GIỚI THIỆU
Tí nh cấp thiết
1.1.1 Lý do chọn đề tài
Băng tải, hay băng chuyền, là thiết bị cơ khí dùng để vận chuyển hàng hóa từ vị trí A đến vị trí B, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nhân công Việc sử dụng băng chuyền không chỉ giảm thiểu sự lộn xộn trong môi trường làm việc mà còn tăng năng suất lao động và đảm bảo an toàn Do đó, băng tải đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất và lắp ráp tại các nhà máy, góp phần tạo ra môi trường sản xuất hiện đại, khoa học, và nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp.
Con lăn có gắn cốc bi là bộ phận quan trọng trong băng tải, ảnh hưởng trực tiếp đến việc vận chuyển vật liệu và hàng hóa Việc con lăn cốc bi hỏng do quá trình sản xuất có thể làm giảm năng suất sử dụng Do đó, cần loại bỏ những con lăn không đạt chuẩn ngay từ đầu trước khi lắp vào băng tải Điều này giúp tiết kiệm chi phí bảo trì, bảo dưỡng, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro tiềm ẩn.
- Chi phí nhân công, bảo trì sửa chửa
- Nhu cầu về sự tăng tốc trong quá trình sản xuất
- Ngăn ngừa lỗi do con người trong quá trình vận chuyển hàng hoá.
Mục tiêu nghiên cứu
- Kiểm tra tốc độ các con lăn có gắn đầu cốc bi không đạt chuẩn
- Giúp cho nhà máy nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu suất.
Khách thể và đối tượng nghiên cứu
Các công ty và xí nghiệp trong ngành thiết kế và chế tạo băng tải đang gia tăng nhu cầu sản xuất và tiêu thụ con lăn cốc bi.
- Con lăn cú gắn cốc bi với đường kớnh: ỉ38, ỉ42, ỉ49, ỉ60(mm)
Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra tốc độ vòng quay đạt tiêu chuẩn cho các loại cốc bi trong ngành công nghiệp băng tải là một sản phẩm quan trọng của công ty Intech Group Máy này đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong việc kiểm tra, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất.
Giả thiết nghiên cứu
- Tự động hoá trong quá trình kiểm tra, giảm nhân công, nâng cao hiệu suất
- Máy có thể hoạt động trong đa số các môi trường
- Máy được vận hành bởi hệ thống hiện đại một cách dễ dàng.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan: nghiên cứu về các con lăn cốc bi tại công ty Intech Group
Nghiên cứu lý luận và thực tiễn về máy kiểm tra tốc độ vòng quay chuẩn cho các dạng cốc bi là rất cần thiết, đặc biệt đối với nhu cầu của công ty Intech Group trong việc đảm bảo tốc độ con lăn cốc bi đạt tiêu chuẩn Việc xác định tiêu chuẩn tốc độ không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Phạm vi nghiên cứu
Tại nhà máy sản xuất băng tải cụ thể tại công ty Intech Group về nhu cầu phát sinh trong quá trình sản xuất.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý luận: o Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết o Phương pháp mô hình hóa
- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: o Quan sát khoa học o Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động o Phương pháp thực nghiệm khoa học.
Cấu trúc của bài báo cáo
Chương 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về máy kiểm tra tốc độ vòng quay tiêu chuẩn cho các dạng cốc bi trong ngành công nghiệp băng tải, với sự tập trung vào ứng dụng và lợi ích mà thiết bị này mang lại cho công ty Intech Group.
- Chương 2: Xây dựng ý tưởng – phân tích lựa chọn phương án thiết kế máy
- Chương 3: Thiết kế và tính toán hệ thống phần cơ khí
- Chương 4: Thiết kế hệ thống phần điều khiển
- Chương 5: Chế tạo và thực nghiệm máy
- Chương 6: Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN VỀ CON LĂN CỐC BI VÀ MÁY KIỂM TRA TỐC ĐỘ VÒNG QUAY ĐẠT CHUẨN CỦA CÁC DẠNG CỐC BI TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP BĂNG TẢI
Giới thiệu về các con lăn cốc bi
Cốc bi con lăn là linh kiện quan trọng trong hệ thống băng tải con lăn, với cấu trúc vỏ nhựa và lõi bạc đạn giúp giảm tiếng ồn và ma sát Chức năng của cốc bi là tạo ra hệ thống xoay kết hợp với trục và ống trục, hình thành rulo quay quanh trục Khi kết hợp nhiều rulo quay, chúng tạo thành băng tải con lăn hiệu quả và trơn tru.
Cốc bi thép là vòng bi được thiết kế với phần bao che, giúp bảo vệ vòng bi khỏi tác động bên ngoài và ngăn chặn dầu mỡ bên trong thoát ra Cấu trúc của con lăn bao gồm ống, cốc bi và trục, trong đó ống con lăn có kích thước ỉ38, ỉ42, ỉ49, ỉ60 và độ dày ống là 1.2mm.
Hì nh 1.1 Hình ảnh cốc bi thép
Hì nh 1.2 Hình ảnh cấu tạo của cốc bi thép
Cốc bi nhựa là phụ kiện thiết yếu giúp con lăn hoạt động mượt mà quanh trục Với thiết kế đẹp mắt và tính năng ưu việt, cốc bi nhựa được trang bị khuôn nhựa bao kín, bảo vệ vòng bi khỏi các tác nhân bên ngoài từ môi trường.
Cốc bi băng tải chất liệu bằng nhựa bên trong có đóng bạc đạn bằng thép không rỉ như 6001,
Cốc bi 6002, 6804, 6202 có nhiều kích thước khác nhau với đường kính trong từ 8mm, 10mm, 12mm, 16mm và đường kính ngoài từ 23mm đến 60mm, trong đó loại phổ biến là 49mm và 60mm Cốc bi nhựa được chia thành hai loại: loại đầu trơn, hoạt động như một bộ phận bị động lăn theo, và loại đầu răng, đảm nhận vai trò chủ động kéo.
Hì nh 1.3 Cốc bi nhựa chủ động và cấu tạo cốc bi nhựa chủ động
Hì nh 1.4 Cốc bi nhựa bị động và cấu tạo của cốc bi nhựa bị động
• Con lăn ép cốc bi thép
Con lăn ép cốc bi thép là loại con lăn sử dụng cốc bi thép thay thế cho vòng bi truyền thống Cốc bi thép có cấu tạo bao che, giúp bảo vệ vòng bi khỏi tác động bên ngoài và ngăn chặn dầu mỡ bên trong rò rỉ Loại con lăn này chủ yếu được ứng dụng trong các hệ thống băng tải và dàn con lăn băng tải.
Con lăn có cấu tạo gồm: ống, cốc bi, trục Ống con lăn: Làm bằng thép SS400, Ống con lăn cú kớch thước ỉ38, ỉ42, ỉ49, ỉ60 và cú chiều dày ống 1.2mm
Trục của con lăn làm bằng vật liệu thộp CT3, cú kớch thước ỉ12
Hì nh 1.5 Cấu tạo của con lăn ép cốc bi thép
• Con lăn ép cốc bi nhựa
Con lăn ép cốc bi nhựa được trang bị bạc đạn đặc biệt, giúp quay trơn trên trục và hỗ trợ băng tải Đối với băng tải dài, rộng và tải trọng lớn, bề mặt dây belt tạo ra ma sát cao với các tấm đỡ Việc sử dụng con lăn cốc bi nhựa giữa các tấm đỡ sẽ giảm ma sát, tăng độ bền cho belt và giảm tải trọng cho động cơ kéo.
Hì nh 1.6 Băng tải có con lăn cốc bi nhựa
Để hỗ trợ băng tải dài, việc sử dụng con lăn lắp cốc bi nhựa là rất cần thiết, vì trọng lượng của dây băng tải có thể rất lớn, chẳng hạn như dây băng tải PVC xanh dày 2mm nặng 2.5kg/m2, 3mm nặng 3.5kg/m2, và 5mm nặng lên đến 6.5kg/m2 Sử dụng con lăn giúp triệt tiêu trọng lượng của dây băng tải, từ đó tăng độ bền cho dây belt và giảm tải trọng cho động cơ.
Hì nh 1.7 Băng chuyền có con lăn bằng cốc bi nhựa
Con lăn ép cốc bi nhựa là thiết bị quan trọng trong các hệ thống băng tải con lăn tự do, giúp vận chuyển hàng hóa một cách linh hoạt trong quy trình sản xuất.
Hì nh 1.8 Dàn con lăn tự do cốc bi nhựa Đặc điểm của con lăn lắp cốc bi nhựa:
- Con lăn cốc bi nhựa được sản xuất với cấu tạo trục bằng thép
- Vỏ của con lăn làm bằng inox chất lượng cao
- Cốc bi nhựa được được đóng vào hai đầu
- Kích thước của con lăn tùy theo yêu cầu của khách hàng
Hì nh 1.9 Dàn con lăn xếp tự do lắp từ con lăn cốc bi nhựa
2.1.3 Một số loại con lăn có trên thị trường
• Con lăn bọc cao su
Con lăn bọc cao su là sản phẩm phổ biến trong nhiều doanh nghiệp, nhờ vào khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe như độ đồng tâm, thẳng, và không bị võng Để chế tạo con lăn bọc cao su chất lượng, cần chú trọng đến nhiều yếu tố kỹ thuật và trình độ chuyên môn cao.
Con lăn bọc cao su có độ bền cao và bề mặt với ma sát lớn, giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển Hệ thống con lăn này không chỉ ổn định mà còn đảm bảo hiệu suất và thời gian vận hành lâu dài Đặc biệt, sản phẩm này hoạt động hiệu quả trong môi trường ẩm ướt và bụi bặm.
Con lăn bọc cao su là loại con lăn có lớp bọc cao su bên ngoài, với lõi thường được làm từ thép mạ kẽm Loại con lăn này thường được ứng dụng trong băng tải con lăn và rất phổ biến trong các doanh nghiệp hiện nay.
Con lăn bọc cao su gồm ba loại chính: bề mặt cao su xương cá, bề mặt cao su mịn và bề mặt cao su kim cương, mỗi loại mang những đặc điểm riêng phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau Tất cả các loại con lăn này đều có cấu tạo chung, được chế tạo từ thép, gang đúc, với trục quay làm bằng thép và vỏ được hàn kín.
Hì nh 1.10 Con lăn cao su
❖ Cấu tạo con lăn bọc cao su
Lõi con lăn được chế tạo từ kim loại có khả năng chịu lực tốt, đảm bảo hoạt động liên tục với tốc độ cao Thiết kế trục con lăn với các rãnh xoắn không chỉ tăng cường độ ma sát mà còn giúp bụi bên trong thoát ra dễ dàng trong quá trình sản xuất.
- Vỏ ngoài là lớp cao su giúp tăng tuổi thọ của con lăn
Hì nh 1.11 Cấu tạo con lăn cao su
- Có khả năng chống bám dính, mài mòn, ít hệ số ma sát và có thời gian sử dụng lâu
- Khả năng chống tĩnh điện và lão hóa độ bền cơ học
- Không gây ra tiếng ồn, thời gian vận hành lâu
- Làm việc trong nhiều môi trường khác nhau
- Chi phí đầu tư thấp, tăng năng suất lao động
❖ Ứng dụng của con lăn bọc cao su
- Ứng dụng con lăn vào sản xuất giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, đẩy nhanh tiến độ công việc và giảm sức lao động
Con lăn cao su đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm in ấn, sản xuất bao bì và may mặc Bên cạnh đó, chúng cũng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp nặng như ép nhựa và sản xuất kính.
- Tùy vào từng mặt hàng cần vận chuyển cũng như nhu cầu lắp đặt của khách hàng mà lựa chọn kích thước con lăn phù hợp
Hì nh 1.12 Con lăn bọc cao su có ứng dụng quan trọng trong việc thiết kế băng tải cao su
Con lăn băng tải inox thường được lựa chọn trong các băng tải hàng vì độ bền của chúng
Vật liệu inox dễ làm sạch, chống ăn mòn và là sự lựa chọn phổ biến cho các môi trường có điều kiện vệ sinh nghiêm ngặt
Vì vậy, con lăn băng tải inox vượt trội hơn đáng kể so với các loại con lăn khác trong các ứng dụng công nghiệp nặng
Hì nh 1.13 Con lăn inox cốc bi nhựa
Con lăn inox là lựa chọn lý tưởng cho băng tải nhờ vào đặc tính chống rỉ sét, cho phép hoạt động hiệu quả trong môi trường ăn mòn cao Băng tải con lăn inox thường được sử dụng trong kho hàng, khu vực đóng gói sản phẩm và trong quá trình chuyển hàng lên xuống xe tải Với sức chịu tải tốt, con lăn inox có khả năng vận chuyển khối lượng hàng hóa lớn một cách dễ dàng, giúp thay thế sức lao động của con người.
Giới thiệu máy kiểm tra tốc độ vòng quay
Tốc độ vòng quay là yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng chuyển động của động cơ trong thiết bị và máy móc Việc kiểm tra tốc độ vòng quay là cần thiết, và để thực hiện điều này, cần sử dụng máy đo tốc độ vòng quay Thiết bị này cho phép đo chính xác tốc độ vòng quay của các loại động cơ và máy móc.
Thiết bị đo tốc độ vòng quay là công cụ quan trọng để kiểm tra và đánh giá chất lượng máy móc bằng cách đo tốc độ vòng quay Việc sử dụng thiết bị này giúp bạn nhanh chóng xác định các thay đổi cần thiết nhằm hoàn thiện sản phẩm hoặc cải thiện phương pháp sửa chữa máy móc và thiết bị động cơ.
2.2.2 Đơn vị đo tốc độ vòng quay
Tốc độ vòng quay, hay RPM (vòng/phút), là đơn vị đo lường số vòng quay của một vật thể trong một phút RPM được sử dụng phổ biến để tính toán các chuyển động tròn và tốc độ di chuyển của các vật thể trong thời gian 60 giây.
Chỉ số RPM (vòng/phút) của động cơ càng cao, cho thấy động cơ hoạt động với tốc độ càng nhanh Tốc độ vòng quay này phản ánh khả năng hoạt động của động cơ, và việc kiểm tra RPM giúp người dùng theo dõi tình trạng hoạt động của thiết bị một cách hiệu quả.
Phân loại thiết bị đo tốc độ vòng quay
Trên thị trường hiện nay, các loại máy đo tốc độ vòng quay được phân chia làm nhiều dòng sản phẩm khác nhau Cụ thể:
• Thiết bị đo tốc độ vòng quay tiếp xúc
Thiết bị đo vòng quay tiếp xúc 1.23 là công cụ lý tưởng để đo tốc độ động cơ một cách nhanh chóng và chính xác Với đầu dò cảm biến tiếp xúc trực tiếp trên bề mặt thiết bị, máy có khả năng đo tốc độ vòng quay từ 20 rpm đến 20.000 rpm, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp.
• Thiết bị đo tốc độ vòng quay không tiếp xúc
Hì nh 1.24 Thiết Bị do vòng quay không tiếp xúc
Thiết bị đo này sử dụng miếng dán phản quang gắn trên trục hoặc cánh để đo tốc độ vòng quay một cách chính xác.
• Thiết bị đo tốc độ tần số chớp
Hì nh 1.25 Thiết bị do vòng quay tần số chớp
Thiết bị này cho phép đo tốc độ mà không cần đo trực tiếp hay sử dụng miếng dán phản quang, mang lại độ chính xác cao và tiết kiệm thời gian, chi phí Với nguồn chiếu sáng từ đèn LED, thiết bị hoạt động bằng cách đo số lần chớp tần số, chuyển đổi tín hiệu đo được thành tín hiệu điện để xử lý dữ liệu Kết quả đo được hiển thị trên màn hình, với khả năng đo tốc độ vòng quay lên tới 99,999 vòng/phút.
• Cấu tạo của thiết bị đo vòng quay
Mỗi thiết bị đo tốc độ vòng quay có cấu tạo khác nhau, nhưng về cơ bản, chúng đều bao gồm hai thành phần chính: đầu dò cảm biến và thân máy Đầu dò cảm biến có nhiệm vụ tiếp nhận rung động và chuyển tiếp thông tin về bộ xử lý tại thân máy Đối với máy đo tốc độ vòng quay không tiếp xúc, đầu đo được thiết kế đặc biệt để thực hiện chức năng này hiệu quả.
20 tích hợp với nguồn sáng để chiếu sáng vào miếng dán phản quang để đo được các rung động chính xác nhất
Thân máy chứa bộ xử lý dữ liệu, thực hiện phân tích tín hiệu cảm biến thành tín hiệu điện Kết quả sau đó được chuyển đến màn hình hiển thị, giúp người dùng dễ dàng đọc thông tin.
Màn hình hiển thị kết quả đo rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng đọc và ghi chép Hiện tại, màn hình LED và LCD với độ phân giải cao là hai loại phổ biến, mang lại hình ảnh sắc nét Các nút bấm mềm được thiết kế để dễ dàng cài đặt chế độ đo và chuyển đổi đơn vị nhanh chóng.
Ứng dụng của thiết bị đo tốc độ vòng quay
Thiết bị đo tốc độ vòng quay là công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ giao thông đến các máy móc và hệ thống kỹ thuật Nó giúp kiểm tra và phát hiện sự cố, đồng thời tối ưu hóa tốc độ hoạt động để nâng cao hiệu quả.
XÂY DỰNG Ý TƯỞNG - PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
Xây dựng ý tưởng
3.1.1 Yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế
Tốc độ vòng quay của cốc bi cần đạt trên 40 vòng/phút, với mỗi lần kiểm tra sử dụng từ 2 đến 4 con lăn Do các con lăn có đường kính khác nhau, hệ thống điều khiển phải phù hợp với từng kích thước Ngoài ra, chiều dài của các con lăn rất đa dạng, vì vậy giá đỡ cần linh hoạt để thích ứng với từng chiều dài khác nhau.
- So sánh, thiết kế sơ bộ hình dạng và kết cấu hệ thống mô hình
- Tính toán chọn điều khiển, động cơ băng chuyền và động cơ bị động
- Thiết kế hệ thống máy ở dạng 3D
- Xuất bản vẽ sang 2D rồi tiến hành gia công
- Lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí và đi dây hệ thống điện, điều khiển
- Tiến hành chạy thử và khắc phục lỗi (nếu có)
3.1.2 Các tính năng cần đạt
Mô hình thiết kế cần đáp ứng các tiêu chí quan trọng như độ chính xác cao, khả năng tự động hóa, kiểm tra đa dạng sản phẩm con lăn, đảm bảo tính an toàn kỹ thuật, tiết kiệm năng lượng và có tính kinh tế cao.
Độ chính xác cao là khả năng kiểm tra sản phẩm dựa trên sai số giữa tốc độ quay của các cốc bi và tiêu chuẩn đã được thiết lập.
Máy phải hoạt động nhẹ nhàng, tự động đẩy con lăn cho đến khi con lăn chạm vào băng tải, gá con lăn vào và lấy ra bằng tay
Có khả năng vận hành với nhiều sản phẩm có hình dạng tương tự trong khoảng đường kính cho phép, cùng với hệ thống gá đỡ linh hoạt cho từng chiều dài khác nhau của mỗi con lăn.
- Kiểm tra được đa dạng sản phẩm con lăn khác nha
Mỗi con lăn có chiều dài và đường kính khác nhau, trong đó cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đường kính này Gá đỡ cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chiều dài của từng con lăn.
- Tính năng an toàn trong kỹ thuật
Khi sử dụng các thiết bị tự động hoặc điều khiển bằng tay, cần kiểm tra kỹ lưỡng các bộ phận chuyển động để đảm bảo đạt yêu cầu kỹ thuật Ngoài ra, việc cung cấp hướng dẫn sử dụng rõ ràng và thiết kế các góc bo tròn sẽ giúp tạo cảm giác an toàn cho người dùng.
Nguồn năng lượng cung cấp cho máy móc bao gồm năng lượng điện để vận hành các động cơ điện, khí nén và các cảm biến.
Vận hành máy và các thiết bị phải đồng bộ, đúng quy trình đặt ra hạn chế tổn thất năng lượng do vận hành, giảm kinh tế
Nguồn năng lượng chính cho máy móc hoạt động hiệu quả bao gồm năng lượng điện cung cấp cho động cơ điện và khí nén.
Để giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình vận hành máy và thiết bị, việc tuân thủ quy trình vận hành là rất quan trọng Tăng cường tính tự động hóa giúp giảm bớt sự can thiệp của lao động chân tay, từ đó tối ưu hóa hiệu suất vận hành.
Trên thị trường hiện có nhiều loại con lăn với đa dạng chất liệu và kích thước, nhưng chiều dài tối đa của máy kiểm tra là 1200mm và đường kính tối đa là 60mm Để đáp ứng nhu cầu thị trường và yêu cầu của công ty, chúng tôi sẽ thiết kế kiểm tra hai loại cốc bi: cốc bi thép và cốc bi nhựa, cụ thể là kiểm tra cốc bi được ép vào con lăn Công đoạn cuối cùng là kiểm tra tốc độ quay của con lăn khi cốc bi được ép vào, nhằm đảm bảo chất lượng con lăn Các con lăn này sẽ được kiểm tra để đảm bảo độ đồng trục và độ tròn, giúp tốc độ quay của cốc bi không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài.
Chiều dài con lăn thường dao động từ 15mm đến 1200mm, trong khi đường kính nằm trong khoảng từ 38mm đến 60mm Mặc dù chiều dài không ảnh hưởng đến thời gian kiểm tra tốc độ quay, nhưng đường kính khác nhau sẽ dẫn đến thời gian kiểm tra khác nhau cho từng loại con lăn.
- Những khó khăn trong việc kiểm tra tốc độ quay cốc bi:
Việc kiểm tra các con lăn với vật liệu khác nhau gặp nhiều khó khăn Khi băng tải tiếp xúc với các con lăn, một số vật liệu có độ ma sát thấp không đủ lực để xoay Ngoài ra, các con lăn được gá trên khối V dễ bị rơi khi tiếp xúc với băng tải trong thời gian dài.
Phân tí ch, lựa chọn phương án và các bước thiết kế máy
Đối tạo máy kiểm tra tốc độ vòng quay đạt chuẩn của các dạng cốc bi thì có một số yêu cầu sau đây:
- Dễ sử dụng và tiết kiệm thời gian trong công việc
- Kiểm tra được đa dạng với mỗi loại con lăn khác nhau từ kích thước, vật liệu và hình dáng
- Vận hành đơn giản và tiết kiệm nhân lực
- Phù hợp với xu hướng nền công nghiệp 4.0 của đất nước
- Tóm tắt sơ lược nguyên lý phương án 1:
Xy lanh trong hệ thống nâng hạ sẽ đẩy các con lăn thử nghiệm lên chạm vào bề mặt băng tải, kích hoạt động cơ quay và làm cho bộ truyền xích hoạt động Bộ truyền xích tạo ra moment giúp băng tải vận hành, đồng thời tạo moment lên các con lăn để chúng quay Sau một thời gian, hệ thống nâng hạ sẽ hạ các con lăn thử nghiệm xuống, cho phép chúng quay tự do Lúc này, cảm biến sẽ đo số vòng quay tự do của các con lăn và hiển thị kết quả trên màn hình.
Máy bao gồm các hệ thống sau: 1 Hệ thống băng tải, 2 Hệ thống gá con lăn, 3 Hệ thống nâng hạ bằng xy lanh và 4 Hệ thống điện điều khiển
Hì nh 2.1 Tổng quan về hệ thống máy kiểm tra tốc độ vòng quay đạt chuẩn
Hì nh 2.2 Các bộ phận của máy kiểm tra tốc độ vòng quay đạt chuẩn
Hệ thống băng tải bao gồm một động cơ, bộ truyền xích, rulo chủ động và bị động với đường kính phi 60, hai gối đỡ FL003 và băng tải belt PVC.
Hì nh 2.3 Hệ thống băng tải
Hì nh 2.4 Các chi tiết chính trong hệ thống băng tải Băng tải belt W230xL650mm [1] bao gồm:
Mâm đỡ belt (1), Nhôm định hình 30x30mm (2), Bích nhôm tăng chỉnh belt (3), Gối đỡ FL003 (4), Rulo chủ động D60mm (5), Rulo bị động D60mm (6), Dây belt PVC xanh dày 2mm (7)
Hệ thống băng tải hoạt động dựa trên nguyên lý truyền động từ bộ truyền, khiến rulo chủ động quay Lực ma sát giữa bề mặt rulo và băng tải PVC giúp kéo băng tải di chuyển về phía trước Rulo bị động ở cuối băng tải có vai trò căng dây băng và tạo ra ma sát cần thiết để duy trì sự chuyển động hiệu quả.
Hì nh 2.5 Các chi tiết chính trong bộ truyền chuyển động
Bộ truyền chuyển động [2] bao gồm:
- Nhông dành cho trục motor 35B – Z12 (1)
- Nhông dành cho trục rulo chủ động 35B – Z12 (3)
- Motor + hộp giảm tốc Wanshin (4)
Nguyên lý hoạt động của bộ truyền chuyển động bắt đầu từ việc motor quay, khiến trục motor chuyển động và làm cho nhông gắn trên trục motor quay Quá trình này tiếp tục làm cho bộ truyền xích quay, nhờ vào việc nhông được gắn trên trục rulo chủ động, dẫn đến việc rulo chủ động quay với tốc độ tương tự như động cơ, với tỉ số truyền 1:1.
• Hệ thống gá con lăn
Hì nh 2.6 Hệ thống gá con lăn
Hì nh 2.7 Các chi tiết chính của hệ thống gá con lăn
Hệ thống gá con lăn bao gồm:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống gá: Thanh trượt có nhiệm vụ di chuyển những khối
V theo phương nhất định giúp cho khối V có gá những con lăn với chiều dài khác nhau Khối
U có chức năng cố định khối V vào thanh trượt và khối V là nơi đặt các con lăn cần kiểm
• Hệ thống nâng hạ bằng xy lanh
Hì nh 2.8 Hệ thống nâng hạ bằng xy lanh
Hì nh 2.9 Các chi tiết chính của hệ thống nâng hạ bằng xy lanh
Hệ thống nâng hạ bằng xy lanh bao gồm:
- Xy lanh Airtac mã CDQ2A50-100DMZ-M9BWL (1)
- Mặt đỡ hạn chế lực (2)
- Chi tiết kết nối xy lanh với mặt đỡ (4)
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nâng hạ bằng xy lanh là khi được kích hoạt, xy lanh sẽ nâng toàn bộ hệ thống gá con lăn cho đến khi các con lăn tiếp xúc với bề mặt băng tải Sau một khoảng thời gian, khi con lăn bắt đầu quay, xy lanh sẽ tự động hạ hệ thống gá con lăn xuống, cho phép con lăn quay tự do Cảm biến sẽ đếm số vòng quay tự do của các con lăn và hiển thị kết quả trên màn hình.
• Hệ thống điện điều khiển
Hệ thống băng tải, bộ truyền chuyển động và hệ thống nâng hạ bằng xy lanh được điều khiển và vận hành thông qua màn hình HMI gắn trên tủ điện Tất cả các số liệu và kết quả đo được của hệ thống máy sẽ được hiển thị rõ ràng trên màn hình này.
Bảng 2.1 Bảng tổng hợp các vật tư chính trong hệ thống điện điều khiển
STT Tên vật tư điện Mã vật tư Hãng xuất xứ
1 Màn hình HMI TK6070iP TK6070iP Weinview
8 Cảm biến Xy lanh SMC D-M9B SMC
9 Cảm biến phát hiện màu trắng đen
10 Nút dừng khẩn cấp XA2ET42 Schneider
11 Nhãn nút nhấn EMG Phi 60 - 22 Schneider
12 Vanl điện từ đôi 5 cổng 3 vị trí Vanl 5/3
Băng tải tạo ra moment cho các con lăn khi chúng tiếp xúc, với các con lăn được gắn trên khối V Hệ thống lò xo sẽ hạ xuống nếu lực tác động lớn, giúp giữ cho con lăn không bị rơi ra.
Sau khi người vận hành nhấn nút “Chạy” trên màn hình điều khiển, hệ thống nâng hạ bằng xy lanh sẽ đẩy các con lăn lên chạm tới bề mặt belt của hệ thống băng tải Khi các con lăn tiếp xúc với bề mặt belt, bộ truyền động sẽ tạo moment giúp băng tải hoạt động, từ đó tạo moment lên các con lăn để chúng quay Sau một thời gian, hệ thống nâng hạ sẽ tự động hạ xuống, khiến các con lăn không còn tiếp xúc với bề mặt belt và quay tự do Lúc này, cảm biến sẽ đếm số vòng quay của các con lăn trong trạng thái quay tự do và hiển thị kết quả lên màn hình điều khiển.
❖ Đánh giá phương án Ưu điểm
- Tính ứng dụng cao, phù hợp cho các công ty, doanh nghiệp trong lĩnh vực công nghiệp băng tải
- Có thể dễ dàng kiểm tra các loại con lăn có đường kính khác nhau nhờ vào hệ thống nâng hạ bằng xy lanh
- Hiệu suất kiểm tra khá cao vì có thể kiểm tra được tối đa 4 con lăn cùng một thời điểm
- Kết quả kiểm tra khá là chính xác
- Sản phẩm sau khi kiểm tra không bị ảnh hưởng
- Có thể ứng dụng vào các con lăn có vật liệu khác nhau, hình dáng khác nhau và cả chiều dài khác nhau
- Tích hợp hệ thống điều khiển máy vào màn hình HMI khiến cho việc vận hành máy khá dễ dàng và tiện lợi
- Chi phí gia công chế tạo cao
Hì nh 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy
Máy bao gồm các hệ thống sau: 1 Hệ thống truyền lực, 2 hệ thống dẫn hướng, 3 hệ thống xy lanh đẩy và 4 hệ thống điều khiển
Hệ thống bao gồm: động cơ chân đế (1), bộ điều chỉnh tốc độ động cơ (2), bộ bánh đai răng
Hì nh 2.11 Các chi tiết chính của hệ thống truyền lực
Hệ thống bao gồm hai thanh ray trượt dẫn hướng giúp con lăn tiếp xúc hiệu quả với bề mặt dây đai, cùng với hai thanh ray trượt dẫn hướng còn lại được gắn lên hai gối đỡ V, mang lại sự linh hoạt trong việc lắp đặt các loại con lăn có chiều dài khác nhau.
Hì nh 2.12 Ray trượt dẫn hướng
- Hệ thống xy lanh đẩy
Hệ thống bao gồm xy lanh được kết nối với thanh ray trượt dẫn hướng có tác dụng di chuyển con lăn thử nghiệm
Hì nh 2.13 Xy lanh có vai trò chính và quan trọng nhất trong hệ thống đẩy
Máy kiểm tra tốc độ vòng quay được điều khiển bằng PLC
Hì nh 2.14 Hệ thống điều khiển PLC
Dưới gối V được trang bị cảm biến đếm số vòng quay, và trước khi tiến hành kiểm tra, các con lăn cần được đánh dấu bằng bút lông tại vị trí tiếp xúc của cảm biến.
Động cơ tạo moment vào bánh đai gắn trên trục, kích hoạt bộ truyền đai và gửi tín hiệu đến cảm biến xy lanh, giúp hệ thống gá di chuyển ngang để con lăn tiếp xúc với bề mặt đai Moment từ dây đai chuyển đến con lăn, sau một khoảng thời gian, xy lanh sẽ kéo hệ thống gá về vị trí ban đầu Cảm biến dưới gối V hoạt động để đếm số vòng quay của con lăn và hiển thị kết quả trên màn hình.
❖ Đánh giá phương án: Ưu điểm:
- Nguyên lý hoạt động đơn giản
- Dễ gia công, chế tạo
- Chi phí gia công thấp
- Không đảm bảo được sự an toàn cho người sử dụng
- Bề mặt đai có thể gây trầy xước con lăn gây ảnh hưởng đến mỹ quan con lăn
- Các thanh trượt dẫn hướng cần được tra dầu liên tục khi sử dụng
- Số lượng con lăn hạn chế: kiểm tra mỗi lần chỉ có một con lăn
Hì nh 2.15 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy
Máy gồm các hệ thống sau: 1 Hệ thống truyền lực, 2 hệ thống đồ gá, 3 hệ thống nâng hạ, 4 hệ thống điều khiển
Hệ thống bao gồm: trục động cơ và trục rulo chủ động được nối với nhau nhau bằng nối trục
Hệ thống truyền lực của động cơ biến thiên cho phép điều chỉnh tốc độ phù hợp với từng loại con lăn Khi động cơ hoạt động, nó sẽ truyền moment cho rulo chủ động, giúp băng tải hoạt động hiệu quả.
- Hệ thống gá con lăn
Hệ thống gá bao gồm:
+ Mặt bàn được gắn trên đó những thanh trượt
+ Khối V là nơi đặt những con lăn thử nghiệm vào
+ Khối U có chức năng cố định khối V vào thanh trượt
+ Thanh trượt có nhiệm vụ di chuyển những khối V theo phương nhất định giúp cho khối V có gá những con lăn với chiều dài khác nhau
+ Bộ cảm biến sẽ đếm số vòng quay của con lăn được gắn dưới khối V
Hệ thống bao gồm: trục vít me (1), Bộ truyền bánh răng (2), Trục cố định (3), Động cơ
Hì nh 2.17 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống nâng hạ
Hì nh 2.18 Mô phỏng 3D nguyên lý hoạt động của hệ thống nâng hạ
• Hệ thống điều khiển Điều khiển bằng bộ điều khiển đảo chiều động cơ
Hì nh 2.19 Bộ điều khiển đảo chiều động cơ
Dưới gối V được trang bị cảm biến đếm số vòng quay, và trước khi tiến hành kiểm tra, các con lăn cần được đánh dấu bằng bút lông tại vị trí tiếp xúc với cảm biến.
Hệ thống nâng sử dụng động cơ với mạch đảo chiều cho phép thay đổi hướng chuyển động Bánh răng gắn chặt với ốc vít me, giúp trục vít me di chuyển lên xuống theo chiều động cơ Hệ thống này hỗ trợ các con lăn thử nghiệm tiếp xúc với băng tải, trong khi vận tốc của băng tải tạo moment cho các con lăn Khi hệ thống nâng hạ, cảm biến sẽ đếm số vòng quay của con lăn và hiển thị kết quả trên màn hình.
❖ Đánh giá phương án Ưu điểm:
- Có thể sử dụng đa dạng với tất cả các loại con lăn
- Gia công các chi tiết không quá phức tạp
- Thao tác vận hành đơn giản
- Chi phí vật tư và gia công rất cao
- Các con lăn dễ bị rớt khỏi khối V nếu tốc độ chuyển động của băng tải cao
- Hệ thống lập trình cho động cơ khá phức tạp
3.2.4 Đánh giá tổng quan và lựa chọn phương án thích hợp
Phương án Ưu điểm Nhược điểm
1 • Có thể dễ dàng kiểm tra các loại con lăn có đường kính khác nhau nhờ vào hệ thống nâng hạ bằng xy lanh
• Hiệu suất kiểm tra khá cao vì có thể kiểm tra được tối đa 4 con lăn cùng một thời điểm
• Kết quả kiểm tra khá là chính xác
• Sản phẩm sau khi kiểm tra không bị ảnh hưởng
• Có thể ứng dụng vào các con lăn có vật liệu khác nhau, hình dáng khác nhau và cả chiều dài khác nhau
• Chi phí gia công chế tạo cao
2 • Nguyên lý hoạt động đơn giản
• Dễ gia công, chế tạo
• Chi phí gia công thấp
• Không đảm bảo được sự an toàn cho người sử dụng
• Bề mặt đai có thể gây trầy xước con lăn gây ảnh hưởng đến mỹ quan con lăn
• Các thanh trượt dẫn hướng cần được tra dầu liên tục khi sử dụng
• Số lượng con lăn hạn chế: kiểm tra mỗi lần chỉ có một con lăn
3 • Có thể sử dụng đa dạng với tất cả các loại con lăn
• Chi phí vật tư và gia công rất cao
• Gia công các chi tiết không quá phức tạp
• Thao tác vận hành đơn giản
• Các con lăn dễ bị rớt khỏi khối
V nếu tốc độ chuyển động của băng tải cao
• Hệ thống lập trình cho động cơ khá phức tạp
Sau khi phân tích và so sánh ưu nhược điểm của ba phương án, nhóm em nhận thấy rằng phương án 1 là lựa chọn phù hợp nhất cho ngành công nghiệp băng tải Điều này dựa trên tính ứng dụng và tính cần thiết của sản phẩm đối với các công ty băng tải Do đó, nhóm đã quyết định tiến hành nghiên cứu và thiết kế sản phẩm máy theo phương án 1.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
Nguyên lý, cơ cấu
Sau khi gá con lăn lên hệ thống gá, hệ thống nâng hạ, bao gồm xy lanh và động cơ, sẽ tạo lực đẩy để tiếp xúc giữa băng tải và con lăn Khi động cơ băng tải hoạt động, bộ truyền đai sẽ tạo moment giúp băng tải vận hành Quá trình này tạo moment lên các con lăn, khiến chúng quay Cảm biến sẽ kiểm tra số vòng quay của từng con lăn và đưa kết quả lên bảng.
Tốc độ tiêu chuẩn của băng tải thường là 19,8 m/phút, tương đương với tốc độ đi bộ của người mang hộp 23 kg Thiết kế kích cỡ vòng bi phụ thuộc vào tải trọng để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định Con lăn tự do thích hợp cho các yêu cầu làm việc với tốc độ cao, với tốc độ có thể thay đổi tùy thuộc vào chiều dài và đường kính của con lăn, đạt tối đa 120 m/phút.
Thiết kế hệ thống nâng hạ
+ Khối lượng con lăn cần kiểm tra lớn nhất (D60): 𝑚 = 6 𝑘𝑔
+ Khối lượng con lăn cần kiểm tra nhỏ nhất (D38): 𝑚 = 0.6181𝑘𝑔
+ Khối lượng của gối đỡ (thép ct 38): 𝑚 = 0,52𝑘𝑔
+ Khối lượng của con trượt đồ gá (thép ct38): 𝑚 = 0.11𝑘𝑔
+ Khối lượng của thanh nâng con lăn (nhôm): 𝑚 = 1,74𝑘𝑔
+ Khối lượng của bàn nâng (nhôm): 𝑚 = 9,64 𝑘𝑔
+ Khối lượng của thanh dẫn hướng 𝑚 = 1.01 𝑘𝑔
+ Tổng khối lượng lớn nhất : 𝑚 = 49,68 𝑘𝑔 ≈ 50 𝑘𝑔 = 500𝑁
+ Tổng khối lượng nhỏ nhất: 𝑚 = 28,2 𝑘𝑔
Khối lượng lớn nhất xy lanh cần nâng là 50kg
Chuyển động ở tốc độ thấp nên hệ số tải là 0,7 Áp suất khí nén p = 0,6 N/𝑚𝑚 2
A: Diện tích của Piston theo mm2
Hì nh 3.1 Bảng tra xy lanh
Hì nh 3.2 Bảng tra hành trình xy lanh
Dựa vào bản tra ở trên ta suy ra được mà xy lanh cần lựa chọn phù hợp với máy là SC63x150_000
Lực đàn hồi của lò xo:
- Lực đàn hồi của lò xo cho cốc bi D38:
𝐹 𝑑ℎ = 1178 − 28,2 ∗ 10 = 896 𝑁 Lưu ý: Ma sát lăn giữa con lăn và băng tải bỏ qua vì không đáng kể
- Chiều dài lò xo: Theo [10] trang 25
- Lực tác động trên lò xo theo công thức [12], trang 25
Hì nh 3.3 Phân tích phản lực của lò xo
Ta sẽ lấy khối lượng lớn nhất mà lò xo sẽ chịu lớn nhất:
Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
- Đường kính của rulo dẫn và rulo bị dẫn: ∅60
- Tốc độ tiêu chuẩn của băng tải
- Khối lượng băng tải (belt): m 2 = 0,574 kg
Ma sát trượt giữa 4 con lăn và mặt băng tải:
Tổng hợp lực tác dụng trên băng tải:
Hì nh 3.4 Sơ đồ phân tích lực của hệ thống nâng tác dụng lên mặt belt
Tải trọng mà băng tải phải chịu là:
- Công suất truyền dẫn băng tải
Công suất làm trục con lăn kéo băng tải được tính theo công thức sau:
Công suất cần thiết để kéo băng tải không tải hàng theo phương ngang được ký hiệu là 𝑃1, trong khi 𝑃2 đại diện cho công suất kéo băng tải có chất tải di chuyển theo phương ngang Đối với băng tải có tải chuyển động theo phương đứng, công suất được ký hiệu là 𝑃3; nếu băng tải có độ dốc đi lên, 𝑃3 sẽ có giá trị dương, ngược lại, khi băng tải vận chuyển vật phẩm đi xuống, 𝑃3 sẽ mang giá trị âm.
Pt là công suất dẫn động cơ cấu gạt vật phẩm
Do đây là băng tải có tác dụng kiểm tra con lăn nên 𝑃 2 = 𝑃 3 = 𝑃 𝑡 = 0
+ 𝑓: là hệ số ma sát của các ổ lăn đỡ con lăn
Khối lượng các bộ phận chuyển động của băng tải, không bao gồm khối lượng vật phẩm được vận chuyển, được ký hiệu là W và có giá trị khoảng 4 kg, với m Lcd là 2,08 kg và m Lbd là 1,87 kg Vận tốc của băng tải được ký hiệu là V và được đo bằng mét trên phút.
+ l : Chiều dài băng tải theo phương ngang (m)
+ l 0 : Chiều dài băng tải theo phương ngang được điều chỉnh (m)
- Tính chọn động cơ theo tốc độ băng tải:
+ Chu vi con lăn cú gắn cốc bi: ỉ38, ỉ42, ỉ49, ỉ60
𝐶 𝐷60 = 188,4 𝑚𝑚 + Quãng đường belt (tức vật thể) di chuyển được khi Roller quay 1 vòng:
+ Trong 1 phút đi hết 19,8 m, vậy Roller cần quay để vật đi hết 19,8 mét là: n = 19800/188.4 = 105 vòng
+ Động cơ thường chạy ở 50Hz có tốc độ là 1300 vòng / phút
Ta sử dụng hộp số với tỷ số truyền 𝑖 = 10, trong khi tốc độ băng tải đạt 130 vòng/phút Đồng thời, bộ nhông có tỷ số truyền u = 1 giúp duy trì tốc độ băng tải ổn định Để điều chỉnh tốc độ, bộ điều chỉnh giảm tốc (speed control) được thiết lập ở mức 80.
- Moment xoắn của động cơ: (trang 760 MISUMI Việt Nam 2017)
- D là đường kính con lăn (m)- W là tổng khối lượng vật (kg)
- g là gia tốc trọng lượng, g (m/s 2 )
- 𝜇 là hệ số ma sát, chọn là 1,2~1,5
- F là ngoại lực tác động (N)
+ Moment tải của cho cốc bi D38 là:
20.06(0 + 1,3 1,85 10) = 0,7215 (Nm) = 721,5 mNm + Moment tải của cho cốc bi D60 là:
V: là vận tốc băng tải (mm/ phút)
C: là chu vi con lăn chủ động i: là tỷ số truyền sơ bộ bộ truyền xích
Chọn sơ bộ động cơ:
Với mã động cơ hãng Wanshin: 90YT60GV22
𝑃 𝑑𝑐 = 60𝑊 Đồng thời sử dụng hộp số với tỷ số truyền 𝑖 = 10 để moto thoả mãn với yêu cầu trên
Hì nh 3.5 Catalog tra thông số động cơ
Hì nh 3.6 Catalog tra thông số hộp giảm tốc
- Sai số động cơ tra trong catalog WANSHSIN Micro Grear Motor Contents: ± 8%
Do đó tốc độ thực tế của động cơ:
Tí nh toán bộ truyền xí ch
- Sử dụng xích con lăn
Tỷ số truyền của bộ truyền xích: u = 1
Công suất của động cơ: 60W
- Moment xoắn của trục xích:
- Xác định các thông số của xích và bộ truyền:
Với u=1 chọn số răng đĩa xích dẫn 𝑧1
Số răng đĩa xích bị dẫn: 𝑧2 = 1.12 = 12(Răng) < 𝑧maх= 120 (Răng)
𝑘 0 = 1 (Đường nối tâm 2 đĩa xích so với phương ngang < 60 ° )
𝑘 𝑑𝑐 = 1 (Vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích)
𝑘 𝑐 = 1,25 (Bộ truyền làm việc 2 ca)
𝑘 𝑏𝑡 = 1 (Môi trường làm việc không bụi)
𝑘 𝑑 = 1 (Tải làm việc êm, ít va đập)
Tra bảng 5.5, trang 81, [7] với 𝑛 01 0 (v/ph) chọn [𝑃 𝑡 ] = 0,68 (Kw), p = 12,7 (mm) Thỏa ĐK bền mòn : 𝑃 𝑡 < [𝑃 𝑡 ] = 0,6
Khoảng cách trục a thỏa điều kiện: a min ≤ a ≤ a max Khi thiết kế thường sơ bộ chọn a = (30 ÷ 50) p
2 + (30 ÷ 50) = (85 ÷ 105) Trong đó: d a1 và d a2 là đường kính vòng đỉnh của xích dẫn và xích bị dẫn
Từ khoảng cách tục a chọn theo (4.12) xác định số mắt xích x
Tính lại khoảng cách trục a
- Để xích không chịu lực căng quá lớn, khoảng cách trục a tính được cần giảm bớt một lượng
- Số lần va đập i của bản lề xích trong 1 giây:
4.4.1 Kiểm nghiệm xích về độ bền:
Theo bảng 5.2, trang 78, [7]: Tải trong phá hỏng Q = 9 (kN), khối lượng 1 m xích q l 0,35 kg
- Lực căng do lực ly tâm sinh ra:
- Lực căng do trong lượng nhánh xích bị động sinh ra:
4.4.2 Các thông số đĩa xích:
- Đường kính vòng chia đĩa xích:
- Đường kính vòng đỉnh răng:
- Đường kính vòng chân răng:
(Tra bảng 5.2, trang 78, [7] ta có đường kihs con lăn xích:𝑑 𝑙 = 7,75 𝑚𝑚)
Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của xích:
𝐴𝑘 𝑑 ≤ [𝜎 𝐻 ] k r1 = k r2 = 0,656 hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích (Z 1 = Z 2 = 12)
F t = 181,7N k đ = 1 tải ít va đập k d = 1 xích 1 dãy
A = 39,6 (mm 2 ) diện tích chiếu mặt tựa bản lề A
Tra bảng 5.11, trang 86, [7] ta cần dùng thép C45 tôi cải thiện có [𝜎 𝐻 ] = 500 (𝑀𝑃𝑎)
Lực tác dụng lên trục
Theo (5.20) 𝐹 𝑟 = 𝑘 𝑥 𝐹 𝑡 = 1,15 181,7 = 208,955 (𝑁) k x = 1,15 (hệ số kể đến trọng lượng xích khi bộ truyền ngang hoặc nghiêng góc < 40°)
Bảng 3.1 Bảng kết quả tính toán bộ truyền xích
Thông số Kí hiệu Trị số
Số răng đĩa xích dẫn 𝑍 1 12
Số răng đĩa xích bị dẫn 𝑍 2 12
54 Đường kính vòng chia đĩa xích dẫn 𝑑 1 49,07 mm Đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn 𝑑 2 49,07 mm Đường kính vòng đỉnh răng đĩa xích dẫn
𝑑 𝑎1 53,75 mm Đường kính vòng đỉnh răng đĩa xích bị dẫn
𝑑 𝑎2 53,75 mm Đường kính vòng chân răng đĩa xích dẫn
𝑑 𝑓1 41,19 mm Đường kính vòng chân răng đĩa xích bị dẫn
Số dãy xích 1 Đường kính con lăn xích d l 7,75
Lực tác dụng lên trục 𝐹 𝑟 208,955 N
Lực vòng tác dụng lên trục 𝐹 𝑡 181,7 N
Moment xoắn trục xích 𝑇 𝑥 4407,69 Nmm
Tính toán băng tải
4.5.1 Tính toán chiều dài băng tải
- Kích thước băng tải là: 666x225 mm
- Sử dụng con lăn có đường kính là 60mm
Hì nh 3.7 Chiều dài băng tải
Trong đó P là công suất truyền dẫn (KW); V là vận tốc băng tải (m/ph)
4.5.3 Lực căng trên 2 nhánh băng tải
F 2 = F p 1 e μθ − 1 Lưu ý các quan hệ tương tự bộ truyền đai:
+ F 1 ; F 2 : lần lượt là lực tác dụng trên pully chủ động và pully bị động
+ e: cơ số logarit tự nhiên;
+ μ: hệ số ma sát giữa dây đai và pully ; 𝜇 = 0,3
+ θ: góc ôm giữa dây đai và pully (radian)
Dạng băng tải nằm ngang:
Thiết kế trục băng tải và chọn vòng bi
Tra bảng 6.1, trang 92, [7]: Chọn vật liệu làm trục là thép tròn đặc C40 tôi+ ram cao sau đó tôi cảm ứng bề mặt chông mài mòn(70-250 KHz) có 𝜎 𝑏 = 850 𝑀𝑃𝑎, 𝜎 𝑐ℎ = 580 𝑀𝑃𝑎
- Đường kính trục chủ động sơ bộ:
Theo công thức 10.9, trang 188, [7] thì:
Chọn [𝜏] = 15 (𝑀𝑃𝑎) là ứng suất xoắn cho phép, 𝑇 𝑋 là moment xoắn
Ta chọn đường kính trục chủ động lắp nhông là 15 mm
- Lực tác dụng trên trục được phân tích sau đây:
Hì nh 3.8 Các lực tác dụng lên trục chủ động
- Mục “Fixtures” gồm: Hai vị trí của gối đỡ, một vị trí lắp ghép xích
Hì nh 3.9 Hai vị trí lắp gối đỡ
+ Vị trí lắp ghép gối đỡ (Bearing support): chọn vào bề mặt lắp ghép và chọn “ Rigid” trong mục “Stiffiness”
Hì nh 3.10 Mặt trục quay 1 góc 6,28 rad
+ Vị trí lắp xích trong đó mặt trục sẽ xoay quay theo hướng Y và các hướng còn lại sẽ bị triệt tiêu Trong đó giá trị 6,28 𝑟𝑎𝑑 = 360 °
Lực kéo lớn nhất mà băng tải tác dụng lên vỏ trục chủ động được xác định là 303,9 N Giá trị này được ký hiệu là F max1 = 303,9 N.
- Để hiển thị kết quả ta ấn vào mục “Mesh” và chọn “Mesh and run”
Hì nh 3.12 Giá trị ứng suất cho thấy trục chủ động thỏa độ bền + Giá trị ứng suất sinh ra là 𝛿 𝑡𝑡 = 6,999 10 6 < [𝛿 𝑐𝑝 ] = 2,5 10 8 𝑁/𝑚 2 Do đó trục thoả độ bền
Hì nh 3.13 Giá trị chuyển vị lớn nhất và nhỏ nhất của trục chủ động
+ Giá trị chuyển vị nhỏ nhất là 1 10 −30 và lớn nhất là 2,329 10 −3 mm: với giá trị không đáng kể nên ta có thể thấy trục thoả điều kiện bền
Hì nh 3.14 Lực tác dụng lên hai gối đỡ
- Giá trị lực tác dụng lên gối đỡ lần lượt từ trái sang phải là
4.6.2 Lựa chọn vòng bi theo khả năng tải động
- Khả năng tải động theo công thức 11.1, [7]:
Q: tải trọng động quy ước, kN
L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay m: bậc của đường cong mỗi khi thử về ổ lăn, 𝑚 = 3 đối với ổ bi
- Khả năng tải trọng động quy ước:
Theo công thức 11.3, [7] ta có:
𝑘 𝑡 = 1; hệ số nhiệt độ khi nhiệt độ 𝜃 = 150℃
𝑘 𝑑 = 1; hệ số đặt tính tải trọng con lăn của băng tải, trị số được tra trong bảng 11.3, [7]
V = 1,2: hệ số kể đúng vòng nào quay, trường hợp này vòng ngoài quay
X = 1: hệ số tải trọng hướng tâm
+ Với trục lắp D = 17 mm ta chọn gối đỡ UFL003 cho cả 2 vị trí lắp, với [𝐶 𝑑 ] = 6 𝐾𝑛
Hì nh 3.15 Chọn gối đỡ UFL003 cho cả 2 vị trí lắp
Hì nh 3.16 Các lực tác dụng lên trục bị động
Để cố định trục bị động, sử dụng lệnh “Fixtures” và chọn mục “Fixed Geometry”, sau đó chọn các mặt như trong hình Đây là vị trí sẽ lắp vào rãnh của bích nhôm tăng chỉnh.
Hì nh 3.17 Hai vị trí lắp bích nhôm tăng chỉnh
+ Vào mục “Connection” và chọn “Bearing” sau đó tác dụng vào các vị trí màu tím như hình để mô phỏng ổ lăn
Hì nh 3.18 Lực kéo lớn nhất mà băng tải tác dụng lên vỏ trục bị động là 303,9 (N)
+ Lực kéo lớn nhất mà băng tải tác dụng lên vỏ trục bị động là F max2 = 303,9 (N)
- Để hiển thị kết quả ta ấn vào mục “Mesh” và chọn “Mesh and run”
Hì nh 3.19 Giá trị ứng suất cho thấy trục bị động thỏa độ bền
+ Giá trị ứng suất sinh ra là 𝛿 𝑡𝑡 = 3,891 10 6 < [𝛿 𝑐𝑝 ] = 2,5 10 8 𝑁/𝑚 2 Do đó trục thoả độ bền
Giá trị chuyển vị lớn nhất và nhỏ nhất của trục bị động trong hệ thống Hì nh 3.20 cho thấy rằng giá trị chuyển vị không đáng kể ở vị trí sinh ra cao nhất là 0.000502 mm.
Hì nh 3.21 Kết quả lực tác dụng của 2 ổ bi
- Lực tác dụng lên ổ bi
Hì nh 3.22 Giá trị ổ lăn được tính như bảng trên + Giá trị ổ lăn từ trái sang phải:
4.6.4 Lựa chọn vòng bi theo khả năng tải động
- Khả năng tải động theo công thức 11.1, [7]:
Q: tải trọng động quy ước, kN
L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay m: bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, 𝑚 = 3 đối với ổ bi
- Khả năng tải trọng động quy ước:
Theo công thức 11.3, [7] ta có:
𝑘 𝑡 = 1; hệ số nhiệt độ khi nhiệt độ 𝜃 = 150℃
𝑘 𝑑 = 1; hệ số đặt tính tải trọng con lăn của băng tải, trị số được tra trong bảng 11.3, [7]
V = 1,2: hệ số kể đúng vòng nào quay, trường hợp này vòng ngoài quay
X = 1: hệ số tải trọng hướng tâm
- Với trục lắp D = 20 mm ta chọn vòng bi có mã là 6304 của hãng skf cho cả 2 trục lắp với [𝐶 𝑑 ] = 16,8 𝑘𝑁
Hì nh 3.23 Dựa vào bảng tra ta chọn vòng bi có mã là 6304
Hệ thống gá con lăn
Hì nh 3.24 Bản 3D hệ thống gá con lăn
Hệ thống gá con lăn cần kiểm tra bao gồm: gối đỡ V, khối U, thanh trượt, bàn nâng, lò xo Trong đó:
Gối đỡ V có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ con lăn ở các đầu trục Nhờ vào cấu tạo đặc biệt của con lăn, khi chúng trượt trên băng tải, các đầu trục sẽ không xoay theo con lăn, giúp duy trì sự ổn định và hiệu suất của hệ thống.
Hì nh 3.25 Khối đỡ V dùng để đỡ các con lăn
+ Kích thước 20 −0,053 −0,02 : đây là kiểu lắp ghép lỏng thuộc loại lắp ghép trượt Có thể lắp bằng tay và trượt dễ dàng trên thanh trượt
Hì nh 3.26 Chi tiết thanh trượt trong hệ thống gá
Để cố định khối U và ngăn chặn sự dịch chuyển, chúng ta có thể sử dụng bulong tai chuồn để siết chặt vào khối U, nhằm ép sát khối U vào thanh trượt.
Hì nh 3.27 Chi tiết khối U trong hệ thống gá
4.8 Kiểm nghiệm bền cho các chi tiết khác
Hì nh 3.28 Tính bền cho mặt bàn
- Vật liệu sử dụng chế tạo mặt bàn là thép C20:
F mb1 = 130 N: Hợp lực tác dụng lên mặt bàn của hệ thống băng tải
F mb2 = 500N: Hợp lực tác dụng lên mặt bàn của các bulong xy lanh
F mb2 = 3,9N: Lực tác dụng của bạc trượt
Hì nh 3.29 Tính ứng suất lớn nhất của mặt bàn
- Ứng suất sinh ra lớn nhất trên mặt bàn là 2,215.10 7 𝑁/𝑚𝑚 2 trong đó ứng suất cho phép là 2.5.10 8 𝑁/𝑚𝑚^2 Do 𝛿 𝑡𝑡 < [𝛿 𝑐ℎ ] nên thoả điều kiện độ bền tĩnh
Hì nh 3.30 Tính chuyển vị lớn nhất của mặt bàn
- Giá trị chuyển vị lớn nhất là 1,312 10 −1 = 0,1312 𝑚𝑚
- Vật liệu khung bàn: thép C20
- Lực tổng hợp tác dụng lên khung bàn lớn nhất thực tế: 1000 N
Hì nh 3.31 Tính ứng suất lớn nhất của khung
- Ứng suất tác dụng lên khung bàn δ = 10 −16 < [δ ch ] = 2,5 10 8 N/mm 2 (thoả mãn điều kiện bền)
Hì nh 3.32 Tính chuyển vị lớn nhất của khung bàn
- Sự chuyển vị sinh ra lớn nhất là 0.718483 mm
Hì nh 3.33 Tính bền cho khung băng tải
- Vật liệu NĐH là A6063 -T5, ke NĐH là 2020, bửng là thép C20
Cho lực 𝐹 𝐾𝑛 = 1178𝑁 tác dụng lên băng tải
- Ứng suất tác dụng lên bửng và khung NĐH:
Hì nh 3.34 Tính ứng suất tác dụng lên bửng và ke NĐH
Hì nh 3.35 Tính ứng suất tác dụng lên khung NĐH
- Chuyển vị: với giá trị lớn nhất là 0.000186 mm
Hì nh 3.36 Tính chuyển vị lớn nhất của khung băng tải
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ hệ thống điện
Hì nh 4.1 Sơ đồ hệ thống điện
5.2 Bản vẽ sơ đồ đấu nối điện
Hì nh 4.2 Bản vẽ sơ đồ đấu nối điện
Điều khiển bằng hệ thống PLC Q00U Mitsubishi
Hì nh 4.3 Bộ điều khiển PLC Mitsubishi Q00CPU
Máy kiểm tra tốc độ vòng quay của cốc bi được điều khiển bằng bộ lập trình PLC Mitsubishi Q00CPU, hiển thị và tương tác điều khiển qua màn hình HMI TK6070iP.
- Bộ lập trình bao gồm:
Hì nh 4.4 Màn hình HMI TK6070iP
Màn hình HMI TK6070iP của hãng Weinview tích hợp trong hệ thống máy, không chỉ đóng vai trò là bảng điều khiển mà còn hiển thị tốc độ quay của từng con lăn.
Xi lanh khí nén được điều khiển bởi van 5/3 4V430-15, loại van khí nén 5/3 với 2 đầu coil điện Hệ thống kiểm tra yêu cầu dừng ở giữa hành trình để đảm bảo quá trình kiểm tra chính xác mà không bị ảnh hưởng bởi quán tính khi hạ hết hành trình.
Hì nh 4.5 Van điện từ đôi 5 cổng 3 vị trí
Tín hiệu từ PLC được truyền đến cảm biến chuyển động SMC D-M9B để xác nhận hành trình cần thiết cho việc kiểm tra các con lăn Sau khi hành trình hạ xuống một khoảng thích hợp, cảm biến phát hiện màu trắng đen TCRT5000 sẽ thực hiện nhiệm vụ đếm số vòng quay của các con lăn.
Hì nh 4.6 Cảm biến phát hiện màu sắc TCRT5000
- Bộ nguồn Omron S8VE-12024 5A 24V 120W, bộ nguồn tổ ong 5V 24W
Hì nh 4.7 Bộ nguồn Omron S8VE-12024 5A 24V 120W và bộ nguồn tổ ong 5V 24W
- Các thiết bị còn lại của hệ thống bao gồm: Relay 24VDC 14 chân RXM4AB1MD, Đế relay 14 chân RXZE1M4C, Nút dừng khẩn cấp XA2ET42
Hì nh 4.8 Relay 24VDC 14 chân RXM4AB1MD và nút dừng khẩn cấp XA2ET42
Nguyên lý hoạt động
Sau khi bật CB để cấp nguồn cho máy, hãy nhấn nút khởi động speed control và điều chỉnh tốc độ cần thiết Tiếp theo, chọn kích thước con lăn cần kiểm tra trên màn hình cảm ứng Bạn có thể cài đặt số vòng quay con lăn đạt chuẩn trong phần “Cài đặt” và nhấn nút “Chạy” để bắt đầu quá trình kiểm tra.
- Phần “Bằng tay” có mục đích bật/tắt các chức năng:
+ Băng tải belt: kiểm tra hoạt động của của motor với mục đích xem xét hoạt động của băng tải
+ Cụm nâng hạ lên và cụm nâng hạ xuống: xem xét, điều chỉnh hoạt động của cảm biến hành trình
+ Bật đếm bằng tay: kiểm tra hoạt động của cảm biến trắng đen
Khi bật chức năng "Giám sát" và kết nối với máy tính, người dùng có khả năng thay đổi và chỉnh sửa chương trình đã được cài đặt cho máy Chương trình này được phát triển bằng phần mềm GX Work 2, cho phép tối ưu hóa và điều chỉnh các thiết lập một cách linh hoạt.
CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
Chế tạo
Để hoàn thành một hệ thống máy ta bắt đầu từ việc lên ý tưởng
Vẽ phác thảo 2D và thiết kế 3D trên phần mềm SolidWorks là bước đầu quan trọng trong quy trình chế tạo sản phẩm Để tạo ra sản phẩm thực tế, cần thực hiện các công đoạn tính toán chi tiết máy và áp dụng các phương pháp gia công chế tạo hiệu quả.
Một số các hì nh ảnh của quá trì nh chế tạo
Hì nh 5.1 Gia công khung chân máy
Hì nh 5.2 Gia công rãnh trượt nhôm
Hì nh 5.3 Gia công khối V và khối U
Hì nh 5.4 Đặt gia công cắt laser tấm đỡ nhôm và mặt bàn thép
Hì nh 5.5 Lắp đặt các thiết bị điện vào tủ điện điều khiển
Kết quả chế tạo máy kiểm tra số vòng quay cốc bi
Quá trình chế tạo và thực nghiệm máy kiểm tra tốc độ vòng quay của cốc bi trong băng tải được thực hiện tại công ty Intech Group
Hì nh 5.6 Hệ thống máy sau khi lắp đặt hoàn chỉnh
Bảng 5.1 Tổng hợp thông số kĩ thuật của máy
STT Diễn giải Thông số
2 Số lượng con lăn có thể kiểm tra 1-4 con lăn cùng lúc
3 Kớch thước con lăn cú thể kiểm tra ỉ38, ỉ42, ỉ49, ỉ60
4 Loại con lăn cần kiểm tra Con lăn cốc bị nhựa, thép
5 Nguồn điện đầu vào của máy 1 pha 220VAC
6 Hệ thống điều khiển Điều khiển lập trình PLC và màn hình HMI
• Mục tiêu của quá trình thực nghiệm
- Kiểm tra tốc độ của băng tải, con lăn trong thực tế
- Kiểm tra độ ổn định của máy: trong quá trình thực nghiệm máy có tạo ra tiếng ồn không, xích có được căng hay không
- Kiểm tra độ trơn của rãnh trượt gối đỡ
- Kiểm tra băng tải có bị trượt belt hay không, độ cứng vững của khung băng tải, các ốc vít đã được siết hay chưa
- Kiểm tra các cạnh sắt, bavia, ngoại quan của máy
- Kiểm tra độ ổn định của lò xo, xy lanh
- Kiểm tra các dây nối xy lanh xem có bị rò khí hay không, các cảm biến có hoạt động ổn định hay không
- Kiểm tra hệ thống điều khiển lập trình PLC và hệ thống điện của máy
Quy trình thực nghiệm máy:
- Bước 1: Chuẩn bị con lăn cần kiểm tra
- Bước 2: Gá con lăn lên gối đỡ
- Bước 4: Cấp khí cho hệ thống xy lanh khí nén
- Bước 5: Điều chỉnh speed control để chọn tốc độ phù hợp
- Bước 6: Ấn chọn loại cốc bi, ấn nút “chạy” để tiến hành kiểm tra
Bước 7 trong quy trình là hệ thống xy lanh nâng cốc bi chạm vào băng tải, sau đó hạ xuống một khoảng nhất định để đếm số vòng quay Màn hình hiển thị số vòng quay của con lăn và đánh giá xem con lăn có đạt chuẩn hay không Số vòng quay đạt chuẩn được thiết lập từ đầu trong phần “cài đặt” của công ty.
- Bước 8: Ấn nút “về gốc” để đưa con lăn về vị trí thấp nhất để tiến hành lấy con lăn ra khỏi hệ thống gá
• Quá trình thực nghiệm máy:
- Tiến hành điều chỉnh thông số của hộp số thông qua speed control
- Kiểm tra độ lệch dây băng tải, trục băng tải trong quá trình hoạt động trong một giờ
- Kiểm tra hệ thống điều khiển PLC, hệ thống điện
- Kiểm tra hệ thống xy lanh và cảm biến
❖ Nhận xét kết quả thực nghiệm
- Quá trình thiết kế - chế tạo và thực nghiệm còn gặp nhiều khó khăn
- Thiết kế và chế tạo cần đảm bảo sự đồng nhất với nhau
Trong quá trình kiểm tra thực nghiệm, kích thước của các con lăn bị giới hạn, do đó chỉ có thể thử nghiệm các con lăn cốc bi với kích thước ∅38 và ∅42 Các chất liệu được sử dụng cho cốc bi bao gồm thép, mạ kẽm và nhựa.
- Khi hoạt động vẫn có những trục trặc nhỏ do trong quá trình gia công, lắp đặt
- Hệ thống điện vẫn còn rò rỉ điện
- Màn hình điều khiển khi hoạt động lâu dài có thể gây ra độ trễ do sử dụng màn hình không đảm bảo chất lượng
❖ Đưa ra các giải pháp giải quyết, cải thiện sau khi thực nghiệm:
- Thay thế các lò xo để đảm bảo các con lăn đều nằm trên cùng 1 mặt phẳng
- Cần điều chỉnh lại trục chủ động của băng tải
Cần thiết phải lắp đặt lại hệ thống tủ điện và màn hình một cách hợp lý để tiết kiệm không gian và đảm bảo an toàn, tránh va chạm trong quá trình lắp đặt con lăn.
- Cần nối đất bảo vệ để tránh rò rỉ điện
❖ Vấn đề an toàn và hướng dẫn sử dụng máy:
- Kiểm tra nối đất bảo vệ tránh rò rỉ điện, sử dụng giày bảo hộ
- Lắp đặt các bánh xe để máy dễ di chuyển hơn
- Cung cấp khí đầy đủ cho xy lanh
- Cần si mạ các chi tiết để tránh rỉ sét
- Cần kiểm tra dầu, mỡ định kỳ cho bộ truyền xích, gối đỡ
- Thường xuyên bảo trì bảo dưỡng các thiết bị để máy hoạt động tốt nhất
• Hướng dẫn khi sử dụng máy:
- Trước khi sử dụng cần kiểm tra lại động cơ, hệ thống điện, tra dầu cho bộ truyền xích
- Kiểm tra độ lệch của dây băng tải
Điều chỉnh hệ thống nâng ở vị trí thấp nhất và các gối đỡ phù hợp với chiều dài con lăn cốc bi Có thể tra dầu cho gối đỡ và siết các con bulong tai chuồn vừa phải để thuận tiện cho việc kiểm tra các con lăn sau này Cuối cùng, cần kiểm tra lại các bulong đã được siết đầy đủ trước khi sử dụng.
- Cài đặt thông số của tốc độ vòng quay đạt chuẩn mà công ty yêu cầu
- Vệ sinh các con lăn cốc bi trước và sau khi kiểm tra
- Đảm bảo đã dán các băng keo đen sao phù hợp khoảng cách với cảm biến đếm
- Khi xảy ra sự cố cần phải nhấn nút Stop ngay lập tức
- Kiểm tra định kỳ và thay thế khi phát hiện hư hỏng.