(TIỂU LUẬN) TỔNG QUAN về hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Khái niệm ứng dụng: 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 Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm Ví dụ:  Dựa phương thức điều khiển chia hệ thống tự động hay bán tự động, có tham gia người hay không mức độ đến đâu, điều khiển PLC, vi xử lí  Theo màu sắc: màu sắc cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện qua chuyển đổi ADC xử lí  Theo trọng lượng, kích thước bên ngồi Ngồi cịn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu khác biệt phôi với Ứng dụng hệ thống phân loại sản phẩm thực tế (Máy tách màu): a) Cấu tạo: Hình 1.1 Cấu tạo máy tách màu  Bộ rung: Nguyên liệu đổ xuống rung phân bổ xuống máng Độ rung nhanh hay chậm định suất máy tách màu nhiều hay  Máng: phận định hình dịng chảy cho ngun liệu Có loại máng trơn máng rãnh  Camera: Quan sát ghi lại hình ảnh hạt nguyên liệu, sau gửi thơng tin cho Hệ thống CPU xử lý  Hộp quang học (Hộp camera trước sau): Phía trước máy có dãy đèn led trên, dãy đèn led đèn bảng hỗ trợ cho camera phía sau Tương tự, phía sau máy có dãy đèn led trên, dãy đèn led đèn bảng hỗ trợ cho camera phía trước  Hệ thống CPU điều khiển: Là nơi phân tích hình ảnh camera gửi về, phát hạt phế phẩm, Hệ thống CPU truyền thông tin cho Súng  Súng hơi: Nhận thông tin từ Hệ thống CPU thổi lượng vừa đủ để đẩy hạt phế phẩm  Lọc khí: để lọc nước, dầu, dị vật khơng khí nhằm đảm bảo nguồn khí cung cấp cho Súng b) Nguyên lý hoạt động: Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động máy tách màu Nguyên liệu từ phễu cấp liệu chảy vào Bộ rung phân bố vào máng Máng rãnh giúp định hình dịng ngun liệu Khi rời máng, dòng nguyên liệu camera quan sát ghi nhận hình ảnh, sau gửi thơng tin Hệ thống CPU điều khiển CPU phân tích hình ảnh phát phế phẩm truyền thông tin đến Súng Hơi Súng thổi lượng vừa đủ để đẩy hạt phế phẩm ngoài, hạt thành phẩm theo quán tính rơi vào phễu thành phẩm 1.2 Nguyên lý hoạt động: Hệ thống hoạt động nguyên lý dùng cảm biến để xác định chiều cao sản phẩm Sau dùng cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao,khác Cơ cấu chấp hành xylanh đẩy, cần gạt dẫn động từ động cơ… Hình Mơ hình phân loại sản phẩm thực tế CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 2.1 Băng tải: Đây thành phần thiếu hệ thống phân loại sản phẩm Nó 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 Hai đầu băng tải có puli băng tải vịng kín quấn quanh puli 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 Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ, ) Hình 2.1 Cấu tạo chung băng tải làm phần trượt cho phận kéo ế ố Các loại băng tải thị trường nay: Bảng Danh sách loại băng tải Các loại băng tải xích, băng tải lăn có ưu điểm độ ổn định cao vận chuyển.Tuy nhiên chúng địi hỏi kết cấu khí phức tạp, địi hỏi độ xác cao, giá thành đắt Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại đạt 1,5 tấn/h tốc độ chuyển động 0,2m/s Chiều dài băng tải không hạn chế phạm vi kéo 10kN Băng tải xoắn vít: có kiểu cấu tạo: Băng tải buồng xoắn: Băng tải buồng xoắn dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại đạt tấn/h với chiều dài 80cm Băng tải buồng xoắn: có buồng xoắn song song với nhau, có chiều xoắn phải, có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào buồng xoắn thực nhờ tốc độ phân phối chuyển động Cả loại băng tải buồng xoắn đặt máng thép xi măng Giới thiệu băng tải dùng đề tài Do băng tải dùng hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên đề tài em lựa chọn loại băng tải dây đai với lý sau đây:  Tải trọng băng tải không q lớn  Kết cấu khí khơng q phức tạp  Dễ dàng thiết kế chế tạo Tuy nhiên loại băng tải có vài nhược điểm như: độ xác vận chuyển khơng cao, đơi lúc băng tải hoạt động không ổn định nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới lăn, độ ma sát dây đai giảm theo thời gian 2.2 Bộ truyền đai/xích: Băng tải hệ thống vận chuyển liên tục, để thuận lợi cho việc vận chuyển trình sản xuất người ta thường lắp thêm truyền động cho băng tải, giúp cho trình vận chuyển băng tải trở lên dễ dàng xác Nội dung Ưu điểm Bộ truyền đai Làm việc êm không ồn, tốc Bộ truyền xích Kích thước nhỏ so với truyền độ cao động đai Giữ an toàn cho chi Khơng có tượng trượt tiết máy động bị q Có thể mơt lúc truyền chuyển tải tượng trượt trơn động cho nhiều trục Lực tác dụng lên trục nhỏ truyền động đai khơng cần căng Nhược điểm Khn khổ kích thước lớn xích Do có va đập vào khớp nên Tỉ số truyền không ổn định, gây nhiều tiếng ồn lớn làm việc, hiệu suất thấp có trượt khơng thích hợp với vận tốc cao đàn hồi Địi hỏi chế tạo, lắp ráp xác Lực tác dụng lên trục ổ lớn hơn, yêu cầu chăm sóc, bảo quản phải căng đai thường xuyên Vận tốc tỷ số truyền tức thời không ổn định Phạm vi sử dụng Do thích hợp với vận tốc cao Dễ mịn khớp lề Thích hợp với vận tốc thấp, thường nên thường lắp đầu vào lắp đầu hộp giảm tốc, thích hộp giảm tốc, thường dùng hợp truyền động với khoảng cách cần truyền động khoảng trục trung bình, u cầu làm việc cách trục lớn khơng có trượt Bảng So sánh truyền đai truyền xích Trong phạm vi đồ án, em sử dụng truyền xích vì:  Có thể làm việc q tải đột ngột,hiệu suất cao hơn, khơng có tượng trượt  Khơng địi hởi phải căng xích, lực tác dụng lên trục ổ nhỏ  Kích thước truyền nhỏ truyền đai công suất số vịng quay  Bộ truyền xích truyền cơng suất nhờ ăn khớp xích đĩa nhơng,do góc ơm khơng có vị trí quan trọng truyền đai truyền cơng suất chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn Các thành phần truyền xích: Hình Bộ truyền xích 2.3 Pit tơng/ Van khí nén: Trong đồ án em chọn cấu sinh lực khí nén để tạo lực đẩy phôi Chọn cấu xilanh khí nén có ưu điểm:  Giá thành rẻ  Lực kẹp đủ lớn, kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trình làm việc  Sử dụng đơn giản với sinh viên  Dễ tìm mua thị trường Hình 2.3: Xilanh khí nén Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dịng lương cách đóng, mở hay chuyển đổi vi trí v để thay đổi hướng dịng lương Van điều khiển em chọn van 5/2 tác động nam châm điện lò xo Chọn van 5/2 có ký hiệu hình vẽ Hình Kí hiệu van sơ đồ điện Các thông số van là:  Áp suất làm việc: 0,15 – 0,7 MPa  Ta cấp khí vào cửa P(1) lấy khí cửa A(4) B(2) để đưa vào đầu xilanh  Ở đầu van ta sử dụng van tiết lưu chiều để điều chỉnh lưu lượng xylanh, tức điều chỉnh lực đẩy phôi khỏi băng tải 2.4 Cảm biến: Đây hệ thống thu nhận thơng tin từ phôi cho điều khiển Các loại cảm biến thường sử dụng cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận Cảm biến thực chức biến đổi đại lượng không điện (các đại lượng vật lí, hóa học…) thành đại lượng điện Ví dụ áp suất nhiệt lưu lượng vận tốc…thành tín hiệu điện (mV, mA…) Theo nguyên lí cảm biến có:  Cảm biến điện trở  Cảm biến điện từ  Cảm biến tĩnh điện  Cảm biến hóa điện  Cảm biến nhiệt điện  Cảm biến điện tử ion… Theo tính chất nguồn điện:  Cảm biến phát điện  Cảm biến thông số Theo phương pháp đo:  Cảm biến biến đổi trực tiếp  Cảm biến bù Trên thị trường có nhiều loại cảm biến khác đồ án em dùng cảm biến quang để phân loại sản phẩm Sản phẩm chạy băng truyền, kích hoạt cảm biến quang thứ phân loại vật cao, kích hoạt cảm biến quang thứ hai vật phân loại vật trung bình, cịn sản phẩm khơng kích hoạt cảm biến vật thấp Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại khơng nhìn thấy mắt thường Nó gồm nguồn phát quang thu quang Nguồn quang sử dụng LED LASER phát ánh sáng thấy không thấy tùy theo bước sóng Ở đồ án em sử dụng nguồn LASER Một thu quang sử dụng diode transitor quang Ta đặt thu phát cho vật cần nhận biết che chắn phản xạ ánh sáng vật xuất Ánh sáng LASER phát tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắn chùm tia khơng tác động đến thu Sóng dao động dùng để thu loại bỏ ảnh hưởng ánh sáng phòng Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch điều khiển Do cảm biến kết nối với mạch điều khiển nên điện áp cảm biến 24 VDC Hình 2.2: Cảm biến quang 2.5 Động cơ: Một số loại động cơ:  Động điện chiều  Động điện xoay chiều  Động bước  Động servo Trong phạm vi đồ án em chọn động điện chiều kết cấu đơn giản, giá thành rẻ dễ bảo quản a) Khái niệm động điện chiều Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, đặt vào từ trường dây dẫn cho dòng điện chạy qua dây dẫn làm cuộn dây chuyển động Động điện biến đổi điện thành b) Nguyên lý làm việc Stator động điện chiều thường hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có cuộn dây quấn nối với nguồn điện chiều, phần quan trọng khác động điện chiều phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay rotor liên tục Thông thường phận gồm có cổ góp chổi than tiếp xúc với cổ góp Pha 1: Từ trường Pha 2: Rotor tiếp Pha 3: Bộ phận Rotor tục quay chỉnh điện đổi cực với Stator, cực cho từ chúng đẩy trường Stator tạo Rotor dấu, chuyển động quay trở lại pha Rotor Nếu trục động điện chiều kéo lực ngoài, động hoạt động máy phát điện chiều, tạo sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor quay phát điện áp gọi sức phản điện động counter-EMF (CEMF) sức điện động đối kháng, đối kháng lại điện áp bên đặt vào động Sức điện động tương tự sức điện động phát động sử dụng máy phát điện (như lúc ta nối điện trở tải vào đầu động cơ, kéo trục động ngẫu lực bên ngoài) Như điện áp đặt động bao gồm thành phần: sức Chọn then: Then lắp đĩa xích trục: d0 = 15mm  b 5 mm  h 5 mm    t1  3mm  Chọn then bằng, tra bảng 9.1a ta có:  t2 2 ,3 mm Chiều dài then: Chọn lt  ,8  ,9  lm  0,8  0, 9 28  22,  25, 2 mm  lt 25  mm  theo tiêu chuẩn Kiểm nghiệm then theo độ bền dập độ bền cắt: Theo công thức 9.1 9.2 ta có: 2T   d  dl ( h  t )   d   t  c  2T   c   dlt b Với bảng 9.5 ta có: dạng lắp cố định, vật liệu may-ơ thép chế độ tải trọng: Va đập nhẹ   d  100 Mpa    c  80Mpa Kiểm tra độ bền then vị trí lắp bánh răng: 2T 11672, 22    31,13Mpa   d   d  dlt ( h  t1 ) 15 25.( 5 3)    c  2T  2.11672 ,22 12 ,45 Mpa  c   dltb 15 25 => Then vị trí thỏa mãn điều kiện bền dập cắt f) Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi: Độ bền trục đảm bảo hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: s j s j sj  s j  s j  s Trong : [�] - hệ số an tồn cho phép, thông thường [�] = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ cứng [�] = 2,5… 3, không cần kiểm nghiệm độ cứng trục) s j s j - hệ số an toàn xét đến riêng ứng suất pháp hệ số an toàn xét đến ứng suất tiếp tiết diện j: s j   K  dj aj    mj s j   K  dj aj    mj Trong     giới hạn mỏi uốn xoắn với chu kỳ đối xứng Có thể lấy gần đúng:    0, 436 b  0, 436 600  261,  Mpa    0, 58  0, 436.261, 151,73  Mpa   aj , aj ,  mj , mj biên độ trị số trung bình ứng suất pháp ứng suất tiếp tiết diện j, quay trục chiều: Mj   aj  W j      T mj  aj 2W0j  Với W j W0 j , momen cản uốn momen cản xoắn tiết diện j trục   ,  hệ số kể đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 với  b 600  Mpa  ta có:   0 ,05  0 K dj K dj , hệ số xác định theo công thức sau: K dj  K /   K x  Ky K dj  K /   K x  Ky : K x - hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công độ nhẵn bề mặt cho bảng 10.8  600  Mpa Với độ nhẵn Ra 2 ,5 ,63  m b ta có K x = 1,06 Ky - hệ số tăng bền trục, cho bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, tính vật liệu Ở ta khơng dùng phương pháp tăng bền bề mặt, K y 1  ,  - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi K  , K - hệ số tập trung ứng suất thực tế uốn xoắn, trị số chúng phụ thuộc vào loại yếu tố gây tập trung ứng suất Kiểm nghiệm tiết diện lắp ổ lăn:  M j 1862 ,72 Nmm  T 11672, 22Nmm  d 15mm  Tra bảng 10.6 với d1 15mm , ta có:   d13  153  W  j 32  32  331, 34  3 W   d1   15  662, 68  j 16 16  M j 1862 ,72  5,62  aj  Wj 331,34    mj 0     T j 11672, 22 8, 81 mj  aj 2W0 j 662, 68  Do vị trí lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dơi Chọn kiểu lắp k6 Tra bảng 10.11 ta có:  K  /   2, 06   K  /   1, 64 K /    Kx  2, 06 1, 06    2, 12  K  dj  Ky    K  K /   Kx  1 ,64  ,06  1,  dj  Ky   1 216 ,6   s j  K      2, 12 5, 62  0, 05 18 ,18  dj aj  mj   1 151, 73 s j   10,13   K dj aj    mj 1, 8, 81 8, 81 sj  s j s j s j  s j  18,18 10,13 18,182  10,132  8, 85  s Kiểm nghiệm tiết diện lắp đĩa xích:  M j 0Nmm  T 11672, 22Nmm  d 15 mm  Do M0 = nên ta kiểm tra hệ số an tồn tính tính tiêng ứng suất tiếp, tra bảng 10.6 tr196 với d0 = 15 mm ta có: 2  b.t1  d j  t1  d   153 5.3 15    W0 j      590, 68  16 2d j 32 2.15  Tj  11672, 22     9, 88   aj mj  W , 2 590 68 0j  Ta thấy tập trung ứng suất trục lắp khớp nối rãnh then lắp ghép có độ dôi Tra bảng 10.11 với kiểu lắp k6 Ảnh hưởng độ dôi:  K  /   2, 06   K  /   1, 64 Ảnh hưởng rãnh then:   0 ,95    0 ,92 Tra bảng 10.12 với trục b = 600 Mpa ta có:  K  1,76  K /   1,85  ,06    K 1,54 =>  K /   1, 67  1,64 Vậy ta chọn  K  /   2, 06   K  /   1, 67 K /    Kx  2, 06 1, 06    2, 12  K  dj  Ky    K  K /   Kx  1,67  1,06  1, 73  dj  Ky  s j   151,73  8 ,88 K dj aj   mj 1, 73.8,81  8,81 s j  8, 88   s  Vậy trục đảm bảo độ an toàn độ bền mỏi g) Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn: Chọn ổ lăn: Do trục không chịu ảnh hưởng lực dọc trục nên ta chọn loại ổ bi đỡ dãy Chọn sơ đồ kích thước ổ: Với kích thước trục hình đường kính ngõng trục d = 15 mm, tra bảng 2.7 Phụ lục ta chọn ổ lăn kí hiệu 100902 với đường kính d = 15mm, đường kính ngồi D = 28mm, khả tải động C = 2,53 kN, khả tải tĩnh Co = 1,51 kN Tính kiểm nghiệm khả tải ổ: Tải trọng động quy ước: Q  XVFr  YFa  kt kd Trong đó:  2 2 Fr – tải trọng hướng tâm: Fr  X1  Y1  441,15  174 ,88 474 ,55 N  Fa – tải trọng dọc trục: Fa =  kt – hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ: kt = (T Q = 474,55 N Tra bảng 11.2 chọn tuổi thọ ổ lăn Lh = 8x103 (giờ) Tuổi thọ tính vịng quay ổ: L 60.nbt Lh 60.8,9.8.10  4 ,272 106 106 (triệu vòng) Khả tải động ổ lăn: Cd Q m L 474, 553 4, 272 1, 21 kN   C  2, 53( kN ) 3.3 Hệ thống pit tơng khí nén a) Lựa chọn xi lanh: Do yêu cầu làm việc cần xi lanh tác động nhanh, hành trình làm việc khơng lớn, cố định nên chọn xi lanh tác dụng hai chiều sử dụng hệ thống Xi lanh tác động hai chiều giúp hệ thống điều khiển cách hoàn tồn tự động xác Xác định thơng số kỹ thuật xi lanh: hệ thống cấp phôi đẩy phơi: Hình Lực tác dụng lên xi lanh khí nén Thơng số đầu vào:  Khối lượng lớn phôi: mmax = 6,5kg  Hệ số ma sát phôi băng tải: f = 0,3  Hành trình làm việc cần thiết: H = 250 mm Xác định áp lực cần pít tơng tạo ra: F p1 D2  Trong đó:  D: Đường kính xi lanh  P1: Áp suất làm việc, áp suất khoang làm việc 6-8 bar, áp suất khoang khí tối thiểu 1,4 bar  µ: Hệ số hiệu dụng xi lanh Đa số xi lanh 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 pít tơng trước dịch chuyển, hệ số hiệu dụng giảm thường chọn µ = 0,5 Chọn sơ áp suất làm việc hệ thống là: p 8bar 8 kg/ cm2 8 105 N / m2 Để pít tơng di chuyển thì: F p1 D   Fms max Trong :  D: Đường kính xi lanh  Fmsmax: Lực ma sát lớn sản phẩm gây Xi lanh băng tải đẩy phôi : Fms max  f Pmax 0,3 ,5 ,81 19 ,13( N ) Đường kính D xi lanh: D Fms max 4.19 ,13  7 ,8( mm ) 8.105.0 ,5. p Với thơng số đường kính xi lanh hành trình, ta chọn xi lanh theo nhà sản xuất xi lanh DSNU với D = 20mm hành trình S = 320mm b)Thiết kế hệ thống khí nén : Thời gian lần phân loại sản phẩm liên tiếp là: x ,1 t   1,81s v ,055 Chọn thời gian xi lanh đẩy t1 = 1,2s , thời gian xi lanh trở vị trí ban đầu t2 = 0,61s Hình Thời gian xi lanh đẩy phôi Vận tốc xi lanh rút là: S 60 196, 72(d m / ph ) v2   t 0, 61 Vận tốc xinh lanh đẩy sản phẩm: S 2.60 v1   100(d m / ph ) t 1, Diện tích có ích xi lanh là:  D2  ,2  0 ,0314( dm2 ) A 4 Lưu lượng khí nén cần cung cấp cho xi lanh hoạt động phút là: q  A( v1  v2 )  0, 0314( 100  196, 72 )  9, 32( l / ph ) Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xi lanh Dung tích bình khí nén cần thiết là: V 2 q 2 ,32 18 ,64( l ) Vậy cần lựa chọn bình khí nén có dung tích 18,64l Dung tích bình khí nén thường chọn lớn chút so với dung tích u cầu Em chọn bình khí nén hãng Zilmet với dung tích 20 lít Thơng số bình:  Model: Ultra-Pro 20V  Dung tích bình chưa: 20 lít  Áp lực bình chứa: 10 bar  Nhiệt độ dung dịch: Từ -10 đến 99 độ C  Vật liệu màng: EPDM  Kiểu lắp đặt: Đứng  Đầu nối ren (DN): 20 mm – 3/4 inch  Kích thước (DxH): 365x545mm CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG ... nhiều loại cảm biến khác đồ án em dùng cảm biến quang để phân loại sản phẩm Sản phẩm chạy băng truyền, kích hoạt cảm biến quang thứ phân loại vật cao, kích hoạt cảm biến quang thứ hai vật phân loại. .. khoảng cách sản phẩm là: x = 100 mm  Tối đa có sản phẩm băng chuyền thời điểm Hình 3.1 Tổng khối lượng sản phẩm lớn nhất: M max 8.6,5 52(kg ) Năng suất 25 sản phẩm/ 1 phút, thời gian sản phẩm hết... xác định chiều cao sản phẩm Sau dùng cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao,khác Cơ cấu chấp hành xylanh đẩy, cần gạt dẫn động từ động cơ… Hình Mơ hình phân loại sản phẩm thực tế CHƯƠNG