục đánh bột 6 2

Nhôm định hình 20x20 7 2 1660 mm

Nhôm định hình 20x20 8 8 200 mm

Nhôm định hình 20x20 9 4 70 mm

Nhôm định hình 20x20 10 4 80 mm

Nhôm định hình 20x20 11 4 67 mm

Nhôm định hình 20x20 12 8 90 mm

Nhôm định hình 20x20 13 4 110 mm

Nhôm định hình 20x20 14 2 88 mm

Pát cố định xy lanh 15 8

Pát cố đinh ống hút 16 2

Trạm tạo phễu

Xy lanh 1 1 20x125mm

Nhôm định hình 20x20 2 1 470 mm Lớn nhất

Nhôm định hình 20x20 3 2 100 mm

Nhôm định hình 20x20 4 1 873 mm

Trạm cấp nhân

Nhôm định hình 20x20 1 2 620 mm

Nhôm định hình 20x20 2 2 180 mm Lớn nhất

Nhôm định hình 20x20 3 2 132 mm

Nhôm định hình 20x20 4 2 165 mm

Nhôm định hình 20x20 5 2 310 mm

Nhôm định hình 20x20 6 2 60 mm

Hộp đựng nhân 7 1

Phần quay nhân 8 1

RC Servo 966R 9 1

Trục quay nhân 10 1

Động cơ DC Servo 11 1

49

Trạm gấp lá

Nhôm định hình 20x20 1 1 470 mm

Nhôm định hình 20x20 2 1 90 mm Lớn nhất

Nhôm định hình 20x20 3 1 100

Xy lanh quay 4 1

RC Servo 966R 5 3

Khung chứa khuôn 6 1

Chi tiết gấp lá 7 3

Bộ điều khiển

1 1 PLC Misubishi FX2N – 80MR

Arduino ATmega 2 1

Arduino Nano 3 1 100

Nguồn tổ ong 4 1 24V – 5A

5 Van solenoid 5/2 12 AIRTAC 4V120-06

Bảng 5.1 Thông số của hệ thống máy bánh giò

5.2 Hệ thống cơ khí

Qua quá trình mô phỏng và thực nghiệm thì phần thiết kế cơ khí hầu như không có

lỗi về thiết kế nhưng do giới hạn về kinh phí và công nghệ chế tạo nên máy vẫn phải

sử dụng các chi tiết làm bằng mica và nhựa in 3D. Nên trong quá trình thực nghiệm

thường có hiện tượng gãy giữa các mối và các lớp in của chi tiết in 3D. Tuy nhiên

đây là nhược điểm hoàn toàn có thể khắc phục được ở sau này.

5.3 Hệ thống điện – điều khiển.

Qua quá trình thực nghiệm, kết quả thu được hệ thống điều khiển hoàn thành đầy

đủ chức năng và yêu cầu đã đạt ra. Tuy có một vài sai số do giới hạn về mặt cơ khí

như: Kẹt các công tắc hành trình, vvv… Tuy nhiên nhìn chung hệ thống làm việc

ổn định.

50

5.4 Đánh giá tổng quan.

Về năng suất máy, sau khi thực nghiệm bấm giờ thời gian hoạt động của máy thì

kể từ khi bắt đầu đến khi kết thúc lấy bánh ra hết 192 giây chênh lệch 12 giây so

với mục tiêu ban đầu đề ra là 30giây/ bánh (thực tế 32 giây/bánh)

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

Nhóm chúng em đã có thể tạo ra được một hệ thống làm bánh giò tự động giải quyết

được vấn đề nhân công trong sản xuất cũng như để đảm bảo vấn đề an toàn vệ sinh

thực phẩm. Máy làm bánh giò tự động thực hiện đầy đủ các bước khi làm bánh giò

thủ công. Phần thiết kế cơ khí hầu như không có lỗi về thiết kế nhưng do giới hạn

về kinh phí và công nghệ chế tạo nên máy vẫn phải sử dụng các chi tiết làm bằng

mica và nhựa in 3D. Hệ thống điều khiển hoàn thành đầy đủ chức năng và yêu cầu

đã đạt ra.

51

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]https://www.youtube.com/watch?v=leIm-OLXQ7Q -- Dây chuyền sản xuất bánh ngọt

[2] https://patents.google.com/patent/US4160634A/en mô hình máy làm bánh bao đầu tiên

[3] http://hanoi.vietnamplus.vn/Home/Banh-day-banh-gio/200912/704.vnplus tản mạn về

lá chuối gói bánh

[4] https://monngonhomnay.com/cach-lam-banh-gio-goi-la-chuoi-thom-ngon/

52