(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ KHÍ đề tài THIẾT kế hệ THỐNG KHO HÀNG tự ĐỘNG

Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MƠN : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY   BÁO CÁO: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO HÀNG TỰ ĐỘNG Sinh viên thực hiện: Vũ Quốc Linh Phan Đắc Cảnh Lại Hồng Cần Trần Đức Lộc Giáo viên hướng dẫn : Hà Nội, 2021 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 Tổng quan kho hàng tự động………………………………………………… 1.1.1 Tìm hiểu chung hệ thống lưu trữ hàng hóa…………………………………4 1.1.2 Hệ thống cất lấy hàng hóa tự động ARSR (Automated Storage and Retrieval System)………………………………………… 1.1.3 Cấu trúc hệ thống kho hàng tự động ………………………… 1.2 Hệ thống dẫn động kho hàng………………………………………………….6 1.2.1 Hệ thống xuất nhập …………………………………………………………… 1.2.2 Hệ thống lưu trữ……………………………………………………………… 10 1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn động cho kho hàng tự động…………… 12 1.3.1 Quá trình xuất nhập hàng……………………………………………………….13 1.3.2 Quá trình vận chuyển………………………………………………………… 14 1.3.3 Quá trình lưu kho……………………………………………………………….14 1.4 Các phận chuyển động kho hàng tự động………………….……….15 1.4.1 Hệ thống xe vận chuyển trục X ………… ………………………….…………15 1.4.2 Hệ thống nâng hạ trục Z…………………………………………….………… 15 1.4.3 Hệ thống lấy hàng trục Y…………………………………………… ……… 15 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 2.1 Tính tốn động học cho cấu vận chuyển (trục X)…………………….………16 2.1.1.Tính tốn chọn động truyền pulley-đai răng…………………………… 16 2.1.2.Tính tốn truyền …………………………………………………………….17 2.1.3 Tính tốn lựa chọn ray dẫn hướng………………………………………….….22 2.1.4 Kiểm bền đai đưa toán chịu kéo……………….………27 2.2 Tính tốn động học cho cấu lấy hàng (trục Y)…………… …………………30 2.2.1 Tính tốn động ………………………………………………… … 30 2.2.2 Tính tốn truyền……………………………………………….…… 30 2.3 Tính tốn động học cho cấu nâng hạ (trục Z)………… ………………33 2.3.1 Tính tốn chọn động cơ………………………………… ………………33 2.3.2 Tính tốn truyền……………………………………… ……………34 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung CHƯƠNG 3: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ, ĐAI RĂNG, PULLY, THANH DẪN HƯỚNG VÀ CON TRƯỢT ĐƯỢC CHỌN SAU KHI TÍNH TỐN 3.1 Cụm trục X…………………………………………………………….….40 3.1.1 Động cơ…………………………………………………………… ….40 3.1.2 Pully…………………………………………………………………….41 3.1.3 Đai ………………………… ………………………… ….…….42 3.1.4 Ray dẫn hướng có đế trượt………………………….………… 43 3.2 Cụm trục Y………………………………………………………….…….45 3.2.1 Động cơ………………………………………………………… ….…45 3.2.2 Pully………………………………………………………………….…46 3.2.3 Đai … …………………………………………………………………48 3.2.4 Ray dẫn hướng………………………………………………… …… 49 3.3 Cụm trục Z…………………………………………………………….….51 3.3.1 Động cơ………………………………………………………… …….51 3.3.2 Pully………………………………………………………………….…52 3.3.3 Đai răng…………………………………………………………….… 54 3.3.4 Thanh dẫn hướng………………………………………………… … 55 CHƯƠNG 4.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 4.1 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống……………………………………….56 4.2 Sơ đồ động hệ thống ……………………………………………………… 57 KẾT LUẬN………………………………………………… ……………… ….…59 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………… 60 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung Trong thời kì cơng nghiệp 4.0 phát triển mạnh mẽ, sản lượng hàng hóa gia tăng đáng kể, thời gian lao động rút ngắn suất lao động ngày tăng, điều buộc cơng ty sản xuất cần có hệ thống kho hàng tự động cho nhà xưởng Với việc ứng dụng hệ thống khí, điện tử thơng minh ta quản lý hàng hóa cách khoa học linh hoạt cao, nâng cao hiệu hoạt động giảm giá thành hoạt động Ở Việt Nam nay, việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất thực hạn chế mẻ Những kỹ sư phải có kiến thức thiết kế sâu sắc khí, điều khiển bảo trì, bảo dưỡng hệ thống Từ suy nghĩ này, chúng em tìm hiểu thực đồ án:” Thiết kế hệ thống kho hàng tự động (AS – RS)” Đồ án chúng em gồm chương: Chương 1: Phân tích đặc tính, nguyên lý vài kho hàng thông số kỹ thuật kho hàng thiết kế Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí Chương 3: Thơng số động cơ, đai răng, pully, dẫn hướng trượt chọn sau tính tốn Chương 4: Xây dựng sơ đồ động sơ đồ điều khiển cho hệ thống Là sinh viên khí năm chuyên ngành điện tử, chưa tiếp xúc nghiên cứu hướng ứng dụng nên chúng em gặp khó khăn tiếp cận với đề tài Tuy nhiên hướng dẫn, bảo tận tình thầy TS Nguyễn Kiên Trung, chúng em hồn thành đề tài Tuy có thu kết cần thiết ban đầu, với việc đồ án mà chúng em thực nên khơng tránh khỏi sai sót thiếu kinh nghiệm thực tế Em mong nhận bảo thầy cô để đồ án hoàn thiện Sau em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy, toàn thể thầy cô môn Công nghệ chế tạo máy hướng dẫn bảo giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành đồ án CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 1.1 Tổng quan kho hàng tự động 1.1.1 Tìm hiểu chung hệ thống lưu trữ hàng hóa Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày sản xuất ngày phát triển, hàng hóa làm nhiều đáp ứng nhu cầu sử dụng cho xã hội Từ nảy sinh cần có kho hàng đại đáp ứng yêu cầu sản xuất khắc phục hạn chế kho hàng cũ Hiện tại, giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, hệ thống đa dang, phong phú thiết bị phương thức thực Nhưng chủ yếu sử dụng nhân cơng để bốc dỡ hàng hóa, thiết bị bốc dỡ hàng hóa máy nâng sử dụng người lái để xếp hàng hóa vào kho Nhìn chung, nhà kho có nhược điểm: Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa - Khơng phân loại hàng hóa khác (các hàng hóa thường để chung với kho) Khơng bảo vệ hàng hóa tốt nhiều số lượng (hàng chồng lên nhau) Rất khó kiểm tra số lượng hàng hóa kho Với đời hệ thống xếp hàng hóa tự động, quản lý hàng hóa tốt nhanh chóng cơng việc lưu trữ xuất hàng hóa khỏi kho, hệ thống tự động đuợc sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa vào kho, điều đồng nghĩa với công việc đầu tư thiết bị đại cho hệ thống kho tốn nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa bù lại hàng hóa bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý kiểm soát, tiết kiệm nhân cơng,… 1.1.2 Hệ thống cất lấy hàng hóa tự động ARSR (Automated Storage and Retrieval System) Đây hệ thống lấy hàng tự động với công nghệ đại, sử dụng kho hàng hoàn toàn tự động Hệ thống gồm phần chính: phần mềm phần cứng - Phần mềm bao gồm phần mềm quản lý robot lấy hàng phần mềm quản lý hàng hóa - Phần cứng bao gồm hệ thống kệ giá cố định, robot lấy cất hàng, hệ thống băng tải vận chuyển hàng cửa tự động xuất nhập hàng hóa Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung Hình 1.2 Các ngăn chứa hàng cấu lấy hàng hệ thống ASRS Giải pháp đánh giá tối ưu cho kho hàng ưu điểm mức đầu tư hợp lý mà giải pháp mang lại như: - Mật độ lưu trữ cao: giải pháp tận dụng chiều cao đường chạy robot nhỏ, diện tích sử dụng so với giải pháp khác, so sánh khả lưu trữ Tốc độ xuất nhập hàng hóa cao Không cần hệ thống chiếu sáng - Công nghệ chuyển cho phép cần robot cho nhà kho giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư - Khơng cần hệ thống chiếu sáng, tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành - Khơng sử dụng lao động kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo mật thiết bị hỗ trợ - Quản lý hàng hóa chuyên nghiệp hiệu nhờ phần mềm quản lý kết hợp với công nghệ mã vạch giúp giảm chi phí quản lý Hệ thống khí hệ thống nhà kho tự động rô bốt hoạt động theo ba trục di chuyển theo đường ray để mang hàng xếp vào kho, hệ thống băng chuyển để phân phối sản phẩm xuất nhập Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung 1.1.3 Cấu trúc hệ thống kho hàng tự động Cấu trúc nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọc theo hành lang có hay nhiều máy xếp, dỡ tự động Hai bên hành lang khoang chứa hàng Đầu hành lang trạm xếp dỡ Các trạm xếp dỡ liên hệ với theo hệ thống băng chuyền Tổng quan, kho hàng tự động cấu thành từ phần: Hệ thống vận chuyển Bao gồm: xe chở hàng, hệ dẫn hàng,… Hệ thống xuất nhập Bao gồm: cấu lấy hàng Hệ thống lưu giữ Bao gồm: kho hàng nhà kho Hình 1.3 Hệ thống kho hàng tự động 1.2 Hệ thống dẫn động kho hàng Hệ thống dẫn động kho hàng tự động đa dạng, tùy theo u cầu cơng nghệ, hàng hóa, hình thức xuất nhập… mà có phương thức vận chuyển hàng kho tương ứng Hiện hệ thống vận chuyển kho tự động nước có áp dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp dỡ… Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung Hệ thống băng tải sử dụng giải pháp tối ưu cho kho tự động siêu thị, công ty dược băng tải mơi trường có nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng cho khách Đối với nhà máy sản xuất sản phẩm hệ thống băng chuyển đơn phân phối sản phẩm cho robot cách tối ưu Nhưng với nhữmg nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm lúc, hệ thống băng chuyển thực phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp Robot, xe tự động thiết bị tất yếu hệ thống kho tự động Chúng di chuyển diện tích nhà kho theo trục, làm nhiệm vụ đưa hàng từ cổng nhập đến ô trống lấy hàng từ ô chứa hàng cổng xuất Robot lấy cất hàng tải trọng thấp thiết kế chuyên cho hộp, thùng, khay hàng hóa có tải trọng thấp Robot có tốc độ lấy hàng cao Robot lấy cất hàng tải trọng trung bình có tốc độ lấy cất nhanh, hiệu xác lưu trữ dùng pallet Robot lấy cất hàng tải trọng cao thiết kế riêng theo yêu cầu lưu trữ môi trường làm việc đặc trưng khách hàng Hình 1.4 Robot vận chuyển hàng hóa vào ngăn chứa Giới thiệu palet chứa hàng: + Pallet: Pallet cấu trúc phẳng dùng để cố định hàng hóa hàng nâng lên xe hay tời nâng thiết bị vận chuyển khác Pallet có cấu tạo đơn vị lượng tải cho phép di chuyển xếp vào kho cách hiệu Sản phẩm công nghiệp sử dụng rộng rãi kho vận vận chuyển hàng hóa Pallet giúp việc bốc xếp, di chuyển hàng hóa kho phương tiện dễ dàng nhanh chóng Pallet không làm từ kim loại sắt, thét, mà làm từ gỗ, nhựa, giấy… Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung Công dụng Pallet: Hạn chế tối đa tình trạng vỡ hỏng hàng hóa ● Đóng gói sản phẩm điện tử, sành sứ dễ vỡ, hàng hoá giá trị cao ● Hàng hóa cách mặt đất nên chống ẩm mốc từ đất ● Mỗi lần di chuyển hàng hóa di chuyển số lượng lớn (cả pallet) ● Có thể nâng pallet chứa hàng lên kệ nâng pallet vào container cách nhanh chóng ● Hàng hóa kho bảo quản cách khoa học giới hóa ● Phân loại Pallet: Hiện tại, thị trường có nhiều loại pallet có loại dùng nhiều là: pallet nhựa, pallet sắt, pallet giấy, pallet gỗ Pallet nhựa: Pallet nhựa có độ bền cao, có khả chống chịu với thời tiết khắc nghiệt tốt, không bị ẩm mốc, thích hợp cho loại hàng hóa lưu giữ kho thời gian dài Pallet sắt: Pallet sắt gặp nhược điểm giá thành cao nên sản xuất theo số lượng hạn chế, tùy vào yêu cầu người mua Pallet sắt dùng cho loại hàng hóa nặng gạch, đá, sắt thép… Pallet giấy: Pallet giấy loại có giá thành cao loại sản xuất từ loại giấy đặc biệt ép chặt với keo tác động áp lực lớn pallet giấy chịu tải trọng thấp, khoảng 200kg Loại pallet thường dùng cho loại hàng hóa cao cấp Pallet gỗ: Pallet gỗ thường sản xuất không hạn chế, sử dụng cho nhiều loại hàng hóa, chắn có giá thành rẻ Bởi pallet gỗ thường lựa Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung chọn doanh nghiệp cần sử dụng pallet lần hàng hóa xuất 1.2.1 Hệ thống xuất nhập Hệ thống xuất nhập kho tự động áp dụng nhiều phương thức khác kể đến sử dụng nhân cơng, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máy tính, camera Trong phạm vi đồ án này, em xin giới thiệu sơ qua phương pháp xuất nhập mã vạch mã QR Hình 1.5 Mã vạch Mã vạch (Barcode) hình gồm nhiều sọc đứng rộng hẹp in để đại diện cho mã số dạng máy đọc Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) in hầu hết sản phẩm hàng hóa bày bán siêu thị Khi hình mã sọc kéo lướt qua dụng cụ quét quang học, máy tính đối chiếu số hiệu sản phẩm với sở liệu danh sách in thơng tin với mã Cơng nghệ mã vạch ứng dụng nhà kho tự động: Mỗi đơn vị hàng nhập vào kho dán nhãn mã vạch tương ứng với ô kho Mã vạch lưu máy tính xử lý, truyền qua PLC để đưa hàng đến vị trí Q trình xuất hồn tồn ngược lại Tương tự với mã QR (Quick Response), định nghĩa hình mã hai chiều gồm ma trận giải mã tốc độ cao 10 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.2.2 Pully 47 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung 48 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.2.3 Đai Belt number 625EV5GT 49 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.2.4 Ray dẫn hướng 50 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung 51 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.3 Cụm trục Z 3.3.1 Động 52 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.3.2 Pully 53 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 54 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.3.3 Đai 55 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.3.4 Thanh dẫn hướng 56 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung CHƯƠNG 4.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 4.1.Sơ đồ khối điều khiển + Sơ đồ khối điều khiển : 57 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 4.2 Sơ đồ động hệ thống + Sơ đồ động: 58 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung Trong đó: 1- giá chứa hàng - cụm lấy hàng - cụm nâng hạ - cụm xe vào 59 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung KẾT LUẬN Thông qua đồ án này, em có hội trình bày phần tìm hiểu hệ thống lưu trữ hàng hóa tự động , đồng thời chúng em phần xây dựng hệ thống kho hàng tự động dung Phần khí hệ thống thiết kế hoàn thiện xuất vẽ 2D môi trường CATIA V5 bao gồm kệ hàng, cụm xe vào , cụm nâng hạ cụm lấy hàng Các truyền cáp, truyền trục vít me – đai ốc tính tốn kiểm nghiệm Hướng phát triển đồ án sau: Tính tốn chi tiết thiết kế hộp giảm tốc cho cấu lớn chịu tải nặng Tính tốn, thiết kế hệ băng tải lăn cho việc nhập hàng xuất hàng dây chuyền sản xuất Thiết kế lắp đặt hệ thống điện lập trình điều khiển cho hệ dẫn động hệ thống thông qua phần mềm PLC Siemens, TIA Portal V15 60 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2002), Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí -Tập 1,2 Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Trịnh Chất (2001), Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hà Văn Vui, Nguyễn Chí Sáng – Sổ tay thiết kế khí – Tập 1,2,3 Phạm Đức – Tính tốn nâng chuyển Thái Thế Hùng – Sức bền vật liệu 61 ... chở hàng, hệ dẫn hàng, … Hệ thống xuất nhập Bao gồm: cấu lấy hàng Hệ thống lưu giữ Bao gồm: kho hàng nhà kho Hình 1.3 Hệ thống kho hàng tự động 1.2 Hệ thống dẫn động kho hàng Hệ thống dẫn động kho. .. cho đồ án tốt nghiệp sau 12 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thơng minh TS Nguyễn Kiên Trung 1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn động cho kho hàng tự động Một hệ thống dẫn động kho hàng tự. .. Động 46 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 3.2.2 Pully 47 Đồ án thiết kế hệ thống khí – điện tử thông minh TS Nguyễn Kiên Trung 48 Đồ án thiết kế hệ thống khí