THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 111Equation Chapter Section TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ - 🙡 🕮 🙣 - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên thực hiện: Trần Khắc Đức MSSV : 20187423 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Hà Nội, tháng năm 2022 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU Lý chọn đề tài Yêu cầu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc đồ án môn học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 Nguyên lý hoạt động chung hệ thống 1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 2.1 Băng tải 8 2.2 Bộ truyền xích 11 2.3 Pít tơng khí nén 12 2.4 Cảm biến quang 16 2.5 Động 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Hệ thống băng tải 19 19 3.1.1 Tính thơng số hình, động học băng tải 19 3.1.2 Tính lực kéo căng 20 3.1.3 Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng 22 3.1.4 Chọn động 22 3.1.5 Tính truyền ngồi 25 3.1.6 Tính trục tang chủ, bị động/con lăn 31 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 3.2 Hệ thống cấp phôi tự động 38 3.3 Hệ thống pít tơng khí nén 38 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG 42 4.1 Thiết kế chi tiết xây dựng vẽ lắp 42 4.2 Mô nguyên lý hoạt động 42 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Tự động hóa dây chuyền sản xuất phương án tối ưu, địi hỏi nhanh chóng, xác giảm thiểu nhân cơng lao động Q 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 cơng cơng nghiệp hóa đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm…Điều dẫn tới việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phân loại sản phẩm Đồ án “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho 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 em chưa nắm vững dù tham khảo nhiều tài liệu Khi thực đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ”, tính tốn khơng thể tránh thiếu sót, hạn chế Kính mong nhận bảo góp ý giúp đỡ thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo Bộ môn đặc biệt thầy TS Nguyễn Anh Tuấn hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em nhiều kiến thức q báu cho việc hồn thành đồ án mơn học Em xin chân thành cảm ơn! Lý chọn đề tài Hiện , nhà máy với mặt hàng sản xuất hộp nhựa dùng nhiều lần dùng để bảo quản đồ ăn , vật dụng mà không bị tác động môi trường với khả chống thấm nước, gọn nhẹ, không hoen gỉ Với sản lượng lớn nên khâu sản xuất cần có tính tốn tỉ mỉ, tối ưu hóa mặt thời gian chất lượng sản phẩm Sau quy trình phơi đưa vào khn ép làm nguội trở lại đến cơng đoạn kiểm tra kích thước phân loại phôi Ở khâu này, công việc có tính lặp lại, có khả gây nhầm lẫn tập trung vào thời điểm cuối làm Điều dẫn đến hộp nhựa không đủ tiêu chuẩn kích thước, làm hao phí vật tư thời gian đoạn gia công sau Dựa yêu cầu kích thước vậy, mục đích đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao với mục đích phân loại sản phẩm u cầu Tính tốn thiết kế hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao bao gồm phần: Chọn động cơ, tính tốn truyền ngồi, tính tốn kết cấu trục,… Phạm vi nghiên cứu Phạm vi đề tài tạp trung giải vấn đề : a Tính tốn lựa chọn chi tiết b Thiết kế xây dựng mơ hình ( mơ ) Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết a Việc nghiên cứu tài liệu chọn phương án tính tốn, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao b Mô thiết kế để dễ điều chỉnh thiết kế Phương án thiết kế - Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm - Sản phẩm từ thùng chứa đẩy băng tải pít tơng - Đặt sensor trước pít tơng nhận biết sản phẩm - Sử dụng pít tơng để cấp phơi phân loại sản phẩm Cấu trúc đồ án môn học gồm chương : Chương 1: Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm Chương 2: Các thành phần hệ thống Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống Chương 4: Xây dựng vẽ hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm Phân loại sản phẩm công đoạn sử dụng nhiều sản xuất Đối với người, công việc mang tính lặp lại, địi hỏi khả tập trung cao nên dễ gây nhầm lẫn sai sót Hơn nữa, với u cầu kích thước có độ chênh lệch nhỏ mắt thường khó mà nhận biết Điều trực tiếp ảnh hưởng tới suất chất lượng sản phẩm Đó lí mà hệ thống phân loại sản phẩm đời phát triển không ngừng Hệ thống phân loại hệ thống mà sản phẩm tự động phân loại riêng theo yêu cầu ( chiều cao, màu sắc, khối lượng,… ) nhờ việc sử dụng cảm biến, xylanh,…(Hình 1.1) Hình 1.1 Mơ hình phân loại sản phẩm 1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động Tùy vào độ phức tạp yêu loại sản phẩm mà ta đưa phương pháp phân loại sản phẩm khác (a) Phân loại theo kích thước (cao thấp, dài-ngắn): kiểu phân loại sử dụng cảm biến quang hay hồng ngoại… để phát so sánh kích thước sản phẩm, sau đưa tín hiệu PLC PLC thực chức phân loại sản phẩm theo yêu cầu Kiểu phân loại sử dụng nhiều nhà máy đóng chai, lọ… Hình 1.2 Mơ hình phân loại sản phẩm theo kích thước (b) Phân loại theo khối lượng sản phẩm: kiểu phân loại sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng-nhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay chưa… Cách hoạt động giống kiểu phân loại theo kích thước Và ta thấy hình thức phân loại nhà máy sản xuất ximang, phân bón hay nói chung nhà máy sản xuất sản phẩm dạng đóng gói bao bì cần khối lượng xác Hình 1.3 Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng (c) Phân loại theo màu sắc sản phẩm: sử dụng cảm biến màu ( cảm biến nhận biết màu riêng biệt như: xanh, đỏ, vàng…) Cách thức hoạt động giống hình thức phân loại trên.Ứng dụng phân loại theo màu sắc chủ yếu công nghiệp vải lụa, sản xuất màu… Hình 1.3 Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc (d) Phân loại theo hình ảnh sản phẩm: hình thức phân loại không sử dụng cảm biến mà người ta dùng camera để chụp ảnh sản phẩm cần phân loại, sau đưa ảnh so sánh với ảnh gốc chuẩn xem sản phẩm thuộc loại Hiện hình thức phân loại ứng dụng để phân loại gạch granit (e) Phân loại theo mã vạch sản phẩm: kiểu phân loại đại, sử dụng tới máy đọc mã vạch.Nó chủ yếu sử dụng với sản phẩm linh kiện máy… Hình 1.4 Mơ hình phân loại sản phẩm theo mã vạch 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 Nguyên lý hoạt động chung hệ thống Chức hệ thống phải đẩy sản phẩm vào thùng chứa mức = ⇨ σd 2T ct d L ( h−t 1) 8001,67 = = 25,4 MPa ≤ [σ ] 18.14.(6−3,5) d Then thỏa mãn yêu cầu độ bền dập Độ bền cắt: τc T ct d L b ≤ [τ ] d (3.36) = 80 Mpa = T ct d L b ⇨ τc = 2.8001,67 =10,58 MPa ≤ [τ ] 18.14 Then thỏa mãn độ bền cắt Kiểm nghiệm trục độ an toàn điểm A, B, C, D Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi sσ sτ s = √s2 +s2 ≥ [s] (3.37) Trong [s] hệ số an tồn cho phép, lấy [s]= 1,5 Xác định sσ , sτ : Hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp: Kσdj σaj +Ψ σ s= σ −1 σm j (3.38) Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp τ −1 s= (3.39) Kτdj τaj +Ψτ Trong đó: σ b giới hạn bền trục σ b=400 MPa σ−1= 0,436 σ b =0,436 400 = 174,4 MPa τ−1 = 0,58 σ−1= 0,58 174,4 = 101,15 MPa τmj Ứng suất thay đổi chu kì đối xứng: σm = tất tiết diện σ A = MA = WA a √16593,12+6182 M σ B= π D3 = B = 15,88 MPa WB a B M √3094,52 σ C= C π D3 = WC a = 3,94 MPa C M D D σ = a =πD WD D b t 32 √0 =0 ¿¿¿ Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng τ m= τ A = TA = a WOA 8001,67 T τ = B B = π D3 = 3,82 MPa a W OB B T 0 , τ = C C = π D3 = 5,09 MPa a τD= = D a W OD W OC C T 8001,67 π D3 D 16 b t = 7,83 MPa ¿¿¿ Bảng Trị số hệ số ảnh hưởng ứng suất trung bình đến độ bền mỏi Chọn Ψσ =¿ 0,05 ; Ψτ = Kσ Kτ + K −1 K = σdj εσ + K −1 K x = τdj Ky ε x τ K y Tra bảng 10.8 tài liệu [I], chọn phương pháp gia cơng Ta có hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt: Kx – hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt Kx =1,05 chọn phương pháp tiện Ky – hệ số tăng bền , Ky =1,8 chọn phương pháp thấm cacbon Chọn lắp ghép : Các ổ lăn lăp trục theo r6, lắp đĩa xích theo r6 kết hợp lắp then Tiết diện D (mm) kσ ε kτ ετ K K σdj sσ τdj sτ s σ A 20 2,25 1,75 1,28 -B 22 2,25 1,75 1,28 13 82,9 12,84 C 20 2,25 1,75 1,28 110,77 62,4 54,37 D 18 1,33 1,26 0,77 0,73 -61,86 61,86 Theo bảng ta thấy tiết diện thỏa mãn điều kiện bền mỏi theo hệ số an toàn Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh σ ch = 340 MPa σ tđ= √σ2 +3 τ2 ≤ [σ ¿ = 0,8.σ ch= 272 MPa M σ= (3.40) = max 16593,1 0,1 d τ τ= 0,1 203 max = 8001,673 = 10 MPa 0,1.20 0,1 d3 Theo thuyết bền TNBĐHD σ = 20,74 MPa = √σ2+3 τ = √20,742+3 102 = 27,02 MPa ≤ [σ ¿ tđ Vậy trục thỏa mãn điều kiện độ bền tĩnh ❖ Tính ổ lăn: Bảng Các loại ổ lăn Theo yêu cầu ta chọn ổ bi đỡ dãy có số hiệu 1000904 với thơng số Kí hiệu ổ 1000904 d, mm 20 D, mm 37 B, mm r, mm 0,5 C, kN 5,14 C0, kN 3,12 Khả tải động Cd tính theo cơng thức: d 106 Trong đó: Q: tải trọng tương ổ đỡ m: bậc đường cong mỏi thử ổ lăn, m=3 ổ bi đỡ nlv: số vịng quay trục cơng tác Ta lấy số vịng quay trục cơng tác: nlv=23,87 v/ph Lh: tuổi thọ, Lh=10000( h), ca làm việc, làm việc êm, không sử dụng hết tải L : tuổi thọ tính triệu vịng quay L= 60.n Lh = 4,7 (triệu vịng quay) 106 Ta có: Q=( XV Fr+ Y Fa)k t kd Trong đó: X , Y : hệ số tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục X =1 ,Y =0 (theo bảng 11.4 [1] ) (3.42) V : hệ số kể đến vòng quay, V =1 ( vòng quay) Fr , Fa: tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục Fa=0 , Fr=FrC=121,7( N ) FrA = √ F2 + F2 =¿102,66 N FrC = √ F2 + F2 =¿125,2 N k t: hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ, k t=1 kd: hệ số kể đến ảnh hưởng tải trọng động k d=1 (theo bảng 11.3 [1] ) Ta Q = 125,2 N Từ ta tính Cd=Q m√ L= 12 5,2 √3 4,7 = 0,2 (KN) < C = 5,14 KN Vậy khả tải động ô đảm bảo Kiểm tra khả tải tĩnh ổ: Theo bảng (11.6) (I) với X = 0,6; Fa = 0, Q0 = Xo Fr = 0,6 125,2 = 0,075 KN < C0 = 3,12 KN Vây khả tải tĩnh ô đảm bảo 3.2 Hệ thống cấp phơi tự động Hiện nay, q trình sản xuất sản phẩm ngành công nghiệp nói chung phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày cao Để đảm bảo q trình sản xuất ổn định nhanh chóng cần thiết phải có q trình cung cấp phơi xác vị trí khơng gian theo nhịp (cấp lúc) liên tục theo chu trình hoạt động dây chuyền cách tin cậy Vì vậy, trình cấp phôi yêu cầu cần thiết cần phải nghiên cứu giải hệ thống sản xuất tự động nhằm nâng cao suất lao động chất lượng sản phẩm Hệ thống cấp phôi tự động phải cung cấp phôi cách kịp thời, xác, số lượng Là cấu cấp phôi, sản phẩm vào cho băng tải, sản phẩm xuất chia đều, sản phẩm sản phẩm cách khoảng thời gian định cho phù hợp với suất vận tốc băng tải Đóng vài trị quan trọng cho trình bắt đầu hệ thống Ý nghĩa hệ thống cấp phôi tự động: Biến máy bán tự động thành máy tự động Dây chuyền sản xuất thành đường dây tự động Mang lại hiệu kinh tế nhờ giảm tổn thất thời gian Cải thiện điều kiện làm việc công nhân, đặc biệt môi trường độc hại, nhiệt độ cao, phơi có trọng lượng lớn… Trong hệ thống phân loại sản phẩm xét, phôi khối lập phương khác chiều cao Em chọn hệ thống bao gồm hộp đựng sản phẩm cần phân loại pít tơng khí nén để đẩy sản phẩm vào dây băng dẫn 3.3 Hệ thống pít tơng khí nén Pmsmax p1 p2 Hình 3.3 Biểu diễn lực pít tơng khí nén ho Thơng số đầu vào: - Khối lượng lớn phôi: 5kg - Hệ số ma sát phôi băng tải: f = 0,3 - Hành trình piston: H = 250 mm Ta tính áp lực cần piston tạo theo công thức: pπD2 F= μ Trong đó: D: đường kính xylanh p1: áp suất làm việc - Áp suất khoang làm việc - bar - Áp suất khoang khí tối thiểu 1,4 bar μ: hệ số hiệu dụng xylanh (3.43) Đa số xylanh khí nén làm việc chịu tải trọng động Khi tổn hao ma sát, có tính đàn hồi khí nén chịu tải thay đổi, sức ỳ Piston trước dịch chuyển hệ số hiệu dụng giảm thường chọn 0,5 Chọn sơ áp suất làm việc hệ thống là: p = bar = Kg/cm2 = 8.105 N/m2 Để piston di chuyển thì: F= pπD2 μ≥ P msmax Với Pmsmax - lực ma sát lớn sản phẩm gây Pmsmax=f Pmax g=0,3× ×9,81=14,72( N ) Đường kính D xylanh: D≥ Pmsmax ≥6,8 (mm) p1 πμ Chọn theo tiêu chuẩn: - Đường kính xylanh là: D=20 mm - Đường kính cần piston: d=14 mm Vậy áp suất thực tế cần : pπD2 F= P μ≥ msmax +π D2−d2 p2 μ (3.44) ¯ Với p2 áp suất buồng thoát khí – chọn p =1,5 ¿ 15× 104( N / m) Thay số ta p1≥ 170210,4 ( N / m) Bảng thơng số kỹ thuật xi lanh khí nén SMC dịng CM2 Theo tính tốn, em chọn pít tơng khí nén loại: CDM2B20-250Z Với : - Đường kính nịng 20 mm Hành trình tiêu chuẩn 250 mm Áp suất hoạt động tối thiểu 0,05 MPa Áp suất hoạt động tối đa 1,0 MPa Tốc độ piston 50 – 750 mm/s Năng suất 10sp/p, nên 6s pít tông đẩy sản phẩm khỏi băng tải Chọn tốc độ pít tơng: Vpt = 500 (mm/s) Thời gian trễ pít tơng thời gian hành trình pít tơng T = Lpt = 250 630 V pt Chọn thời gian làm việc pít tơng khí nén s = 1(s) CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG 4.1 Thiết kế chi tiết xây dựng vẽ lắp - Xây dựng vẽ lắp 3D Hình Bản vẽ 3D hệ thống băng tải phân loại theo chiều cao Chi tiết: (1) Khung băng tải (6) Dây băng (2) Động chiều (7) Trục tang (3) Hộp đựng sản phẩm cần phân loại (8) Pít tơng khí nén (4) Bộ truyền xích (9) Cảm biến (5) Máng dẫn sản phẩm phân loại 4.2 Mô hệ thống KẾT LUẬN Trong kinh tế thị trường nay, sản phẩm muốn thành công phải đáp ứng yêu cầu chất lượng, giá thành, mẫu mã đặc biệt yếu tố thời gian Một sản phẩm tung thời điểm, đáp ứng nhu cầu khách hàng chắn gặt hái thành công ngược lại Muốn thỏa mãn yêu cầu trên, người kỹ sư thiết kế phải thực có tảng kiến thức vững chắc, phương pháp làm việc đắn Qua thời gian thực đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ” với dẫn tận tình thầy TS Nguyễn Anh Tuấn , em nắm vững cách phân tích công việc thiết kế cách đặt vấn đề cho tốn thiết kế Từ đó, em biết cách xử lý vấn đề sát thực hơn, biết cách kết hợp kiến thức học vận dụng vào việc thiết kế tối ưu hóa thiết kế Mặc dù em cố gắng với kinh nghiệm hạn chế, việc thiết kế phạm vi đồ án không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy, cô giáo để đề tài em hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Anh Tuấn giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài giao TÀI LIỆU THAM KHẢO [I] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển; “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập I” nhà xuất giáo dục, 1998 [II] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển; “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập II” nhà xuất giáo dục, 1998 [III] Trần Công Chi; Mô hình băng tải phân loại sản phẩm thoe chiều cao điều khiển PLC đứng dụng đào tạo; tạp chí khoa học cơng nghệ rừng, số 02 năm 2014 - 🙡 🕮 🙣 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO MỤC LỤC Lý chọn đề tài Yêu cầu Phương pháp nghiên cứu Phương án thiết kế Cấu trúc đồ án môn học gồm chương : CHƯƠNG Giới thiệu chung Khái niệm Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động chung hệ thống Yêu cầu kỹ thuật CHƯƠNG Băng tải Bộ truyền xích Pít tơng khí nén Cảm biến quang Động CHƯƠNG 3: Hệ thống băng tải 3.1.1 Tính thơng số hình, động học băng tải Tính lực kéo căng Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng Tính chọn động Tính tốn truyền ngồi Tính trục tang chủ, bị động/con lăn Hệ thống cấp phơi tự động Hệ thống pít tơng khí nén CHƯƠNG 4: Thiết kế chi tiết xây dựng vẽ lắp KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO ... đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao với mục đích phân loại sản phẩm u cầu Tính tốn thiết kế hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao bao gồm phần:...THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Hà Nội, tháng năm 2022 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU... phương án tính tốn, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao b Mô thiết kế để dễ điều chỉnh thiết kế Phương án thiết kế - Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm - Sản phẩm từ thùng chứa