Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG PHÔI HỘP Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện: Trịnh Đình Văn 2019601547 Nguyễn Phú Tuấn 2019100157 Nguyễn Thế Toàn 2019602916 Hà Nội - 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061.1 Khóa: 14 Tên nhóm: N22 Họ tên thành viên: Trịnh Đình Văn Mã SV: 2019601547 Nguyễn Phú Tuấn 2019100157 Nguyễn Thế Toàn 2019602916 I Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm điện tử hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 16/05/2022 đến ngày 13/06/2022) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA CƠ KHÍ TS Nguyễn Anh Tú GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Phan Đình Hiếu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ngày Tháng Năm Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ngày Tháng Năm Giáo viên chấm phản biện LỜI NÓI ĐẦU Ngày , khoa học công nghệ ứng dụng mặt sống Năng suất lao động không ngừng cải thiện , tăng cao nhờ áp dụng thành tựu khoa học công nghệ tiến tiến vào dây chuyền sản xuất Với máy móc đại tạo nhiều sản phẩm khác dây chuyền với tinh chỉnh nhỏ Do hệ thống phân loại sản phẩm tự động , nhanh hiệu vô quan trọng dây chuyền sản xuất Yếu tố tập trung quan tâm tự động hóa tối đa hoạt động dây chuyền sản xuất Để đảm bảo trình sản xuất ổn định cần thiết phải có q trình cung cấp phơi xác thời gian , khơng gian tự động theo chu kỳ hệ thống Vì q trình cấp phơi trình quan trọng thiết yếu quy trình sản xuất mà cần quan tâm nghiên cứu để nâng cao suất lao động , hiệu sử dụng máy móc nâng cao chất lượng sản phẩm Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động giải giai đoạn cách triệt để tổng thể toàn hệ thống cấp phôi điều kiện làm việc cụ thể máy móc , thiết bị cơng đoạn sản xuất Đảm bảo hệ thống ổn định đạt suất cao Nhận thấy điều trên, nhóm xin chọn chủ đề : “Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp” Để báo cáo hồn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận góp ý từ phía thầy Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Khoa Cơ khí nói chung thầy mơn Cơ Điện Tử nói riêng nhiệt tình hướng dẫn đồ án mơn cho chúng em MỤC LỤC CHƯƠNG PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 Phân tích nhu cầu thị trường 1.2 Tìm chọn ý tưởng sản phẩm 10 1.3 Lựa chọn phương án 13 1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu 14 CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ BỘ 17 2.1 Xác định vấn đề 17 2.2 Xác định cấu trúc chức 18 2.2.1 Chức tổng thể 18 2.2.2 Các chức 18 2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 21 2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 22 CHƯƠNG THIẾT KẾ CỤ THỂ 24 3.1 Xây dựng bước thiết kế cụ thể 24 3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc danh sách yêu cầu 24 3.1.2 Xác định biên không gian cưỡng thiết kế cụ thể 25 3.2 Xác lập layout thô - phận thực chức 25 3.3 Phát triển layout sơ 26 3.3.1 Phễu nguyên liệu 26 3.3.2 Đế rung 27 3.3.3 Máng dẫn phôi 28 3.3.4 Thiết bị xử lí trung tâm 29 3.3.5 Nam châm điện 31 3.3.6 Màn hình AMOLED 31 3.4 Lựa chọn layout sơ phù hợp 34 3.5 Một số lỗi điều hành xảy xa 35 3.6 Thiết kế chi tiết 35 3.6.1 Bản vẽ tổng thể 35 3.6.2 Chân đế 36 3.6.3 Giảm chấn 37 3.6.4 Lò lo 37 3.6.5 Nam châm điện 38 3.6.6 Phễu 38 3.6.7 Bản vẽ lắp ráp 39 3.6.8 Tổng quan mơ hình 40 DANH MỤC HÌNH ẢNH Ảnh 1 Lượng tiêu thụ máy cấp phôi qua năm Ảnh Biểu đồ khảo sát mức độ ảnh hưởng đến nhu cầu ngưởi sử dụng Ảnh Phễu cấp phơi có phiến trượt chuyển động lên xuống 10 Ảnh Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát 11 Ảnh Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung 12 Ảnh Cấu tạo phễu rung 14 Ảnh Cấu trúc chức tổng thể 18 Ảnh 2 Sơ đồ cấu trúc chức tổng thể 18 Ảnh Sơ đồ cấu trúc chức hệ thống cung cấp lượng 19 Ảnh Sơ đồ cấu trúc chức hệ thống truyền động 19 Ảnh Sơ đồ cấu trúc chức hệ thống điều khiển tốc độ 20 Ảnh Sơ đồ cấu trúc chức hệ thống an toàn 20 Ảnh Sơ đồ cấu trúc chức điều khiển 21 Ảnh Phễu nguyên liệu 27 Ảnh Đế rung 28 Ảnh 3 Máng dẫn phôi 29 Ảnh PLC S7-300 30 Ảnh Nam châm điện 31 Ảnh Hệ thống giám sát, hiển thị 32 Ảnh Lựa chọn layout sơ phù hơp 34 Ảnh Bản vẽ tổng thể 35 Ảnh Bản vẽ chi tiết chân đế 36 Ảnh 10 Bản vẽ chi tiết giảm chấn 37 Ảnh 11 Bản vẽ chi tiết lò xo 37 Ảnh 12 Bản vẽ chi tiết nam châm điện 38 Ảnh 13 Bản vẽ chi tiết phễu 38 Ảnh 14 Bản vẽ lắp ráp 39 Ảnh 15 Mô hình tổng thể 40 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Mức độ quan tâm tới tiêu chí Bảng Danh sách yêu cầu cho hệ thống cấp phôi tự động 16 Bảng Danh sách vấn đề Bảng 2 Phát triển cấu trúc làm việc 22 Bảng Lựa chọn cấu trúc làm việc 23 Bảng Danh sách layout thô 26 Bảng Bảng thông số tính tốn thiết kế 33 Bảng 3 Một số lỗi xảy cách khắc phục 35 CHƯƠNG PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 Phân tích nhu cầu thị trường • Nhu cầu thị trường Hiện nước ta diễn cách mạng cơng nghiệp hóa đại hóa, với bùng nổ cơng nghệ 4.0 mang đến nhiều đột phá cho công nghiệp nước ta Máy móc ngày đại, tự động hóa dần thay sức lao động người nhiều lĩnh vực Các nhà máy, xí nghiệp có xu hướng sử dụng máy móc tự động thay cho sức lao động người q trình sản xuất Nhận thấy điều nên đối tượng hướng đến nhóm doanh nghiệp vừa nhỏ • Thực trạng thị trường Ảnh 1 Lượng tiêu thụ máy cấp phôi qua năm Từ biểu đồ ta thấy nhu cầu máy cấp phôi tự động ngày tăng năm trở lại Vì điều giúp nâng cao suất lao động giải phóng sức lao động người nên doanh nghiệp ngày trọng nhiều • P: khụng quỏ 0.05% ã C tớnh: b = 410ữ430 MN/m2 • Thơng số hình học phễu: - Góc nâng máng: 1,5⁰ - Bước xoắn máng: 33mm - Chiều rộng cánh xoắn: 20mm - Đường kính 300mm - Chiều cao 110mm • Khối lượng tất chi tiết chất lên phễu: (kg) Ảnh Phễu nguyên liệu 3.3.2 Đế rung - Kích thước: 300 x 300 cm - Vật liệu: Thép CT3 - Đế rung dòng TC-T - Sử dụng nam châm điện 27 Ảnh Đế rung 3.3.3 Máng dẫn phôi - Loại: máng trượt - Chất liệu: thép carbon - Để phôi di chuyển máng không bị kẹt: D +   H  L2 + D 12 +  Trong đó: • D: Đường kính phơi (D = 40mm) • L: Chiều dài phơi (L = 17mm) • μ: hệ số ma sát (μ=0,3 máng làm thép) • Δmin: Khe hở nhỏ phôi máng (Δmin=0,5mm) 28 = 17 + 0,5  H  17 + 402 12 + 0.32 = 40,9 => Chọn H = 30mm => Kích thước: 150 x 50 x 30mm Ảnh 3 Máng dẫn phôi 3.3.4 Thiết bị xử lí trung tâm Hệ thống bao gồm thiết bị phức tạp với xử lí sử dụng PLC S7-300 CPU 1212C 29 Ảnh PLC S7-300 - Thơng số bản: • Nhãn hiệu: Siemens AG • Điện áp hoạt động: DC20,4-28,8V DC • I/0 tích hợp cục bộ: ngõ vào / ngõ ra, ngõ analog • Bộ nhớ bit (M): 4096 byte • Bộ đếm tốc độ cao: 04 • Tốc độ thực thi tính tốn thực: 18 μs/lệnh • Tốc độ thực thi Boolean: 0,1 μs/lệnh • Kích thước: 90 x 100 x 75 mm - Ưu điểm: • Là hàng thương hiệu Siemens Đức có uy tín chất lượng tốt nên lắp tủ tạo yên tâm cho người sử dụng • Độ bền hoạt động với độ tin cậy cao nên thuận tiện cho việc sử dụng máy móc hoạt động liên tục 24/7 • Có kích thước nhỏ gọn, kèm khả mở rộng với nhiều module chức khác Có thể gắn signal board mở rộng CPU • Tích hợp sẵn cổng ehternet để kết nối với ngoại vi chuẩn truyền thông mạng RJ45 Có thể dùng cổng để lập trình download/upload ln • Có thể khóa mật nhiều lớp để bảo vệ chương trình 30 - Nhược điểm: • Giá thành cpu module mở rộng cao • CPU thường tích hợp in/out • Phần mềm lập trình tương đối nặng nên cần máy tính cấu hình trung bình trở lên chạy mượt 3.3.5 Nam châm điện Tính tốn dẫn động nam châm điện xoay chiều, có tần số 50 (Hz) tương ứng với 3000(dao động /phút) Lực kích động ban đầu H = 320 (N) Lực kéo nam châm điện P0 = 320 (N) Hiệu điện U=220 (V) Cảm ứng điện từ B=10000 Gaus(1 Gaus = 10- 4Tecla) Vật liệu phần cảm thép Ảnh Nam châm điện 3.3.6 Màn hình AMOLED - Kích thước lựa chọn: 12 inch - Chức năng: Hiển thị hình ảnh làm việc, chế độ làm việc thông số hoạt động, phản hồi cảnh báo - Ưu điểm: • Có thể điều khiển chiếu sáng trực tiếp, theo pixel • Tỷ lệ tương phản hình lớn • Tiêu tốn lượng • Góc nhìn rộng - Nhược điểm: • Chi phí cao • Tuổi thọ hình ngắn • Hiệu suất bị suy giảm theo thời gian • Chức năng: hiển thị hình ảnh, thơng số, chế độ làm việc, điều khiển hoạt động hệ thống 31 Ảnh Hệ thống giám sát, hiển thị ❖ Ta có bảng thơng số tính tốn thiết kế : Chức Hàm mang Nét đặc trưng Chứa phơi Phễu ngun liệu Chất liệu: Thép CT3 Cơ tính: δb = 410 ÷ 430 MN/m2 Thơng số hình học phễu: + Góc nâng máng: 1,5⁰ + Bước xoắn máng: 33mm + Chiều rộng cánh xoắn: 20mm + Đường kính 300mm + Chiều cao 110mm Khối lượng :5 (kg) Tạo rung dẫn phơi Đế rung - Kích thước: 300 x 300 cm - Vật liệu:Thép CT3 32 - Đế rung dòng TC-T - Sử dụng nam châm điện Dẫn hướng cho phôi di Máng dẫn phôi chuyển quỹ đạo mong muốn Kích thước: 150 x 50 x 30mm Xử lí liệu Thiết bị xử lí trung tâm PLC S7-300 CPU 1212C Tạo rung để phôi di chuyển vào máng dẫn Nam châm điện Tần số 50 (Hz) Cảm ứng điện từ B = 10000G Hiệu điện U=220 (V) Lực kích động ban đầu H = 320 (N) Lực kéo nam châm điện P0 = 320 (N) Hiển thị thông tin, chế độ làm việc , cảnh báo Màn hình AMOLED Kích thước lựa chọn: 12inch Bảng Bảng thông số tính tốn thiết kế 33 3.4 Lựa chọn layout sơ phù hợp Ảnh Lựa chọn layout sơ phù hơp 34 3.5 Một số lỗi điều hành xảy xa STT Lỗi vận hành có Biện pháp khắc phục Phơi khơng bị kẹt miệng đáy phễu nguyên liệu Thêm cấu chặn chắn, điều khiển phận rung hoạt động công suất lớn Bộ phân rung hoạt động kể khơng có ngun liệu Sử dụng cảm biến xác định có nguyên liệu phễu mở chắn phễu Cảm biến bị giảm hiệu làm việc trình vận chuyển lắp đặt Gắn kí hiệu cảnh báo cho bên vận chuyển; đính kèm máy sách hướng dẫn sử dụng lắp đặt Bảng 3 Một số lỗi xảy cách khắc phục 3.6 Thiết kế chi tiết 3.6.1 Bản vẽ tổng thể Ảnh Bản vẽ tổng thể 35 3.6.2 Chân đế Ảnh Bản vẽ chi tiết chân đế 36 3.6.3 Giảm chấn Ảnh 10 Bản vẽ chi tiết giảm chấn 3.6.4 Lò lo Ảnh 11 Bản vẽ chi tiết lò xo 37 3.6.5 Nam châm điện Ảnh 12 Bản vẽ chi tiết nam châm điện 3.6.6 Phễu Ảnh 13 Bản vẽ chi tiết phễu 38 3.6.7 Bản vẽ lắp ráp Ảnh 14 Bản vẽ lắp ráp 39 3.6.8 Tổng quan mơ hình Ảnh 15 Mơ hình tổng thể 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Machett, the controlled evolution of engineering design, london: in stitution of engineering design, 1963 [2] Matousek, engineering designa systematic approach, blacki, london: a systematic approach, 1963 [3] B M C Đ Tử, đề cương giảng môn thiết kế hệ thống điện tử, đhcnhn [4] R H Bishop, the mechatronics handbook điện tử, nxb đại học quốc gia hà nội, 2007 [5] W B G Pahl, engineering design, springer, 2008 41 ... sách yêu cầu cho hệ thống cấp phôi tự động 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ BỘ 2.1 Xác định vấn đề Rút gọn lại danh sách yêu cầu : Nhóm 22 Danh sách yêu cầu cho hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp Danh sách... cấp phôi tự động phôi hộp Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển... móc , thiết bị công đoạn sản xuất Đảm bảo hệ thống ổn định đạt suất cao Nhận thấy điều trên, nhóm xin chọn chủ đề : ? ?Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phơi hộp? ?? Để báo cáo hồn thiện hơn, nhóm