NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN - KHÍ NÉN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA MÁY TÀU BIỂN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN - KHÍ NÉN Chuyên ngành: Máy tự động công nghiệp Họ tên sinh viên: Mã sinh viên: Nguyễn Văn Hậu 77910 Lê Văn Trường 80203 Nguyễn Thị Kim Thoa 79932 Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tuấn Anh HẢI PHỊNG - 2022 LỜI CAM ĐOAN Nhóm em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm với hướng dẫn thầy TS Nguyễn Tuấn Anh Các số liệu, kết nêu đồ án trung thực, không chép chưa cơng bố cơng trình khác, phần tham khảo trích dẫn đầy đủ Hải Phịng, ngày…tháng…năm 2022 Sinh viên Nguyễn Văn Hậu Lê Văn Trường Nguyễn Thị Kim Thoa LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam tạo điều kiện sở vật chất để chúng em học hỏi tìm kiếm phục vụ cho đề tài Chúng em xin chân thành cám ơn thầy môn Máy Tự động Công nghiệp - Khoa Máy tàu biển giảng dạy cho chúng em thời gian qua Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Nguyễn Tuấn Anh trực tiếp giúp đỡ hướng dẫn tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đề tài Trong trình thực đề tài có nhiều sai sót, chúng em mong nhận góp ý, nhận xét thầy cô bạn học viên để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 Tính cấp thiết vấn đề cần nghiên cứu 10 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 11 Kết đạt 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI .12 1.1 Giới thiệu chung hệ thống cấp phôi tự động 12 1.2 Phân loại hệ thống cấp phôi .12 1.3 Các thành phần chủ yếu hệ thống cấp phôi tự động 13 1.3.1 Phôi 13 1.3.2 Phễu chứa phôi 16 1.3.3 Máng dẫn phôi 19 1.3.4 Cơ cấu phân chia phôi 20 1.3.5 Cơ cấu định hướng phôi 21 1.4 Ý nghĩa hệ thống cấp phôi tự động 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .23 2.1 Tổng quan khí nén hệ thống khí nén 23 2.1.1 Khái niệm 23 2.1.2 Cấu trúc hệ thống khí nén 23 2.1.3 Phương pháp điều khiển tự động hệ thống khí nén 24 2.1.4 Ứng dụng khí nén 26 2.1.5 Ưu nhược điểm hệ thống khí nén 27 2.2 Thiết bị khí nén 27 2.3 Thiết bị điện 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG 42 3.1 Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống cấp phơi tự động 42 3.1.1 Chọn phôi .42 3.1.2 Lựa chọn cấu phân chia phôi 42 3.1.3 Thiết kế chế tạo phễu chứa phôi .55 3.2 Thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phôi tự động .61 3.2.1 Lắp ráp sơ đồ mạch khí nén 61 3.2.2 Lắp ráp sơ đồ mạch điện .62 3.2.3 Mô hệ thống phần mềm FluidSim .64 3.2.4 Tiến hành thử nghiệm chạy thử hệ thống cấp phôi tự động 67 3.2.5 Kết thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phơi tự động 69 KẾT LUẬN 70 Kết đạt 70 Triển vọng hướng phát triển 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .71 PHỤ LỤC .72 DANH MỤC CÁC HÌNH STT TÊN HÌNH TRANG Hình 1.1 Phơi dạng trụ trịn 14 Hình 1.2 Phơi dạng hình chữ nhật 14 Hình 1.3 Phơi dạng phẳng 14 Hình 1.4 Phơi dạng cuộn 15 Hình 1.5 Các hình dạng phơi rời 15 Hình 1.6 Phễu chứa phơi cuộn dạng thép mỏng 16 Hình 1.7 Phễu chứa phơi dạng cuộn dây 16 Hình 1.8 Phễu chứa phơi 17 Hình 1.9 Phễu chứa phơi rời dạng đĩa quay 17 Hình 1.10 Các loại phễu chứa phơi kiểu ống 18 Hình 1.11 Phễu chứa phơi có dao mang phơi chuyển động tịnh tiến 18 Hình 1.12 Phễu chứa phơi kiểu rung 19 Hình 1.13 Một số hình dạng kiểu máng dẫn phơi 20 Hình 1.14 Cơ cấu phân chia phơi dạng tịnh tiến 20 Hình 1.15 Cơ cấu phân chia phơi dạng xoay trịn 21 Hình 1.16 Cơ cấu định hướng phơi 21 Hình 2.1 Hệ thống điều khiển khí nén 24 Hình 2.2 Các loại máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích 28 Hình 2.3 Máy nén khí khơng dầu Pegasus 28 Hình 2.4 Bộ lọc, điều áp với van phân phối 3/2 29 Hình 2.5 Bộ phân phối khí 31 Hình 2.6 Van điện từ 5/2 cuộn hút đơn 31 Hình 2.7 Xi lanh tác động chiều 33 Hình 2.8 Ống khí giắc cắm an tồn 34 Hình 2.9 Module nguồn chiều 35 Hình 2.10 Module thực hành nút ấn 36 Hình 2.11 Module đèn báo cịi báo 37 Hình 2.12 Module rơle trung gian 38 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý rơle trung gian 39 Hình 2.14 Module rơle thời gian ON 39 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý rơle thời gian ON 41 Hình 3.1 Phơi 42 Hình 3.2 Biểu đồ đường đặc tính xi lanh 52 Hình 3.3 Kết tính tốn xi lanh 53 Hình 3.4 Kết lựa chọn mơ hình mã sản phẩm 54 Hình 3.5 Mơ hình 3D xi lanh CM2L20-100FZ 54 Hình Bản vẽ 2D Phễu chứa phơi 56 Hình 3.7 Bản vẽ 2D thiết bị đẩy phôi gắn đầu piston 57 Hình 3.8 Bản vẽ 2D bàn đỡ mơ hình hệ thống cấp phơi 58 Hình 3.9 Mơ hình 3D tổng thể 59 Hình 3.10 Mơ hình 3D ngun lý làm việc 60 Hình 3.11 Mơ hình hệ thống cấp phơi tự động 60 Hình 4.1 Sơ đồ mạch khí nén 62 Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện 63 Hình 4.3 Kết mơ hệ thống điện khí nén phần mềm 66 Fluidsim Hình 4.5 Sơ đồ kết nối module 67 Hình 4.6 Mạch khí nén mơ hình 68 Hình 4.7 Mạch điện điều khiển 68 DANH MỤC CÁC BẢNG STT TÊN BẢNG TRANG Bảng 1 Các thiết bị khí nén hệ thống 61 Bảng Các thiết bị điện hệ thống 63 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề cần nghiên cứu Hiện nay, đất nước ta trình hội nhập quốc tế, quy trình sản xuất nước ngày nâng cấp, cải tiến nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí lao động mà thể sáng tạo trí tuệ người sản xuất Song song với tiến khoa học cơng nghệ việc áp dụng tự động hóa ngành cơng nghiệp nói chung sản xuất nói riêng khơng cịn xa lạ Trong trình sản xuất tiêu biểu đóng gói, lắp ráp, kiểm tra chất lượng áp dụng phát triển theo hướng tự động hóa ngày cao Việc bảo đảm hệ thống, q trình sản xuất hoạt động xác cần có hệ thống cấp phơi xác vị trí khơng gian theo nhịp liên tục theo chu kì hoạt động hệ thống cách ổn định, đáng tin cậy Vì hệ thống cấp phôi giải pháp cho hệ thống dây chuyền quan trọng trình sản xuất nhằm bảo đảm an tồn, ổn định hiệu sử sụng máy móc nâng cao chất lượng sản phẩm Thực tế ngành sản xuất nói chung người ta áp dụng rộng rãi cấu cấp phơi khí, tích hợp điện – cơ, khí – khí nén…Trong đề tài này, chúng em nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phơi tự động điều khiển điện khí nén áp dụng sản xuất Hệ thống cấp phôi tự động phần quan trọng hệ thống lớn giúp tăng suất trình, nâng cao chất lượng hiệu hệ thống Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu - Tính toán lựa chọn xi lanh phụ thuộc vào điều kiện phơi ban đầu 10 3.2 Thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phôi tự động 3.2.1 Lắp ráp sơ đồ mạch khí nén Yêu cầu đặt thiết kế thiết bị phân phối phôi cung cấp phôi nhôm trạm gia công Bằng cách dùng nút nhấn điều khiển trục piston xianh tác động di chuyển đẩy phôi trạm gia công Sau nhấn nút ấn, trục piston xilanh ra, sau giây lùi Hệ thống gồm có: Bảng 1 Các thiết bị khí nén hệ thống STT Tên thiết bị Mã module SL Thiết bị khí nén 1.1 Bộ lọc, điều áp van phân phối 3/2 TPAK.C2000 1.2 Bộ phân phối khí TPAK.C6000 1.3 Xilanh tác động hai chiều TPAK.N0100 1.4 Van điện từ 5/2 cuộn hút đơn TPAK.L0100 Thiết bị phụ 2.1 Ống phi TU0425BU 2.2 Ống phi TU0604BU 2.3 Bộ giây cắm an tồn 62 Sơ đồ mạch khí nén: Hình 4.1 Sơ đồ mạch khí nén Khí nén từ máy nén khí lọc qua lọc khí chờ sẵn van 3/2 Khi ta gạt tay gạt để mở van 3/2 lọc khí lúc khí nén đến van 3/2 thơng qua cửa qua cửa cửa van điện từ 5/2 giữ xi lanh đẩy bên trái Khi van điện từ có tín hiệu điện lúc cuộn hút van điện từ nhờ lực từ trường coil điện đẩy trục van sang phía bên phải, khí nén từ cửa qua cửa qua van tiết lưu vào khoang bên trái xi lanh đẩy piston xi lanh sang phía bên phải hết hành trình Khi cuộn hút khơng có tín hiệu, trục van đẩy phía tay trái nhờ cấu lị xo đàn hồi khí nén từ cửa qua cửa qua van tiết lưu đẩy xi lanh trạng thái ban đầu 3.2.2 Lắp ráp sơ đồ mạch điện Hệ thống sử dụng rơle thời gian ON để điều khiển xi lanh thông qua van điện từ Khi nhấn nút rơle thời gian bắt đầu đếm đồng thời xilanh sau giây xilanh tự động lùi 63 Mạch gồm có thiết bị: Bảng Các thiết bị điện hệ thống STT Tên thiết bị Mã module SL Module nguồn chiều TPAK.A7100 Module thực hành nút nhấn TPAK.A3000 Module thực hành đèn báo, còi báo TPAK.A8000 Module thực hành rơle trung gian TPAK.A9000 Module thực hành rơle thời gian ON TPAK.A5000 Sơ đồ mạch điện: Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện 64 Khi nhấn nút S1, cuộn hút rơle K1 có điện, hai tiếp điểm K1 đóng lại, lúc cuộn hút van điện từ 1Y có điện lúc rơle thời gian K2 bắt đầu đếm đèn sáng Khi K2 đếm 2s tiếp điểm thường đóng K2 mở ra, nguồn cấp cho rơle K1 bị ngắt làm ngắt điện cuộn hút van điện từ 1Y đèn tắt 3.2.3 Mô hệ thống phần mềm FluidSim FluidSim phần mềm phát triển công nghệ thông tin Art System Software Phần mềm Fluidsim phần mềm mô nhiều người sử dụng tính đơn giản dễ sử dụng phát triển từ năm 1996 có nhiều phiên thuộc quyền hãng Art Systems Software GmbH Phần mềm có tính xây dựng mạch đơn giản cách kéo thả nhãn ký hiệu phần tử Có thể chỉnh sửa sơ đồ mạch với nhãn kí hiệu thuận tiện, nhãn bao gồm mơ tả, chế độ xem hình ảnh cho thành phần hệ thống Ưu điểm: - Dễ dàng thiết kế mạch điện, thủy lực, khí nén - Xây dựng mạch đơn giản, dễ dàng chỉnh sửa - Hỗ trợ DDE OPC Festo EasyPorts Nhược điểm: - Yêu cầu người dùng có kiến thức điện – thủy lực – khí nén - Các hệ thống lớn, phức tạp cần nguồn tài nguyên lớn - Kết cấu sơ đồ đơn giản Các bước tiến hành mô phần mềm Bước 1: vào phầm mềm cách ta vào file tải chọn hydraulic_Pneumatic chọn Pneumatic chọn bin chọn fl_sim_p có kí hiệu sau hiển thị nên giao diện 65 Bước 2: chọn File => New góc tay trái hình bắt đầu dự án Bước 3: kéo thả nhãn có kí hiệu phần tử khí nén, điện từ cửa sổ Hierarchical view - Component library phía tay trái vào cửa sổ dự án Sắp xếp phần tử cho phù hợp nối đường tín hiệu với sơ đồ mạch khí nén mạch điện vẽ mục 4.1 4.2 66 Chọn kí hiệu cuộn van điện từ mạch khí nén kí hiệu cuộn hút mạch điện sau lên cửa sổ nhập tên 1Y mục Label Tương tự kích vào cuộn hút rơle tiếp điểm thường K1 Cuộn hút rơ le thời gian tiếp điểm thường đóng K2 Bước 4: mơ hệ thống, sau lắp ráp xong sơ đồ điện – khí nén ta chọn kí hiệu start công cụ (hoặc nhấn F9) để mô hệ thống Hình 4.3 Kết mơ hệ thống điện khí nén phần mềm Fluidsim 67 Hệ thống hoạt động theo nguyên lý sau: nhấn nút S1, điện cấp cho rơle K1 cuộn hút van điện từ 1Y đồng thời rơ le thời gian K2 bắt đầu đếm xi lanh tiến đến cuối hành trình Khi rơle K2 đếm giây tiếp điểm thường đóng K2 mở nguồn điện cấp cho rơle K1 bị ngắt làm ngắt điện cuộn hút 1Y sau xy lanh lùi vị trí ban đầu 3.2.4 Tiến hành thử nghiệm chạy thử hệ thống cấp phôi tự động Chuẩn bị: - Tuân thủ quy tác an tồn phịng thí nghiệm - Bật nguồn điện bật máy nén khí - Chuẩn bị tất module liệt kê mục 4.1 4.2 - Chuẩn bị giắc cắm an toàn ống nối phi phi Ta có sơ đồ kết nối module: Hình 4.5 Sơ đồ kết nối module 68 Bước 1: tiến hành lắp mạch khí nén theo sơ đồ (hình 4.1) Hình 4.6 Mạch khí nén mơ hình Bước 2: tiếp tục tiến hành lắp mạch điện theo sơ đồ (hình 4.2) Hình 4.7 Mạch điện điều khiển Bước 3: hoàn thành tiến hành chạy thử 69 Bật công tắc để cấp nguồn điện xoay chiều 220V cho module nguồn chiều Tín hiệu dòng điện chiều 24VDC kết nối với module module nút nhấn, rơle trung gian, rơle thời gian ON đèn còi báo Khi ta nhấn nút cuộn hút rơle lúc cấp điện làm cho tiếp điểm thường mở rơle đóng lại, cuộn hút van điện từ nhận tín hiệu làm cho xi lanh hết hành trình đẩy phơi khỏi phễu chứa phôi Lúc rơle thời gian ON bắt đầu đếm 2s tiếp điểm thường đóng rơle thời gian ON mở tín hiệu rơle trung gian lúc bị ngắt piston lùi hết hành trình 3.2.5 Kết thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phôi tự động Với tổng khối lượng tải kg sau lựa chọn xi lanh có đường kính 20mm, hành trình piston 100mm ta thấy hệ thống hoạt động ổn định theo yêu cầu đề tài Xi lanh sau đẩy phôi giữ vịng 2s tự động lùi tốc độ piston điều chỉnh van tiết lắp hệ thống 70 KẾT LUẬN Kết đạt - Vận dụng kiến thức học để áp dụng vào đề tài - Nắm bắt cách tính tốn, thiết kế hệ thống cấp phơi đơn giản điều khiển điện – khí nén - Hiểu cách lựa chọn hệ thống khí nén phần mềm Model Selection System SMC - Xây dựng mơ hình đề tài tương đối hồn chỉnh so với yêu cầu đặt Triển vọng hướng phát triển - Tìm hiểu, nghiên cứu lựa chọn hệ thống khí nén phần mềm để áp dụng tính tốn mơ hình hệ thống phức tạp - Các kết tính tốn lựa chọn xi lanh, lựa chọn hệ thống cấp phôi mềm mà đề tài đạt xem giải pháp áp dụng vào thực tiễn - Dựa vào kết nghiên cứu tiến hành chế tạo hệ thống đưa vào sản xuất thực tế 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, Nxb Giáo dục, 1999 [2] Trần San - Trần Thị Kim Lan, Khí nén thủy lực, Nxb khoa học kỹ thuật 2009 [3] Nguyễn Ngọc Điệp, Hệ thống khí nén thủy lực, Nxb Giáo dục 2007 [4] I.I Artobolevsky; Dịch giả: Võ Trần Khúc Nhã, Cơ cấu điện, cấu thủy lực khí nén, nhà xuất Hải Phịng, 2003 [5] Nguyễn Thành Trí biên, điều khiển khí nén tự động hóa kỹ nghệ, Nxb Đà Nẵng.  [6] Bùi Hải Triều, Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực, Nxb Giáo dục 2003 [7] Lê Tiến Dũng, Điều khiển khí nén thủy lực, Nxb Giáo dục 2003 72 PHỤ LỤC Giới thiệu mô hình sản phẩm Mơ hình sản phẩm hệ thống cấp phôi tự động cấu tạo gồm thành phần phơi, phễu chứa phơi, bàn đỡ xi lanh khí nén - Phơi dạng phơi rời bề mặt phẳng hình khối chữ nhật có kích thước cạnh 60x60mm độ dày phôi 35mm Vật liệu làm nhôm loại A6061 ứng dụng để chế tạo chi tiết máy, khung xe… - Phễu chứa phôi: chi tiết quan trong hệ thống Phễu chứa phơi mơ hình dạng hình hộp chữ nhật có kích thước cạnh 68x68mm, cao 180mm gắn với bàn đỡ vít me - Bàn đỡ: mơ hình này, bàn đỡ lựa chọn chế tạo đơn giản làm nhôm ống có kích thước 120 x 500mm, độ dày 20mm - Xi lanh khí nén: xi lanh khí nén loại xi lanh trịn có đường kính 20mm hành trình piston 100mm Mơ hình sản phẩm: 73 Thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phơi tự động phịng thực hành thí nghiệm: 74 75 76 ... cấp phơi khí, tích hợp điện – cơ, khí – khí nén? ??Trong đề tài này, chúng em nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm mơ hình hệ thống cấp phơi tự động điều khiển điện khí nén áp dụng sản xuất Hệ. .. điều khiển tự động hệ thống khí nén, phương pháp thông dụng như: Phương pháp điều khiển khí nén: hệ thống sử dụng tồn thiết bị khí nén khí để điều khiển thiết bị khí nén Trong hệ thống điều khiển. .. dụng nguồn cung cấp khí nén liên tục cung cấp máy nén khí 2.1.2 Cấu trúc hệ thống khí nén Các phần tử hệ thống điều khiển tự động khí nén bao gồm: 23 Hình Hệ thống điều khiển khí nén Tín hiệu đầu