Mục tiêu nghiên cứu
Mục đích của đề tài này là chế tạo máy bán bánh mì tự động nhằm phục vụ nhu cầu tiêu thụ thức ăn nhanh của người Việt Nam Nhóm thực hiện dự án mong muốn tích lũy kinh nghiệm qua việc áp dụng kiến thức đã học để thiết kế và chế tạo sản phẩm thực tế với tính ứng dụng cao Các mục tiêu chính bao gồm: nghiên cứu và thiết kế kết cấu máy, hệ thống lưu trữ bánh mì với sức chứa 120 ổ, cơ cấu làm nóng bánh mì, cơ cấu đẩy đóng gói bánh mì, và hệ thống cấp gia vị đi kèm.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nhóm thực hiện đã chọn “Máy bán bánh mì tự động” làm đối tượng nghiên cứu, tập trung vào các vấn đề chính như: cơ cấu dự trữ bánh mì, cơ cấu làm nóng bánh mì, cơ cấu đẩy bánh mì từ cụm làm nóng ra cụm đóng gói, cơ cấu đóng gói và cơ cấu cung cấp gia vị đi kèm.
Giới thiệu về máy
Đề tài thiết kế và chế tạo máy bán bánh mì tự động nhằm đảm bảo chất lượng ổ bánh mì sạch và đủ dinh dưỡng Nhóm thực hiện đã nghiên cứu quy trình chế biến bánh mì và khảo sát các máy bán đồ ăn nhanh hiện có để phát triển một sản phẩm cải tiến, tối ưu hơn với giá thành hợp lý hơn.
1.5 Quy trình bán mô ̣t ổ bánh mì theo kiểu truyền thống:
Hình 1.5.Sơ đồ quy trình chế biến ổ bánh mì thủ công.
- Bánh mì được dự trữ sẵn trong các rổ , cần xé, Đôi khi đươ ̣c phủ mô ̣t lớp vải nhằm giữ nhiê ̣t và chống bu ̣i cho bánh mì
- Các loại nhân : thịt, pa tê , dưa leo , đồ chua ,… đươ ̣c trưng bày trong các tủ kính
Khi tiếp nhận đơn hàng từ khách, nhân viên bán bánh mì sẽ sử dụng dao để cắt đôi ổ bánh mì, sau đó cho nhân vào theo yêu cầu của khách hàng.
- Giao bánh mì cho khách và nhâ ̣n tiền (trả lại tiền thừa nếu có)
1.6 Quy trình bán mô ̣t ổ bánh mì b ằng máy mà nhóm đề xuất thiết kế và chế tạo:
Máy do nhóm thiết kế sẽ có khả năng bảo quản bánh mì ở nhiệt độ thấp, giúp ngăn ngừa hư hỏng và ôi thiu Bánh mì được cung cấp kèm theo nhân thịt và rau dưa.
Máy có khả năng làm nóng lại bánh mì sau khi bảo quản ở nhiệt độ lạnh, giúp bánh mì trở nên nóng giòn và ngon miệng Sau đó, máy có thể đóng gói bánh mì và giao đến tay khách hàng.
Khách hàng yêu cầu bánh
Lấy bánh mì, xẻ đôi bánh
Cho nhân theo yêu cầu Đóng gói, giao bánh, nhận tiền
Hình 1.6.Sơ đồ quy trình cho ra một ổ bánh mì của máy bán bánh mi tự động
1.7 Các nghiên cứu liên quan tới đề tài:
Hiện tại, chưa có máy bán bánh mì tự động nào do người nước ngoài chế tạo, vì bánh mì kẹp là món ăn đặc trưng của Việt Nam Hầu hết các máy trên thị trường là máy bán bánh mì sandwich, bánh mì lon, bánh mì ngọt hoặc các loại bánh mì Baguette kiểu Pháp, chủ yếu do Nhật Bản sản xuất Những máy này đã được công bố rộng rãi, cấp bằng sáng chế và đảm bảo chất lượng an toàn Các máy do Nhật Bản sáng chế đều chuẩn bị và dự trữ thực phẩm sẵn sàng cho khách hàng khi cần sử dụng.
Hình 1.7 Máy bán bánh mì lon (trái) và bánh mì ngọt (phải) của Nhật
Nhận tiền và yêu cầu từ khách
Bánh được lấy ra từ tủ trữ
Làm nóng Đóng gói, giao bánh.
Hình 1.7.Máy bán bánh mì sandwich của Nhật Bản
Mặc dù việc mua hàng qua máy bán hàng tự động đang ngày càng phổ biến, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế như chức năng trả lại tiền thừa chưa được áp dụng rộng rãi và việc bảo quản thực phẩm chưa được chú trọng Hiện tại, hầu hết các máy bán hàng trên thị trường Việt Nam chủ yếu là máy bán nước tự động Đặc biệt, máy bán bánh mì kẹp kiểu Việt Nam tự động vẫn chưa xuất hiện trên thị trường Do đó, nhóm nghiên cứu đã quyết định thiết kế và chế tạo máy bán bánh mì tự động đầu tiên tại Việt Nam, nhằm đáp ứng nhu cầu này.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Máy bán bánh mì tự động được thiết kế đặc biệt để phục vụ nhu cầu của doanh nghiệp tại các khu vực như sân bay, nhà ga, bến xe và trạm dừng chân, mang lại sự tiện lợi cho thực khách mà không cần nhân viên phục vụ Để đảm bảo bánh mì luôn tươi ngon và nóng giòn khi đến tay khách hàng, nhóm thiết kế đã phát triển ý tưởng cho máy với hai bộ phận chính.
- Không gian giữ trữ bánh mì bao gồm: 4 loại bánh mì đã chứa sẵn nhân
- Không gian chế biến: Làm nóng lại bánh mì, đóng gói và cấp gia vi ̣
2.1 Tính toán thiết kế cụm dự trữ bánh mì:
2.1.1 Chọn hình dạng cơ cấu trƣ̃ bánh mì:
Cơ cấu cần thiết phải đảm bảo rằng khi có tín hiệu mua hàng, chỉ một ổ bánh mì được cấp Về mặt kỹ thuật, cơ cấu này cần phải đơn giản, dễ điều khiển và có giá thành hợp lý Nhóm đã đề xuất hai phương án khác nhau để thực hiện yêu cầu này.
+ Phương án 1: Xếp sản phẩm lên băng chuyền , băng chuyền sẽ đẩy lần lươ ̣t từng ổ bánh mì ra ngoài
Hình 2.1 Phương án sử dụng băng chuyền
+ Dễ đặt bánh mì vào vị trí
+ Hoạt động ổn định
+ Khả năng đạt độ chính xác gia công cao
+ Do bánh mì là thực phẩm nên băng chuyền phải sử dụng chất liệu polyurethane Chất liệu này rất đắt tiền
Băng chuyền cần có cấu trúc tăng đai, điều này làm cho thiết kế trở nên phức tạp hơn, gia tăng khối lượng và chiếm nhiều diện tích Ngoài ra, việc bảo trì và vệ sinh cũng gặp nhiều khó khăn do đặc điểm này.
Băng chuyền Hướng ra của bánh mì
+ Phương án 2: Để bánh mì theo phương ngang , dùng cơ c ấu lò xo xoắn để tách từng ổ bánh ra ngoài
Hình 2.1 Phương án sử dụng lò xo
+ Giá thành chế tạo rẻ
+ Cấu tạo đơn giản, dễ dàng vệ sinh
+ Sai số gia công của lò xo cao, độ dài các bước lò xo sau gia công sai lệch khoảng 7% so với thiết kế
Sau khi phân tích, nhóm đã quyết định triển khai phương án 2 do có kết cấu đơn giản, dễ bảo trì và tiết kiệm chi phí hơn phương án 1 Thiết kế cơ khí dạng lò xo để chứa bánh mì là một giải pháp phổ biến trong các máy bán hàng tự động Lò xo này có 10 bậc, tương ứng với khả năng chứa 10 ổ bánh mì, được chế tạo từ inox 304 với đường kính mỗi vòng lò xo là 80mm và độ dài 660mm Cuối lò xo được hàn nối trục bằng inox 304 để truyền động từ trục động cơ đến lò xo Với thiết kế này, khi lò xo xoay, bánh mì sẽ được đẩy dần về phía cuối của lò xo.
Hướng ra của bánh mì
Hình 2.1 Thiết kế 3D củ a mô ̣t tầng trữ bánh mì
Khung dự trữ bánh mì được thiết kế với 4 tầng, mỗi tầng tương ứng với 4 loại nhân khác nhau Mỗi tầng bao gồm 3 lò xo, và mỗi lò xo có khả năng chứa 10 ổ bánh mì, tổng sức chứa của toàn bộ khung lên đến 120 ổ bánh mì Các tầng được gắn vào khung thông qua ray trượt, giúp cho việc trượt các tầng chứa ra ngoài trở nên dễ dàng, thuận tiện cho việc nạp bánh mì vào máy.
Hình2.1 Bản thiết kế khung dự trữ bánh mì
Khi chọn động cơ truyền động cho lò xo, nhóm đã quyết định sử dụng phương thức truyền động trực tiếp từ trục động cơ đến lò xo thông qua nối trục Phương án này giúp đơn giản hóa kết cấu, thuận tiện cho việc lắp đặt và bảo trì Nối trục được chế tạo bằng inox 304, với một đầu gắn vào trục động cơ bằng lục giác chìm, trong khi đầu còn lại được hàn trực tiếp vào lò xo bằng phương pháp hàn TIG.
Hình 2.1.Bản vẽ thiết kế nối tru ̣c đô ̣ng cơ – lò xo c Chọn động cơ
Hình 2.1.Sơ đồ sắp xếp và hướng chuyển động của bánh mì
Nguyên lý hoạt động của lò xo trong thiết kế dựa trên quy tắc "nắm tay phải", với bốn ngón tay hướng theo chiều quay của lò xo và ngón cái chỉ ra ngoài, tượng trưng cho hướng của bánh mì Mỗi lò xo có khả năng chứa tối đa 10 ổ bánh mì, do đó, cần lựa chọn động cơ có công suất đủ lớn để vượt qua lực ma sát của 10 ổ bánh mì Nguyên lý hoạt động của cơ cấu lò xo này tương tự như các nguyên lý hoạt động khác trong cơ khí.
Hướng ra của bánh mì Chiều quay của lò xo
F t của bộ truyền trục vít - bánh vít nên có thể áp dụng các công thức tính của bộ truyền trục vít nhằm chọn được động cơ cần thiết
Hình 2.1 Lực dọc trục tác dụng lên một vòng của lò xo
Lực dọc trục F a cũng chính là lực ma sát trượt của 10 ổ bánh mì với thanh đỡ:
Khối lượng bánh mì: m bm = 0,17 kg
Hệ số ma sát trượt của bánh mì với máng trượt, tạm lấy μ= 0,6 bằng với hệ số ma sát của gỗ với bề mặt kim loại sạch
T= F a r = 3,6.0.04 = 0,144 Nm Trong đó: Đường kính lò xo: r = 40mm = 0,04m Công suất cần thiết của động cơ theo [4]:
Chúng tôi đã chọn động cơ DC 24V DCM-37246800-90K với công suất 3,17W và momen xoắn lớn, kết hợp với hộp giảm tốc và tỷ số truyền cao, nhằm tăng khả năng tải và giảm tốc độ quay để dễ dàng điều khiển và kiểm soát Quyết định này được đưa ra dựa trên tính toán và kiểm nghiệm thực tế.
0,78Nm, tốc độ quay 66 vòng/phút
2.1.3 Thiết kế cụm cơ cấu đón bánh mì ở từng tầng:
Bánh mì được lưu trữ ở các tầng cao khác nhau, vì vậy cần có cơ cấu để đón bánh mì ở từng tầng và đẩy bánh ra khỏi tủ Quá trình này diễn ra qua một cửa phụ nhỏ bên hông tủ lạnh Cụm cơ cấu này bao gồm cơ cấu nâng hạ để tiếp cận từng tầng và cơ cấu đẩy bánh mì ra khỏi tủ lạnh.
Các nghiên cứu liên quan tới đề tài
Nước ngoài
Hiện tại, chưa có máy bán bánh mì tự động nào do người nước ngoài chế tạo, bởi vì bánh mì kẹp là món ăn đặc trưng của Việt Nam Hầu hết các máy hiện có trên thị trường đều bán bánh mì sandwich, bánh mì lon, bánh mì ngọt hoặc các loại bánh mì Baguette kiểu Pháp Các máy này chủ yếu được sản xuất tại Nhật Bản, đã được cấp bằng sáng chế và kiểm tra chất lượng đảm bảo an toàn Những máy do Nhật Bản sáng chế đều chuẩn bị sẵn đồ ăn và dự trữ cho đến khi có khách hàng sử dụng.
Hình 1.7 Máy bán bánh mì lon (trái) và bánh mì ngọt (phải) của Nhật
Nhận tiền và yêu cầu từ khách
Bánh được lấy ra từ tủ trữ
Làm nóng Đóng gói, giao bánh.
Hình 1.7.Máy bán bánh mì sandwich của Nhật Bản.
Trong nước
Mua hàng qua máy bán hàng tự động tại Việt Nam còn gặp nhiều hạn chế, đặc biệt là chức năng trả lại tiền thừa chưa phổ biến và việc bảo quản thực phẩm chưa được chú trọng Hiện nay, hầu hết các máy bán hàng tự động trên thị trường chủ yếu là máy bán nước Đáng chú ý, máy bán bánh mì kẹp kiểu Việt Nam tự động vẫn chưa có mặt trên thị trường Vì vậy, nhóm nghiên cứu quyết định thiết kế và chế tạo máy bán bánh mì tự động đầu tiên tại Việt Nam.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Máy bán bánh mì tự động được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp tại các khu vực như sân bay, nhà ga, bến xe và trạm dừng chân, tạo thuận lợi cho việc ăn nhanh mà không cần nhân viên phục vụ Để đảm bảo bánh mì luôn tươi ngon và nóng giòn khi đến tay khách hàng, nhóm đã phát triển ý tưởng sơ bộ cho máy, bao gồm hai bộ phận chính.
- Không gian giữ trữ bánh mì bao gồm: 4 loại bánh mì đã chứa sẵn nhân
- Không gian chế biến: Làm nóng lại bánh mì, đóng gói và cấp gia vi ̣
2.1 Tính toán thiết kế cụm dự trữ bánh mì:
2.1.1 Chọn hình dạng cơ cấu trƣ̃ bánh mì:
Cơ cấu cần thiết phải đáp ứng yêu cầu rằng khi có tín hiệu mua hàng, chỉ một ổ bánh mì sẽ được cấp phát Về kỹ thuật, cơ cấu này cần phải đơn giản, dễ dàng điều khiển và có giá thành hợp lý Nhóm đã đề xuất hai phương án khả thi cho vấn đề này.
+ Phương án 1: Xếp sản phẩm lên băng chuyền , băng chuyền sẽ đẩy lần lươ ̣t từng ổ bánh mì ra ngoài
Hình 2.1 Phương án sử dụng băng chuyền
+ Dễ đặt bánh mì vào vị trí
+ Hoạt động ổn định
+ Khả năng đạt độ chính xác gia công cao
+ Do bánh mì là thực phẩm nên băng chuyền phải sử dụng chất liệu polyurethane Chất liệu này rất đắt tiền
Băng chuyền thường yêu cầu cấu trúc tăng đai, điều này không chỉ làm phức tạp thiết kế mà còn gia tăng khối lượng và chiếm nhiều diện tích Hơn nữa, cấu trúc này còn gây khó khăn trong việc bảo trì và vệ sinh, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Băng chuyền Hướng ra của bánh mì
+ Phương án 2: Để bánh mì theo phương ngang , dùng cơ c ấu lò xo xoắn để tách từng ổ bánh ra ngoài
Hình 2.1 Phương án sử dụng lò xo
+ Giá thành chế tạo rẻ
+ Cấu tạo đơn giản, dễ dàng vệ sinh
+ Sai số gia công của lò xo cao, độ dài các bước lò xo sau gia công sai lệch khoảng 7% so với thiết kế
Sau khi phân tích, nhóm đã quyết định chọn phương án 2 vì tính đơn giản, dễ bảo trì và tiết kiệm chi phí hơn so với phương án 1 Thiết kế cơ khí dạng lò xo để lưu trữ bánh mì là một giải pháp phổ biến trong các máy bán hàng tự động Lò xo có 10 bước, tương ứng với khả năng lưu trữ 10 ổ bánh mì, được chế tạo từ inox 304 với đường kính mỗi vòng lò xo là 80mm và độ dài là 660mm Cuối lò xo được hàn nối trục bằng inox 304 để truyền động từ trục động cơ đến lò xo Với thiết kế này, khi lò xo xoay, bánh mì sẽ được đẩy dần về phía cuối của lò xo.
Hướng ra của bánh mì
Hình 2.1 Thiết kế 3D củ a mô ̣t tầng trữ bánh mì
Khung dự trữ bánh mì được thiết kế với 4 tầng, mỗi tầng tương ứng với một loại nhân và có 3 lò xo, mỗi lò xo chứa 10 ổ bánh mì, tổng sức chứa lên đến 120 ổ bánh mì Các tầng được gắn vào khung thông qua ray trượt, giúp việc trượt các tầng chứa ra ngoài trở nên dễ dàng, thuận tiện cho việc nạp bánh mì vào máy.
Hình2.1 Bản thiết kế khung dự trữ bánh mì
2.1.2 Chọn động cơ truyền động cho lò xo: a Chọn phương thức truyền động cho lò xo: Để đơn giản hóa kết cấu , nhằm thuâ ̣n tiê ̣n cho viê ̣c lắp đă ̣t và bảo trì , nhóm chọn phương án truyền động trực tiếp từ trục động cơ đến lò xo thông qua nối trục.Nối tru ̣c được chế ta ̣o bằng inox 304, mô ̣t đầu gắn vào tru ̣c đô ̣ng cơ bằng lục giác chìm, đầu còn la ̣i hàn trực tiếp vào lò xo bằng phương pháp hàn TIG
Hình 2.1.Bản vẽ thiết kế nối tru ̣c đô ̣ng cơ – lò xo c Chọn động cơ
Hình 2.1.Sơ đồ sắp xếp và hướng chuyển động của bánh mì
Nguyên lý hoạt động của lò xo dựa trên quy tắc “nắm tay phải”, trong đó bốn ngón tay hướng theo chiều quay của lò xo và ngón cái chỉ ra ngoài bánh mì Mỗi lò xo có khả năng chứa tối đa 10 ổ bánh mì, do đó cần chọn động cơ có công suất đủ lớn để vượt qua lực ma sát của 10 ổ bánh mì Nguyên lý này tương tự với nguyên lý hoạt động của các cơ cấu lò xo khác.
Hướng ra của bánh mì Chiều quay của lò xo
F t của bộ truyền trục vít - bánh vít nên có thể áp dụng các công thức tính của bộ truyền trục vít nhằm chọn được động cơ cần thiết
Hình 2.1 Lực dọc trục tác dụng lên một vòng của lò xo
Lực dọc trục F a cũng chính là lực ma sát trượt của 10 ổ bánh mì với thanh đỡ:
Khối lượng bánh mì: m bm = 0,17 kg
Hệ số ma sát trượt của bánh mì với máng trượt, tạm lấy μ= 0,6 bằng với hệ số ma sát của gỗ với bề mặt kim loại sạch
T= F a r = 3,6.0.04 = 0,144 Nm Trong đó: Đường kính lò xo: r = 40mm = 0,04m Công suất cần thiết của động cơ theo [4]:
Chúng tôi đã chọn động cơ DC 24V DCM-37246800-90K với công suất 3,17W và mô men xoắn cao, kết hợp với hộp giảm tốc và tỷ số truyền lớn để nâng cao khả năng tải và điều khiển tốc độ quay chậm một cách dễ dàng Quyết định này dựa trên các tính toán và kiểm nghiệm thực tế.
0,78Nm, tốc độ quay 66 vòng/phút
2.1.3 Thiết kế cụm cơ cấu đón bánh mì ở từng tầng:
Bánh mì được lưu trữ ở các tầng khác nhau, vì vậy cần có cơ cấu để tiếp cận và lấy bánh mì từ từng tầng Cơ cấu này bao gồm một hệ thống nâng hạ để đến từng tầng và một cơ cấu đẩy để đưa bánh mì ra khỏi tủ lạnh thông qua một cửa phụ nhỏ bên hông Việc chọn cơ cấu đón bánh mì là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình lấy bánh mì từ tủ lạnh.
Cơ cấu nâng hạ cần biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến lên xuống, có khả năng tải cơ cấu đẩy bánh mì ra khỏi tủ lạnh Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, nhóm đã thiết kế cơ cấu nâng hạ truyền động bằng dây đai Việc chọn hệ truyền động đai giúp tránh bôi trơn dầu mỡ và giảm thiểu tiếng ồn so với bộ truyền xích hay bánh răng.
Hình 2.1 Bản thiết kế cơ cấu nâng hạ truyền động đai b Chọn dây đai, bánh đai:
Truyền động đai răng kết hợp ưu điểm của bộ truyền xích và truyền động đai, bao gồm khả năng chịu tải trọng lớn, độ chính xác góc quay cao, vận tốc lớn và không cần bảo dưỡng Những lợi ích này đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho cơ cấu nâng hạ, vì vậy nhóm đã quyết định chọn truyền động bằng đai răng Hiện nay, trên thị trường có hai loại dây đai răng: dây đai răng hình thang làm từ chất dẻo Polyurethan với lõi chịu kéo là các sợi thép xoắn, và dây đai răng chế tạo từ cao su Neoprene với lõi chịu kéo là các sợi thủy tinh.
Bảng 2.1.Tính chất các loại dây đai theo [2]
Bảng 2.1 Lựa cho ̣n bước răng theo [2]
Theo khảo sát thị trường và bản vẽ, nhóm đã quyết định chọn đai răng XL chế tạo từ Polyurethan với lõi chịu kéo là các sợi thép xoắn, có bước răng 5.08 mm và bề rộng đai 10 mm.
Hình 2.1.Biên da ̣ng đai răng XL
Bánh đai răng đươ ̣c chế ta ̣o từ nhôm , gồm 10 răng, chiều rô ̣ng 11 mm, đường kính lỗ lắp trục: 6mm
Để giảm ma sát và tăng tính ổn định cho cơ cấu kéo bánh xe bàn trượt, nhóm đã quyết định sử dụng bánh xe V-slot và nhôm thanh định hình Bốn bánh xe được lắp vào tấm inox để tạo thành bàn trượt, trong khi thanh nhôm định hình được sử dụng làm ray trượt Việc chọn công suất động cơ cũng là một yếu tố quan trọng trong thiết kế này.
Hình 2.1.Sơ đồ lực tác dụng lên bánh đai
Khối lượng cơ cấu nâng hạ khoảng 5 kg Tuy nhiên, do có hai động cơ được bố trí ở hai bên, mỗi động cơ sẽ phải tải một khối lượng là m1 = m.
2= 2,5 kg Lực tác dụng lên mỗi nhánh dây đai:
Công suất cần thiết của động cơ :
9,55 ≈ 1,31 W Từ những yêu cầu trên , ta cho ̣n được đô ̣ng cơ DCM-37246800-90Kcó công suất 3,17 W, momen xoắn 0,78 Nm, tốc độ quay 66 vòng/phút
![Bảng 2.1. Lư ̣a cho ̣n bước răng theo [2] - Thiết kế và chế tạo máy bán bánh mì tự động thanh toán bằng tiền giấy việt nam đồng](https://media.store123doc.com/figures/006/611/bang-lu-a-n-buo-c-6611551.webp)
