รหัสงานวิจัย ก-2559-1

รายงานการวิจัย

การออกแบบและสร้างเครื่องต้นแบบส าหรับลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมแบบอัตโนมัติ

(Design and Prototyping of Automated Aluminium Can Compressing Machine)

อาจารย์ ดร. ปิยมน พัวพงศกร

ได้รับทุนอุดหนุนการวิจัยจากกองทุนสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสรุนารี เมษายน 2561

รายงานการวิจัย

การออกแบบและสร้างเครื่องต้นแบบส าหรับลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมแบบอัตโนมัติ

(Design and Prototyping of Automated Aluminium Can Compressing Machine)

ผู้วิจัย

หัวหน้าโครงการ อาจารย์ ดร. ปิยมน พัวพงศกร

สาขาวิชาวิศวกรรมการผลิต ส านักวิชาวิศวกรรมศาสตร์

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

ได้รับทุนอุดหนุนการวิจัยจากกองทุนสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสรุนารี เมษายน 2561

บทคัดย่อภาษาไทย ในปัจจุบันกระป๋องอะลูมิเนียมถูกน ามาใช้เป็นบรรจุภัณฑ์ส าหรับเครื่องดื่มประเภทน าอัดลม

จึงก่อให้เกิดขยะประเภทกระป๋องอะลูมิเนียมเป็นจ านวนมาก โดยทั่วไปกระป๋องอะลูมิเนียมจะถูกคัดแยก รวบรวม และขนส่งไปยังโรงงานรับซื อโดยไม่มีการลดขนาดก่อน ดังนั นปัญหาที่พบอย่างหนึ่งคือการขนส่งกระป๋องอะลูมิเนียมจะสามารถท าได้ในจ านวนที่จ ากัด

ดังนั นเพ่ือประหยัดต้นทุนการขนส่งลง ผู้วิจัยจึงท าการออกแบบและสร้างเครื่องต้นแบบส าหรับลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมส าหรับการใช้งานในร้านศูนย์บาท มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี โดยเครื่องอัดกระป๋องต้นแบบในโครงการนี สามารถลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมให้มีความสูงไม่เกิน 30 มิลลิเมตรได้ และสามารถบีบอัดกระป๋องด้วยอัตรา 6 กระป๋องต่อวินาที อัดได้ต่อเนื่องมากกว่า 10 กระป๋อง นอกจากนี เครื่องยังสามารถคัดแยกกระป๋องที่มีความผิดปกติ เช่น กระป๋องโลหะอ่ืนที่ไม่ใช่อะลูมิเนียม และกระป๋องที่อาจมีวัตถุอ่ืนบรรจุอยู่ และหลังท าการบีบอัดกระป๋องเสร็จสิ นแล้วเครื่องจะสามารถพิมพ์ใบยืนยันการรับกระป๋องเพ่ือให้ผู้ใช้สามารถน าไปใช้งานกับร้านศูนย์บาทต่อไป

บทคัดย่อภาษาอังกฤษ Nowadays aluminium alloyed is used to produce beverage containers. As there

is large amount of beverage consumption each day, tons of trash are produced and recycle of can is needed. To recycle cans, large number of cans has to be transported to a recycle plant. Thus, compression of can is needed to reduce volume of the cans to make transportation more convenient and efficient.

In this project, a prototype of automated can crusher was designed and constructed for campus use. The machine can continually compress cans at the rate of 10 cans per minute. Moreover, can containing fluid or solid inside will be detected and rejected from the machine. After compressing can the machine will show and print out the total number of compressed can on a slip.

กิตติกรรมประกาศ ผู้วิจัยขอขอบพระคุณมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารีเป็นอย่างสูง ที่ให้การสนับสนุนเงินทุน

ส าหรับโครงการสิ่งประดิษฐ์ในกองทุนสิ่งแวดล้อม นอกจากนี ผู้วิจัยขอขอบคุณ ห้างหุ้นส่วนจ ากัด ราชสีมาโรงกลึงนายเคี ยง ที่ให้การสนับสนุนด้านการผลิตและประกอบชิ นงาน รวมถึงการช่วยเหลือและให้ค าแนะน าเกี่ยวกับการออกแบบและควบคุมการท างานของเครื่องอัดกระป๋องในโครงการนี เป็นอย่างดีเสมอมา อีกทั งขอขอบคุณนักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษาที่มีส่วนเกี่ยวข้องในการช่วยเหลือด้านต่าง ๆ เพ่ือให้โครงการนี ส าเร็จลุล่วงเป็นอย่างดี หัวหน้าโครงการวิจัย

สารบัญ

หน้า

บทคัดย่อภาษาไทย ...................................................................................................................... ก

บทคัดย่อภาษาอังกฤษ ................................................................................................................. ข

กิตติกรรมประกาศ ....................................................................................................................... ค

สารบัญ ....................................................................................................................................... ง

สารบัญตาราง ............................................................................................................................. ฉ

สารบัญภาพ ................................................................................................................................ ช

บทที่ 1 บทน า .................................................................................................................................. 1

1.1 ความส าคัญและที่มาของปัญหาการวิจัย ........................................................................ 1 1.2 วัตถุประสงค์ของการวิจัย .............................................................................................. 1 1.3 ขอบเขตของการวิจัย ..................................................................................................... 1 1.4 ประโยชน์ที่ได้รับจากการวิจัย ........................................................................................ 2

2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ........................................................................................... 3 2.1 กระป๋องอะลูมิเนียม ...................................................................................................... 3 2.2 กลไกขับเคลื่อนแบบอัตโนมัติ ........................................................................................ 4 2.3 ระบบนิวเมติก ............................................................................................................... 4 2.4 การออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติ .............................................................................. 6

3 วิธีด าเนินการวิจัย ................................................................................................................ 7 3.1 ศึกษาทฤษฎีและข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ................................................................................. 7 3.2 การออกแบบเครื่องลดขนาดกระป๋อง ............................................................................ 8 3.3 การสร้างและทดสอบการใช้งานเครื่องลดขนาดกระป๋อง ............................................... 9

4 ผลการวิจัย ........................................................................................................................ 10 4.1 โครงสร้างและส่วนประกอบของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติ ................................ 10 4.2 หลักการท างานของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติ .................................................. 11 4.3 สมรรถนะของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติ ........................................................... 12

จ

สารบัญ (ต่อ)

บทที่ หน้า 5 สรุปผลการวิจัยและข้อเสนอแนะ....................................................................................... 10

5.1 สรุปผลการวิจัย ........................................................................................................... 10 5.2 ข้อเสนอแนะ ............................................................................................................... 10

บรรณานุกรม ......................................................................................................................... 14 ภาคผนวก .............................................................................................................................. 15 ประวัติผู้วิจัย .......................................................................................................................... 17

สารบัญตาราง ตารางท่ี หน้า

2.1 องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมเกรด 3004 ………………………………………………. 3

2.2 สมบัติเชิงกลของอะลูมิเนียมเกรด 3004 …………………………………………………………… 3 4.1 ผลการทดสอบสมรรถนะของเครื่องทดสอบ .............................................................. 12

สารบัญภาพ

ภาพที่ หน้า 2.1 ผลการทดสอบแรงกดของกระป๋อง 3 ชนิด …………………………………….………………….. 4 2.2 แผนภาพแสดงระบบควบคุมแบบวงเปิด .…………………………………………………………... 6 3.1 แผนภาพแสดงขั นตอนการท าวิจัย .………………………….……………………………………….. 7

3.2 แผนผังแสดงการท างานของเครื่องลดขนาดกระป๋อง .………………………………………….. 9

4.1 เครื่องบีบอัดกระป๋องแบบอัตโนมัติ ………………….……………………………………………….. 10

4.2 กล่องควบคุมและตัวเครื่องด้านข้าง …………….…………………………………………………….. 11

บทที ่ 1 บทน า

1.1 ความส าคัญและที่มาของปัญหาการวิจัย ในปัจจุบันกระป๋องอะลูมิเนียมถูกน ามาใช้เป็นบรรจุภัณฑ์ส าหรับเครื่องดื่มประเภทน าอัดลม

จึงก่อให้เกิดขยะประเภทกระป๋องอะลูมิเนียมเป็นจ านวนมาก และเนื่องจากอะลูมิเนียมเป็นวัสดุที่สามารถน ากลับมารีไซเคิลใหม่ได้ ขยะกระป๋องอะลูมิเนียมจึงจ าเป็นต้องถูกคัดแยกและส่งไปยังโรงงานเพื่อท าการหลอมและน ากลับมาใช้ใหม่

โดยทั่วไปกระป๋องอละมิเนียมจะถูกคัดแยก รวบรวม และขนส่งไปยังโรงงานรับซื อโดยไม่มีการลดขนาดก่อน หรือมีการลดขนาดในบางส่วนด้วยการเหยียบกระป๋อง ดังนั นปัญหาที่พบอย่างหนึ่งคือการขนส่งกระป๋องอะลูมิเนียมจะสามารถท าได้ในจ านวนที่จ ากัด ดังนั นผู้วิจัยจึงเล็งเห็นว่า จากปริมาณของอะลูมิเนียมที่มากนี หากมหาวิทยาลัยมีการคัดแยกและลดขนาดก่อน จะเป็นผลดีในการประหยัดต้นทุนการขนส่งลง นอกจากนี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารียังมีร้านศูนย์บาทที่ถือเป็นศูนย์กลางในการรวบรวมขยะที่จะน าไปรีไซเคิล ดังนั นการลดขนาดของกระป๋องอะลูมิเนียมจะช่วยให้การจัดการขยะประเภทกระป๋องมีความสะดวกมากยิ่งขึ น

ในโครงการนี ผู้วิจัยต้องการจะมุ่งเน้นในการออกแบบและสร้างเครื่องต้นแบบส าหรับลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมส าหรับการใช้งานในร้านศูนย์บาท มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี โดยเครื่องจะมีกลไกที่ใช้ในการบีบอัดกระป๋องอะลูมิเนียมให้มีขนาดเล็กลงเพ่ือให้สะดวกแก่การรวบรวมและขนส่งโดยเครื่องบีบอัดกระป๋องจะถูกควบคุมการท างานด้วยระบบอัตโนมัติที่จะเริ่มการท างานต่อเมื่อมีกระป๋องผ่านเข้าเครื่อง และสามารถค านวณน าหนักรวมของกระป๋องพร้อมแสดงผลเพ่ือน าไปคิดยอดเงินตามหลักการของร้านศูนย์บาทต่อไป

1.2 วัตถุประสงค์ของการวิจัย เพ่ือออกแบบและสร้างเครื่องต้นแบบส าหรับลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมที่ควบคุมด้วย

ระบบอัตโนมัติ และสามารถใช้งานในพื นที่จ ากัดได้

1.3 ขอบเขตของการวิจัย 1.3.1 ออกแบบและสร้างเครื่องลดขนาดของกระป๋องเครื่องดื่มที่ผลิตจากวัสดุอะลูมิเนียม

หรืออะลูมิเนียมผสม 1.3.2 เครื่องลดขนาดกระป๋องจะถูกควบคุมการท างานด้วยระบบอัตโนมัติ กล่าวคือจะ

ท างานเม่ือมีกระป๋องผ่านเข้าเครื่อง และหยุดการท างานเมื่อกระป๋องหมด

2

1.3.3 เครื่องลดขนาดกระป๋องจะต้องสามารถค านวณน าหนักกระป๋อง รวมถึงสามารถพิมพ์ใบส าคัญที่แสดงรายละเอียดของน าหนักกระป๋องได้

1.3.4 เครื่องสามารถบีบอัดกระป๋องได้ครั งละ 1 กระป๋อง ส าหรับ 1 วงรอบการท างานของกลไก

1.3.5 มีระบบตรวจจับสิ่งแปลกปลอมซึ่งอาจถูกบรรจุไว้ในกระป๋อง ได้แก่ หิน หรือ ทราย

1.4 ประโยชน์ทีไ่ด้รับจากการวิจัย ได้เครื่องต้นแบบส าหรับลดขนาดกระป๋องส าหรับร้านศูนย์บาท มทส. โดยเครื่องจะช่วยลด

ภาระของเจ้าหน้าที่ในร้านศูนย์บาทในส่วนการคัดแยกกระป๋อง การรวบรวมกระป๋องและยังสามารถชั่งน าหนักขยะกระป๋องอะลูมิเนียมได้อีกด้วย

บทที ่ 2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

2.1 กระป๋องอะลูมิเนียม กระป๋องอะลูมิเนียมส าหรับบรรจุน าอัดลมท ามาจากวัสดุอะลูมิเนียมผสม (Aluminium

alloy) เกรด 3004 ซึ่งมีธาตุผสมหลักคือ แมงกานีส (Mn) และ แมกนีเซียม (Mg) ลักษณะเด่นของอะลูมิเนียมเกรดนี คือ มีความแข็งแรงปานกลาง มีความเหนียว ท าให้สามารถขึ นรูปเป็นแผ่นบางได้ และ สามารถทนทานการกัดกร่อนได้ค่อนข้างดี โดยทั่วไปจะนิยมใช้อะลูมิเนียมชนิดนี ในงานโลหะแบบแผ่นบางเท่านั น องค์ประกอบทางเคมี และสมบัติเชิงกลของอะลูมิเนียมเกรด 3004 แสดงไว้ดังตารางที่ 2.1 และ 2.2 ตามล าดับ

ตารางที่ 2.1 องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมเกรด 3004 (AZom, 2012) Mn Mg Fe Si Cu Zn Residuals Al

1.0-1.5% 0.8-1.3% >0.7% >0.3% >0.25% >0.25% >0.15% Balance

ตารางที่ 2.2 สมบัติเชิงกลของอะลูมิเนียมเกรด 3004 (ASM International, 1990) Property Density 2.8 g/cm3

Tensile strength 170 MPa Tensile yield strength 69 MPa Young’s modulus 69 GPa Elongation at break 17%

นอกเหนือจากนี ผู้วิจัยได้ท าการทดสอบความแข็งแรงของกระป๋องอะลูมิเนียม โดยน า

กระป๋องอะลูมิเนียมไปทดสอบแรงกด ซึ่งในการทดสอบจะก าหนดให้เครื่องทดสอบแรงกดท าการกดกระป๋องจนกว่ากระป๋องจะลดขนาดเหลือประมาณ 30 มิลลิเมตร โดยได้ท าการทดสอบกระป๋องเครื่องดื่ม 3 ชนิด ผลการทดสอบแสดงดังภาพที่ 2.1 จากผลการทดสอบจะพบว่าภาระสูงสุดเกิดในกรณีที่กดอัดกระเป๋าเครื่องดื่ม Calpis ซึ่งต้องใช้แรงอัดสูงถึง 1,200 นิวตัน จึงจะใช้ภาระนี อ้างอิงในการออกแบบเครื่องบีบอัดกระป๋องต่อไป

4

ภาพที่ 2.1 ผลการทดสอบแรงกดของกระป๋อง 3 ชนิด

2.2 กลไกขับเคลื่อนแบบอัตโนมัติ กลไกขับเคลื่อนแบบอัตโนมัติจะมีองค์ประกอบหลัก 4 ส่วน ได้แก่ (1) อุปกรณ์ทางกล (2)

อุปกรณ์ในการขับเคลื่อน (Actuator) (3) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (4) อุปกรณ์ควบคุม (Controller) ซึ่งทั ง 4 องค์ประกอบหลักจะถูกออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งานประเภทต่าง ๆ (ชิต เหล่าวัฒนา และคณะ, 2554) โดยหน้าที่ขององค์ประกอบทั ง 4 มีดังนี

(1) อุปกรณ์ทางกล หมายถึง ชิ นส่วนจักรกลที่มาประกอบเข้าด้วยกันเพ่ือให้เกิดกลไกการท างานที่ต้องการ เช่น โครง เฟือง โซ่ สปริง เพลา ก้านโยง ตลับลูกปืน เป็นต้น

(2) อุปกรณ์ในการขับเคลื่อน (Actuator) หมายถึง อุปกรณ์ที่ท าหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้กลายเป็นการเคลื่อนที่ เพ่ือให้เกิดการขับเคลื่อนอุปกรณ์ทางกลต่อไป เช่น มอเตอร์ ระบบไฮดรอลิก ระบบนิวเมติก เป็นต้น

(3) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หมายถึง อุปกรณ์รับ ส่ง หรือแปรงสัญญาณทางไฟฟ้า เพ่ือน าสัญญาณทางไฟฟ้านั นไปใช้ในการควบคุมการท างานของอุปกรณ์การขับเคลื่อน เช่น เซนเซอร์ (Sensor) ตัวแปรงสัญญาณ (Encoder) และอุปกรณ์แสดงผล เป็นต้น

(4) อุปกรณ์ควบคุม (Controller) หมายถึง อุปกรณ์ที่คอยควบคุมการท างานของระบบทั งหมดท าหน้าที่คล้ายสมองของระบบที่จะคอยประมวลผลและสั่งการท างานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้เป็นไปตามที่ออกแบบไว้ โดยวิธีการท างานของระบบจะถูกโปรแกรมไว้ในอุปกรณ์ควบคุมนี อุปกรณ์ควบคุมที่นิยมใช้ในปัจจุบันมีหลากหลายลักษณะ เช่น Microcontroller แผงวงจรส าเร็จรูป PLC หรืออาจใช้คอมพิวเตอร์สั่งการ เป็นต้น

2.3 ระบบนิวเมติก นิวเมติก (Pneumatic) เป็นระบบขับเคลื่อน (Actuator) ที่ใช้หลักการการเปลี่ยนแปลง

พลังงานทางไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกล โดยระบบจะมีก้านสูบเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเป็นเส้นตรงภายในกระบอกสูบโดยใช้ลมอัดเป็นตัวกลาง

5

ข้อดีของระบบนิวเมติก (บรรจบ อรชร, 2556)

ลมอัดมีปริมาณไม่จ ากัดในทุก ๆ แห่ง เพราะมีอยู่ทั่วไป

ลมอัดสามารถส่งผ่านไปตามท่อที่มีระยะทางไกล ๆ ได้ง่าย และไม่ต้องส่งกลับมา สามารถปล่อยทิ งในบรรยากาศได้หลังจากใช้งานแล้ว

สามารถกักเก็บลมอัดไว้ในถังเก็บได้ ท าให้สามารถน าไปใช้งานได้ตามต้องการ

ลมอัดไม่เกิดการระเบิดหรือติดไฟง่ายเมื่อมีการรั่วซึม ดังนั นจึงไม่มีความจ าเป็นที่ต้ องมีอุปกรณ์พิเศษราคาแพงเพ่ือใช้ในการป้องกันการะเบิด

ลมอัดไม่มีความไวต่อการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ มีความแน่นอนในการท างานสูง แม้จะอยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูงมาก ๆ ก็ตาม

เครื่องมือและอุปกรณ์ในระบบนิวเมติกมีโครงสร้างแบบง่าย ๆ ท าให้มีราคาถูก ทนทาน และซ่อมบ ารุงรักษาได้ง่าย

ลมอัดมีความเร็วสูง ดังนั นอัตราความเร็วในการท างานก็จะสูงด้วย

สามารถควบคุมความเร็ว ความดัน และแรงของลมอัดในระบบนิวเมติกได้ตามต้องการ

เครื่องมือและอุปกรณ์ของระบบนิวเมติกสามารถใช้งานเกินก าลังได้โดยไม่เกิดการเสียหาย

การเคลื่อนที่ในทางตรงสามารถท างานได้โดยตรง ข้อจ ากัดของระบบนิวเมติก (บรรจบ อรชร, 2556)

ลมอัดมีความชื นและฝุ่นละออง ดังนั นจึงต้องมีอุปกรณ์กรองความชื นและฝุ่นละอองก่อนน าไปใช้งาน

ลมอัดมีเสียงดังเม่ือระบายทิ งออกสู่บรรยากาศ

ลมอัดจะประหยัดเฉพาะที่ใช้แรงขยายถึงจุดหนึ่งเท่านั น โดยปกติแล้วใช้ความดันที่ 6 barข้อจ ากัดของแรงอยู่ที่ 20,000 - 30,000 นิวตัน ขึ นอยู่กับความเร็วและระยะทางท่ีใช้งาน

ระบบนิวเมติก จะมีความดันที่ใช้งานเพียง 4-7 bar

ลมอัดเป็นตัวกลางที่ค่อนข้างแพงเมื่ อ เปรียบเทียบกับระบบการเปลี่ ยนแปลง พลังงานอื่น ๆ

ซึ่งจากการศึกษาข้อดีและข้อจ ากัดของระบบนิวเมติกพบว่าเป็นระบบที่เหมาะสมที่จะน ามาใช้ในการบีบอัดกระป๋องในงานวิจัยนี เนื่องจากมีความเร็วในการท างานสูง อุปกรณ์สามารถบ ารุงรักษาได้ง่ายและทนทาน ทางผู้วิจัยจึงเลือกที่จะใช้ระบบนิวเมติกเป็นระบบขับเคลื่อนส าหรับการบีบอัดกระป๋องต่อไป โดยระบบนิวเมติกที่เลือกจะใช้ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักได้แก่ เครื่องอัดลม (Air compressor) ชนิดลูกสูบ และกระบอกสูบแบบทางเดียว (Single acting cylinder)

6

2.4 การออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติ ระบบควบคุมสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ ได้แก่ ระบบควบคุมแบบวงเปิด (Open-

loop control system) และ ระบบควบคุมแบบวงปิด (Closed-loop control system) หรือเรียกอีกอย่างว่าระบบควบคุมแบบป้อนกลับ (Feedback control system) ซึ่ง 2 ระบบนี จะมีความแตกต่างกันโดย ระบบควบคุมแบบวงเปิดจะไม่มีการน าสัญญาณ Output ของระบบป้อนกลับมาเพ่ือเปรียบเทียบกับสัญญาณ Input ที่ กล่าวคือสัญญาณ Output จะไม่ส่งผลต่อการท างานของระบบ ท าให้ระบบเกิดการสั่งงานแบบทางเดียว ระบบจะเริ่มการท างานเมื่อได้รับสัญญาณค่าหนึ่งและหยุดท างานโดยอัตโนมัติเมื่อสัญญาณเปลี่ยนไป ในขณะที่ระบบควบคุมแบบวงปิด จะมีการน า Output ของระบบป้อนกลับมาเข้าสู่ระบบเพ่ือเปรียบเทียบกับสัญญาณ Input แล้วน าสัญญาณที่ได้จากการเปรียบเทียบไปใช้สั่งการระบบต่อไป (สุชาติ จันทร์จรมานิตย์, 2555)

โดยในงานวิจัยนี จะน าหลักการของระบบควบคุมแบบวงเปิดมาใช้ในการสร้างกลไกสั่งการท างานของเครื่องบีบอัดกระป๋องแบบอัตโนมัติ ซึ่งจะใช้เซนเซอร์เป็นตัวตรวจกระป๋องที่ผ่านเข้าเครื่อง หากเซนเซอร์พบว่ามีกระป๋องผ่านเข้ามา เซนเซอร์จะส่งสัญญาณไปยังกลไกบีบอัดกระป๋องให้เริ่มการท างาน โดยการท างานจะมีลักษณะเป็นวงรอบ คือ (1) ระบบขับเคลื่อนน ากระป๋องเข้าสู่ พื นที่เตรียมการบีบอัด (2) ท าการบีบอัดกระป๋อง และ (3) ส่งผ่านกระป๋องไปยังจุดรวบรวมกระป๋อง แล้วจึงวนไปที่ขั นตอนแรกใหม่ ซึ่งการท างานของระบบจะด าเนินไปจนกว่าสัญญาณที่ได้รับจากเซนเซอร์เปลี่ยนไปเมื่อกระป๋องหมด ภาพที่ 2.2 แสดงแผนภาพระบบควบคุมแบบวงเปิดส าหรับงานวิจัยนี

ภาพที่ 2.2 แผนภาพแสดงระบบควบคุมแบบวงเปิด

Controller Autuator (Motor)

Process (Compressing

Machine)

Input from sensor

บทท่ี 3 วิธีด าเนินการวิจัย

ขั นตอนการท าวิจัยแสดงดังภาพที่ 3.1

ภาพที่ 3.1 แผนภาพแสดงขั นตอนการท าวิจัย โดยรายละเอียดของการท างานวิจัยมีดังนี

3.1 ศึกษาทฤษฎีและข้อมูลที่เกี่ยวข้อง

3.1.1 ศึกษาความแข็งแรงภายใต้แรงกดของกระป๋องเครื่องดื่มอะลูมิเนียม ในขั นเริ่มแรก ผู้วิจัยได้น ากระป๋องอะลูมิเนียมชนิดต่าง ๆ มาท าการทดสอบการรับ

แรงอัด (Compression test) เพ่ือทราบถึงแรงกดสูงสุดที่ต้องการส าหรับการลดขนาดกระป๋องอะลูมิเนียมให้มีความสูงไม่เกิน 30 มิลลิเมตร โดยพบว่าแรงกดสูงสุดที่ใช้มีขนาดประมาณ 1,200 นิวตัน ซึ่งจะน าค่าแรงกดที่ได้นี ไปใช้ในการออกแบบและเลือกอุปกรณ์ในการสร้างเครื่องอัดกระป๋องต่อไป

8

3.1.2 ศึกษาทฤษฎีการสร้างกลไกทางกล ในขั นถัดมา ผู้วิจัยได้ศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับการสร้างเครื่องอัดกระป๋องรูปแบบต่าง ๆ

จากงานที่สามารถสืบค้นได้ก่อนหน้าเพ่ือใช้ในการออกแบบขั นต้น (Concept design) โดยกลไกที่ผู้วิจัยสนใจมี 2 กลไกหลัก ได้แก่ 1) กลไกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ และ 2) กลไกขับเคลื่อนด้วยระบบนิวเมติก ซึ่งหลังจากพิจารณาข้อดีและข้อจ ากัดต่าง ๆ ของทั ง 2 กลไกแล้วพบว่ากลไกขับเคลื่อนด้วยระบบนิวเมติกมีความเหมาะสมกับการใช้งานในงานวิจัยนี มากกว่า เนื่องจากมีความรวดเร็ว กลไกไม่ซับซ้อน ทนทาน และบ ารุงรักษาได้ง่าย ผู้วิจัยจึ งเลือกที่จะใช้ระบบนิวเมติกในการขับเคลื่อนเครื่องอัดกระป๋อง

3.1.3 ศึกษาทฤษฎีการออกแบบระบบอัตโนมัติ เครื่องบีบอัดกระป๋องที่ท าการสร้างในโครงการนี เป็นเครื่องบีบอัดกระป๋องที่ท างาน

โดยอัตโนมัติ หมายถึงเครื่องจะสามารถตรวจจับการเข้ามาของกระป๋อง และสามารถท างานต่อเนื่องอัตโนมัติจนกว่าจะบีบอัดกระป๋องได้หมด จากนั นเครื่องจึงจะหยุดท างานโดยอัตโนมัติ นอกจากนี เครื่องจะยังต้องสามารถคัดแยกกระป๋องที่มีความผิดปกติออกจากเครื่องได ้

ดังนั นก่อนท าการออกแบบจึงจ าเป็นต้องมีการศึกษาทฤษฎีด้านการออกแบบระบบอัตโนมัติ เพ่ือเลือกอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้แก่ เซ็นเซอร์ ระบบล าเลียงกระป๋องอัตโนมัติ รวมไปถึงการควบคุมระบบอัตโนมัติที่เหมาะสมกับการใช้งาน

3.2 การออกแบบเครื่องลดขนาดกระป๋อง ในเบื องต้นผู้วิจัยได้ท าการออกแบบหลักการท างานโดยรวมของเครื่องบีบอัดกระป๋อง โดย

การท างานของเครื่องจะสามารถแสดงดังแผนผังในภาพที่ 3.2

9

ภาพที่ 3.2 แผนผังแสดงการท างานของเครื่องลดขนาดกระป๋อง

3.3 การสร้างและทดสอบการใช้งานเครื่องลดขนาดกระป๋อง ในการสร้างเครื่องบีบอัดกระป๋องอัตโนมัติมีส่วนประกอบหลักที่ส าคัญดังต่อไปนี

กระบอกลมพร้อมอุปกรณ์ต่อพ่วง ยี่ห้อ PMC

โหลดเซลล์ขนาด 1 kN ส าหรับตรวจสอบความส าเร็จในการอัดกระป๋อง

ปริ๊นท์เตอร์ส าหรับพิมพ์สลิป

ชุดอุปกรณ์ควบคุม PLC ยี่ห้อ Mitsubishi

ถังลมขนาด 25 ลิตร

เซนเซอร์แสงส าหรับตรวจสอบการเข้ามาของกระป๋อง

วัสดุส าหรับท าโครงสร้างเครื่อง ได้แก่ เหล็ก อะลูมิเนียม อะคริลิกแผ่น เป็นต้น

บทที ่ 4 ผลการวิจัย

4.1 โครงสร้างและส่วนประกอบของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติ เครื่องลดขนาดกระป๋องและส่วนประกอบต่าง ๆ แสดงดังภาพที่ 4.1 ซึ่งตัวเครื่องจะมีช่อง

ส าหรับใส่กระป๋องเพ่ือรับกระป๋องจากผู้ใช้งาน จากนั นเมื่อเครื่องเริ่มต้นท างาน กระป๋องจะถูกส่งผ่านไปยังบริเวณบีบอัดกระป๋องเพ่ือท าการบีบอัดกระป๋องโดยหัวอัดที่ติดอยู่กับกระบอกลม และหากกระป๋องมีความผิดปกติ เช่น เป็นกระป๋องเหล็ก หรือ มีการบรรจุสิ่งแปลกปลอมภายในกระป๋อง เครื่องจะสามารถตรวจจับได้ และจะส่งคืนกระป๋องออกมายังช่องรับคืนกระป๋องด้านล่าง

ภาพที่ 4.1 เครื่องบีบอัดกระป๋องแบบอัตโนมัติ

11

ภาพด้านซ้ายของภาพที่ 4.2 แสดงรายละเอียดของส่วนประกอบบนกล่องควบคุม ซึ่งจะประกอบไปด้วย ปุ่มหยุด (สีแดง) ปุ่มสั่งพิมพ์ (สีเหลือง) และ ปุ่มเริ่ม (สีเขียว) ซึ่งใช้ในการควบคุมการท างานของเครื่องอัดกระป๋อง นอกจากนี จะมีจอแสดงผลซึ่งจะแสดงตัวเลขจ านวนกระป๋องที่ท าการบีบอัดส าเร็จแล้ว และหลังจากเสร็จสิ นการท างาน เมื่อผู้ใช้กดปุ่มสั่งพิมพ์ เครื่องพิมพ์ก็จะท าการจ่ายสลิปทีร่ะบุจ านวนกระป๋องออกมาแก่ผู้ใช้

ภาพด้านขวาของภาพที่ 4.2 แสดงลักษณะด้านข้างของตัวเครื่อง ซึ่งจะมีฝาเปิดเครื่องไว้ส าหรับเปิดเพ่ือน ากระป๋องที่บีบอัดแล้วออกจากตัวเครื่อง นอกจากนี ที่ด้านหลังของกล่องควบคุมจะมีปุ่มสีเขียวซึ่งเป็นปุ่มเปิดเครื่อง ส าหรับการเปิดใช้งานเครื่องในครั งแรก

ภาพที่ 4.2 กล่องควบคุมและตัวเครื่องด้านข้าง

4.2 หลักการท างานของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติ หลักการท างานของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัตินี จะเริ่มท างานโดยที่ผู้ใช้จะต้องใส่

กระป๋องที่ช่องใส่กระป๋องและกดปุ่มเริ่มที่กล่องควบคุมเพ่ือเริ่มการท างาน หลังจากนั นเครื่องจะท าการล าเลียงและบีบอัดกระป๋องโดยอัตโนมัติต่อเนื่องไปจนกว่ากระป๋องจะหมด และเมื่อกระป๋องหมดผู้ใช้จะต้องกดปุ่มสั่งพิมพ์เพ่ือยืนยันสิ นสุดการท างานและสั่งพิมพ์สลิประบุจ านวนกระป๋องออกมา

หากผู้ใช้งานพบสิ่งผิดปกติขณะใช้งานและต้องการยกเลิกการท างาน ผู้ใช้สามารถกดปุ่มหยุดสีแดง เพ่ือหยุดการท างานฉุกเฉินได้ และหากระหว่างที่เครื่องท างานบีบอัดกระป๋องและพบสิ่งผิดปกติ เช่น กระป๋องที่ใส่มีความแข็งแรงเกินกว่ากระป๋องอะลูมิเนียมทั่วไป เครื่องจะหยุดการบีบอัดและคืนกระป๋องกลับมายังช่องรับกระป๋องคืน และกระป๋องดังกล่าวจะไม่ถูกนับรวมในใบระบุจ านวนกระป๋อง

12

4.3 สมรรถนะของเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติ ปัจจัยตั งต้นในการออกแบบเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติมีดังต่อไปนี

สามารถบีบอัดกระป๋องที่ท ามาจากวัสดุอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมผสมได้

สามารถบีบอัดกระป๋องจนมีขนาดความสูงไม่เกิน 30 มิลลิเมตร

สามารถบีบอัดกระป๋องต่อเนื่องได้ 6 กระป๋องต่อนาที

สามารถนับจ านวนกระป๋องที่ถูกบีบอัดต่อเนื่องและแสดงผลทางหน้าจอและการพิมพ์ได้

สามารถตรวจสอบกระป๋องที่ผิดปกติและส่งคืนได้

ใช้ได้กับไฟฟ้า 220 โวลต์ 50 เฮิร์ตซ หลังจากท าการสร้างและปรับแก้เครื่องแล้ว ผู้วิจัยได้ท าการทดสอบสมรรถนะของเครื่อง

ทดสอบ และได้ผลการทดสอบสมรรถนะของเครื่องลดขนาดกระป๋องดังแสดงในตารางที่ 4.1 ตารางที่ 4.1 ผลการทดสอบสมรรถนะของเครื่องทดสอบ Design parameter Performance วัสดุกระป๋อง อะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมผสม ความสูงของกระป๋องหลังท าการลดขนาด 16-18 มิลลิเมตร อัตราเร็วในการท างานส าหรับการอัด 1 กระป๋อง 10.55 วินาที* อัตราเร็วในการท างานส าหรับการอัดกระป๋องจ านวน 2 กระป๋องต่อเนื่อง

19.50 วินาที*

อัตราเร็วในการท างานส าหรับการอัดกระป๋องจ านวน 6 กระป๋องต่อเนื่อง

55.07 วินาที*

การนับและพิมพ์จ านวนกระป๋อง ถูกต้อง หมายเหตุ *การบีบอัดกระป๋องหลายกระป๋องต่อเนื่องจะใช้เวลาเฉลี่ยต่อกระป๋องน้อยลงกว่าการบีบอัดเพียง 1 กระป๋อง เนื่องมากจากจะเกิดเวลาสูญเสียภายหลังกดปุ่มเริ่มท างานประมาณ 1-2 วินาทีก่อนที่เครื่องจะเริ่มท างานบีบอัดกระป๋อง

นอกจากนั นแล้วเครื่องลดขนาดกระป๋องอัตโนมัติยังมีข้อควรระวังในการใช้งานดังต่อไปนี

จะต้องติดตั งเครื่องไว้ในที่ร่ม ไม่โดนแดดและฝนโดยตรง

ไม่ควรกดปุ่มใด ๆ ในระหว่างที่เครื่องก าลังท างาน

ไม่ควรยื่นมือเข้าไปทางช่องใส่กระป๋อง เนื่องจากอาจเกิดอันตรายได้

ในกรณีพบปัญหาใด ๆ ให้ติดต่อช่างตามเลขหมายที่ปรากฏบนตัวเครื่อง

บทท่ี 5 สรุปผลการวิจัยและข้อเสนอแนะ

5.1 สรุปผลการวิจัย โครงการวิจัยนี เป็นโครงการวิจัยเพ่ือออกแบบและสร้างเครื่องต้นแบบในการลดขนาด

กระป๋องอะลูมิเนียมด้วยการบีบอัดกระป๋องให้มีขนาดเล็กลงเพ่ือให้สะดวกต่อการขนส่งมากยิ่งขึ น โดยเครื่องบีบอัดกระป๋องที่ได้มีความสามารถในการบีบอัดกระป๋องที่ท าจากวัสดุอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมผสม สามารถท างานได้แบบต่อเนื่องอัตโนมัติ สามารถคัดแยกกระป๋องที่ผิดปกติออกได้ สามารถนับจ านวนกระป๋องที่บีบอัดได้ และสามารถพิมพ์สลิปเพื่อสรุปยอดจ านวนกระป๋องที่บีบอัดได้

แต่อย่างไรก็ตามโครงการวิจัยนี ยังต้องมีการพัฒนาต่อไป เนื่องจากการรับแลกกระป๋องอะลูมิเนียมที่ร้านศูนย์บาทจะต้องใช้น าหนักกระป๋องเป็นเกณฑ์ แต่ด้วยข้อจ ากัดด้านต้นทุนส่งผลให้ยังไม่สามารถติดตั งโหลดเซลล์ที่จะสามารถวัดน าหนักรวมของกระป๋องที่บีบอัดได้ จึงท าให้เครื่องบีบอัดกระป๋องนี สามารถรายงานได้เฉพาะจ านวนกระป๋องที่ผู้ใช้งานน ามาคืนเท่านั น

5.2 ข้อเสนอแนะ จากผลของโครงการที่กล่าวไว้ข้างต้น ผู้วิจัยมีข้อเสนอแนะเพ่ิมเติมดังนี (1) เครื่องบีบอัดกระป๋องจะต้องถูกพัฒนาต่อ เพ่ือหาวิธีติดตั งโหลดเซลล์ที่จะสามารถชั่งและ

แสดงค่าน าหนักของกระป๋องที่ถูกน ามาคืนได้ (2) หากต้องการใช้งานเครื่องบีบอัดกระป๋องนี ในเบื องต้นอาจให้ผู้ใช้รวบรวมสลิปที่ระบุ

จ านวนกระป๋องที่น ามาคืน จากนั นใช้น าหนักของกระป๋องที่เบาที่สุดที่มีอยู่ในท้องตลาดเป็นตัวคูณ ซึ่งจากการส ารวจของผู้วิจัยพบว่ามีน าหนักเท่ากับ 12 กรัม

(3) การใส่กระป๋องเข้าเครื่องบีบอัดกระป๋องยังขาดความสะดวกเนื่องจากใส่ได้ทีละน้อย ดังนั นหากต้องการพัฒนาเครื่องต่อไปจะต้องปรับปรุงบริเวณท่ีใส่กระป๋องให้สามารถรองรับกระป๋องได้จ านวนมากขึ น

บรรณานุกรม

AZom. (2012). Aluminium / Aluminum Alloy 3004 (UNS A93004). Retrieved from https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6619

ASM International. (1990). Metals Handbook, Vol.2, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials. ASM International.

บรรจบ อรชร. (2556). ลักษณะเฉพาะของนิวแมติก. สืบค้นจาก

http://mte.kmutt.ac.th/elearning/Pnumetic/chap/1/1_21_all.htm ชิต เหล่าวัฒนา และคณะ. (2554). หุ่นยนต์. สารานุกรมไทยส าหรับเยาวชน เล่มที่ 36 (หน้า 179-

224). โครงการสารานุกรมไทยส าหรับเยาวชนโดยพระราชประสงค์ในพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว. สุชาติ จันทร์จรมานิตย์. (2555). ระบบควบคุม. ศูนย์คัมภีร์ไฟฟ้า.

ภาคผนวก คู่มือการใช้งานเคร่ืองบีบอัดกระป๋องอัตโนมตัิ

การเปิดใช้งานเครื่อง 1) เสียบปลั๊กเครื่อง โดยใช้ไฟ 220 โวลต์ 50 เฮิร์ตซ 2) หลังเสียบปลั๊กแล้ว ปั๊มลมจะท างาน และเครื่องจะเปิดเองโดยอัตโนมัติ โดยสังเกตจากจอแสดงผลจะ

ติดขึ นหลังเสียบปลั๊ก 3) หากหน้าจอไม่ติดหลังจากเสียบปลั๊ก ให้กดปุ่มสีเขียวที่ด้านหลังของกล่องควบคุม (ตามภาพ) ค้างไว้

จนกว่าหน้าจอแสดงผลที่ด้านหน้าของกล่องควบคุมจะติด

4) รอจนหน้าจอบนกล่องควบคุมแสดงเลข 0 แล้วจึงสามารถเริ่มใช้งานได้

หมายเหตุ - หลังจากเสียบปลั๊กแล้ว เมื่อปั๊มลมท างานจะท าให้เกิดเสียงดังขึ น แต่เครื่องจะยังสามารถท างานได้

ตามปกติ - หากเครื่องเกิดความผิดปกติ เช่น หน้าจอแสดงข้อความอ่ืน และ/หรือ ไม่แสดงเลข 0 ให้ท าการกดปุ่ม

เปิดเครื่อง (Power) ค้างไว้จนกว่าหน้าจอจะกลับสู่สภาพปกติ หรือถอดปลั๊กแล้วเสียบปลั๊กอีกครั งเพ่ือเป็นการเริ่มต้นการท างานเครื่องใหม ่

16

การใช้งานเครื่องบีบอัดกระป๋อง 1) ใส่กระป๋องลงในช่องใส่กระป๋อง

2) กดปุ่มสีเขียวบนกล่องควบคุมเพ่ือเริ่มต้นท างาน

3) รอคอยจนกว่ากระป๋องจะถูกบีบอัดเสร็จสิ น 4) กดปุ่มสีเหลืองเพ่ือยืนยันการสิ นสุดการท างานและเพ่ือพิมพ์สลิป

5) รับสลิปจากเครื่องพิมพ์

หมายเหตุ - หากเกิดเหตุฉุกเฉินให้กดปุ่มสีแดงเพ่ือหยุดการท างานฉุกเฉิน - หากกระป๋องมีความผิดปกติ เครื่องจะคืนกระป๋องทางช่องรับกระป๋องคืน

ประวัติผู้วิจัย อาจารย ์ดร.ปิยมน พัวพงศกร อาจารย์ประจ าสาขาวิชาวิศวกรรมการผลิต ส านักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี โทร 044 224 678 โทรสาร 044 224 494 อีเมล ppoapong@sut.ac.th การศึกษา Ph.D. in Engineering, Thammasat University, Pathumthani, Thailand M.Sc. in Mechanical Engineering, Leibniz University of Hannover, Hannover, Germany B.Eng. in Industrial Engineering, Kasetsart University, Bangkok, Thailand ความเชี่ยวชาญ Failure analysis of engineering materials Fracture mechanics Fatigue of engineering materials Wear of materials Failure of polymer-based composites Refereed International Journal Publications 1. Dearn K D, Moorcrofta H, Sukjit E, Poapongsakorn P, Hu E Z, Xud Y F and Hu X G. The

tribology of fructose derived biofuels for DISI gasoline engines. Fuel. 2018; 224: 226-234 2. Sukjit E, Poapongsakorn P, Dearn KD, Lapuerta M, and Sánchez-Valdepeñas J. Investigation

of the lubrication properties and tribological mechanisms of oxygenated compounds. Wear. 2017; 376-377: 836-842.

3. Taweejun N, Poapongsakorn P and Kanchanomai C. Microstructure and mechanical properties of resistance spot welding joints of carbonitrided low-carbon steels. Metallurgical and Materials Transactions B. 2017; 48: 1174.

4. Poapongsakorn P and Carlsson LA. Fracture toughness of closed-cell PVC foam: effects of loading configuration and cell size. Composite Structures. 2013;102: 1-8.

18

5. Poapongsakorn P and Kanchanomai C. Fatigue crack growth behavior and mechanism of closed-cell PVC foam. Polymer Engineering & Science. 2013;53(8): 1719-1727.

6. Poapongsakorn P and Kanchanomai C. Effects of time and stress state on fracture of closed-cell PVC foam. Journal of sandwich structures and materials. 2012;14(5): 52-66.

7. Poapongsakorn P and Kanchanomai C. Time-dependent deformation of closed-cell PVC foam. Journal of Cellular Plastic. 2011; 47(4): 323–336.

Refereed International Conferences 1. Klinsuk J and Poapongsakorn P. Effect of strain rate on compressive recovery of closed-

cell PVC foam. The 11th South East Asian Technical University Consortium Symposium (SEATUC 2017), 13-14 March, 2017, Ho Chi Minh, Vietnam.

2. Weingkhum A and Poapongsakorn P. Effect of loading rate on mixed-mode I/III fracture toughness of epoxy resin. The 11th South East Asian Technical University Consortium Symposium (SEATUC 2017), 13-14 March, 2017, Ho Chi Minh, Vietnam.

3. Polyiam N and Poapongsakorn P. Morphological nalysis of low carbon steel treated by combined process between carburizing and nitrocarburizing. The 11th South East Asian Technical University Consortium Symposium (SEATUC 2017), 13-14 March, 2017, Ho Chi Minh, Vietnam.

4. Poapongsakorn P, Sukjit E and Dearn K. Effect of Humindity on Lubrication Mechanisms of Oxygenatied Compounds. 2nd International Conference on Engineering Science and Innovative Technology (ESIT 2016), 21-23 April, 2016, Phuket, Thailand.

5. Poapongsakorn P and Kanchanomai C. Effect of loading rate on fracture of closed-cell PVC foam under mixed-mode I/II loading. Asian Conference on Engineering and Natural Sciences (ACENS 2016), 1-3 February, 2016, Fukuoka, Japan.

6. Poapongsakorn P and Kanchanomai C. Fracture Toughness of Closed-Cell Polymeric Foam under Mixed-Mode I/II Loading. The First TSME International Conference on Mechanical Engineering 20-22 October, 2010, Ubon Ratchathani.

Refereed National Conferences 1. ปิยมน พัวพงศกร และ ชาวสวน กาญจโนมัย "Determination of Crack Length in Polymeric Foam

using Compliance Method" การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครื่องกลแห่งประเทศไทยครั งที่ 28 (ME-NETT 28) วันที่ 15-17 ตุลาคม 2557 จังหวัดขอนแก่น.

19

2. ปิยมน พัวพงศกร และ ชาวสวน กาญจโนมัย "Strength and Fracture of Closed Cell Polymeric Foam" การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครื่องกลแห่งประเทศไทยครั งที่ 23 (ME-NETT 23) วันที่ 4-7 พฤศจิกายน 2552 จังหวัดเชียงใหม่ E-AMM-010235.