TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Giới thiệu chung
Phân loại sản phẩm là một bước quan trọng trong quy trình sản xuất, tuy nhiên, công việc này thường gây khó khăn cho con người do tính lặp lại và yêu cầu tập trung cao, dễ dẫn đến nhầm lẫn Việc phân biệt các sản phẩm có kích thước chênh lệch nhỏ bằng mắt thường cũng rất khó khăn, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng sản phẩm Do đó, hệ thống phân loại sản phẩm đã ra đời và ngày càng được cải tiến để nâng cao hiệu quả trong sản xuất.
Hệ thống phân loại tự động phân chia sản phẩm thành các loại riêng biệt dựa trên các tiêu chí như chiều cao, màu sắc và khối lượng thông qua việc sử dụng cảm biến và xylanh.
1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động
Tùy vào độ phức tạp yêu của từng loại sản phẩm mà ta có thể đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau
Phân loại sản phẩm theo kích thước bao gồm việc sử dụng cảm biến quang và hồng ngoại để phát hiện và so sánh kích thước của sản phẩm Sau khi nhận diện kích thước, tín hiệu sẽ được gửi về PLC để thực hiện các chức năng cần thiết.
Hình 1.1 Mô hình phân loại sản phẩm phân loại sản phẩm theo yêu cầu Kiểu phân loại này được sử dụng nhiều trong các nhà máy đóng chai, lọ…
Hình 1.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước
Phân loại sản phẩm theo khối lượng là phương pháp sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt giữa sản phẩm nặng và nhẹ, cũng như xác định xem sản phẩm đã đạt đủ khối lượng yêu cầu hay chưa Cách hoạt động của phương pháp này tương tự như phân loại theo kích thước Hình thức phân loại này thường được áp dụng trong các nhà máy sản xuất xi măng, phân bón, và các cơ sở sản xuất sản phẩm đóng gói cần độ chính xác về khối lượng.
Hình 1.3 Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng
Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng các cảm biến màu để nhận diện từng màu riêng biệt như xanh, đỏ, vàng Phương pháp này hoạt động tương tự như các hình thức phân loại khác Ứng dụng chính của phương pháp phân loại theo màu sắc chủ yếu nằm trong ngành công nghiệp vải lụa và sản xuất màu sắc.
Hình 1.3 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc
Phân loại sản phẩm theo hình ảnh là phương pháp sử dụng camera để chụp ảnh sản phẩm, sau đó so sánh với ảnh gốc chuẩn để xác định loại sản phẩm Hiện nay, phương pháp này đang được áp dụng hiệu quả trong việc phân loại gạch granit.
Phân loại sản phẩm theo mã vạch là một phương pháp hiện đại, sử dụng máy đọc mã vạch để xác định thông tin Phương pháp này chủ yếu được áp dụng cho các sản phẩm linh kiện máy, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và theo dõi hàng hóa.
Hình 1.4 Mô hình phân loại sản phẩm theo mã vạch
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Băng tải
Băng tải là một phần quan trọng trong hệ thống phân loại sản phẩm, giúp vận chuyển hàng hóa như thùng carton, hộp, túi và các vật liệu số lượng lớn từ điểm A đến điểm B Việc sử dụng băng tải không chỉ tiết kiệm sức lao động và nhân công mà còn rút ngắn thời gian, nâng cao năng suất lao động.
Băng tải chủ yếu hoạt động nhờ vào động cơ điện, bao gồm động cơ một chiều, động cơ 3 pha lồng sóc hoặc servo, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống Để đạt được mô-men xoắn cần thiết, trục động cơ phải được kết nối với hộp giảm tốc trước khi tải được truyền đi Băng tải thường được làm từ vật liệu nhiều lớp, với lớp dưới chịu lực kéo và tạo hình, trong khi lớp trên là lớp phủ Ưu điểm của băng tải là khả năng vận chuyển hàng hóa hiệu quả, nhưng cũng có nhược điểm như chi phí bảo trì cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp Băng tải được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất, chế biến thực phẩm và logistics.
Ưu điểm của băng tải:
- Cấu tạo đơn giản, độ bền cao
- Có khả năng vận chuyển theo phương ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp được cả hai với khoảng cách lớn
- Vốn đầu tư không lớn, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao
- Không gây tiếng ồn cho xung quanh, tiêu hao năng lượng nhỏ
- Vận chuyển được hàng rời như cát, đá răm, than, than đá
Nhược điểm của băng tải:
- Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp
- Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải
- Không có phản hồi nên có thể xảy ra sai số
Ứng dụng của băng tải
Có nhiều loại băng tải được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau để vận chuyển hàng hóa, đóng gói và phân loại sản phẩm Chúng dễ dàng tích hợp với các máy móc tự động như máy test sản phẩm và máy đóng đai tự động Băng tải thường được ứng dụng trong sản xuất, lắp ráp linh kiện điện tử, ô tô, xe máy, xe đạp điện, cũng như trong ngành thực phẩm, y tế, dược phẩm, than, may mặc và giày dép.
Mỗi loại băng tải có ứng dụng riêng, vì vậy việc tìm hiểu và lựa chọn đúng loại băng tải là rất quan trọng để đạt hiệu quả tối ưu Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng tải cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân loại chúng.
Hình 2.2 Mô hình băng tải
Cấu tạo của băng tải
Thành phần cấu tạo của băng tải gồm các bộ phận chính sau:
- Động cơ giảm tốc, bộ điều khiển kiểm soát tốc độ, biến tần, sensor, timer, cảm biến, PLC, …
- Bộ con lăn kéo (con lăn truyền lực chủ động) bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm ỉ50, ỉ60, ỉ76, ỉ89, ỉ102
- Hệ thống dõy băng, con lăn đỡ bằng thộp mạ kẽm hoặc inox ỉ25, ỉ32, ỉ38
- Bộ truyền động xích hoặc đai.
- Hệ thống khung băng tải thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện hoặc inox (khung, chân, thành chắn)
Băng tải còn có nhiều bộ phận bổ sung tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Tất cả các bộ phận này được thiết kế một cách hợp lý và khoa học, nhằm tối ưu hóa hiệu quả hoạt động.
Nguyên lý hoạt động của băng tải
Rulô chủ động quay tạo ra chuyển động cho dây băng tải nhờ lực ma sát giữa rulô và dây băng tải Để tăng cường lực ma sát, cần điều chỉnh rulô bị động khi dây băng tải bị trùng, giúp dây băng tải căng hơn Lực ma sát này sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến Khi vật liệu rơi lên bề mặt dây băng tải, chúng sẽ được di chuyển theo chuyển động của băng tải.
Có rất nhiều loại băng tải:
Hình 2.3 Cấu tạo băng tải
Trong hệ thống phân loại sản phẩm lần này, em đã lựa chọn băng tải PVC 2 lớp bố: mặt trên trơn, mặt dưới bố.
Lí do chọn loại băng tải này
- Tải trọng băng tải không quá lớn
- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp
- Dễ dàng thiết kế chế tạo
- Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải Tuy nhiên cũng có một vài nhược điểm:
- Không vận chuyển được sản phẩm quá kích kỡ
- Đối với sản phẩm dạng hạt, vụn,… có thể bị hao hụt, rơi vã vật liệu trong quá trình vận chuyển
- Khi vận chuyển xa và địa hình không thẳng đòi hỏi phải có nhiều hệ thống kết hợp lại với nhau
Bộ truyền xích
Bộ truyền động xích bao gồm dây xích và nhông xích, có nhiệm vụ truyền lực từ động cơ hoặc hộp giảm tốc đến các thiết bị như băng tải Sự ăn khớp giữa nhông xích và dây xích tạo ra chuyển động liên tục, đảm bảo an toàn khi có lực tác động Hệ thống truyền lực có thể được bố trí với 2 hoặc nhiều nhông xích, trong đó nhông xích đảm bảo độ căng cho dây xích và hỗ trợ các chuyển động chính xác trong quá trình sản xuất.
Hình 2.5 Mô hình bộ truyền xich
Ưu điểm của bộ truyền xích
- Có thể truyền động giữa hai trục song song cách nhau tương đối xa
- Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng công suất
- Không có hiện tượng trượt, tỷ số truyền trung bình ổn định
- Hiệu suất cao có thể đạt 98% nếu được chăm sóc tốt và sử dụng hết khả năng
- Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ tải
- Có thể cùng một lúc truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn
Nhược điểm của bộ truyền xích
- Nhanh mòn bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi nhiều bụi
- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định nhất là khi số răng của đĩa xích nhỏ
- Có tiếng ồn khi làm việc do va đập khi vào khớp nên hạn chế sử dụng ở bộ truyền ở tốc độ cao
- Cần bôi trơn và điều chỉnh sức căng xích
Truyền động xích được dùng khá nhiều trong các phương tiện vận tải (xe đạp, môtô, ôtô, …), máy nông nghiệp, các băng tải, …
Theo yêu cầu của đồ án, em đã chọn bộ truyền xích để truyền chuyển động cho hệ thống nhờ vào những ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, khả năng chống trơn trượt, hiệu suất cao và lực tác dụng lên trục nhỏ.
Pít tông khí nén
Pít tông khí nén, hay còn gọi là chi tiết bên trong xi lanh khí nén, là một bộ phận quan trọng của động cơ Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng khí nén thông thường và là thành phần không thể thiếu trong các loại máy móc Nguyên tắc hoạt động của pít tông khí nén dựa vào nguồn năng lực từ bên trong.
Hình 2.6 Pít tông khí nén
Cấu tạoPít tông thường có dạng hình trụ, được chia làm 3 phần đỉnh, đầu và thân.
- Trong bộ phận đỉnh pít tông có 3 dạng là đỉnh lồi, đỉnh lõm và đỉnh bằng Mỗi đỉnh pít tông nhận áp suất khí đốt ở nhiệt độ cao
Phần đầu pít tông được thiết kế với các rãnh xec măng dầu và xec măng khí để lắp vào thiết bị Các lỗ khoan nhỏ ở đầu rãnh xec măng dầu được kết nối với đáy rãnh, giúp thực hiện chức năng cấp và thoát dầu Số lượng rãnh xec măng phụ thuộc vào loại động cơ cụ thể.
- Phần thân pít tông có các lỗ ngang, thực hiện nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tông chuyển động trong xi lanh để truyền lực
Trong pít tông, không khí được nén lại, tạo ra năng lượng cần thiết để vận hành các thiết bị Quá trình này chiếm lĩnh không gian bên trong pít tông, dẫn đến sự chuyển động của pít tông.
Các loại pít tông khí nén thường gặp
- Pít tông hoạt động đơn
Pít tông được sử dụng để di chuyển không khí theo một hướng xác định, với không khí thường được đưa ra ngoài qua lò xo để pít tông trở về vị trí ban đầu Để điều chỉnh dòng khí nén cho pít tông đơn, cần một lực đẩy từ lò xo hoặc lực bên ngoài tác động lên pít tông, có kèm theo một lỗ thoát khí nén và một nguồn cấp khí nén Loại pít tông này thường sử dụng van điện từ khí nén 3/2 để vận hành hiệu quả.
Hình 2.7 Cấu tạo Pít tông
- Pít tông khí nén hoạt động 2 chiều
Loại pít tông hoạt động kép có 2 lỗ dùng để cung cấp nguồn khí nén để sinh ra lực đẩy pít tông từ 2 phía
Loại van điện từ chia khí 4/2, 5/2, 5/3 hoặc thiết bị có 1 hoặc 2 đầu cuộn coil đều được sử dụng cho loại linh kiện
Trên thị trường hiện nay, có hai loại pít tông dạng kép phổ biến là pít tông không có điểm giảm chấn và thiết bị pít tông đồng bộ Ngoài ra, còn có một số loại pít tông khác như pít tông trượt và pít tông xoay.
Em sẽ chọn pít tông khí nén hoạt động đơn để phân loại sản phẩm vì:
- Có kích thước nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản
- Có nhiều kích thước, chủng loại để lựa chọn
- Khá linh hoạt, sử dụng tiện lợi b Van khí nén
Van có nhiều kiểu dáng và kích thước, nhưng chúng đều có chức năng chính là điều khiển việc đóng mở cửa van để cung cấp khí nén, phục vụ cho nhu cầu vận hành của các thiết bị như xi lanh, bộ lọc, điều áp và bình dầu.
Ngoài ra chúng còn có các tác dụng khác như:
Van khí nén điện từ là thiết bị phổ biến trong hệ thống khí nén công nghiệp và đời sống Loại van này nổi bật với tốc độ hoạt động nhanh, độ chính xác cao và dễ dàng trong việc lắp đặt và kết nối Ngoài ra, van còn hỗ trợ vận hành tự động, giúp tiết kiệm nhân công hiệu quả.
Van khí nén điện từ, hay còn gọi là van đảo chiều khí nén, được phân loại theo số cửa và số vị trí truyền động ở thân van, bao gồm các loại như van khí nén 5/2, 5/3, 4/2, 3/2, và nhiều loại khác.
Hình 2.8 Sơ đồ pít tông khí nén tác động đơn
Cảm biến quang
Cảm biến quang là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc phát và thu tín hiệu ánh sáng.
Cấu tạo của cảm biến quang :
Hình 2.10 Cấu tạo của cảm biến quang
1 Bộ phận thu sáng là bộ phận cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật phát hiện.
2 Bộ phận phát ánh sáng là bộ phẩn sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng thường được phát ra theo tín hiệu xung Nhịp điệu đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng cảu cảm biến với ánh sáng của các nguồn khác.
3 Mạch xử lý tín hiệu đầu ra là mạch chuyển tín hiệu tỉ lệ từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF được khếch đại Khi lương ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.
Hiện nay có các loại cảm biến quang như :
- Cảm biến quang thu phát
- Cảm biến quang phản xạ gương
- Cảm biến quang khuếch tán Vai trò và ứng dụng của cảm biến quang
Cảm biến quang là thiết bị thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa Chúng được sử dụng trong các ứng dụng cần độ chính xác cao, hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt và ở khoảng cách xa.
Hình 2.9 Van điện từ khí nén 3 cửa 2 vị trí
Xác định vị trí các sản phẩm trên băng chuyền; Đếm sản phẩm; Phát hiện xe trong bãi đỗ xe, rửa xe; Phát hiện người hoặc vật đi qua;
Với đề tài phân loại sản phẩm theo chiều cao, em sử dụng cảm biến quang E3F-DS10C4
Hình 2.11 Cảm biến quang E3F- DS10C4 Đây là cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán: đầu ra là NPN. Đặc điểm cảm biến:
- Gọn và tiết kiệm chỗ
- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn
- Chế độ hoạt động: ON- đèn sáng, OFF- đèn tắt Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật:
- Thông số kỹ thuật: E3F-DS10C4.
- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 18 x 68 mm.
- Khoảng cách phát hiện: 100mm.
- Vỏ làm bằng chất liệu ABS.
- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm.
- Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện.
- Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm).
- Điện áp nguồn cấp: 6VDC-36VDC.
- Công suất tiêu thụ: Tối đa 35mA.
- Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.
- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ) Bảo quản -30°C đến 70°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95%
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Hệ thống băng tải
1) Hệ thống cấp phôi tự động
2) Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: Khí nén
3) Nguồn lực quay băng tải : Động cơ điện
5) Thông số hình học phôi:
Hình lập phương: h 1 = 18 cm, h 2 = 21 cm, h 3 = 25 cm
6) Trọng lượng phôi: Q min = 0,5 kg; Q max = 7,0 kg
7) Năng suất làm việc: N= 30sp/ph
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống băng tải
3.1.1 Tính các thông số hình, động học băng tải
Chọn kích thước băng tải : chiều dài L 00 mm ; chiều rộng b = 400 mm ; độ dày dây băng δ = 3 mm.
Khi chọn khoảng cách giữa hai sản phẩm là 100 mm, băng tải có thể chứa tối đa 4 sản phẩm tại một thời điểm Để đạt năng suất làm việc 30 sản phẩm mỗi phút, vận tốc của băng tải cần được điều chỉnh phù hợp.
30 4 = 0,1875 m/s Chọn dây băng tải PVC, khối lượng riêng ρ = 1450 kg/m 3 Kết cấu khung sườn thép: Inox
Hình 3.2 Sơ đô lực hệ thống băng tải
Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn qua các puly dẫn động và bị động, với phần giữa được hỗ trợ bởi các con lăn và tấm trượt, tùy thuộc vào cấu trúc và loại dây Lực cản chuyển động của băng có sự khác biệt tại mỗi đoạn, nhưng mỗi đoạn đều có tính chất lực cản giống nhau Lực căng dây tại mỗi điểm đặc trưng được xác định bằng tổng lực căng tại điểm trước đó cộng với lực cản chuyển động trên đoạn nối giữa hai điểm.
Trên sơ đồ lực như Hình 3.2 ta có lực căng băng tại các điểm đặc trưng S i (i =
0 - 3), với S 0 là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn.
- Các lực cản chuyển động của băng:
W 0/1 : Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1
W 0/1 =q 0 Lw (3.2) ¿(m¿¿ bt W bt g) Lw ¿ ¿(2,5 × 0,25 ×9,81)× 1,5 ×0,3=2,76 (N )Trong đó: q 0 : là trọng lượng 1 m dài băng
L: là chiều dài băng w: là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây (w = 0,2 – 0,4)
W 1/2 : Lực cản trên đoạn uốn cong qua tang bị động từ điểm 1 đến 2
W 1/2 =ξ S 1 (3.3) ¿ ξ×( S 0 +W 0/1 ) ¿0,03 ×(S 0 +2.76 ) ξ : là hệ số cản trên tang đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng, ξ = 0,03 – 0,06
W 2/3 : Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3
W 2/3 = ( q 0 L+Q t ) w (3.4) ¿ ( m bt W bt gL+ nP max ) w ¿ (2,5 ×0,25 × 9,81×1,5+ 4 × 7×9,81) ×0,3,16 (N ) Trong đó: q 0 : là trọng lượng 1 m dài băng
Q t : là tổng trọng lượng tải đặt trên băng
Lực kéo băng tải là lực được truyền từ tang dẫn sang băng:
= 2,76 + 0,03 ×(S 0 +2,76) + 85,16 Kiểm tra điều kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:
Trong đó: α : góc ôm của băng trên tang, α 0 ˚ f: hệ số ma sát giữa băng với tang, f = 0,2 – 0,4
S 3 ≤ F e fα e fα −1 (3.7) ¿>S 0 W,14 (N ) ⇒ S 3 = 146.64 (N) Thay số vào ta tính được W 1 /2 =1,797 (N )
Ta tính được: F t ,71( N ) Tính lực căng ban đầu kéo băng tải:
F 0 =0,5 F t e fα +1 e fα −1 = 102,13 (N) Công suất làm việc trên trục tang:
3.1.3 Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng
Băng tải có chất liệu là PVC, dày 3mm Ứng suất dài lớn nhất cho phép của băng σ a =8( N /mm) Ứng suất của băng tải là: σ bt = F
400 = 0,22 N/mm ≤ σ a ( thỏa mãn)Khối lượng băng/m2: mB = 2,5 (kg/m2)
Công suất trên trục công tác : P lv = 0.0168 (kW)
Bảng 3 1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ
Hình 3.3 Sơ đồ hệ dẫn động
Bộ truyền xích (Bộ truyền ngoài)
Hộp giảm tốc (Bộ truyền trong) Động cơ
F V η ol : hiệu suất mỗi cặp ổ lăn η ol =0,99 η x : hiệu suất bộ truyền xích η x =0,93 Theo bảng 2.3 [1], Hiệu suất chung của hệ thống : η=η ol η x = 0,99 0,93 = 0,92 (3.9)
Công suất cần thiết trên trục động cơ : P ct = P lv η = 0,0168
Hệ thống băng tải với D là đường kính tang quay, số vòng quay trên trục công tác: n lv = 60000.V πD = 60000.0,1875 π 150 = 23,87 ( vòng/phút)
Bảng 3 2 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ
Tỉ số truyền chung của hệ Tra bảng 2.4[1] chọn sơ bộ tỉ số truyền xích u x = 3 , u hgt =
Tỉ số truyền chung của bộ truyền là 19 uc, được xác định từ các tỉ số truyền thành phần Hệ thống này bao gồm tỉ số truyền của hộp giảm tốc hai cấp (uhgt) và tỉ số truyền của bộ truyền xích (ux).
Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ :n sb = n lv u c = 23,87 57 = 1360,59 (vòng/ phút)
Để chọn động cơ, chúng ta đã có đủ thông tin với P ct = 0,0183 kW và n sb = 1360,59 vg/ph Theo bảng P1.3, Phụ lục [1], chọn động cơ 4A50A4Y3 với n đc = 1378 vg/ph và P ct = 0,06 kW Tỷ số T K/T dn = 2,0 và T max/T dn = 2,2.
3.1.5 Tính toán bộ truyền ngoài
Chọn loại xích: Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên dùng xích ống con lăn Xác định thông số của xích và bộ truyền:
Bảng 3 4Các loại xích và số răng tương ứng
Chọn số răng đĩa xích, theo công thức
Tỷ số truyền thực tế u t = Z Z 2
Sai lệch tỷ số truyền Δu = ¿ u t −u u ∨¿.100% = ¿ 3−3,03
Chọn bộ truyền thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ là : Z 01 = 25 và n 01 = 200 vòng/phút
Do vậy ta có thể tính: k z = z 01 z 1 = 25
Với k n là hệ số vòng quay, ta thu được k n = n n 01
Bảng 3 5 Trị số của các hệ số thàng phần trong hệ số sử dụng k
Hệ số k được tính toán theo công thức k = k0 ka kdc kbt kd kc Trong đó, k0 là hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, với β = 30˚, k0 = 1 Hệ số ka thể hiện ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích, được xác định là ka = 1 khi a = (30 – 50)p Hệ số kdc phản ánh ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích với kdc = 1,1 Hệ số kbt liên quan đến bôi trơn, có giá trị kbt = 0,8 Hệ số kd đại diện cho tải trọng động với kd = 1,2 Cuối cùng, kc là hệ số cho chế độ làm việc của bộ truyền, với k c = 1,25 khi số ca làm việc là 1 Tính toán tổng hợp cho k cho kết quả k = 1 1 1,1 0,8 1,2 1,25 = 1,32.
Bảng 3.6 Công suất cho phép [P] của xích con lăn
Tra bảng 5.5[1] với điều kiện P t = 0,07 kW ≤ [P], tra theo cột n 01 = 200 vòng/phút Chọn được bước xích p = 12,7 mm Đường kính chốt : d c = 3.66 mmChiều dài ống : B = 5,8 mm
Công suất cho phép : [P] = 0,68 kW Xác đinh khoảng cách trục và số mắt xích Chọn trục sơ bộ : a = 30p = 30.12,7 81 mm
Chọn số mắt xích chẵn là x = 108 Tính lại khoảng cách trục a : a * = p
2 + ¿ √ (108− 23+ 2 69 ) 2 −2 (69−23) π 2 ¿ = 355,5mm Để xích không quá căng thì cần giảm a một lượng : Δa = 0,003 a * = 0,003 355.5 ≈ 1,065(mm)
Bảng 3 7Số lần va đập cho phép [i] của các loại xích
Số lần va đập của xích i:
Tra bảng 5.9[1] với loại xích ống con lăn, bước xích p = 12,7 => số va đập cho phép của xích là [i] = 60 i = z 1 n 1
Kiểm nghiệm xích về độ bền
Q – tải trọng phá hỏng : Tra bảng 5.2[1] với p = 12,7 (mm) ta đươc:
Q = 9000 (N) Khối lượng 1 mét xích : q = 0.35 kg k đ - Hệ số tải trọng động : k đ = 1
F v - lực căng do lực li tâm sinh ra : F v =q v 2 = 0,35 0,34 2 = 0,04(N)
F o – lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra :
F 0 = 9,81.k f q.a = 9,81 4 0,35.0,3555 =4,88 (N) k f là hệ số phụ thuộc độ võng của xích : do β ≥ 40˚ => k f = 4
[s] – hệ số an toàn cho phép : Tra bảng 5.10[1] với p = 12,7 mm, n 1 = 71,61 vòng/p thì [s] = 7,8
- Xác định thông số của đĩa xích
Đường kính vòng chia: d 1 = t sin ( Z π 1 ) = sin 12,7 ( 23 π ) ,26 ( mm) d 2 = t sin ( Z π 2 ) = sin 12,7 ( 69 π ) '9,03(mm)
Đường kính đỉnh răng: d a1 =t [ 0,5 +cotg ( Z π 1 ) ] ,7 [ 0,5+cotg ( 23 π ) ] ,75 (mm ) d a2 =t [ 0,5 + cotg ( Z π 2 ) ] ,7 [ 0,5+cot ( 69 π ) ] (5,1(mm)
Đường kính chân răng: d f 1 =d 1 −2 r,26−2.3,94,38 (mm ) d f 2 =d 2 −2 r'9,03−2.3,94'1,15(mm)
Với r =0,5025 d l + 0,05 d l l àđườ ng kí nhconlăn
Tra bảng 5.2 [1] ta được d l =7,75 (mm)
- Kiểm nghiệm răng đĩa xích vềđộ bên tiếp xúc: σ H =0.47 √ k r ( F t K đ +F vđ ) E A k d
k đ : hệ số tải trọng động Kđ=1,2
A: Diện tích chiếu của bản lề: Tra bảng 5.12[ 1]với p,7 mm ta được A = 39,6 mm 2
k r : Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích, tra bảng ở trang 87 [1] theo số răng z 1 = 23, ta được k r = 0,48
k d : Hệ số phân bố tải không đều giữa các dãy (nếu sử dụng 1 dãy xích ⇒ k d = 1).
F vđ : Lực va đập trên m dãy xích:
Vì cả hai đĩa xích đều làm bằng thép, thay số vào ta được: σ H =0.47 √ k r ( F t K đ + F vđ ) E A k d =0.47 √ 0,48 (53,82.1,2+ 0,19) 2,1.10 5
Trong nghiên cứu, vật liệu được chọn cho đĩa xích là thép C45 cải thiện, có đặc tính là đĩa bị động với số răng lớn hơn 30 (z > 30) và vận tốc xích nhỏ hơn 5 m/s (v < 5 m/s) Đặc biệt, giá trị độ bền kéo σ H đạt 600 MPa, lớn hơn đáng kể so với giá trị yêu cầu 162,42 MPa.
- Xác định lực tác dụng lên trục
Trong đó k x : hệ số kể đến trọng lượng của xích k x =1,15 vì β ≤ 40 o
Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích
Loại xích Xích ống con lăn
Số răng đĩa xích nhỏ z 1 23
Số răng đĩa xích lớn z 2 69
Vật liệu đĩa xích được làm từ thép C45, với đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ là 93,26 mm và đường kính vòng chia đĩa xích lớn là 279,03 mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ đạt 98,75 mm, trong khi đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn là 285,71 mm.
Bán kính đáy r 3,94 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ d f 1 85,38 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích lớn d f 2 271,15 (mm)
Lực tác dụng lên trục F r 61,89 (N)
3.1.6 Tính trục tang chủ, bị động/con lăn
Tính đường kính tang tải:
Từ đó ta chọn d tang = 0,08 m để đảm bảo điều kiện
Tính trục tang chủ động:
Chọn vật liệu trục tang : thép C45 có tôi cải thiện
Tiêu chuẩn Ứng xuất bền cho phép [Sb]
(MPa) Ứng suất xoắn cho phép [t]
Chỉ số dãn nở tương đối (%) Độ cứng HRC (chưa qua xử lí nhiệt)
Momen xoắn tại đầu ra của hộp giảm tốc:
71,61 01,67 Nmm Đường kính sơ bộ của trục theo công thức : d ≥ √ 3 0,2.[ T 1 τ ] = √ 3 8001,67 0,2.30 = 11,07 (mm)
(3.32) Theo tiêu chuẩn chọn d = 18 mm tại vị trí lắp đĩa xích
F r = 61,89 (N) là lực tác dụng lên trục
Ta có phương trình cân bằng lực: ΣF kx = F Ax + F Cx - F r = 0 Σ F ky = F Ay + F Cy – F = 0 ΣM Ax = - F Cy 295 + F 147,5 = 0 Σ M Ay = F Cx 295 - F r 345 = 0
Như vậy, F Ax ngược chiều so với giả sử.
Các biểu đồ nội lựcTính đường kính các đoạn trục theo momen tương đương
M Dtd = √ M Dx 2 + M Dy 2 +0,75 T 2 = √ 0 2 +0 2 +0,75 8001,67 2 = 6929,6 (Nmm) Đường kính sơ bộ các đoạn trục:
Tại A: D A ≥ √ 3 0,1.[ M Atd σ ] = 0 (mm) (3.34) Tại B: D B ≥ √ 3 0,1 M Btd [ σ ] = √ 3 15064,17 0,1.50 = 14,44 (mm)
Tại D: D D ≥ √ 3 0,1 M Dtd [σ ] = √ 3 6929,6 0,1.50 = 11,14 (mm) Chọn đường kính tiết diện
Then lắp tại tiết diện C Tra bảng 9.1a trong tài liệu [I][Tr.173], với D D = 18 mm ta chọn then bằng có:
- Chiều dài then: l then = 14 (mm)
- Chiều rộng rãnh then: b = 6 mm
- Chiều sâu rãnh then trên trục: t 1 = 3,5 mm
- Chiều sâu rãnh then trên lỗ : t 2 = 2,8 mm Độ bền dập: σ d = 2T ct d L.( h−t 1 ) ≤ [σ d ] (3.35) Tra bảng 9.5 trong tài liệu [I] được 0 Mpa
σ d = 2T ct d L (h−t 1 ) = 18.14.(6−3,5 2.8001,67 ) = 25,4 MPa ≤ [σ d ] Then thỏa mãn yêu cầu độ bền dập Độ bền cắt: τ c = 2 T ct d L b ≤ [ τ d ] (3.36)
18.14.6 ,58 MPa ≤ [ τ ] Then thỏa mãn độ bền cắt
Kiểm nghiệm trục về độ an toàn tại các điểm A, B, C, D Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi s = s σ s τ
√ s σ 2 +s τ 2 ≥ [s] (3.37) Trong đó [s] là hệ số an toàn cho phép, lấy [s]= 1,5
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp: s σ = σ −1
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp s τ = K τ −1 τdj τ aj +Ψ τ τ mj (3.39)
Trong đó: σ b là giới hạn bền của trục σ b @0 MPa σ −1 = 0,436 σ b =0,436 400 = 174,4 MPa τ −1 = 0,58 σ −1 = 0,58 174,4 = 101,15 MPa Ứng suất thay đổi trên chu kì đối xứng: σ m = 0 trên tất cả các tiết diện σ a A = M A
32 −b t 1 ¿¿¿ = 0 Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng τ m = 0 τ a A = W T A
Bảng 3 8 Trị số của các hệ số ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
Tra bảng 10.8 trong tài liệu [I], chọn phương pháp gia công.
Ta có hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt:
K x – hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt
K x =1,05 chọn phương pháp tiện ra
K y – hệ số tăng bền , K y =1,8 chọn phương pháp thấm cacbon Chọn lắp ghép : Các ổ lăn lăp trên trục theo r6, lắp đĩa xích theo r6 kết hợp lắp then.
Theo bảng trên ta thấy các tiết diện đều thỏa mãn điều kiện bền mỏi theo hệ số an toàn.
Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh σ ch = 340 MPa σ tđ = √ σ 2 +3 τ 2 ≤ [σ ¿ = 0,8 σ ch = 272 MPa (3.40) σ = M max
Theo thuyết bền TNBĐHD σ tđ = √ σ 2 +3 τ 2 = √ 20,74 2 +3.10 2 = 27,02 MPa ≤ [ σ ¿ Vậy trục thỏa mãn điều kiện độ bền tĩnh.
Theo yêu cầu ta chọn được ổ bi đỡ 1 dãy có số hiệu 1000904 với các thông số
Kí hiệu ổ d, mm D, mm B, mm r, mm C, kN C 0 , kN
Khả năng tải động C d được tính theo công thức:
Q: là tải trọng tương đối với ổ đỡ m : là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m=3 đối với ổ bi đỡ n lv : là số vòng quay trên trục công tác Ta lấy số vòng quay trên trục công tác: n lv #,87 v/ph
L h : là tuổi thọ, L h 000(h), 1 ca làm việc, làm việc êm, không sử dụng hết tải.
L : tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay L= 60 n L h
Ta có: Q=( XV F r + Y F a )k t k d (3.42) Trong đó:
X , Y : là hệ số tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục
V : là hệ số kể đến vòng nào quay, V =1 ( vòng trong quay)
F r ,F a : là tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục
F rC = √ F Cx 2 + F Cy 2 =¿125,2 N k t : là hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, k t =1 k d : là hệ số kể đến ảnh hưởng của tải trọng động k d =1 (theo bảng 11.3 [1] )
Từ đó ta tính được
C d =Q m √ L= 125,2 √ 3 4,7 = 0,2 (KN) < C = 5,14 KN Vậy khả năng tải động của ô được đảm bảo.
Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ:
F a = 0, Q 0 = X o F r = 0,6 125,2 = 0,075 KN < C 0 = 3,12 KN Vây khả năng tải tĩnh của ô được đảm bảo.
3.2 Hệ thống cấp phôi tự động
Hiện nay, ngành công nghiệp đang chuyển mình mạnh mẽ với xu hướng tự động hóa, đòi hỏi quy trình sản xuất phải ổn định và nhanh chóng Để đạt được điều này, việc cung cấp phôi chính xác về vị trí và thời gian là rất quan trọng, đảm bảo tính liên tục và đáng tin cậy trong chu trình hoạt động của dây chuyền sản xuất.
Quá trình cấp phôi là yếu tố thiết yếu trong nghiên cứu và cải tiến các hệ thống sản xuất tự động, nhằm nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Hệ thống cấp phôi tự động cần đảm bảo cung cấp phôi một cách kịp thời, chính xác và đúng số lượng Là một cơ cấu quan trọng, nó giúp đưa sản phẩm vào băng tải và phân phối đều từng sản phẩm, với khoảng thời gian cách nhau hợp lý để phù hợp với năng suất và vận tốc của băng tải Hệ thống cấp phôi tự động đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn khởi đầu của quy trình sản xuất.
Biến máy bán tự động thành máy tự động giúp tối ưu hóa dây chuyền sản xuất, chuyển đổi thành dây chuyền tự động hóa Điều này mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể nhờ giảm thiểu thời gian lãng phí Hơn nữa, việc tự động hóa cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, đặc biệt trong các môi trường độc hại, nhiệt độ cao và khi làm việc với phôi có trọng lượng lớn.
Trong hệ thống phân loại sản phẩm, phôi được định nghĩa là các khối lập phương có chiều cao khác nhau Hệ thống này bao gồm hộp đựng sản phẩm cần phân loại và một pít tông khí nén, có chức năng đẩy sản phẩm vào dây băng dẫn.
3.3 Hệ thống pít tông khí nén
Hình 3.3 Biểu diễn lực của pít tông khí nén ho Thông số đầu vào:
- Khối lượng lớn nhất của phôi: 5kg
- Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f = 0,3
- Hành trình của piston: H = 250 mm
Ta tính áp lực do cần piston tạo ra theo công thức:
D : đường kính của xylanh. p 1 : áp suất làm việc.
- Áp suất trong khoang làm việc 6 - 8 bar
Áp suất khoang thoát khí tối thiểu cần đạt 1,4 bar, với hệ số hiệu dụng của xylanh thường được chọn là 0,5 Hầu hết các xylanh khí nén hoạt động dưới tải trọng động, dẫn đến tổn hao ma sát và sự thay đổi tính đàn hồi của khí nén Ngoài ra, sức ỳ của Piston trước khi dịch chuyển cũng góp phần làm giảm hệ số hiệu dụng.
Chọn sơ bộ áp suất làm việc của hệ thống là: p = 8 bar = 8 Kg/cm 2 = 8.10 5 N/m 2 Để piston di chuyển được thì:
Với P msmax - lực ma sát lớn nhất do sản phẩm gây ra.
P msmax =f P max g=0,3 × 5 ×9,81,72 (N ) Đường kính D của xylanh:
- Đường kính trong của xylanh là: D mm
- Đường kính cần piston: d mm
Vậy áp suất thực tế cần là :
4 p 2 μ (3.44) Với p 2 áp suất buồng thoát khí – chọn p 2 =1,5 ¯ ¿15 × 10 4 ( N /m)
Bảng thông số kỹ thuật của xi lanh khí nén SMC dòng CM2
Theo tính toán, em chọn pít tông khí nén loại: CDM2B20-250Z
- Hành trình tiêu chuẩn 250 mm
- Áp suất hoạt động tối thiểu 0,05 MPa
- Áp suất hoạt động tối đa 1,0 MPa
Năng suất 10sp/p, nên cứ 6s thì pít tông đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải Chọn tốc độ pít tông:
V pt = 500 (mm/s) Thời gian trễ của pít tông do thời gian hành trình cả đi cả về của pít tông
630 = 1(s)Chọn thời gian làm việc của pít tông khí nén là 1 s
XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG
4.1 Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp
- Xây dựng bản vẽ lắp 3D
Hình 4 Bản vẽ 3D hệ thống băng tải phân loại theo chiều cao
(1) Khung băng tải (6) Dây băng
(2) Động cơ 1 chiều (7) Trục tang
(3) Hộp đựng sản phẩm cần phân loại (8) Pít tông khí nén
(4) Bộ truyền xích (9) Cảm biến
(5) Máng dẫn sản phẩm phân loại
Trong nền kinh tế thị trường hiện nay, để một sản phẩm thành công, nó cần đáp ứng các tiêu chí về chất lượng, giá cả, mẫu mã và thời gian Việc ra mắt sản phẩm đúng thời điểm và phù hợp với nhu cầu khách hàng sẽ dẫn đến thành công, trong khi ngược lại sẽ thất bại Để đạt được những yêu cầu này, kỹ sư thiết kế cần có kiến thức vững chắc và phương pháp làm việc hiệu quả.
Qua quá trình thực hiện đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ” dưới sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Anh Tuấn, tôi đã cải thiện khả năng phân tích và đặt vấn đề trong thiết kế Điều này giúp tôi xử lý các vấn đề một cách thực tiễn hơn và kết hợp hiệu quả các kiến thức cơ bản đã học vào việc thiết kế và tối ưu hóa sản phẩm.