ĐỒ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ KHÍ sản XUẤT tự ĐỘNG đề tài THIẾT kế hệ THỐNG PHÂN LOẠI PHÔI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ *************************************** ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ   SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI PHÔI GVHD: TS.Nhã Tường Linh Sinh viên: Mạc Duy Trung Mã số sinh viên: 20184636 HÀ NỘI LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày phát triển, nhu cầu vật chất tinh thần người ngày cao, tốn cung – cầu nhà sản xuất tìm cách giải Tự động hóa dây chuyền sản xuất phương án tối ưu, địi hỏi nhanh chóng, xác giảm thiểu nhân công lao động Quá trình sản xuất tự động hóa cao nâng cao suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp Xét điều kiện cụ thể nước ta công công nghiệp hóa đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động trình sản xuất, gia cơng, chế biến sản phẩm…Điều dẫn tới việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao sản xuất hàng loạt nhỏ loạt vừa sở sử dụng máy CNC, robot cơng nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phận loại sản phẩm Đồ án “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động” nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm chi phí sản xuất Với khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, có nhiều phần chúng em chưa nắm vững, dù tham khảo nhiều tài liệu Khi thực đồ án “THIẾT KẾ CƠ KHÍ”, tính tốn khơng thể tránh thiếu sót, hạn chế Kính mong nhận bảo góp ý giúp đỡ quý thầy cô bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo Bộ môn Cơ điện tử đặc biệt thầy TS.Nhã Tường Linh hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi cho em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Mạc Duy Trung Chương TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Đặt vấn đề Hiện công việc phân loại sản phẩm phổ biến có vai trị quan trọng nhiều ngành sản suất, phân loại sản phẩm theo chất lượng, theo kích cỡ, theo chủng loại v.v… Tuy nhiên công việc phân loại sản phẩm công việc với chu trình lặp lặp lại nhàm chán người cơng nhân khó tránh khỏi sai sót nhầm lẫn Do để nâng cao suất làm việc tính ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đưa vào các thiết bị sản suất công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động phần tồn q trình sản suất Cùng với việc sử dụng ngày nhiều hệ thống sản suất tự động người cải thiện đáng kể điều kiện lao động giảm sức lao động tránh nhàm chán, tạo cho họ hội tiếp cận với tiến lĩnh vực khoa học kĩ thuật làm việc môi trường ngày văn minh Trong thời buổi kinh tế thị trường hội nhập ngày sâu rộng vào kinh tế giới vấn đề cạnh tranh trở thành đề tài nóng mang tính sống cịn, cạnh tranh mẫu mã, chất lượng sản phẩm… Có thể thấy để có yếu tố cạnh tranh ta phải áp dụng quy trình cơng nghệ tiên tiến vào trình sản suất tạo tiền đề cho việc nâng cao chất lượng giảm giá thành sản phẩm… 1.2 Khái niệm phân loại - Khái niệm: Hệ thống phân loại sản phẩm hệ thống điều khiển tự động bán tự động nhằm chia sản phẩm nhóm có thuộc tính với để thực đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng - Phân loại: + Theo phương pháp điều khiển :  Tự động  Bán tự động + Theo đặc trưng sản phẩm :  Theo kích thước  Theo màu sắc  Theo khối lượng  Theo mã vạch  Theo vật liệu  … 1.3 Ứng dụng thực tế 1.3.1 Cơng dụng lợi ích hệ thống Hệ thống có khả phân loại sản phẩm theo thuộc tính xếp sản phẩm phân loại vị trí u cầu, khâu quan trọng quy trình cơng nghệ tự động hóa sản xuất hồn tồn Giúp nâng cao suất sản xuất độ xác thực cơng việc, giảm nhu cầu nhân lực tạo mơi trường làm việc thân thiện trình độ cao Tạo tiền đề quan trọng nâng cao tính cạnh tranh giá cả, chất lượng mẫu mã sản phẩm Ngày nay, để đáp ứng đầy đủ nhu cầu ngày cao người tiêu dùng cần phải thiết kế chế tạo nên loại sản phẩm hướng đến đối tượng người tiêu dùng Do dây chuyền sản xuất lại có loại sản phẩm có màu sắc hình dạng khác nhau, để tạo điều kiện thuận lợi việc tiêu thụ sản phẩm cần phải xếp chúng theo loại Và hệ thống phân loại sản phẩm lại tỏ hữu ích cơng việc Hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng để giữ vai trò hệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm theo tiêu chí đánh giá cụ thể, tạo nên linh hoạt đa cho hệ thống, tiết kiệm chi phí nâng cao chất lượng sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng để tích hợp với hệ thống tự động khác tạo nên chu trình khép kín 1.3.2 Các lĩnh vực áp dụng Hệ thống phân loại sản phẩm có tính ứng dụng cao thực tiễn lợi ích hiệu to lớn mà mang lại giá thành chế tạo rẻ Hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng chủ yếu sản xuất công nghiệp, đối tượng hệ thống phân loại sản phẩm phân biệt sản phẩm có thuộc tính khác từ xếp chúng theo yêu cầu kiểm tra chất lượng sản phẩm xếp loại chúng Hệ thống phân loại sản phẩm phần thiếu hầu hết dây chuyền sản xuất đại, số dây chuyền sản xuất có tích hợp hệ thống phân loại sản phẩm điển hình như: + Dây chuyền sản xuất chi tiết máy + Dây chuyền sản xuất hàng tiêu dùng + Dây chuyền sản xuất linh kiện điện tử + Dây chuyền lắp ráp 1.4 Nguyên lý hoạt động - Nguyên lý hoạt động chung : Sản phẩm đưa vào phân bố băng tải Dòng sản phẩm qua cảm biến cảm biến lưu lại đặc trưng cần thiết , sau gửi thơng tin hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển phân tích đặc trưng điều khiển cấu chấp hành phân loại hay loại bỏ sản phẩm lỗi - Yêu cầu kĩ thuật : + Cụm truyền động : Động điện + Cụm truyền tải lượng : Bộ truyền đai (xích) + Cụm chấp hành : Pít tơng ( khí nén) + Cụm cảm biến điều khiển : điều khiển tự động Chương CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 2.1 Băng tải - Chức : Băng tải có nhiệm vụ vận chuyển phơi tới vị trí thao tác, bên có trang bị hệ thống lăn - Nguồn động lực băng tải đơng điện: động chiều, động pha lồng sóc hay servo… tùy vào yêu cầu hệ thống Để tạo momen đủ lớn cho băng tải cần nối trục động với hộp giảm tốc tải - Cấu tạo : + Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp, thường hai cao su Lớp thành phần chịu kéo tạo hình cho băng tải, lớp lớp phủ + Hai đầu băng tải có puli băng tải Một hai puli nối với động điện cịn puli puli có tác dụng căng băng + Bên băng tải có lăn đỡ để mặt băng khơng bị trùng mang tải + Tất thiết bị đặt khung đỡ chịu lực - Nguyên lý hoạt động : Vật liệu cần chuyển đặt lên đầu băng tải băng tải mang đến đầu băng Thông thường puli căng băng vị trí nạp vật liệu, cịn puli dẫn động lắp phía tháo , với cách bố trí nhánh băng tải phía nhánh thẳng giúp mang vật liệu vận chuyển dễ dàng Để tránh tượng bị trượt puli băng tải ta cần có lực ma sát đủ lớn, băng tải cần phải căng thẳng nhờ puli căng băng đặt khung riêng biệt kéo phía sau - Phân loại : + Băng tải cao su : dùng việc tải vật liệu nhà máy, xí nghiệp, cơng ty sản xuất gạch, ngói, xi măng, điểm khai thác cát, sỏi, ngành sản xuất thép hay nhà máy nhiệt điện, đặc biệt nhiều ngành khai thác than, khoáng sản… + Băng tải rung : phù hợp với môi trường khắc nghiệt, thường dùng cho ngành thực phẩm Sử dụng chủ yếu cho vật liệu dạng bột, dạng hạt, dạng cục hỗn hợp.VD : luyện kim , cơng nghiệp hóa chất , khai khống ,… + Băng tải lăn : Sử dụng chủ yếu cho cơng nghiệp thực phẩm, có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm, giá đỡ thùng hàng + Băng tải xích : phổ biến ngành cơng nghiệp thực phẩm F = 78,36 + 0,06.S1 = 94,12 (N) → S3 = S0 + F = 260,25 + 94,12 = 354,37 (N) Kiểm nghiệm điều kiện : S3 ≤ S0.efα = 260,25 e0,3.π = 667,89 (N) ¿ 354,37 (N) → Thỏa mãn - Công suất yêu cầu trục tang F.v Nyc ¿ 1000 = 94,12 0,074 = 6,96.10-3(KW) = 6,96 (W) 1000 3.1.3: Tính chọn động - Để chọn động cơ, cần biết hai thông tin: + Công suất cần thiết trục động Pct + Số vòng quay sơ trục động nsb + Công suất cần thiết trục động Pct xác định theo công thức sau : Pct = P lv η Với : Plv : Công suất làm việc trục công tác F.V Plv= 1000 = 94,12 0,074 = 6,96.10-3(KW) 1000 η : Hiệu suất truyền η = η ol ηbr ηđ ηk Từ bảng 2.3 ta có : - hiệu suất khớp nối - hiệu suất truyền xích - hiệu suất cặp ổ lăn - hiệu suất truyền bánh trụ → η= 1.0,96.0,99.0,97 = 0,92 → P ct= Plv 6,96 10−3 −3 = =7,57 10 ( kW ) η 0.92 + Số vòng quay sơ nsb trục động tính từ số vịng quay trục cơng tác (trục làm việc) nlv băng tải (hoặc xích tải) Số vòng quay sơ xác định công thức : nsb = nlv uc Với : nlv = ( ) 60 v 60.0,074 vg = ≈ 23,55 π d tang π 0,06 ph Tra bảng 2.4 chọn tỉ số truyền thành phần : + Truyền động xích : ux = + Truyền động bánh : uhgt = 33 (Động gắn với modul hộp giảm tốc) → uc =u x uhgt =2.33=66 Vậy nên số vòng quay sơ : nsb = 23,55 66 = 1554 (vg/ph) Có Pct = 7,57 10−3 ( kW ) , nsb = 1554(vg/ph) Ta chọn động 15W-S7I15GDCE hộp giảm tốc có tỷ số truyền 33 có : + Cơng suất Pdc = 15 W + Điện áp: 220/240V + Tần số: 60 Hz + Dòng điện: 0,18A + Số vòng quay ndc = 1500/33 ≈ 45 (vg/ph) + Momen xoắn Tdcgt = 2970 Nmm 3.1.4 Tính tốn chọn truyền ngồi - Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp động cơ, truyền ngồi nên dùng truyền xích, khơng nên dùng truyền đai Dữ liệu ban đầu để tính tốn truyền xích bao gồm: + Công suất truyền P1 = 15 W + Số vịng quay đĩa xích chủ động n1 = 45 vg/ph 45 + Tỉ số truyền ux = 23,55 = 1,91 3.1.4.1 Chọn loại xích Vì cần tải trọng nhỏ hiệu suất thấp → Chọn xích ống lăn 3.1.4.2 Xác định thơng số xích - Chọn số đĩa xích: + Theo bảng 5.4 [1] z1 = 27 + z2 = z1.u =27 1,91 = 51,57 ≤ zmax = 120(Thỏa mãn) →Chọn z2 = 52 - Tỷ số truyền thực tế : u= z 52 = =1,93 z 27 Để đảm bảo tiêu độ bền mịn truyền xích, cơng suất tính tốn phải thỏa mãn điều kiện : Pt = P.k.kz.kn ≤ [P] Trong : Pt : Cơng suất tính tốn P : Công suất cần truyền [P] : Công suất cho phép kz : Hệ số dạng 25 25 kz = z = 27 = 0,93 kn : Hệ số vòng quay n 01 50 kn = n ¿ 45 = 1,11 k : Hệ số thành phần k = k0 ka kđc kđ kc kbt Với: k0 - Hệ số ảnh hưởng vị trí truyền Với 𝛽 = 30°, ta k0= ka - Hệ số ảnh hưởng khoảng cách trục chiều dài xích Chọn 𝑎 = (30 ÷ 50)𝑝 ⇒ ka= kđc - Hệ số ảnh hưởng việc điều chỉnh lực căng xích: kđc = kđ – Hệ số tải trọng động: kđ = 1,2 kc – Hệ số kể đến chế độ làm việc truyền kc = kbt – Hệ số ảnh hưởng bôi trơn: kbt = Thay số : k = 1.1.1.1,2.1.1 = 1,2 Vậy ta có : Pt = P.k.kz.kn = 15 1,2 0,93 1,11 = 18,58 (W) Tra bảng 5.5 [1] với điều kiện Pt = 0,01858 ≤ [𝑃], theo cột 𝑛01 = 50 vg/ph) →Ta chọn bước xích t = 12,7 mm Số liệu truyền xích tổng hợp sau đây: + Bước xích: t = 12,7 mm + Đường kính chốt: dc = 3,66 mm + Chiều dài ống: B = 5,8 mm + Công suất cho phép: [P] = 0,19 kW - Xác định khoảng cách trục số mắt xích Chọn trục sơ bộ: 𝑎 = 15.𝑡 = 15.12,7 = 190,5 (𝑚𝑚 ) Số mắt xích: x= 2 a z 1+ z ( z 2−z ) t 2.190,5 27+52 ( 52−27 ) 12,7 + + = + + =70,56 t 12,7 π2 a π 190,5 Chọn số mắt xích chẵn 𝑥 = 66 Tính lại khoảng cách trục a: a∗¿ [ t z 1+ z x– + √( ¿ x− ) ( z 1+ z 2 z 1−z −2 π )] 12,7 ¿ = 186,84 (𝑚𝑚) Để xích khơng chịu lực căng q lớn cần giảm 𝑎 lượng : ∆𝑎 = 0,003 (𝑎∗) = 0,003 186,84= 0,56 (𝑚𝑚) Do đó: 𝑎 = (𝑎∗) − ∆𝑎 = 186,84 – 0,56 = 186,28 (𝑚𝑚) Số lần va đập xích i: Tra bảng 5.9 [1] với loại xích ống lăn, bước xích 𝑡 = 12,7 ⇒ Số lần va đập cho phép xích là: [i]=60 i= z n1 27.45 = =1,16< [ i ] ⇒ t hỏ a m ã n 15 x 15 70 3.1.4.3 Kiểm nghiệm xích độ bền s= Với : + Q : Tải trọng phá hỏng Q ≥[s] k d Fv + Ft+ F0 Tra bảng 5.2 [1] với t = 12,7 mm ; B = 5,8mm d0 = 3,66mm ta được:        Q = 9000 N Khối lượng mét xích: q = 0,35 Kg Đường kính lăn : dl = 7,75 mm Đường kính chốt: d0 = 3,66 mm Chiều dài ống : B ≥ 3,3mm Chọn B = mm h ≤ 10 mm Chọn h = 10 mm b ≤ 12 mm Chọn b = 12 mm + kđ : Hệ số tải trọng động kđ = 1,2 (chế độ làm việc trung bình) + F t : Lực vòng F t= Với : v = 1000 P1 1000.0,015 = =58,37 ( N ) v , 257 z1 n t 27 45.12,7 = 60000 = 0,257 (m/s) 60000 + F v : Lực căng lực li tâm sinh ra: F v = 𝑞 v = 0,35 0,257 = 0,023 (N) + F : Lực căng trọng lượng nhánh xích bị động sinh F 0= 9,81 kf 𝑞 𝑎 Với : kf hệ số phụ thuộc độ võng xích: 𝛽 ≤ 40° ⇒ 𝑘f = F = 9,81 𝑘f 𝑞 𝑎 = 9,81 0,35 0,186 = 1,28 (N) Tra bảng 5.10 [1] với t = 12,7 mm, n1 = 45 vg/ph ta [s]= Do vậy: s= Q 9000 = =127,6> [ s ] k đ Ft + F0 + F v 1,2.57,69+1,28+ 0,023 → T hỏ a m ã n 3.1.4.4 Xác định thơng số bánh xích - Xác định thơng số bánh xích + Đường kính vịng chia: t 12,7  𝑑1 = sin π = sin π = 109,4 (𝑚𝑚) z1 27 t 12,7  𝑑2 = sin π = sin π = 210,34 (𝑚𝑚) z2 52 ( ) ( ) ( ) ( ) + Đường kính đỉnh răng: π π  d a = 𝑡.[0,5 + cot( z )] = 12,7.[0,5 + cot( 27 )] = 115 (𝑚𝑚)  da π π = 𝑡.[0,5 + cot( z )] = 12,7.[0,5 + cot( 52 )] = 216,3 (𝑚𝑚) + Đường kính chân răng:  d f = 𝑑1 − 𝑟 =109,4 − 3,94 =101,52 (𝑚𝑚)  d f = 𝑑2 − 𝑟 =210,34 − 3,94 =202,46 (𝑚𝑚) Với bán kính đáy 𝑟 = 0,5025 𝑑l + 0,05 (𝑑l 𝑙à đườ𝑛𝑔 𝑘í𝑛ℎ 𝑐𝑜𝑛 𝑙ă𝑛 ) = 0,5025 7,75 + 0,05 = 3,94 (mm) - Kiểm nghiệm đĩa xích độ bên tiếp xúc: √ σ H =0.47 k r ( F t K đ + F vđ ) E A kd Với : + kr : Hệ số ảnh hưởng số đĩa xích Tra bảng trang 87 [1] theo số z1 = 27, ta kr = 0,4 + kđ : hệ số tải trọng động kđ = 1,2 + Fvđ : Lực va đập m dãy xích 𝐹vđ = 13 10−7 n1 p3 = 13 10−7 45 2,73 = 0,1198 (N) + E: Môđul đàn hồi E= E1 E2 =2,1.10 (Mpa ) E 1+ E (Có E1=E = 2,1 105 MPa hai đĩa xích làm thép) + A: Diện tích chiếu lề Tra bảng 5.12 [1] với p = 12,7 mm ta A = 39,6 mm2 + kd : Hệ số phân bố tải khơng dãy (1 dãy xích ⇒ kd = 1) √ σ H =0,47 k r ( F t K đ + F vđ ) √ E A kd ¿ 0,47 0,4 (57,69 1,2+0,1198 ) = 180,26 (Mpa) 2,1 10 39,6.1 Tra bảng 5.11 [1], chọn vật liệu làm đĩa xích thép 45 với [σh] = 800 ( MPa ) ≥ σh = 513,45 MPa ) - Xác định lực tác dụng lên trục: F r =k x F t Với kx : Hệ số kể đến trọng lượng xích kx = 1,05 β ≤ 40 O F r =k x F t = 1,05 57,69 = 60,57 (N) 3.1.4.5 Tổng hợp thông số truyền xích Thơng số Kí hiệu Giá trị Loại xích Bước xích Số mắt xích t x Xích ống lăn 12,7 mm 70 Khoảng cách trục Số đĩa xích nhỏ Số đĩa xích lớn a z1 z2 186,28 mm 27 52 Vật liệu đĩa xích Đường kính vịng chia đĩa xích nhỏ Đường kính vịng chia đĩa xích lớn Đường kính vịng đỉnh đĩa xích nhỏ Đường kính vịng đỉnh đĩa xích lớn Bán kính đáy Đường kính chân đĩa xích nhỏ Đường kính chân đĩa xích lớn Lực tác dụng lên trục 3.1.5 Tính trục tang Số liệu ban đầu: 𝑃1 = 15 𝑊 𝑛1 = 45 vg/ph 𝑑1 𝑑2 𝑑a1 𝑑a2 r df1 df2 Fr Thép 45 109,4 mm 210,34 mm 115 mm 216,3 mm 3,94 mm 101,52 mm 202,46 mm 60,57 N Chọn vật liệu vật liệu để chế tạo trục thép C45 có ứng suất σ b=600 MPa , ứng suất cho phép [τ ] = 12 20 Mpa 3.1.5.1 Xác định sơ đường kính trục d≥ Trong : √ T 0,2 [ τ ]  T : Momen xoắn trục T lv= Plv ndc 6,96 45 T dc = 2970=2933 ( Nmm ) Pdc nlv 15 23,55  [τ ] : Ứng suất xoắn cho phép Chọn [τ ] = 15 MPa √ Do : d ≥ 2633 =¿9,57 (mm) 0,2 15 ... dụng máy CNC, robot cơng nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phận loại sản phẩm Đồ án “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động? ?? nghiên cứu nhằm... tạo tiền đề cho việc nâng cao chất lượng giảm giá thành sản phẩm… 1.2 Khái niệm phân loại - Khái niệm: Hệ thống phân loại sản phẩm hệ thống điều khiển tự động bán tự động nhằm chia sản phẩm nhóm... thực tế 1.3.1 Cơng dụng lợi ích hệ thống Hệ thống có khả phân loại sản phẩm theo thuộc tính xếp sản phẩm phân loại vị trí u cầu, khâu quan trọng quy trình cơng nghệ tự động hóa sản xuất hồn tồn