Đồ án môn học thiết kế hệ thống cơ khí nhiệm vụ thiết kế thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Quang Hoàng Sinh viên: Trần Việt Hoàng MSSV: 20195030 Hà Nội, 03 - 2023 SME.EDU - Mẫu 6.a TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ Học kỳ: Bộ môn: Cơ điện tử Năm học: 2022 - 2023 ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ME4503 Mã HP: Thời gian thực hiện: 15 tuần; Mã đề: VCK01-2 Ngày giao nhiệm vụ: …./…/2022; Ngày hoàn thành: …./…./2022 Họ tên sv:…………………………MSSV……………: Mã lớp: ………… Chữ ký SV: ……… Ngày …./…/2022 Ngày …./…./2022 Ngày …./…./2022 ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN NGƯỜI RA ĐỀ CB Hướngdẫn (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm II Số liệu cho trước: Hệ thống cấp phôi tự động Nguồn lực cấp phơi đẩy phơi: Khí nén Nguồn lực quay băng tải: Động điện Bộ truyền ngồi: Xích Thơng số hình học phơi:  Hình trụ: h1 = 10 cm, h2 = cm, h3= cm d1 = cm, d2 = cm, d3= cm Trọng lượng phôi: Qmin = 0,3 kg; Qmax = 5,5 kg Năng suất làm việc: N = 18 sp/ph III Nội dung thực hiện: Phân tích ngun lý thơng số kỹ thuật - Tổng quan hệ thống - Nguyên lý hoạt động - Phân tích tính chất, đặc điểm phơi/sản phẩm để lựa chọn phương pháp cấp phôi phù hợp - Xác định thành phần thông số/yêu cầu kỹ thuật hệ thống Tính tốn thiết kế - Thiết kế mô đun chức hệ thống: + Mô đun cấp phôi tự động + Mô đun băng tải + Mô đun phân loại: pít tơng khí nén, van từ, sensor, Thiết kế chi tiết xây dựng vẽ lắp - Xây dựng vẽ lắp 2D/3D - Xây dựng vẽ chế tạo chi tiết Mơ nguyên lý hoạt động (động học) Mục lục CHƯƠNG Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm 1.1 Khái niệm ứng dụng 1.1.1 Phân loại theo màu sắc 1.1.2 Phân loại theo chiều cao 1.1.3 Phân loại theo hình dạng 1.2 Nguyên lý hoạt động CHƯƠNG Các thành phần hệ thống 2.1 Băng tải 2.2 Bộ truyền đai / xích 11 2.3 Pít-tơng / Van khí nén 13 2.4 Cảm biến 14 2.5 Động 15 CHƯƠNG Tính tốn, thiết kế hệ thống 17 3.1 17 Hệ thống băng tải 3.1.1 Tính thơng số hình, động học băng tải 17 3.1.2 Tính lực kéo băng 19 3.1.3 Tính chọn động 21 3.1.4 Tính tốn chọn truyền ngồi 22 3.1.5 Tính trục tang chủ, bị động/con lăn 26 3.2 Hệ thống cấp phơi 34 3.3 Hệ thống pít tơng khí nén 34 CHƯƠNG Xây dựng vẽ hệ thống 37 Kết luận 39 Tài liệu tham khảo 40 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 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 sản xuất hàng loạt nhỏ loạt vừa sở sử dụng máy CNC, robot công nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phân loại sản phẩm Việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động vào trình phân loại sản phẩm thành tựu đáng kể làm thay đổi sản xuất cũ mang nhiều hạn chế, làm thay đổi cục diện công nghiệp nước Chính vậy, đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” trở thành đề tài tiềm để tìm hiểu, xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào hồn thiện phát triển sâu, rộng đời sống sản xuất người Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn thầy Nguyễn Quang Hoàng đồ án môn học này! Giảng viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Khái niệm ứng dụng Hệ thống phân loại giải pháp công nghiệp thay người thực khâu phân loại sản phẩm, từ thực tay chuyển đổi sang sử dụng hệ thống tự động hóa để phân chia sản phẩm theo đặc tính mà người sử dụng quy định Hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng nhiều sản xuất tự động hàng hóa với số lượng lớn, giúp phân loại nhanh sản phẩm đạt yêu cầu sản phẩm bị lỗi (phế phẩm) phân loại thành nhóm có đặc điểm khác phục vụ cho cơng đoạn sản xuất sau Nhằm phục vụ nhiệm vụ đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm đời công cụ hiệu giúp thay người công việc phân loại, góp phần nâng cao hiệu cơng việc Một hệ thống hồn chỉnh phân loại sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục giảm tối đa thời gian trì hỗn hệ thống Hơn nữa, cơng việc địi hỏi tập trung cao có tính tuần hồn, nên cơng nhân khó đảm bảo xác cơng việc Điều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng phân loại sản phẩm đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách Hệ thống phân loại sản phẩm có nhiều ứng dụng thực tế nhà máy xí nghiệp, chủ yếu chia thành ba loại phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo hình dạng theo chiều cao 1.1.1 Phân loại theo màu sắc Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại theo màu sắc Cấu tạo: - Một băng chuyền - Một động điện chiều để kéo băng chuyền - Cảm biến nhận biết màu sắc - Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu - Các van đảo chiều - Các rơ le trung gian - Bộ phận giá đỡ khí cho tồn hệ thống - Nút nhấn Ngun lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp chiều cấp cho động điện chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Xylanh piston đẩy sản phẩm băng chuyền Trên băng chuyền thiết kế cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác Khi sản phẩm qua, cảm biến nhận biết gửi tín hiệu PLC xử lý sau PLC đưa tín hiệu van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm có màu sắc khác vào nơi chứa riêng biệt Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phân loại theo màu sắc Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ứng dụng nhiều dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, dây chuyền phân loại sản phẩm nhựa hay chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống giúp nhà sản xuất tốn nhân công lao động giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao suất lao động 1.1.2 Phân loại theo chiều cao Hình 1.3 Mơ hình hệ thống phân loại theo chiều cao Cấu tạo: - Hai băng chuyền - Hai động điện chiều để kéo băng chuyền - Ba cảm biến nhận biết chiều cao - Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu - Hai van đảo chiều - Các rơ le trung gian - Bộ phận giá đỡ khí cho tồn hệ thống - Nút nhấn Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp chiều cấp cho động điện chiều thứ hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ thông qua dây đai Trên băng chuyền thiết kế cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác Khi sản phẩm qua, cảm biến nhận biết gửi tín hiệu PLC xử lý sau PLC đưa tín hiệu van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp đến hết băng chuyền phân loại vào hộp chứa nằm băng chuyền thứ hai Sau động chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp vị trí tương ứng Hình 1.4 Sơ đồ phân loại sản phẩm theo chiều cao Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao ứng dụng nhiều ngành công nghiệp: - Ứng dụng dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói - Ứng dụng ngành công nghiệp thực phẩm bánh kẹo, hoa - Ứng dụng công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát 1.1.3 Phân loại theo hình dạng Hình 1.5 Mơ hình hệ thống phân loại theo hình dạng Cấu tạo: - Một băng chuyền - Một động điện chiều để kéo băng chuyền - Hai động bước gạt sản phẩm để phân loại - Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera) - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu - Các rơ le trung gian - Bộ phận giá đỡ khí cho tồn hệ thống - Nút nhấn Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp chiều cấp cho động điện chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Trên băng chuyền thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm qua, Cảm biến thị giác nhận biết gửi tín hiệu PLC xử lý sau PLC đưa tín hiệu điều khiển động bước gạt sản phẩm có hình dạng khác vào nơi chứa riêng biệt Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng ứng dụng nhiều ngành công nghiệp: - Ứng dụng công nghiệp kiểm tra phân loại sản phẩm có hình dáng khác như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng… - Ứng dụng kiểm tra phân loại Nông Sản - Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh 1.2 Nguyên lý hoạt động 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,… Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống phân loại sản phẩm: - Về khí: phân tích tính tốn lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật chi tiết cho thỏa mãn yêu cầu đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt sửa chữa - Về điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động - Về an toàn: đảm bảo an tồn cho người sử dụng sản phẩm khơng bị hỏng Phương án thiết kế hệ thống: - Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm - Đặt phễu chứa phôi để dẫn phôi vào băng tải - Sử dụng xylanh để cấp phôi phân loại sản phẩm - Sử dụng điều khiển PLC để điều khiển hoạt động hệ thống Ưu điểm: Có khả vận chuyển sản phẩm nhanh hơn, suất cao Sử dụng hệ thống xylanh khí nén cho tốc độ làm việc nhanh với độ tin cậy xác cao Điều khiển dễ dàng, hoạt động ổn định Lắp đặt dễ dàng, giá thành thấp 3.1.5 Tính trục tang chủ, bị động/con lăn 3.1.5.1 Tính đường kính trục tang Chọn vật liệu vật liệu để chế tạo trục thép C45 có ứng suất σ b=600 MPa, ứng suất cho phép [ r ] =12 … 20 MPa d≥ Trong đó: √ T 0,2.[r ]  T moment xoắn trục  (Nm)  [ r ] ứng suất xoắn cho phép Chọn [ r ] =15 MPa Do đó: √ d≥3 √ T 3122,59 = =10,13(mm) 0,2.15 0,2 [ r ] Băng tải có chiều rộng W =200(mm) Chiều rộng băng tải BC=200 mm , AB=CD=30 mm , DE=30 mm Chọn băng tải PVC dày 3mm nên theo nhà sản xuất, đường kính trục tang nhỏ 50 mm Do chọn đường kính lăn d trục tang =60 mmlà thỏa mãn Hình 3.19 Minh họa lăn vịng bi băng tải Tính tốn đường kính lăn: Chọn d trục tang =60 mm, ntrục tang =42,97 vg/ ph Hình 3.20 Phân tích lực tác dụng rulo chủ động Vẽ biểu đồ momen: Phân tích lực: - Trọng lượng tang P1 - Trọng lượng nhông P2=5 N 26 - Phản lực AB, CD: Y AB , Y CD , X AB , X CD Lực F r tác dụng lên nhông hợp với phương ngang góc 30 ° : - Momen xoắn nhông M =3122,59 Nmm Lực băng tải tác dụng lên lăn F=90,23 N Con lăn làm thép nên trọng lượng lăn là: F r=112,53( N ) P1=W π ( ) 60 7800 9,81 2.1000 ¿ 0,2 π ( ) 60 7800 9,81=43,27 ( N ) 2.1000 Theo phương Oy ¿ { ⇒ Y AB=13,785 ( N ) Y CD =90,75 Theo phương Ox Tính phản lực ổ bi: { ⇒ { X AB+ X CD =−F−F r cos 30 ° X CD 234=−F 117−Fr cos 30 ° 264 X AB=−72,62 (N ) X CD =−115,06 Các lực gây xoắn: Momen truyền xích gây M =3122,59 Nmm Biểu đồ momen 27 - Tính tốn sơ Chọn điểm nguy hiểm thấy gồm điểm B điểm C Kiểm tra: Điểm B: 0,5 M tđ ¿ ( M x + M y +0,75 T z ) 2 ¿ ( 1612,8452 +8496,54 2+ 0,75.3122,592 ) ¿ 9061,2(Nmm) - Điểm C: M tđ ¿ ( M 2x + M 2y +0,75 T 2z ) 0,5 0,5 ¿ ( 1837,952 +2923,622 +0,75.3122,592 ) ¿ 4386,18 (Nmm) 0.5 28  Điểm nguy hiểm điểm B với M tđ =9061,2(Nmm) Tra bảng 10.5[1], vơi đường kính 60 mm ứng suất cho phép trục [σ ]=58 Mpa Vậy đường kính ổ lăn: d ol ≥ √ √ M tđ 9061,2 = =11,6 ( mm ) 0,1 58 0,1 [ σ ] Chú ý trị số d ol tiết diện lắp ổ lăn phải lấy đường kính ổ lăn tiêu chuẩn theo dãy: 15, 17, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95,100, … Vậy: chọn d AB=d CD =d ol =25 ( mm ) d BC =60 ( mm ) d ED=dlap dia xich=20 mm - - 3.1.5.2 Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn Chọn ổ lăn: 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=25 mm , tra bảng P2.7[1] ta chọn ổ lăn ký hiệu 1000905 với đường kính d=25 mm, đường kính ngồi D=42 mm, khả tải động C=5,74 kN , khả tải tĩnhC ❑0 =3,75 kN Tính kiểm nghiệm khả tải ổ trọng động quy ước: Q=( X V Fr + Y F a ) k t k đ Trong đó: F r tải trọng hướng tâm F rAB =√ X 2AB +Y 2AB= √ 72,622 +13,7852=73,92 ( N ) F rCD= √ X 2CD +Y 2CD = √ 115,062 +90,752 =146,54 ( N ) F a tải trọng dọc trục, F a=0 k t hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ, k t=1 k đ hệ số kể đến đặc tính tải trọng, tra bảng 11.3[1] k đ =1 X hệ số tải trọng hướng tâm, X = Y hệ số tải trọng dọc trục, Y = V hệ số kể đến vòng quay, V=1 (vòng quay) 29 Do Q AB=73,92 N