Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Trần Đình Khải Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đào Đức Minh 1711030324 17DCTA3 Lê Đình Nam 1711030090 17DCTA1 Dương Thành Phát 1711030025 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, năm 2021 Viện Kỹ thuật Hutech Mã đề tài:138 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài Họ tên : Đào Đức Minh Điện thoại : 0358082118 Ngành : Cơ điện tử MSSV: 1711030324 Lớp: 17DCTA3 Email:Daoducminh101099@gmail.com Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm cho mơ hình hệ thống cấp phơi gia cơng tự động Nhiệm vụ thực đề tài: - Tính tốn thiết kế hệ thống điện điều khiển cấu phân loại sản phẩm theo vật liệu - Chế tạo lắp đặt hệ thống điện điều khiển cấu phân loại sản phẩm theo vật liệu Sinh viên thực Đào Đức Minh TP HCM, ngày 18 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Viện Kỹ thuật Hutech Mã đề tài:138 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài Họ tên : Dương Thành Phát Điện thoại : 0946012600 Ngành : Cơ điện tử MSSV: 1711030025 Lớp: 17DCTA1 Email:duongthanhphat99@gmail.com Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm cho mơ hình hệ thống cấp phôi gia công tự động Nhiệm vụ thực đề tài: - Tính tốn thiết kế cấu phân loại sản phẩm theo vật liệu - Chế tạo lắp ráp cấu phân loại sản phẩm theo vật liệu Sinh viên thực TP HCM, ngày 18 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Dương Thành Phát iii Viện Kỹ thuật Hutech Mã đề tài:138 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài Họ tên : Lê Đình Nam Điện thoại : 033673085 Ngành : Cơ điện tử MSSV:1711030090 Lớp: 17DCTA1 Email:namlegubo@gmail.com Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm cho mơ hình hệ thống cấp phôi gia công tự động Nhiệm vụ thực đề tài: - Tính tốn thiết kế băng tải vận chuyển phôi - Chế tạo lắp ráp băng tải vận chuyển phôi Sinh viên thực TP HCM, ngày 18 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Lê Đình Nam LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đồ án tốt nghiệp nghiên cứu độc lập Đồng thời số liệu cung cấp từ báo cáo rõ ràng kết nghiên cứu hoàn tồn trung thực, khơng chép từ cơng trình nghiên cứu khác Những tài liệu chích dẫn ghi rõ nguồn gốc i LỜI CẢM ƠN Cùng với phát triển giới xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đổi bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, đại hóa, vừa xây dựng sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển kinh tế đất nước Điều địi hỏi phải nghiên cứu áp dụng dây chuyền, máy móc thiết bị tiên tiến đại, có khả tự động hóa cao để đưa công nghệ vào lĩnh vực sống Trong ngành Cơ điện tử đóng vai trị quan trọng trình phát triển đất nước Để đáp ứng nhu cầu to lớn việc phát triển ngành Cơ điện tử nói chung, địi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ lực trình độ chun môn để kịp thời giải vấn đề liên quan đến kỹ thuật khí, điệnđiện tử kỹ thuật phần mềm Từ thực tế trên, sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử, từ kiến thức học, nhóm chúng em lựa chọn thực đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu ” Việc tạo hệ thống để thay người công việc vấn đề cần thiết Trong thời gian thực đề tài, nhóm nhận giúp đỡ quý thầy cô VIỆN KỸ THUẬT mùa dịch khó khăn , đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo Trần Đình Khải để nhóm hồn thành đề tài cách tốt Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Việc hoàn thành đề tài khơng tránh sai lầm thiếu sót Nhóm mong phê bình, đánh giá thầy để nhóm rút kinh nghiệm phát triển thêm đề tài Nhóm xin chân thành cảm ơn! TP HCM , ngày 13 tháng 08 năm 2021 Nhóm thực hiện: Lê Đình Nam Đào Đức Minh Dương Thành Phát MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐATN i PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ii LỜI CAM DOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC HÌNH iv LỜI MỞ ĐẦU 01 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 02 1.1 Giới thiệu 02 1.2 Các vấn đề đặt 03 1.3 Phương pháp nghiên cứu 03 1.4 Phạm vi giới hạn 04 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 05 2.1 Giới thiệu loại phân loại sản phẩm 05 2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm hành 06 2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu 09 2.2 Vật liệu chế tạo 11 2.3 Hệ thống truyền động 15 2.3.1 Động điện chiều 15 2.3.2 Băng chuyền 19 2.4 Hệ thống điều khiển 20 2.4.1 Bộ điều khiển PLC 20 2.4.1.1 Tổng quan điều khiển logic khả trình PLC 20 2.4.2 Piston xylanh đẩy sản phẩm 33 2.4.3 Van đảo chiều 35 2.4.4 Cảm biến quang 37 2.4.5 Rơ le trung gian 41 2.4.6 Nút nhấn 44 iii CHƯƠNG III MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 45 3.1 Mơ hình hóa hệ điện động điện chiều 45 3.2 Mô hệ thống 47 3.2.1 Mơ hệ thống khí 47 3.2.2 Mô hệ thống điều khiển 48 3.2.3 Mơ hệ thống khí nén 49 CHƯƠNG IV QUY TRÌNH THIẾT KẾ 49 4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống 49 4.1.1 Tính tốn cơng suất động 49 4.1.2 Tính tốn tốc độ động điện chiều 50 4.1.3 Tính tốn tốc độ quay trục 51 4.1.4 Tính cơng suất trục 52 4.1.5 Tính moment xoắn trục 52 4.1.6 Tính tốn lựa chọn piston 53 CHƯƠNG V THI CÔNG 54 5.1 Thi cơng mơ hình hệ thống 54 CHƯƠNG VI KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 57 6.1 Kết 57 6.2 Đánh giá 57 6.3 Nguyên nhân biện pháp khắc phục 58 6.4 Hướng phát triển 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 - Nguồn xoay chiều 220V nguồn chiều 24V 3.2.3 Mơ hệ thống khí nén Sử dụng phần mềm Automation Studio 5.0 để mô hệ thống khí nén (Hình 3.3) Hình 3.3 Hệ thống khí nén 47 CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG 4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống Phương pháp tính chọn [5] 4.1.1 Tính tốn cơng suất động Công suất động xác định theo cơng thức: Pct = Pt η Trong Pct , Pt: công suất cần thiết trục động cơng suất tính tốn Giả thiết hệ dẫn động băng tải làm việc ổn định với tải trọng không đổi ta có: - Cơng suất cơng tác: Pt = (F1 + F2 ).v (60 + 5) 0.2 F.v = = = 0.013 kW = 13W 1000 1000 1000 Với: v = 0.2 m/s (vận tốc băng tải) F1 = 60N (lực kéo băng tải) F2 = 5N (lực kéo sản phẩm) - Hiệu suất hệ dẫn động: η = η1 η22 η3 η4 Trong đó: η: hiệu suất toàn máy η1 = 0.97 : hiệu suất truyền bánh η2 = 0.995 : hiệu suất cặp ổ bi η3 = 0.75 : hiệu suất băng chuyền η4 = 0.95 : hiệu suất truyền đai Tra bảng (2.3) trang 19 - Giáo trình “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí” ta được: η1 = 0.97 ; η2 = 0.995 ; η3 = 0.75 Do đó: η = 0.97 0.9952 0.75 0.95 = 0.67 Vậy: 48 ; η4 = 0.95 Pct = Pt 13 = = 19.2 (W) η 0.67 4.1.2 Tính tốn tốc độ động điện chiều - Số vòng quay trục máy công tác nlv: nlv = 60 1000 v 60 1000 0.2 = = 153 (vịng/phút) π.D 3.14 25 Trong đó: v = 0.2 m/s : vận tốc băng tải D = 25 mm : đường kính lăn Ud: tỉ số truyền với truyền đai Ud = 1.5 Uh : tỉ số truyền hộp giảm tốc Uh = 6.5 Vậy tỉ số truyền hệ dẫn động: U = Ud Uh = 1.5 6.5 = 9.75 Số vịng quay sơ động tính theo công thức: n = U nlv = 9.75 153 = 1492 (vòng/phút)  Chọn động cơ: - Chọn động phải thỏa mãn điều kiện: Pđc > Pct ; nđc ≈ n - Chọn số vòng quay đồng động nđc = 1500 (vòng/phút) Từ tính tốn ta thấy cơng suất động nhỏ nên ta chọn động chiều điện áp 24V với tốc độ 1500 vịng/phút, cơng suất 20W có sẵn thị trường Nhóm tác giả lựa chọn động chiều sử dụng mơ hình hệ thống Đó động 57A-AM-18-A268 (Hình 4.1) 49 Hình 4.1 Động điện chiều 57A-AM-18-A268 Với thông số kỹ thuật: - Điện áp: Một chiều 24VDC - Đường kính trục: mm, chiều dài trục: 15 mm - Đầu giảm tốc độ có kích thước: 43 x 43 (mm) - Đường kính thân máy: 36 mm - Máy tổng chiều dài: 122 mm - Số vịng quay: 1500 vịng/phút - Cơng suất: 20W 4.1.3 Tính tốn tốc độ quay trục Phương pháp tính tốn [6] Ta có: nđc = 1500 vịng/phút Trục I : nI = nđc 1500 = = 230 (vòng/phút) Uh 6.5 nII = nI 230 = = 153 (vòng/phút) Ud 1.5 Trục II : Trục III : nIII = nII = 102 (vịng/phút) 1.5 Trong đó: 50 Trục I : trục hộp giảm tốc Trục II : trục dẫn động băng chuyền Trục III : trục bị dẫn băng chuyền 4.1.4 Tính cơng suất trục Gọi công suất trục I, II, III PI, PII, PIII - Công suất danh nghĩa trục động cơ: Pđc = Plv = 30W - Công suât danh nghĩa trục hộp số: PI = Pđc η1 = 30 0.97 = 29.1 (W) - Công suất danh nghĩa trục dẫn động băng chuyền: PII = PI η2 η4 = 29.1 0.995 0.95 = 27.5 (W) - Công suất danh nghĩa trục bị dẫn băng chuyền: PIII = PII η3 = 27.5 0.75 = 20.6 (W) 4.1.5 Tính moment xoắn trục Phương pháp tính chọn [6] Gọi moment xoắn trục I, II, III là: MI, MII, MIII ta có kết sau: - Trục động cơ: Mđc = 9.55 ∙ Pđc 30 = 9.55 ∙ ∙ 103 = 191 (N.mm) nđc 1500 MI = 9.55 ∙ PI 29.1 = 9.55 ∙ ∙ 103 = 1208 (N.mm) nI 230 MII = 9.55 ∙ PII 27.5 = 9.55 ∙ ∙ 103 = 1717 (N.mm) nII 153 MIII = 9.55 ∙ PIII 20.6 = 9.55 ∙ ∙ 103 = 1929 (N.mm) nIII 102 - Trục I: - Trục II: - Trục III : 51 Từ tính tốn ta chọn đai dẫn động cho hệ thống băng tải loại đai S2M có thị trường: + Bánh dẫn động có: D = 1cm, Z = 20 + Bánh bị dẫn có: D = cm, Z = 34 Trong đó: D: đường kính Z: số - Chọn trục dẫn động cho băng tải trục Φ8 mm - Chọn ổ bi Φ16 mm 4.1.6 Tính tốn lựa chọn piston Tính chọn Piston tài liệu [2] Dùng piston xylanh đẩy sản phẩm điều khiển khí nén Ta có: F ≥ Fmsmax Trong đó: F: lực đẩy piston Fmsmax lực ma sát lớn bề mặt sản phẩm băng chuyền Fmsmax = K N Với: K hệ số ma sát bề mặt sản phẩm băng chuyền, chọn K = 0.8 N phản lực băng chuyền với sản phẩm N = G = 5N Suy ra: Fmsmax = 0.8 = (N) Để đẩy sản phẩm thì: F ≥ Fmsmax ↔ P.A≥4 ↔ P π d2 ≥4 ↔ d ≥ 4.4 P. Với: d: đường kính piston P: áp suất khí nén 52 Chọn P = 8150 (N/m2) Suy ra: d ≥ 4.4 = 2.5 (cm) 8150 3.14 Băng tải có chiều rộng 125 mm chọn loại piston có hành trình 125 mm 53 CHƯƠNG V : THI CƠNG 5.1 Thi cơng mơ hình hệ thống Nhóm em thiết kế thi cơng hồn thiện mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu Dưới chi tiết nhóm gia công để lắp ráp tạo thành hệ thống phân loại sản phẩm : Hình 5.1 Khung băng tải - Kích thước : + Dài : 1000mm + Rộng : 210mm + Cao : 200mm Ước lượng thời gian gia công: tiếng Quy cách gia công : cắt, phay, tiện, khoan lỗ Công dụng : đỡ, cố định thiết bị 54 Hình5.2 Khay đựng phơi - Kích thước : + Dài : 330mm + Rộng : 130mm + Cao : 200mm Ước lượng thời gian thi công : tiếng Quy cách gia công : phay, cắt Công dụng : đựng phôi - Ống cấp phôi : Với chiều cao 600mm ø 108 Hình 5.3 Ống cấp phôi 55 Ước lượng thời gian thi công : tiếng Quy cách gia công : phay, khoan Công dụng : đựng phôi cung cấp phôi cho băng tải - Piston cấp phơi : Hình 5.4 Piston cấp phôi Ước lượng thời gian thi công : tiếng Quy cách gia công : Cắt, phay, khoan Công dụng : đẩy phơi - Đỡ piston : Hình 5.5 Đỡ piston Ước lượng thời gian thi công : tiếng Quy cách gia công : phay, cắt Công dụng : để đỡ piston cấp phôi 56 - Đỡ cảm biến : Hình 5.6 Đỡ cảm biến Ước lượng thời gian thi công : 30 phút Quy cách gia công : phay, khoan lỗ Công dụng : để đỡ cảm biến chọn - Đỡ cảm biến piston : Hình 5.7 Đỡ cảm biến piston Ước lượng thời gian gia công : tiếng Quy cách gia công : Phay, cắt, khoan lỗ Công dụng : dùng để đỡ cảm biến lựa chọn piston đẩy phôi 57 CHƯƠNG VI : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1 Kết Hình 6.1 mơ hình sản phẩm hồn thiện Sau trình làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm”, đến nhóm em hồn thành xong đồ án với kết thu cụ thể sau:  Phần kiến thức: - Tìm hiểu điều khiển lập trình PLC S7-200 - Tìm hiểu quy trình cơng nghệ băng chuyền phân loại sản phẩm - Tìm hiểu cảm biến quang - Tìm hiểu hệ thống điều khiển: xylanh tác động kép, van đảo chiều 5/2 - Vận dụng phần mềm Solidwork, Orcad, Automation Studio mô hệ thống  Phần thiết kế thi công: - Xây dựng sơ đồ khối - Viết chương trình điều khiển phần mềm STEP7-MICROWIN - Thi cơng hệ thống khí 58 - Thi cơng hệ thống điện - Thi cơng hệ thống khí nén  Phần khí: - Thiết kế chế tạo hệ thống khung khí đỡ băng truyền, cảm biến piston - Tính tốn lựa chọn động cơ, đai dẫn động, trục dẫn động - Thiết kế, thi công hệ thống căng đai - Thiết kế, thi công hộp chứa sản phẩm  Phần điện: - Lựa chọn rơ le, cảm biến - Đấu nối cảm biến, rơ le, PLC  Phần khí nén: - Lựa chọn piston - Lắp ráp hệ thống piston xilanh, dây dẫn khí van đảo chiều 5/2 tác động điện 6.2 Đánh giá Sau q trình nghiên cứu, thiết kế thi cơng, mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu chế tạo thành cơng Nhìn chung, hệ thống đáp ứng yêu cầu đề tài đặt ra, nhiên hệ thống số nhược điểm, cần phải khắc phục  Những ưu điểm: - Thiết kế nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu đề tài - Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động: Việc áp dụng cơng nghệ lập trình PLC đem lại cho mơ hình tính vượt trội điều khiển, tuổi thọ thiết bị nâng cao - Có thể thay đổi, tác động trực tiếp vào chương trình điều khiển mơ hình - Đơn giản thao tác, vận hành, sửa chữa bảo dưỡng - Hệ thống khí nén ổn định - Mơ hình hệ thống hoạt động an tồn - Khả phân loại sản phẩm hệ thống xác 59  Những nhược điểm: - Tính thẩm mỹ chưa cao - Động chạy gây tiếng ồn - Giá thành PLC cao 6.3 Nguyên nhân biện pháp khắc phục a) Nguyên nhân Trong trình hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu xuất nhiều lỗi khiến hệ thống làm việc gặp nhiều hạn chế: lỗi động cơ, bố trí phần tử chưa đạt thẩm mỹ cao Các lỗi nhiều nguyên nhân khách quan chủ quan gây nhìn chung số nguyên nhân sau: - Thiết kế khí chưa đạt độ ổn định cao rung lắc - Chưa có hệ thống ổn định q dịng - Cách bố trí phần tử chưa hợp lý b) Biện pháp khắc phục - Tối ưu hóa hệ thống khí cho hệ thống đảm bảo tạo thành khối liên kết chắn - Hoàn thiện hệ thống lý thuyết để đưa sản phẩm thực tiễn 6.4 Hướng phát triển - Trong tương lai, mô hình hệ thống nghiên cứu sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp tự động hóa nói riêng - Hệ thống phân loại nhiều sản phẩm với tiêu chí khác nhiều trường hợp Mong đề tài bạn sinh viên khóa sau tiếp tục thực yêu cầu khắc phục hạn chế đề tài này, để tạo hệ thống có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Bùi Quốc Khánh - TS Nguyễn Văn Liễn, “Truyền động điện”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2005 [2] Th.S Lê Văn Tiến Dũng, “Điều khiển khí nén thủy lực”, Nhà xuất Giáo Dục, 2005 [3] Khoa Cơ khí - Bộ mơn Cơ điện tử, “Cảm biến hệ thống đo”, Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội, 2013 [4] “Khí cụ điện”, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 2005 [5] PGS TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển, “Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí” Tập I, Nhà xuất Giáo Dục, 1998 [6] GS TS Phan Kì Phùng, Th.S Thái Hồng Phong, “Sức bền vật liệu” Nhà xuất Đà Nẵng, 2005 61