Xuất phát từ yêu cầu của Công ty TNHH Meizan CLV về tự động hóa quá trình sản xuất cho một khâu sản xuất, giảm số lượng nhân công trong một dây chuyền đóng gói, dán hộp.. Trong đồ án này
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp sản xuất và chế biến ở Việt Nam đang tăng trưởng mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng ấn tượng 8% trong năm 2022, đóng góp 24,7% vào GDP Đặc biệt, IIP ngành chế biến thực phẩm đã tăng 8,8% so với năm trước, phản ánh sự đa dạng và thay đổi liên tục của sản phẩm để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Tuy nhiên, sự thay đổi này đã ảnh hưởng đến quy trình đóng gói do hạn chế về máy móc, dẫn đến việc tăng cường sử dụng lao động Để tự động hóa sản xuất và thích ứng với kích thước hộp đóng gói, nhiều loại máy dán hộp đã được phát triển Máy dán hộp tự động giúp gấp và dán đáy hộp, sau đó đóng gói sản phẩm vào thùng Mặc dù máy dán hộp sản xuất trong nước có những hạn chế như khó thay đổi kích thước và chất lượng keo dán không đồng đều, máy nhập khẩu đã khắc phục được vấn đề này nhưng có giá thành cao và chiếm nhiều diện tích sàn.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm chúng tôi đã thực hiện khảo sát và tiến hành nghiên cứu, thiết kế cũng như chế tạo máy dán hộp với khả năng phun keo tự động.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thị trường máy dán hộp trong nước hiện đa dạng với nhiều loại máy có nguyên lý hoạt động khác nhau, đáp ứng nhu cầu sản xuất Tuy nhiên, hầu hết các máy hiện tại sử dụng keo lỏng không đạt tiêu chuẩn cho sản phẩm xuất khẩu Để khắc phục điều này, ngành công nghiệp chế tạo máy trong nước đã phát triển máy dán sử dụng keo nóng, với khả năng đồng bộ hóa cao, mở ra cơ hội phát triển thêm nhiều loại máy dán tương tự Việc này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của thị trường.
Mục tiêu đề tài
Tìm hiểu và thiết kế hệ thống máy tự động hoàn thiện nhằm phục vụ quá trình tự động hóa sản xuất cho khách hàng Hệ thống này cần đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đầu ra của sản phẩm, đồng thời đạt tiêu chuẩn chất lượng phục vụ mục đích xuất khẩu.
Qua quá trình nghiên cứu và chế tạo máy, tôi đã ứng dụng các kiến thức chuyên ngành đã học để hiểu rõ quy trình thiết kế và sản xuất sản phẩm, đáp ứng nhu cầu công việc trong tương lai Điều này giúp tôi hình thành một hệ thống kiến thức vững chắc, phục vụ hiệu quả cho sự nghiệp sau này.
Tổng kết kiến thức từ khoa và trường, phát triển tư duy thiết kế và khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn, tiến gần hơn đến mục tiêu nghiên cứu các vấn đề khoa học.
Học tập và làm việc tại các doanh nghiệp là bước đầu quan trọng giúp phát triển bản thân sau khi tốt nghiệp, đồng thời mở ra cơ hội cho quá trình làm việc trong các môi trường chuyên nghiệp khác.
Hợp tác làm việc nhóm, phân chia công việc khoa học, sắp xếp kế hoạch làm việc tạo ra năng suất cao trong quá trình làm việc.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các vấn đề gặp phải tại các mẫu máy dán hộp tự động đang có mặt trên thị trường
- Nghiên cứu công nghệ phun keo nóng và khả năng tích hợp công nghệ
- Các cơ cấu cơ khí, cơ cấu vận hành có thể sử dụng trong công nghiệp
- Các kết cấu, vật liệu, kích thước của các chi tiết cơ khí, khung tựa
- Các cơ cấu điều khiển, thiết bị điện cơ khí, điện công nghiệp
Phạm vi đề tài của nhóm được giới hạn bởi các nội dung sau:
Đề tài nghiên cứu và phát triển duy nhất tập trung vào quy trình dán hộp tự động, nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đã được xác định trước đó.
- Hoàn thiện máy và thực hiện chạy thử xác định hiệu năng trước khi bàn giao cho doanh nghiệp.
Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đã đặt ra, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thu thập thông tin, dữ liệu;
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu;
- Phương pháp phân tích tổng hợp;
Kết cấu của Đồ án Tốt nghiệp
Đồ án Tốt nghiệp gồm 6 chương, trong đó
Chương 1 Giới thiệu về chung về đề tài
Chương 2 Giới thiệu các cơ sở lý thuyết sử dụng trong đề tài
Chương 3 Đưa ra phương hướng và phương án thực hiện đồ án
Chương 4 Đề xuất phương án tính toán, lựa chọn thiết kế cho các cơ cấu cơ khí
4 Chương 5 Đề xuất phương án tính toán, lựa chọn các thiết bị, thiết kế hệ thống điều khiển Chương 6 Đưa ra kết luận và đề xuất
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan
Để thiết kế máy phù hợp với yêu cầu, cần hiểu rõ cách hoạt động của kết cấu, cơ cấu vận hành và hệ thống điều khiển Điều này giúp xác định các kết cấu và lựa chọn cơ cấu phù hợp với môi trường hoạt động, đồng thời đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
Yêu cầu đề ra
Trong quy trình sản xuất, kích thước hộp có thể thay đổi, do đó, nhóm cần tính toán phương án chế tạo máy linh hoạt, nhanh chóng và dễ dàng thao tác.
Cần lựa chọn và bố trí hợp lý các cơ cấu vận hành và điều khiển để đảm bảo tính thẩm mỹ, dễ dàng trong việc thay thế, bảo dưỡng và bảo trì, đồng thời phù hợp với ngân sách đã đề ra.
Cuối cùng, cần đảm bảo tuân thủ các yêu cầu của khách hàng, bao gồm việc sử dụng module phun keo kết hợp với thao tác điều chỉnh đơn giản và đảm bảo chất lượng dán tốt.
Chính vì các lý do trên, nhóm cần đề ra phương án thiết kế, tính toán và lựa chọn các kết cấu một cách hợp lý.
Các cơ cấu thông dụng
Nhóm nghiên cứu các cơ cấu thông dụng nhằm đề xuất phương án phù hợp với yêu cầu máy Qua đó, việc thiết kế và chế tạo các cơ cấu máy trở nên thuận tiện hơn.
2.3.1 Các cơ cấu cơ khí a Bộ truyền vít me đai ốc Để đáp ứng được mục tiêu ban đầu là gấp và dán được nhiều kích thước hộp khác nhau nên máy phải có các cơ cấu truyền động tăng chỉnh, một trong những cơ cấu phổ biến hiện nay là sử dụng vít me - đai ốc
Bộ truyền vít me đai ốc chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động tịnh tiến, bao gồm trục vít me và con trượt Thiết bị này có độ chính xác cao, tạo ra chuyển động êm ái và khả năng tự hãm, đồng thời truyền được lực lớn Đặc biệt, bộ truyền có thể điều chỉnh bước ren, giúp tăng tốc độ truyền động hiệu quả cho hệ thống.
Băng tải là thiết bị vận chuyển liên tục, thường được sử dụng để di chuyển vật liệu đơn chiếc và vật liệu rời theo chiều ngang và nghiêng Đây là một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất và lắp ráp của nhà máy, xí nghiệp, góp phần tạo ra môi trường sản xuất hiện đại và khoa học Băng tải giúp giải phóng sức lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế cho công ty.
Các loại băng tải thông dụng:
- Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn thường được sử dụng nhiều khi cần vận chuyển hộp có khối lượng nhỏ, chi phí không quá lớn
Hình 2.1 Bàn trượt vít me
- Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững chắc
- Băng tải con lăn: môi trường thông thường đến các môi trường có hóa chất ăn mòn, bụi bặm, …
- Băng tải rung: sử dụng được ở nhiều địa hình, nhiều mô hình khác nhau c Xy lanh khí nén
Xy lanh khí nén là cơ cấu vận hành phổ biến trong công nghiệp và tự động hóa sản xuất, hoạt động dựa trên năng lượng nén không khí ở áp suất cao Cấu trúc chính của xy lanh bao gồm piston và xy lanh, giúp chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng Trên thị trường, có nhiều loại xy lanh khác nhau để đáp ứng yêu cầu của máy công nghiệp.
Trong ngành công nghiệp, động cơ thường kết hợp với hộp giảm tốc, và các thông số của bộ truyền được tiêu chuẩn hóa theo những thông số phổ biến trên thị trường, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và khả năng tương thích.
Hình 2.2 Cấu tạo băng tải cao su thông dụng
Hình 2 3 Một số loại xy lanh khí nén thông dụng trong công nghiệp
Các công ty thường yêu cầu thiết kế hoặc sửa chữa hệ thống truyền động, trong đó động cơ và hộp giảm tốc đóng vai trò quan trọng trong việc truyền chuyển động quay và cung cấp momen xoắn phù hợp Trong ngành công nghiệp, các loại hộp giảm tốc phổ biến bao gồm hộp giảm tốc bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng, bánh răng côn và vít me Việc kết hợp động cơ với hộp giảm tốc không chỉ tiết kiệm diện tích mà còn giảm chi phí bằng cách loại bỏ bộ truyền trung gian giữa động cơ và hộp số.
Bộ phận phun keo dạng tia được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, cho phép điều chỉnh lưu lượng và tốc độ phun keo, giúp dán dính hiệu quả các nắp hộp nhỏ và lớn Sản phẩm này mang lại lợi thế vượt trội về tốc độ, tiết kiệm chi phí keo và đảm bảo vệ sinh so với các máy dán hộp truyền thống trên thị trường Việc áp dụng công nghệ máy phun keo dạng tia còn nâng cao hiệu suất sản xuất và giảm thiểu lãng phí.
Hình 2.4 Một số loại động cơ liền hộp số thông dụng
9 tia sản phẩm sau đóng gói sẽ đạt chất lượng cao về độ kết dính, thẩm mỹ Từ đây tạo lợi thế cạnh tranh cho khách hàng sử dụng
Hình 2.5 Đầu phun keo nóng dạng tia - cấu tạo điển hình của đầu phun
2.3.2 Các cơ cấu điều khiển a Bộ điều khiển
Bộ điều khiển trong công nghiệp là hệ thống tiếp nhận tín hiệu từ môi trường làm việc và điều chỉnh các tác động đến hệ thống cơ khí Có nhiều loại bộ điều khiển khác nhau trong ngành công nghiệp, nhưng phổ biến nhất là bộ điều khiển tự động.
Điều khiển thông qua tín hiệu điện, như relay trung gian hoặc bộ điều khiển lập trình được, là một phương pháp quan trọng Việc lựa chọn bộ điều khiển phù hợp phụ thuộc vào các yêu cầu khác nhau của từng ứng dụng.
Hình 2.8 Bộ điều khiển có thể lập trình được (PLC) b Cảm biến
Cảm biến là thiết bị quan trọng giúp phát hiện và phản hồi tín hiệu từ môi trường làm việc đến bộ điều khiển, tạo cơ sở cho việc tác động đến các cơ cấu cơ khí Hiện nay, có nhiều loại cảm biến được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp mà còn trong nhiều lĩnh vực khác Trong ngành công nghiệp và tự động hóa, cảm biến được coi là giác quan của máy, đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống điều khiển của các máy tự động.
Hình 2.6 Một số loại relay trung gian Hình 2.7 Bộ điều khiển bằng relay trung gian
Hình 2.9 Một số loại cảm biến phổ biến c Biến tần
Biến tần là thiết bị chuyển đổi điện bình thường thành dòng điện với điện áp và tần số có thể điều chỉnh Trong công nghiệp, biến tần thường được sử dụng cho động cơ điện để linh hoạt thay đổi tốc độ, bảo vệ động cơ và tiết kiệm điện năng Mặc dù việc sử dụng biến tần mang lại nhiều lợi ích, nhưng chi phí đầu tư khá cao, do đó cần cân nhắc kỹ về kinh phí thiết kế máy khi áp dụng.
Hình 2.10 Một số loại biến tần thông dụng d Van điện từ khí nén
Van điện từ khí nén là thiết bị quan trọng dùng để điều khiển việc đóng ngắt các đường dẫn khí nén, giúp điều khiển các thiết bị khí nén hiệu quả Thiết bị này hoạt động thông qua cuộn cảm ứng từ và thường được kết hợp với các xy lanh khí nén Trong ngành công nghiệp, có nhiều loại van khác nhau, tùy thuộc vào cấu tạo và cơ cấu điều khiển, để phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Hình 2.11 Một số loại van điện từ khí nén
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CHẾ TẠO
Yêu cầu đề tài, thông số thiết kế
3.1.1 Yêu cầu của đề tài
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy dán hộp - phun keo tự động đáp ứng các nhu cầu sau:
- Sử dụng module phun keo kết hợp
- Chức năng máy dán hộp bằng keo nóng hai đầu cho các kích thước hộp như sau:
- Yêu cầu về khả năng công nghệ và độ hoàn thiện:
+ Tốc độ: 2s dán hoàn thiện 1 hộp
+ Sử dụng súng phun keo nóng, không dùng cơ cấu chổi quét keo
+ Ổn định, dễ thao tác điều chỉnh
- Hoàn thành mô hình và hồ sơ thiết kế máy
- Sản phẩm không biến dạng, trầy xước sau khi dán
3.1.2 Thông số thiết kế máy
Thông số máy về kích thước vật lí: không yêu cầu
Hệ thống điều khiển: sử dụng dòng PLC Mitsubishi và các thiết bị điều khiển điện áp 24VDC Điện áp máy sử dụng: 220V-AC
Cơ cấu cơ khí sử dụng: sử dụngcác cơ cấu cơ khí phù hợp để đạt được năng suất đề ra
Phương án thức hiện
Cơ cấu Sử dụng 2 bang tải nhỏ, kéo tại 2 đầu hộp Sử dụng bang tải nhám, kéo chủ động bên dưới bề mặt hộp Ưu điểm
- Kích thước bang tải nhỏ gọn
- Belt dạng dây, chi phí thấp - Cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo bảo tì thấp
- Vẫn nhỏ gọn, không tăng kích thước máy quá nhiều
- Không cần tăng chỉnh bang tải
- Khi tăng chỉnh bề rộng bang tải phù hợp với chiều dài hộp, cơ cấu này làm tang độ phức tạp và số lượng chi tiết máy
- Chi phí chế tạo, bảo trì cao
- Lực kéo phụ thuộc vào khối lượng hộp
Hình 3 1 Phương án cấp phôi 1 Hình 3 2 Phương án cấp phôi 2
Cơ cấu Sử dụng xylanh quét keo lên bề mặt nắp hộp Sử dụng súng phun keo, phun vào bề mặt nắp hộp Ưu điểm
- Tương thích tốt với nhiều kích thước bề mặt dán
- Tốc độ dán cao, 25 – 30 hộp/phút
- Độ kết dính cao vì sử dụng keo nóng
- Nét dán gọn, sạch sẽ
- Đáp ứng được phần lớn bề mặt vật liệu hộp dán hiện nay
- Phức tạp trong quy trình tăng chỉnh khi yêu cầu thay đổi kích thước bề mặt dán
- Tốc độ tối đa 20 hộp/ phút
- Độ kết dính thấp vì keo dạng nguội
- Keo dễ lem, bẩn bề mặt hộp
Hình 3 3 Phương án dán keo 1 Hình 3 4 Phương án dán keo 2
16 c Cơ cấu gấp nắp hộp
Cơ cấu Sử dụng hai xy lanh gấp nắp hộp độc lập Sử dụng 1 xy lanh nâng hộp, gấp nắp tự lựa Ưu điểm
- Các xy lanh trực tiếp tác động lên nắp hộp, gấp và ép kín nắp hộp
- Hai xy lanh độc lập, dễ bố trí cơ cấu
- Bố trí được trong không gian rộng
- Cơ cấu đơn giản, dễ sử dụng
- Dễ dàng thao tác vận hành
- Bố trí được trong không gian hẹp
- Vừa gấp nắp hộp, vừa giữ nắp hộp kết dính keo
- Cấu tạo của cụm sẽ phức tạp, khó thiết kế khi ta cần tăng chỉnh nhiều kích thước
- Nhiều thao tác điều chỉnh, độ khó vận hành tăng
- Độ bóng bề mặt của tấm dẫn hướng cần đủ cao, chống keo dính lại trên bề mặt
Hình 3 5 Phương án gấp nắp hộp 1 Hình 3 6 Phương án gấp nắp hộp 2
Lựa chọn phương án
So sánh khả năng lựa chọn của 2 phương án
Các tiêu chí đánh giá Phương án 1 Phương án 2
Khả năng tự động hoá x x Đơn giản, dễ thiết kế x
Chất lượng bề mặt sản phẩm x
Cơ cấu gấp mép hộp Khả năng tự động hoá x
17 Đơn giản, dễ thiết kế x
Chất lượng bề mặt sản phẩm x x
Khả năng tự động hoá x Đơn giản về mặt thiết kế x
Bảng 3 1 Bảng so sánh các phương án
Dựa trên yêu cầu thực tế và khả năng của nhóm, cùng với sự hỗ trợ và góp ý từ doanh nghiệp và giảng viên hướng dẫn, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 2 cho đồ án này.
Trình tự thực hiện
Bước Nội dung Thực hiện Chú thích
- Xác định nhu cầu khách hàng
- Layout vận hành nhà máy, quy trình sản xuất ra sản phẩm
- Nghiên cứu kiến thức cơ sở
- Xác định yêu cầu kỹ thuật của khách hàng
- Đưa ra mục tiêu chung
- Tìm kiếm phương án và ý tưởng
-Tính toán năng suất có thể đạt được
- Tính chọn thiết bị sơ bộ
- Sơ đồ bố trí thiết bị
- Sơ đồ bố trí máy trong dây chuyền nhà máy
- Xác định kích thước tổng thể sơ bộ
- Vẽ layout máy các cụm máy trong môi trường 3D
- Bóc tách và thiết kế chi tiết máy trong môi trường 3D
- Kiểm tra khả năng gia công của từng loại chi tiết điển hình
- Kiểm tra khả năng lắp ráp của từng cụm Phân tích MBD, FEA, tối ưu chi tiết
- Hiệu chỉnh dung sai, kích thước, chế độ lắp,
- Xuất bản vẽ lắp ráp, bản vẽ chi tiết để gia công
- Các yêu cầu sau khi gia công như: xử lý bề mặt, xử lý nhiệt,
- Lập phiếu đề nghị mua hàng và gia công
- Các yêu cầu kỹ thuật cần thiết khác
- Tiến hành phân loại bản vẽ để đặt hàng gia công
- Sắp xếp và Quản lý thiết bị, hàng gia công khi nhập kho
Gia công tại xưởng bao gồm các chi tiết đơn giản như tiện mặt, phay phẳng bề mặt, khoan, taro và đánh bóng với công nghệ CCX 8 trở về sau Ngoài ra, chúng tôi cũng cung cấp dịch vụ gia công bên ngoài như cắt dây, cắt kim loại tấm và cắt laser.
- Tiến hành lắp hoàn chỉnh phần khung bên ngoài
- Phân chia thành viên lắp ráp theo từng subassembly của máy
- Tiến hành lắp các thiết bị điện tử: cảm biến, khí nén, van điện khí nén, bộ lọc khí , Domino điện, nút nhấn và màn hình điều khiển
- Liên hệ khách hàng cung cấp hộp và đưa lên máy chạy thử thành phẩm
Bàn giao máy - Hướng dẫn sử dụng: viết catalog, video
- Bảo trì định kỳ theo hợp đồng
Bảng 3 2 Bảng trình tự thực hiện đồ án
THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT CƠ CẤU VẬN HÀNH VÀ TRUYỀN ĐỘNG
Tổng quan
Trong thời đại công nghiệp hiện nay, sự đa dạng về chủng loại, kiểu dáng và kích thước của các cơ cấu vận hành là rất lớn Để xây dựng một hệ thống hoạt động mượt mà và ổn định trong sản xuất, việc tính toán thiết kế và lựa chọn các cơ cấu phải hợp lý, đồng bộ và dễ dàng thay thế hoặc sửa chữa Thách thức của đồ án này là thiết kế đáp ứng yêu cầu ban đầu và đảm bảo khả năng chế tạo trong thời gian giới hạn.
Yêu cầu đặt ra
Để đáp ứng yêu cầu làm việc liên tục và khối lượng công việc lớn, các cơ cấu cần có độ bền và tính ổn định cao, đồng thời phải dễ sử dụng và thuận tiện trong việc bảo trì, sửa chữa.
Trong quá trình sản xuất, máy móc cần có tính linh hoạt cao để đáp ứng sự đa dạng của sản phẩm Các kết cấu và cơ cấu vận hành của máy phải dễ dàng điều chỉnh nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Phương án thiết kế
4.3.1 Cơ cấu cấp phôi tự động
Máy tự động một khâu trong dây chuyền đóng gói sản phẩm cần một hệ thống cấp phôi phối hợp hiệu quả với công nhân và hoạt động liên tục với tốc độ cao Để đáp ứng các yêu cầu này, nhóm đã quyết định lựa chọn hệ thống băng tải cao su, vì nó hoàn toàn phù hợp với tiêu chí của doanh nghiệp cho một hệ thống cấp phôi đầu vào.
Để đảm bảo khả năng di chuyển gọn nhẹ cho băng tải, nhóm đề xuất lựa chọn động cơ và hộp số được gắn trực tiếp lên băng tải.
Hình 4 1 Mô hình băng tải cao su cấp phôi đầu vào
4.3.2 Cơ cấu tác động để gấp hộp
Trong lĩnh vực cơ khí và tự động hóa, có nhiều cơ cấu như đòn bẩy và cánh tay cơ khí giúp thao tác gấp hộp, nhưng chúng yêu cầu truyền động và tính toán phức tạp Mặc dù các cơ cấu này rất đáng tin cậy, dự án này cần một hệ cơ cấu gấp hộp đơn giản và dễ tính toán Do đó, nhóm đã quyết định sử dụng cơ cấu gấp hộp bằng cách sắp xếp vị trí của các xy lanh khí nén.
Nhờ vào chuyển động từ xy lanh khí nén, các hộp được di chuyển đến vị trí phu keo đã được thiết kế sẵn Các chuyển động này kết hợp với thanh chắn và tấm chặn giữ, giúp thực hiện thao tác gấp mép hộp và dán chặt các mí gấp Thêm vào đó, các tấm chặn giữ được thiết kế theo các biên dạng đặc biệt, hỗ trợ xy lanh hoàn thành các thao tác đơn giản một cách hiệu quả.
Hình 4 2 Mô hình cơ cấu gấp hộp, dán mép hộp, kéo hộp ra khỏi máy bằng xy lanh và kim loại tấm gia công định hình
Hình 4 3 Cơ cấu gấp hộp và phun keo
Để đảm bảo tính linh hoạt trong việc điều chỉnh kích thước hộp trong quá trình hoạt động, máy cần một cấu trúc trung gian giữa khung máy và các cơ cấu có khả năng thay đổi kích thước Điều này giúp đáp ứng yêu cầu của máy một cách hiệu quả và linh hoạt.
23 đảm bảo sự cứng vững và dễ dàng thay đổi Nắm được yêu cầu đó nhóm lựa chọn cơ cấu tinh chỉnh bằng trục vít me và đai ốc
Hình 4 4 Mô hình cơ cấu điều kích thước hộp bằng vít me
4.3.4 Cơ cấu phun keo nóng
Trong yêu cầu đặt hàng của doanh nghiệp, tiêu chí về mép gấp sau khi dán keo rất cao, đòi hỏi keo không bị vương vãi và mối ghép đều nằm trong khu vực dán keo mà khách hàng quy định Để đáp ứng những yêu cầu này, nhóm đã nghiên cứu và lựa chọn cơ cấu phun keo nóng, giúp lượng keo phun ra đúng vị trí, đều và tiết kiệm Máy phun keo hiện có trên thị trường, nhóm cần thiết kế vị trí cho máy và đầu phun để đảm bảo hoạt động đồng bộ với các cơ cấu khác.
Hình 4 5 Đầu phun keo nóng
Hình 4 6 Mô hình cơ cấu phun keo nóng
4.3.5 Một số cơ cấu khác
Hình 4 7 Cơ cấu điều chỉnh kích thước hộp
Hình 4 8 Cơ cấu lắp cảm biến
Tính toán, thiết kế hệ thống cơ cấu vận hành và truyền động
4.4.1 Thiết kế hệ thống cấp phôi a Tính toán thông số thiết kế băng tải, lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc
Các thông số đầu vào thiết kế:
Chiều rộng vành đai: B = 300mm= 0,3m Đường kính tang trục: Dtang = 50 mm = 0.05m
Khoảng cách giữa hai trục trống: L = 1450 mm = 1,450 m
Công suất dự kiến: N = 1800 hộp / giờ
Khối lượng của một hộp: m = 550g = 0,55kg
Hệ số nạp không đều K = 1,1 (đây là hệ số xét đến sự không đều của việc cấp phôi cho máy, K > 1 Trang 15 tài liệu tham khảo số [4])
Vận tốc băng tải được xác định qua các công thức (2.81) và (2.82) theo tài liệu tham khảo số [4] Với năng suất tính toán của băng tải là z = 1800.1,1 = 1980 hộp/giờ, thời gian để chuyển một hộp ra khỏi băng được tính là t = 3600 giây.
1980 = 1.82 (s) Lấy khoảng cách (bước) giữa các trục của chi tiết trên bằng 200mm, ta có tốc độ của băng tải:
1,82.1 = 0,11 m/s Nếu làm tròn v = 0,15 m/s thì tính lại khoảng cách a = 0,273 m
Trong sản xuất, các yếu tố quan trọng bao gồm: a - khoảng cách giữa các bộ phận làm việc hoặc chiều dài của một vị trí làm việc (m), i - số lượng sản phẩm trong một bộ phận làm việc, và t - nhịp độ làm việc của dây chuyền sản xuất.
Tính toán băng tải tham số hình học:
Tổng chiều dài của đai PVC-PU: l = 2.L + π.D
= 2.1,450+ π 0,05 = 3,06 (m) Xác định tải trên mỗi mét Chiều dài
Trọng lượng vật liệu có ích trên một mét dài của băng tải được tính theo công thức (2.9) tài liệu tham khảo số [4]: q vl = G a = 0,55
G: trọng lượng linh kiện vận chuyển (kg) 0,55 a: khoảng cách giữa các linh kiện (m) 0,273
Trọng lượng trên mỗi mét chiều dài băng tải: qb = 1,1 B (1,25 i + δ1+ δ2) (kg/m)
B= 0,3m: Chiều rộng vành đai i = 1: (số lớp đệm trong băng) δ1 = δ2 = 1: Độ dày cao su của băng tải bên gia công và không làm việc Bảng 3.5 tài liệu tham khảo [4].
Xác định điện trở chuyển động:
Hình 4 9 Biểu đồ lực căng đai
Nhóm đã chia băng tải thành bốn lối đi riêng biệt, từ điểm 1 đến điểm 4, với mỗi điểm có lực cản khác nhau Họ bắt đầu tính toán để xác định vị trí có lực căng S1 nhỏ nhất, và tại điểm 1, lực căng tại nhánh ra khỏi trục truyền động được xác định là S1 = Sra.
Tại điểm 1-2 trong nhánh không tải, lực cản được tính theo công thức (2.35) tài liệu tham khảo [4]
H = 0: Chiều cao nâng f= 0,5: Hệ số ma sát của tấm lát thép từ 0,35÷0,6
Lực căng tại điểm 2 được tính theo công thức (2.51) tài liệu tham khảo [4]
S2= S1 + W1-2 = S1 + 0,78 (kg) Lực cản tại điểm 2-3 được tính theo công thức (2,45) tài liệu tham khảo [4]:
W 2-3 = 0,05.S2 = 0,05.( S 1 + 0,78) (kg) Lực căng tại điểm 3 được tính theo công thức (2.51) tài liệu tham khảo [4]:
= S1 + W1-2 + 0,05 (S1 + W1-2) = 1,05.( S1+ W1-2) = 1,05.( S1+ 0,78) (kg) Lực cản tại điểm 3-4 là lực do thép tấm đỡ băng tải được tính theo công thức (2.34) tài liệu tham khảo [4]:
Với: qb: Trọng lượng trên mét đai chiều dài (kg / m) qvl: Vật liệu trọng lượng hữu ích trên mỗi mét chiều dài vành đai (kg / m)
L3-4: Khoảng cách giữa hai ròng rọc của băng tải (m) f = 0,5: Hệ số ma sát của thép với băng tải từ 0,35÷0,6
Mối quan hệ giữa lực căng khi hộp vào và ra (2.47) tài liệu tham khảo [4]:
⇔ 𝑆 4 = 𝑆 1 𝑒 𝑓𝛼 Khi α = 180 0 (π rad); f = 0,2; e fα = 1,87 Bảng 2.1 tài liệu tham khảo [4].Ta có:
S 4 = S v = S 1 e fα = 3,74 1,87 = 7,00kg = 68,66N Xác định băng tải lực căng
Lực căng trong trục truyền động mà không tính toán lực cản trong ổ trục được xác định theo công thức (2.44) tài liệu tham khảo [4]:
Wdđ = 0,05.( S v + Sr) = 0,05 (7+3,74) = 0,537 kg Lực cản toàn bộ được tính theo công thức (2.53) tài liệu tham khảo [4]
Tính toán bộ phận dẫn động Đường kính tang dẫn D = 50mm
Số vòng quay của tang dẫn trong 1 phút được tính theo công thức (3.10) tài liệu tham khảo [1]: n = 60.v t k.π.D = 60.0,15
0,98.π.0,05 = 58,47 vòng/phút (3.10) Chọn động cơ n = 1750 vòng/phút khi đó ta được: tỷ số truyền động được tính theo công thức (3.23) tài liệu tham khảo [1]:
Chọn loại hộp giảm tốc tỉ số truyền i = 30, từ đó ta tính lại được tốc độ làm việc của tang dẫn động:
20 = 58.3 vòng/phút Công suất cần thiết cho động cơ tính được được tính theo công thức (2.8); (2.9) tài liệu tham khảo [1]; với k = 1,1 ÷ 1,5 : Hệ số dự trữ công suất, chọn k = 1,5
Dựa vào kết quả tính toán trên, nhóm chọn loại động cơ và hộp giảm tốc gắn liền 63A4-NMRV04030
Thông số Ký hiệu (đơn vị) Giá trị
Chiều rộng đai băng tải B (mm) 300 Đường kính trục tang trống 𝐷 𝑡𝑎𝑛𝑔 (mm) 50
Khoảng cách giữa 2 trục tang L (mm) 1450
Công suất dự kiến N (hộp/giờ) 1800
Khối lượng mỗi hộp m (kg) 5.5
Hệ số nạp không đều K 1.1
Thời gian chuyển hộp ra khỏi băng tải t (s) 1.82
Tốc độ của băng tải v (m/s) 0.15
Khoảng cách giữa các hộp a (mm) 273
Tổng chiều dài của đai băng tải l (m) 3.06
Trọng lượng vật liệu có ít trên 1m dài của băng tải qlv (kg/m) 2
Trọng lượng trên mỗi mét băng tải qb (kg/m) 1.07
Lực căng khi hộp vào ra S4 (kg) 7.00
Lực căng trong trục truyền động mà không tính toán lực cản trong ổ trục
Lực cản của toàn bộ Wt (kg) 3.797
Số vòng quay của tang dẫn n (vòng/phút) 58
Tỉ số truyền của hộp số i 30
Công suất động cơ n (kw) 0.16
Bảng 4 1 Bảng tóm tắt tính toán băng tải cấp phôi đầu vào
Hệ số quá tải (T k ⁄T dn ) 1.4
Khối lượng (kg) 4.2 Đường kính trục động cơ (mm) 11
Bảng 4 2 Bảng thông số động cơ cho băng tải
Thông số Giá trị Đơn vị
Tốc độ đầu ra 58 Vòng/phút
Momen xoắn cung cấp 14 Nm
Tỉ số truyền 30 Đầu trục vào Φ11 Mm Đầu trục ra Φ 18
Bảng 4 3 Bảng thông số hộp giảm tốc cho băng tải
Hình 4 10 Hình thiết kế kết cấu băng tải
Hình 4 11 Mô hình thiết kế băng tải hoàn chỉnh b Kiểm nghiệm độ bền trục tang truyền động:
Chọn vật liệu: thép C45 có: σ b = 600 (MPa): độ bền kéo [σ] = 63 (MPa): căng thẳng cho phép Bảng 10.5 Tài liệu [1]
Các lực tác dụng lên băng tải trục bao gồm:
+ Trọng lượng trống shaft theo chiều dọc:
G = 0,3 (kg) = 2,9 (N) = G 1 = G 2 Động cơ Hộp giảm tốc Băng tải
+ Lực căng của đai PVC-PU trong nhánh vào và ra:
2 = 5,97kg = 52,68N + Mô-men xoắn được tạo ra bởi lực căng đai:
2 = 81,5(N mm) Lực cân bằng ổ trục tạo ra: Z 1 = Z 2 = G 1 = G 2 = 14,7 (N)
Mô-men xoắn được tạo ra bởi động cơ trục: M đc = 14 (N.m) = 14000 (N.mm) Nhóm có một sơ đồ về lực tác dụng lên trục trống:
Sơ đồ 4 1 Sơ đồ phân tích lực tác dụng trên trục tang dẫn
Sơ đồ 4 2 Sơ đồ lực và momen trên trục
Tính mô men tương đương và đường kính trục tại mặt cắt ngang nguy hiểm
Momen xoắn tại các mặt cắt ngang theo công thức (10.16) tài liệu [1]:
M tđA = √𝑀 𝑦𝐴 2 + 𝑀 𝑥𝐴 2 + 0,75𝑇 = √0 2 + 0 2 + 0,75.14000 2 = 12124,36 𝑁 𝑚𝑚 Đường kính trục tại các mặt cắt ngang theo công thức (10.17) tài liệu [1]:
Đường kính trục đã chọn: dA = dB = d1 = 25(mm)
Hình 4 12 Kết cấu trục tang dẫn
Kiểm tra trục theo hệ số an toàn là cần thiết để đảm bảo cường độ mỏi của kết cấu trục Hệ số an toàn tại phần nguy hiểm phải đáp ứng các điều kiện cụ thể để đảm bảo tính ổn định và độ bền của trục.
Từ sơ đồ thời điểm và cấu trúc của trục, thấy rằng phần nguy hiểm trên trục là khu vực 1 và
2 chịu mô-men xoắn có giá trị gần tương đương nên nhóm sẽ chỉ kiểm tra cho phần 2
Hệ số an toàn cá nhân cho ứng suất bình thường được tính theo công thức (10,19) tài liệu [1]
𝑘 𝜎𝑑 𝜎 𝑎 + 𝜓 𝜎 𝜎 𝑚 Với: Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng sao cho ứng suất bình thường biên độ được tính theo công thức:
• 𝜓 𝜎 – Hệ số tiếp theo ảnh hưởng đến căng thẳng trung bình đến độ bền mệt mỏi, bảng nghiên cứu (10.7) trang 197 tài liệu [1] với 𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎) nhóm có 𝜓 𝜎 0,05(𝑀𝑃𝑎)
• 𝜎 −1 = 0,436 𝜎 𝑏 = 0,436.600 = 261.6(𝑁/𝑚𝑚 2 ) – Mệt mỏi uốn cong với vòng tròn đối xứng tài liệu [1] trang 196
• 𝑘 𝑋 – Hệ số ứng suất nồng độ do trạng thái bề mặt Kiểm tra bảng 10.8 tài liệu [1] với
𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎) và phương pháp gia công tiện nhóm có 𝑘 𝑋 = 1,06
• 𝑘 𝑌 – Tăng hệ số cường độ bề mặt trục, bảng kiểm tra (10.9) tài liệu [1] với 𝑘 𝜎 = 1,76 và hấp thụ phương pháp carbon, nhóm có 𝑘 𝑌 = 1,88
• 𝜀 𝜎 = 0,88– Hệ số kích thước Bảng kiểm tra (10.10) tài liệu [1] với carbon thép và d
• 𝑘 𝜎 = 1,76 – Yếu tố tập trung căng thẳng.bảng kiểm tra (10.12) tài liệu [1]
Công thức sau ( 10.25 ) tài liệu [1] nhóm xác định rằng:
Vì vậy, nhóm tính toán:
1,1.8,50 + 0,05.0 = 28,88 + Hệ số cá nhân của ứng suất an toàn được tính theo công thức (10.21) tài liệu [1]:
𝑘 𝜏𝑑 𝜏 𝑎 + 𝜓 𝜏 𝜎 𝑚 Với: Đối với trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ xung nên biên độ được xác định bởi công thức :
• 𝜓 𝜏 - Hệ số tiếp theo ảnh hưởng đến căng thẳng trung bình đến độ bền mệt mỏi, bảng nghiên cứu (10.7) trang 197 tài liệu [1] Với 𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎) nhóm có 𝜓 𝜏 0(𝑀𝑃𝑎)
• 𝜏 −1 = 0,58 𝜎 −1 = 0,58.261,6 = 151,73(𝑁/𝑚𝑚 3 ) – Mỏi uốn cong với vòng tròn đối xứng tài liệu [1] trang 196
• KX - Hệ số ứng suất cô đặc do trạng thái bề mặt Bảng kiểm tra (10.8) tài liệu [1] với
𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎) và phương pháp gia công tiện nhóm có 𝑘 𝑋 = 1,06
• 𝜀 𝜏 = 0,81 – Hệ số kích thước Bảng kiểm tra (10.10) tài liệu [1] với carbon thép và d = 25 (mm)
• 𝑘 𝜏 = 1.54 – Yếu tố tập trung căng thẳng.bảng kiểm tra (10.12) tài liệu [1]
• KY - Hệ số tăng cường độ bề mặt trục bảng kiểm tra (10.9) tài liệu [1] với 𝑘 𝜎 = 1,76 phương pháp hấp thụ carbon, nhóm có 𝑘 𝑌 = 1,8
Công thức sau (10.26 ) tài liệu [1] nhóm xác định:
Vì vậy, chúng ta có thể tính toán:
Theo đó ta có thể tính được
4.4.2 Tính toán thông số và lựa chọn xy lanh cho hệ thống gấp dán hộp Áp suất P = 6 bar (áp suất khí phổ biến trên thị trường)
D: đường kính cylinder (mm); F: Lực đẩy cylinder (N); P: Áp suất (bar); m: khối lượng (kg); g = 9,8 (N/kg)
Kích cỡ hộp có thể thay đổi theo yêu cầu của khách hàng, với khối lượng tối đa của một hộp lên đến 550g (0,55kg) Đối với cylinder A, đầu cylinder được trang bị tấm inox có khối lượng 700g (0,7kg).
Tổng khối lượng cylinder A phải đẩy là:
Vì cylinder A có thanh kép nên lực đẩy cylinder A:
Suy ra đường kính cylinder A:
Thông số Ký hiệu (đơn vị) Giá trị Áp suất khí nén P (bar) 6
Gia tốc trọng trường g (N/kg) 9,8
Khối lượng hộp lớn nhất M (kg) 0,55
Khối lượng tấm inox m (kg) 0,7
Tổng khối lượng cylinder A phải đẩy M + m 1,25
Lực đẩy cylinder A 𝐹 𝐴 (N) 12,25 Đường kính xy lanh A 𝐷 𝐴 (mm) 3,6
Bảng 4 4 Bảng tóm tắt tính toán xy lanh A
Chọn cylinder có mã sản phẩm MGPM25 – 200Z: Đường kính 16mm, hành trình cylinder 200mm
Hình 4 13 Xy lanh kép MGPM25 – 200Z
Thông số kỹ thuật xy lanh kép MGPM25 – 200Z
Phương pháp vận hành xy lanh Tác động kép Áp suất vận hành (MPa) 1,5
Nhiệt độ môi trường và chất lỏng −10 đế𝑛 60 ° 𝐶
Tốc độ piston 50 đế𝑛 500 𝑚𝑚/𝑠 Đệm Cản cao su ở cả hai đầu
Hành trình xy lanh (mm) 200
Dung sai hành trình xy lanh (mm) 0 +1,5
Bảng 4 5 Bảng thông số kỹ thuật xy lanh kép MGPM25 – 200Z
Link sản phẩm: MGPM25-200Z | Compact Guide Cylinder MGP Series | SMC | MISUMI Vietnam (misumi-ec.com) b Tính toán cylinder B Đầu cylinder B có gắm tấm inox có m = 900g
Tổng khối lượng cylinder B phải đẩy là:
Vì cylinder B có thanh kép nên lực đẩy cylinder B:
Suy ra đường kính cylinder B: 𝐷 𝐵 = √ 20×𝐹 𝐵
Thông số Ký hiệu (đơn vị) Giá trị Áp suất khí nén P (bar) 6
Gia tốc trọng trường g (N/kg) 9,8
Khối lượng hộp lớn nhất M (kg) 0,51
Khối lượng tấm inox m (kg) 0,9
Tổng khối lượng cylinder A phải đẩy M + m 1,41
Lực đẩy cylinder A 𝐹 𝐴 (N) 14 Đường kính xy lanh A 𝐷 𝐴 (mm) 3,9
Bảng 4 6 Bảng tóm tắt tính toán xy lanh B
Chọn cylinder có mã sản phẩm CXSL20-100-XB6: Đường kính trục 20mm, hành trình cylinder 100mm
Hình 4 14 Xy lanh kép CXSL20-100-XB6
Thông số kỹ thuật xy lanh kép CXSL20-100-XB6
Phương pháp vận hành xy lanh Tác động kép Áp suất vận hành (MPa) 1,05
Nhiệt độ môi trường và chất lỏng −10 đế𝑛 60 ° 𝐶
Tốc độ piston 30 đế𝑛 700 𝑚𝑚/𝑠 Đệm Cản cao su
Hành trình xy lanh (mm) 100
Phạm vi điều chỉnh hành trình (mm) Đến -5 mm so với hành trình tiêu chuẩn
Bảng 4 7 Bảng thông số kỹ thuật xy lanh kép CXSL20-100-XB6
Link sản phẩm: CXSL20-100-XB6 | Dual-Rod Cylinder, Basic Type CXS Series | SMC
| MISUMI Vietnam (misumi-ec.com)
4.4.3 Tính toán thiết kế bộ cơ cấu tăng chỉnh bằng vít me -đai ốc:
Hình 4 15 Mô hình cụm cơ cấu vít me điều chỉnh
42 a Cơ cấu vít me tăng chỉnh gấp hộp
Bộ truyền vít me đai và đai ốc có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh kích thước của hộp khi máy hoạt động Bộ truyền này bao gồm hai cặp cơ cấu đối diện: một cặp cơ cấu thẳng đứng điều chỉnh chiều cao và một cặp nằm ngang điều chỉnh độ rộng của hộp Cơ cấu vít me thẳng đứng phải chịu lực dọc trục cao hơn so với bộ truyền nằm ngang, do đó kích thước của vít me cần được tính toán dựa trên lực dọc trục mà bộ truyền phải tải.
- Vít sử dụng vật liệu trơn, cứng, chống rỉ, ít mòn do ma sát Có thể sử dụng vít làm từ Inox 304 hoặc Thép SS400 và mạ Nyken
- Để giảm ma sát và mòn ren, đai ốc sử dụng vật liệu SS400 và gia công theo kích thước tiêu chuẩn
Tính thiết kế: Đường kính trung bình của ren: Được tính theo công thức (8.1) tài liệu [1]
𝜓 𝐻 = H/𝑑 2 – hệ số chiều cao đai ốc với H – chiều cao đai ốc, 𝜓 𝐻 = 1,2 đối với đai ốc nguyên
𝜓 ℎ = h/p – hệ số chiều cao ren, với h – chiều cao làm việc của ren, p – bước ren; 𝜓 ℎ 0,75 đối với ren răng cưa
[𝑞] – áp suất cho phép, phụ thuộc vào vật liệu vít và đai ốc 4 MPa đối với Inox – SS400 Tính d2 và chọn d2 gần nhất trong bảng P2.4, P2.5, P2.6 phụ lục tài liệu [1]
Chọn thông số vít và đai ốc với bước ren p = 2mm, đường kính ngoài d = 20mm, đường kính trong d1 = 13,59mm và đường kính kín ren trung bình d2 = 14,54mm Để đảm bảo độ tự hãm khi dừng, số mối ren cần thiết là zh = 1.
Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren:
Từ d2 và hệ số chiều cao 𝜓 ℎ tính được chiều cao đai ốc:
Số vòng ren của đai ốc: z = H/p = 8,73 ≤ 10…12 để tránh làm tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho các vòng ren
Kích thước của trục vít me vượt xa kích thước tính toán, đảm bảo rằng trong điều kiện làm việc với tải trọng cao, ren sẽ có độ bền chắc chắn.
Thông số Ký hiệu (đơn vị) Giá trị Đường kính trục vít me d M16 Đường kính lỗ vít me D M16
Chiều dài ren trục vít me 1 150
Chiều dài đai ốc vít me 28
Vật liệu vít me Inox 304
Vật liệu đai ốc SS400
Bảng 4 8 Bảng tóm tắt thông số vít me M16x2
Hình 4 16 Thiết kế kết cấu trục vít me M16x2
Hình 4 17 Kích thước đai ốc vít me M16x2 b Cơ cấu vít me tăng chỉnh phun keo
Bộ truyền vít me và đai ốc có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh vị trí đầu phun keo, giúp cải thiện chất lượng phun keo trong quá trình làm việc của máy Sự dao động của máy có thể ảnh hưởng đến hiệu suất phun nếu không có cơ cấu điều chỉnh hợp lý Do đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất sử dụng vít me và đai ốc, giúp tăng cường độ cứng vững cho súng phun và dễ dàng điều chỉnh trong quá trình hoạt động Cơ cấu này bao gồm hai cặp vít me đối diện, điều khiển hai đầu phun keo: một cặp điều chỉnh chiều rộng hộp theo phương ngang và một cặp điều chỉnh chiều cao hộp theo phương thẳng đứng.
- Vít sử dụng vật liệu trơn, cứng, chống rỉ, ít mòn do ma sát Có thể sử dụng vít làm từ Inox 304 hoặc Thép SS4000 và mạ Nyken
- Để giảm ma sát và mòn ren, đai ốc sử dụng vật liệu SS400 và gia công theo kích thước tiêu chuẩn
Tính thiết kế:iiiiii Đường kính trung bình của ren: Được tính theo công thức (8.1) tài liệu [1]
𝜓 𝐻 = H/𝑑 2 – hệ số chiều cao đai ốc với H – chiều cao đai ốc, 𝜓 𝐻 = 1,2 đối với đai ốc nguyên
𝜓 ℎ = h/p – hệ số chiều cao ren, với h – chiều cao làm việc của ren, p – bước ren; 𝜓 ℎ 0,75 đối với ren răng cưa
[𝑞] – áp suất cho phép, phụ thuộc vào vật liệu vít và đai ốc 8 MPa đối với Inox – SS400 Tính d2 và chọn d2 gần nhất trong bảng P2.4, P2.5, P2.6 phụ lục tài liệu [1]
Khi chọn các thông số cho vít và đai ốc, cần lưu ý các yếu tố sau: bước ren p là 1.5mm, đường kính ngoài d là 10mm, đường kính trong d1 là 8.2mm, và đường kính ren trung bình d2 là 9.1mm Để đảm bảo độ tự hãm khi dừng, yêu cầu số mối ren cần thiết là zh = 1.
Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren:
Từ d2 và hệ số chiều cao 𝜓 ℎ tính được chiều cao đai ốc:
Số vòng ren của đai ốc (8.6) tài liệu [1]: z = H/p = 7.28 ≤ 10…12 để tránh làm tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho các vòng ren
Kích thước trục vít me vượt xa kích thước tính toán, đảm bảo rằng với tải trọng hiện tại, ren sẽ duy trì độ bền cao.
Thông số Ký hiệu (đơn vị) Giá trị Đường kính trục vít me d M10 Đường kính lỗ vít me D M10
Chiều dài ren trục vít me 1 76
Chiều dài đai ốc vít me 37 d SUS304
Vật liệu đai ốc SS400
Bảng 4 9 Bảng tóm tắt thông số vít me M10x1.5
Hình 4 18 Thiết kế kết cấu trục vít me M10x1.5
Hình 4 19 Thiết kế kết cấu đai ốc vít me M10x1.5
Mô phỏng bền các cơ cấu, bộ phận nguy hiểm
Hình 4 20 Ảnh mô phỏng bền tìm các cơ cấu nguy hiểm trên phần mềm SimSolid
Thông qua SimSolid, việc mô phỏng cấu trúc giúp phân tích khả năng chịu tải của các cơ cấu thiết kế trong máy Khối lượng tối đa mà các cơ cấu có thể tải mà không ảnh hưởng đến kết cấu chung là 1kg, cụ thể tại vị trí cơ cấu xy lanh nâng và gấp hộp Do đó, để đảm bảo độ bền cho các cơ cấu của máy, tải trọng tối đa của hộp máy cần được xác định là dưới 1kg.
Hình 4 21 Mô phỏng khả năng chuyển vị của các cấu trong máy với SimSolid
Tại vị trí chuyển vị cực đại, giá trị chuyển vị max đạt 1,4mm khi tải trọng phân bố đều trên băng tải là 10kg mỗi hộp So với tỉ số khối lượng thực tế tái trọng của băng tải chỉ là 0,55kg, giá trị này rất nhỏ, do đó có thể bỏ qua phần chuyển vị này mà không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của băng tải.
Xét min = 1,14.10 -7 mm, E = 193 GPa (inox 304)
Tại vị trí này độ bền được đảm bảo
Hình 4 22 Mô phỏng tìm vị trí ứng suất nguy hiểm của máy trên SimSolid
Xét max = 37,861MPa là ứng suất kéo cực đại tại vị trí băng tải cao su (PVC)
Lực kéo phá huỷ của băng tải theo thông số tham khảo sản xuất của băng tải là: 120N/mm
[max] = 120 x 3100 = 372000 (MPa) > 37,861 (MPa) Băng tải đảm bảo bền khi hoạt động
Xét max = 3,76x10 -13 MPa là ứng suất cực tiểu tại thân súng phun keo bằng inox 304 gần như là bằng 0 nên không cần xét đến
Hình 4 23 Kiểm nghiệm lại ứng suất với Inventor
Kết quả tính toán, thiết kế và xây dựng mô hình 3D cơ cấu máy
Hình 4 24 Cụm kết cấu cơ khí 3D xây dựng tính toán và thiết kế
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Tổng quan
Hệ thống máy hoàn chỉnh bao gồm cả phần cơ khí và phần điều khiển Trong chương này, chúng tôi sẽ tập trung vào hệ thống điều khiển được thiết kế cho đồ án, bao gồm sơ đồ đấu nối cảm biến và trung tâm điều khiển Để trung tâm điều khiển hoạt động hiệu quả, cần phải xử lý thông tin từ cảm biến và truyền lệnh đến các cơ cấu chấp hành qua hệ thống dây điện Điều này đòi hỏi phải có các sơ đồ đấu nối và lắp đặt các sơ đồ ngoại vi cùng với trung tâm điều khiển phù hợp.
Yêu cầu đặt ra
Trong hệ thống điều khiển, bao gồm trung tâm điều khiển chính, tủ điện, hệ thống dây dẫn, và các cảm biến cung cấp tín hiệu, tất cả các thành phần này cần phải đáp ứng một số yêu cầu nhất định để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và hiệu quả.
Trung tâm điều khiển tự động hoá và đồng bộ hóa hiệu quả, dễ dàng thao tác và điều chỉnh, phù hợp cho cả môi trường công nghiệp và công ty.
- Tủ điện chính phải được lắp đặt ở nơi thuận tiện thao tác, dễ sửa chữa thay thế nếu cần, và đặc biệt thuận tiện cho quá trình đi dây
Hệ thống dây dẫn đấu nối cần được lắp đặt một cách gọn gàng và thẩm mỹ, đảm bảo các dây dẫn có độ bền và ổn định theo thời gian Đồng thời, các dây dẫn nên được đánh dấu rõ ràng để thuận tiện cho việc tìm hiểu và bảo trì.
- Hệ thống cảm biến phải được lắp đủ cứng vững, dễ điều chỉnh, thay mới trong quá trình điều khiển.
Lựa chọn cho thiết bị điều khiển
5.3.1 Nút nhấn và công tắc
Hệ thống gồm 3 nút nhấn đơn và 4 công tắc đơn:
- Nút Start đầu vào với nhiệm vụ cho phép hệ thống hoạt động: Nút nhấn thường mở đèn xanh
- Công tắc xoay Up đầu vào để xilanh nâng dán hộp: Công tắc thường mở 2 vị trí
- Công tắc xoay Out đầu vào để xilanh đưa hộp ra: Công tắc thường mở 2 vị trí
- Nút Stop đầu vào cho phép hệ thống dừng hoạt động: Nút nhấn thường mở đèn vàng
- Nút EM đầu vào để dừng khẩn cấp hệ thống: Nút dừng khẩn cấp thường đóng đèn đỏ
- Công tắc Motor đầu vào để khởi động Motor băng tải: Công tắc thường mở 2 vị trí
- Công tắc Glue đầu vào để phun keo: Công tắc thường mở 2 vị trí
- Công tắc Auto/ Manual: Công tắc thường mở 2 vị trí
Hình 5 1 Nút nhấn thường mở đèn xanh IDEC YW1L - MF2E10Q4G
- Kiểu tác động: nhấn nhả
- Loại: Nút nhấn có đèn xanh
Hình 5 2 Nút nhấn thường mở đèn vàng IDEC YW1L - M2E10Q4Y
- Kiểu tác động: nhấn nhả
- Loại: Nút nhấn có đèn vàng
Hình 5 3 Nút dừng khẩn cấp XA2ET42
- Kiểu tác động: nhấn nhả
- Loại: Nút nhấn có đèn báo đỏ
Hình 5 4 Công tắc xoay 2 vị trí YW1S - 2E10
- Kiểu tác động: xoay góc 90°
5.3.2 Cảm biến quang a Lựa chọn cảm biến
Dựa trên phương án thiết kế, nhóm đã chọn cảm biến quang cho máy định vị vị trí của hộp Sau khi khảo sát thị trường, quyết định lựa chọn cảm biến E3AS Series.
Hình 5 5 Cảm biến quang E3AS Series
- Loại cảm biến: cảm biến quang điện có thể thiết lập khoảng cách
- Khoảng cách phát hiện vật thể: 0.05 – 1.5m
Độ ẩm môi trường lý tưởng cho quá trình dán keo nằm trong khoảng 35 – 85% Để xác định vị trí của hộp trước và sau khi dán keo, nhóm đã quyết định sử dụng 2 cảm biến quang, được bố trí tại 2 vị trí quan trọng.
5.3.3 Cảm biến sợi quang a Lựa chọn cảm biến
Cảm biến sợi quang phát hiện các vật thể rất nhỏ và mỏng ở tốc độ rất cao
Cảm biến sợi quang là giải pháp lý tưởng cho những tình huống lắp đặt khó khăn, nhờ khả năng dẫn hướng và chuyển nguồn sáng từ xa đến gần vật thể cần phát hiện Việc lắp đặt cảm biến sợi quang cũng rất đơn giản, do đầu sợi quang nhỏ hơn nhiều so với các loại cảm biến quang thông thường khác.
Dựa trên các thông số thiết kế và yêu cầu sử dụng, nhóm đã quyết định sử dụng 2 cảm biến E3NX-CA để xác định thời điểm bắt đầu và dừng quá trình bắn keo Cảm biến được lắp đặt ở 2 vị trí quan trọng: một ở điểm khởi đầu và một ở điểm kết thúc của quá trình bắn keo.
Hình 5 6 Cảm biến sợi quang E3NX-CA
- Điện áp hoạt động: 24VDC
- Kiểu kết nối: kiểu 3 dây, dây dài 2m
- Vật liệu vỏ: Polycarbonate (PC)
- Giá thành: 5.400.000đ b Số lượng cảm biến và cách bố trí
Để xác định liệu hộp đã được dán keo hay chưa, nhóm quyết định sử dụng 2 cảm biến sợi quang tại vị trí bắt đầu và dừng dán keo nhằm điều khiển van phun keo.
5.3.4 Chọn bộ xử lý PLC
Xác định các ngõ vào và ra cho cơ cấu mô hình
- Running Lamp - đèn đang hoạt động
- Stop lamp - Đèn ngừng hoạt động
- Error lamp - đèn báo lỗi
Tổng số ngõ vào ra của mô hình:
- Tổng số ngõ vào: 16 ngõ vào tín hiệu số
- Tổng số ngõ ra: 8 ngõ ra tín hiệu số
Dựa vào các thông số đã xác định, việc chọn bộ điều khiển PLC cho bộ xử lý là rất quan trọng Với tổng số tín hiệu đầu vào và đầu ra, lựa chọn PLC FX3U-48MT/DS là quyết định phù hợp.
Hình 5 7 PLC FX3U-48MT/DS
Sơ đồ 5 1 Sơ đồ nguyên lý đấu nối PLC FX3U-48MT/DS
Thông số kỹ thuật cơ bản PLC FX3U-48MT/DS
- Mã sản phẩm: FX3U-48MT/DS
5.3.5 Van khí nén cho cơ cấu chấp hành
Chọn van điện khí nén 5/2 cho cơ cấu chấp hành với nhiệm vụ tạo tín hiệu cho các xy lanh hoạt động theo yêu cầu
Nguyên lý làm việc: Các van khí nén nhận tín hiệu từ PLC và chuyển đổi trạng thái hoạt động điều khiển các xy lanh theo yêu cầu
Số lượng: 2 van khí nén 5/2, 1 đầu coil điện tương ứng với 2 xy lanh
Hình 5 8 Airtac 4V210-08 (Van khí nén 5/2, 1 đầu coil điện)
Airtac 4V210-08 (Van khí nén 5/2, 1 đầu coil điện)
- Điện áp sử dụng: 24VDC
- Kích thước cổng xả: 1/8″ (ren 9.6)
- Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 MPa
- Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)
Relay là thiết bị dùng để đóng cắt cơ bản những dòng điện lớn mà hệ thống mạch điện không thể trực tiếp can thiệp
Hình 5 9 Relay trung gian PA1A-24V
- Điện áp cuộn coil: Điện áp 24 VDC
- Điện áp tiếp điểm: 250VAC, 110VDC
MCB là loại aptomat thiết yếu để bảo vệ và khắc phục sự cố trong hệ thống điện Hệ thống này bao gồm một aptomat tổng và một aptomat riêng cho motor băng tải.
Hình 5 10 MCB LS 2P 125A 10KA – BKH 2P
- Dòng sản phẩm: MCB dạng aptomat tép
- Dòng cắt ngắn mạch: 10KA
Contactor (khởi động từ) điều khiển động cơ motor băng tải
Hình 5 11 Khởi động từ LC1D09B7
- Điện áp cuộn hút định mức: 24V 50/60Hz
- Công suất động cơ 4kW
Thiết bị Số lượng Điện áp
Bảng 5 1 Bảng thông số nguồn điện thiết bị cho hệ thống điều khiển
Hình 5 12 Bộ nguồn 1 pha 24VDC 60W 2.5A Carlo Gavazzi – SPD24601
- Bộ nguồn có nguồn đầu ra: 5 VDC -48 VDC
Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển
5.4.1 Nguyên lý hoạt động của toàn máy
Trong chế độ tự động, PLC điều khiển hoàn toàn các bộ phận của máy Trước khi sản xuất, người vận hành cần điều chỉnh máy trong 5-10 phút Khi sẵn sàng, hai công nhân sẽ cấp phôi và đặt vào băng tải, nơi phôi được gắp theo hướng dẫn Băng tải di chuyển hộp đến vị trí xác định, sau đó hộp tiếp theo sẽ đẩy hộp trước vào vị trí phun keo Khi hộp đi qua cảm biến S1, đầu phun keo mở van và phun keo bằng khí nén Cảm biến S2 nhận tín hiệu hoàn thành giai đoạn phun và ngắt keo, đồng thời gửi tín hiệu đến xy lanh nâng Xy lanh nâng giúp nắp hộp tiếp xúc với tấm ép, dán kín nắp và chờ keo khô Sau đó, cảm biến S3 nhận tín hiệu và xy lanh 2 kéo phôi ra khỏi máy Khi phôi ra, cảm biến S4 nhận tín hiệu và đưa xy lanh về vị trí ban đầu, kết thúc chu kỳ và băng tải tiếp tục quy trình cấp phôi, lặp lại quy trình dán tự động.
Cấp phôi • Công nhân xếp hộp vào băng tải
• Băng tải dẫn phôi vào máy
Dán và gấp nắp hộp.
• Đầu phun keo nhận tín hiệu và phun keo dán nắp hộp.
• Xy lanh đẩy hộp lên, gấp nắp lớn và dán thụ động.
• Xy lanh kéo hộp ra.
• Hộp trượt tự do đến khâu đóng kế tiếp
5.4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Sơ đồ 5 3 Sơ đồ khối mạch điều khiển
5.4.3 Sơ đồ trạng thái, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu trong máy
Sơ đồ 5 4 Sơ đồ trạng thái các cơ cấu trong 1 chu kì máy hoạt động-
Nút nhấn, cảm biến và màn hình điều khiển
Bộ nguồn Động cơ điện Máy phun keo
Cơ cấu Điều kiện hoạt động
Xy lanh nâng dán hộp ở trạng thái thu lại
Máy phun keo đang hoạt động khi có hộp ở vị trí dán hộp
Xy lanh nâng, dáng hộp
Xy lanh đang trong trạng thái co lại
Xy lanh kéo hộp (2) đã kéo hộp ra khỏi máy
Hộp vào hoàn toàn vào vị trí dán hộp
Có hộp ở vị trí chờ Máy phu keo dừng hoạt động
Xy lanh kéo hộp ra khỏi máy (2) – co lại
Xy lanh (2) trong trạng thái duỗi ra
Xy lanh (1) ở trạng thái duỗi ra đến vị trí kéo hộp ra khỏi máy
Băng tải dừng hoạt động Phun keo dừng hoạt động
Xy lanh nâng, dáng hộp
Xy lanh (2) hoàn toàn kéo hộp ra khỏi máy
Có hộp ở vị trí chờ Băng tải dừng hoạt động
Phun keo dừng hoạt động
Xy lanh kéo hộp ra khỏi máy (2) – co lại Xy lanh (1) đã co lại Máy phun keo
Băng tải đang hoạt động Hộp vào vị trí phun keo
Xy lanh (1) ở vị trí co lại
Hình 5 13 Bảng điều kiện hoạt động của các cơ cấu
INPUT ADRESS KÍ HIỆU GHI CHÚ
Auto/Manu PB X000 Au/Ma Công tắc xoay
Hộp PB X001 Up Nút nhấn
Ra PB X002 Out Nút nhấn
Start PB X003 Start Nút nhấn
Stop PB X004 Stop Nút nhấn
Moi X005 EM Nút nhấn (thường đóng)
- Phun Keo X006 S1 Cảm biến sợi quang
- Nâng Dán X007 S2 Cảm biến sợi quang
Ok X010 PS Cảm biến áp suất
SS Bat Hop 1 X011 S3 Cảm biến quang (NPN)
SS Bat Hop 3 X013 S4 Cảm biến quang (NPN)
Motor PB X015 Motor Nút nhấn
Nút nhấn phun keo PB X016 Glue Nút nhấn
MayPhunKeo X020 Temp Cảm biến nhiệt độ
Bảng 5 2 Bảng tính hiệu đầu vào của PLC (Digital input)
OUTPUT ADRESS KÝ HIỆU GHI CHÚ Đèn Tự Động
Lamp Y003 BL Đèn Tự Động Lamp
Running Lamp Y004 GR Running Lamp
Stop Lamp Y005 YE Stop Lamp
Err Lamp Y006 RED Error Lamp
Xuong Sol Y007 COIL1 Nâng Dán Hộp Xuống Đẩy Dán Hộp Sol Y010 COIL2 Đẩy Dán Hộp
Phun Keo CR Y011 COIL3 Phun Keo
Bảng 5 3 Bảng tính hiệu đầu ra của PLC (Digital output)
Thiết kế sơ đồ đấu nối
Sơ đồ 5 5 Sơ đồ nối nguồn PLC
Sơ đồ 5 6 Sơ đồ đấu nối Input các nút nhấn và công tắt vào PLC
Sơ đồ 5 7 Sơ đồ đấu nối Input cảm biến quang vào PLC
Sơ đồ 5 8 Sơ đồ đấu nối Output ra PLC
Sơ đồ 5 9 Sơ đồ đấu nối cho motor
Sơ đồ 5 10 Sơ đồ đấu nối cho xy lanh khí nén
Kết quả thiết kế hệ thống điều khiển
Hình 5 14 Tủ điều khiển máy
Hình 5 15 Nút nhấn điều khiển máy
KẾT QUẢ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết quả đã đạt được
Sản phẩm nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đã đạt được các mục tiêu của đề tài được đăng ký trước đó:
- Hoàn thành Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy dán hộp - phun keo tự động
- Máy chạy ổn định và đạt được yêu cầu năng xuất đề ra
- Hoàn thành thuyết minh thiết kế và tính toán
- Hoàn thành hồ sơ thiết kế mô hình máy
- Máy được ban giao cho khách hàng và đưa vào sản xuất
Hình 6 2 Bàn giao máy cho khách hàng và hướng dẫn doanh nghiệp cách vận hành
- Thông số kỹ thuật của các loại hộp khác nhau mà máy có thể làm việc và được thực nghiệm:
Chiều cao (mm) Chiều rộng
Bảng 6 1 Bảng kích thước hộp máy có thể vận hành
- Đánh giá chất lượng sản phẩm
+ Vệt dán thẳng, đều, không bị dư keo, không bị vương vãi keo ra ngoài vỏ hộp + Không có bọt khí trong lớp keo
+ Các mép dán được gấp đều, sát mí, không bị hở
+ Hộp dán không bị biến dạng trầy xước
Hình 6 3 Mép hộp được dán hoàn thiện
- Đặt tính của máy được được thể hiện như sau:
STT ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT THÔNG SỐ
1 Loại hộp Hộp giấy bìa
2 Kích thước hộp (dài x rộng x cao) (100-300) x (60-200) x (30-90) mm
4 Tải trọng hộp tối đa 0.55kg
5 Kích thước máy (dài x rộng x cao) 2460(±10) x 860(±20) x 1925(±10) mm
8 Áp lực khí 173.32 lít/phút, 0.4-0.8 MPa
10 Xi lanh khí nén SMC
Bảng 6 2 Bảng đặt tính kỹ thuật của máy
Những vấn đề còn tồn tại
Máy vẫn chưa hoàn toàn tự động các khâu, hộp cần gấp sẵn và được nhân công đặt vào đúng vị trí trước khi được cấp vào máy
Các cơ cấu hoạt động cần được điều chỉnh và thử nghiệm định kỳ để đảm bảo tính chính xác Việc thay đổi kích thước hộp làm cho quá trình điều chỉnh và thử nghiệm các cơ cấu trở nên phức tạp hơn, đòi hỏi sự điều chỉnh và thử nghiệm liên tục.
Quá trình phun keo nóng tạo ra các tia keo dính vào thân máy, đòi hỏi phải vệ sinh thường xuyên
Máy vẫn chưa đạt được sự ổn định hoàn toàn, vẫn còn một số lỗi nhỏ trong quá trình hoạt động, điều này ảnh hưởng đến năng suất ổn định trong sản xuất.
Hình 6 4 Tia keo dư bị dính tại khu vực phun keo
Định hướng phát triển trong tương lai
Hiện nay, việc điều khiển máy chủ yếu dựa vào nút nhấn và thao tác thủ công Trong tương lai, có thể phát triển màn hình HMI với giao diện trực quan hơn, giúp điều chỉnh các cơ cấu tự động, tăng độ chính xác và dễ dàng thao tác Tuy nhiên, những hướng phát triển này đòi hỏi đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu các cơ cấu và hệ thống điều khiển, đồng thời có thể làm tăng giá thành sản xuất máy, gây giảm sức cạnh tranh với các dòng máy khác trên thị trường.
Trong tương lai, có khả năng nghiên cứu và phát triển thêm các cụm máy khác, biến máy dán hộp thành một thành phần trong hệ thống tự động Điều này giúp loại bỏ lao động thủ công không cần thiết, hướng tới một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện.
[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (200), “Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cơ Khí tập 1”, NXB Giáo Dục, Việt Nam
[2] Bùi Xuân Liêm(2004), “Nguyên lý máy”, NXS Trường ĐH SPKT Tp Hồ Chí Minh,Việt
[3] Nguyễn Hữu Lộc(2022), “ Giáo Trinh Cơ sở thiết kế máy”, NXB Đại Học Quốc Gia Tp
Hồ Chí Minh, Việt Nam
[4] Nguyễn Hồng Ngân-Nguyễn Danh Sơn (2004), “Kỹ Thuật Nâng Chuyển tập 2”, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam
[5] Trần Hữu Quế-Nguyễn Văn Tuấn(2006), “Vẽ Kỹ Thuật Theo Tiêu Chuẩn Quốc Tế”, NXB
Bách Khoa Hà Nội,Việt Nam
[6] Ninh Đức Tốn, “Sổ Tay Dung sai lắp ghép”,NXB Giáo Dục,Việt Nam
[7] "Hướng dẫn cài đặt cho các đơn vị cơ sở của dòng FX3U", trang 23-136
[8] Phương Nam, Công nghiệp: Ngành kinh tế thực lớn nhất, Công nghiệp: Ngành kinh tế thực lớn nhất - Nhịp sống kinh tế Việt Nam & Thế giới (vneconomy.vn), 10/6/2023
[9] Phí Thị Hương Nga, Sản xuất công nghiệp Việt Nam năm 2022 - những kết quả khả quan, Kết quả hoạt động sản xuất công nghiệp Việt Nam năm 2022 (consosukien.vn), 10/6/2023