Đề tài thiết kế, chế tạo máy phân loại sản phẩm theo chiều cao

Quá trình sản xuất càng được tự độnghóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho cácdoanh nghiệp.Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công ngh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ tên sinh viên: … ……….………….…… Số thẻ sinh viên: ………

Lớp:……… Khoa: Ngành: ………

1 Tên đề tài đồ án: ……… ………

………

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ………

……

………

… ……….… ……… ………

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: … ………

… ………

… ………

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): … ………

… ………

… ………

6 Họ tên người hướng dẫn: ……… ………

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …… /……./201…

8 Ngày hoàn thành đồ án: …… /……./201…

Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

Trưởng Bộ môn ……… Người hướng dẫn

CAM ĐOAN

{Lời cam đoan của sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp cam đoan về liêm chính học thuật}

……… ………

……… ………

……… ………

……… ………

……… ………

Sinh viên thực hiện {Chữ ký, họ và tên sinh viên}

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 2

1.3 Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống 3

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế 4

Phương án 4

Chương 2 CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT CHO MÔ HÌNH 5

2.1 Băng tải 5

2.1.1 Giới thiệu chung 5

2.1.2 Ưu điểm của băng tải 6

2.1.3 Cấu tạo chung của băng tải 6

2.1.4 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay 7

2.1.5 Kết luận 8

2.2 Động cơ 8

2.2.1 Giới thiệu chung 8

2.2.2 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều: 9

2.3 Xy Lanh 10

2.3.1 Giới thiệu chung 10

2.3.2 Ưu, nhược điểm cơ bản 10

2.3.2.1 Ưu điểm: 10

2.3.2.2 Nhược điểm: 11

2.3.3 Phân loại xilanh: 11

2.3.3.1 Xylanh tác dụng đơn 11

2.3.3.2 Xilanh tác dụng kép 11

2.5 Cảm biến tiệm cận 13

2.5.1 Đặc điểm của cảm biến: 13

2.5.2 Thông số kỹ thuật 13

2.6 Rơ Le 14

2.6.1 Giới thiệu chung 14

2.6.2 Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian: 14

2.7 Bộ nguồn 15

2.7.1 Giớ thiệu chung 15

2.7.2 Thông số kỹ thuật 16

2.7.3 Nguyên lý hoạt động 16

Chương 3 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 17

3.1 Thông số đầu vào và tính toán sơ bộ 17

3.1.1 Thông số đầu vào hệ thống 17

3.1.2 Tính toán sơ bộ dữ liệu đầu vào 18

3.2 Tính toán thiết kế băng tải 18

3.2.1 Lựa chọn băng tải 18

3.2.2 Các thông số cơ bản của băng tải 19

3.2.2.1 Ta có vận tốc của băng tải 19

3.2.2.2 Tính công suất truyền đẫn băng tải 19

3.3 Chọn động cơ 20

Số vòng quay trục công tác 20

3.4 Tính chọn xilanh 20

3.4.1 Lực đẩy của xilanh 20

3.4.2 Đường kính xilanh được tính 21

3.4.3 Đường kính cần pistong 21

3.4.4 Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston 21

3.4.5 Kiểm tra sức bền của xilanh 22

3.4.7 Biến dạng hướng kính cho phép của xilanh: 22

3.4.8 lưu lượng làm việc 22

3.4.9 Sự tiêu thụ không khí 23

3.4.10 Sự tiêu thụ không khí trong một chu trình làm việc: 23

3.4.11 Thể tích hình học của xilanh được tính : 23

3.4.12 Lựa chọn piston xilanh dùng trong hệ thống 23

Chương 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIÊU KHIỂN 24

4.1 Thuyết minh mạch điều khiển- khí nén 24

4.2 Kiểm nghiệm làm việc của máy 25

Chương 5 Kết Luận 26

5.1 Kết luận 26

5.2 Hướng phát triển 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

PHỤ LỤC 29

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao 3

Hình 1.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình 4

Hình 2.1 Băng tải……… 5

Hình 2.2 Cấu tạo chung của băng tải………6

Hình 2.3 Đọng cơ ……….9

Hình 2.4 Xy lanh ………10

Hình 2.5 Van 2/2……….12

Hình 2.6 Van 3/2……….12

Hình 2.7 Van 5/2……….12

Hình 2.8 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DC30C4……… ….13

Hình 2.9 Rơ le ………14

Hình 2.10 Bộ nguồn tổ ong……….15

Hình 3.1 Thông số đầu vào của hệ thống ……… 17

Hình 3.2 Mô hình băng tải trong thực tế……….18

Hình 4.1 Biểu đồ trạng thái ………24

Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện……… 25

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, việc đầu tư và phát triển trangthiết bị có công nghệ mới và hiện đại là rất cần thiết Những năm gần đây việc đầu tư cácthiết bị, máy gia công có công nghệ mới và hiện đại ở nước ta ngày càng nhiều

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càngcao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết Tựđộng hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng,chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động Quá trình sản xuất càng được tự độnghóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho cácdoanh nghiệp

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sửdụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, giacông, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linhhoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên

cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnhhưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phân loại sản phẩm

Để giải quyết vấn đề này, nhóm chúng tôi đã nghiên cứu đề tài:

“ Thiết kế, chế tạo máy phân loại sản phẩm theo chiều cao”

Sau gần một kỳ học tập, làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Ngô ThanhNghị và thầy TS Trần Ngọc Hải và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí, sự hợp tác làmviệc của các bạn cùng khoá cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đồ án này

Vì đây là lần đầu tiên thực hiện công việc làm quan việc thiết kế mặc dù bản thân đã

cố gắng tìm hiểu, tham khảo nhiều tài liệu nhưng kinh nghiệm thực tế chưa có và kiếnthức còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót Em rất mong sự góp ý, giúp

đỡ của các thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn và các thầy côtrong khoa cơ khí Và em xin gởi lòng biết ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô đã tạo điềukiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện:

Phan Ngọc Gia Bảo

Trương Quang Hoàng Long

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM

1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các

hệ thống tự động nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm được chi phí

Hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong sản xuất tự động hàng hóa với

số lượng lớn, giúp phân loại nhanh những sản phẩm đạt yêu cầu và những sản phẩm bị lỗi (phế phẩm) cũng như phân loại thành những nhóm có đặc điểm khác nhau phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau này

Trong các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, nhà máy sản xuất gạch ốp lát cho ngành xây dựng hay sản xuất các chi tiết cơ khí, linh kiện điện tử…, dòng sản phẩm được tạo ra sau hàng loạt những quy trình công nghệ cần được kiểm tra để đảm bảo loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản phẩm đạt chất lượng thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện thuận lợi cho quá trình lưu kho để phân phối rathị trường hay phục vụ tốt hơn cho những công đoạn sản xuất tiếp theo Hơn nữa, nó còn

có thể tích hợp thêm chức năng dãn nhãn, đếm và quản lý sản phẩm , giúp nâng chất lượng của sản phẩm và nâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất

Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình Công nghiệp hóa, hiện đại hóa Chính vì vậy

có rất nhiều khu công nghiệp đã và đang được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị hoạt động hiện đại cùng với sự đầu tư và góp vốn đến từ các nước khác trên thế giới.Trong những thập niên gần đây, các thiết bị điện tử được ứng dụngrộng rãi trên khắp thếgiới Sự đa dạng và phát triển của các ngành khôngngừng biến đổi Điện tử là một trong

những ngành kỹ thuật tinh vi của thếgiới, nó là một phương tiện gần như không thể thiếu trong mọi lĩnh vực như:

Viễn thông, y khoa, các phòng thí nghiệm, nghiên cứu, v v nó đảm bảo hiệu suất trongcông việc cũng như độ tin cậy thỏa mãn cho người sử dụng, điện tử là một ngành mà tín hiệu vận động đặt trên cơ sở dòng điện và điện áp Từ những linh kiện nhỏ và đơn giản ta

có thể tạo ra những thiết bị thật hữu dụng trong cuộc sống hàng ngày và đặc biệt trong sản xuất Những thiết bị tinh vi giúp giải phóng sức lao động, tạo ra hiệu suất lao động chưa từng có một máy hoạt động có thể thay thế cho vài chục nhân công, thậm chí còn hơn thế nữa

Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọngtrong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp Hiện nay Đất nước ta đang trongquá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không nhữngđạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kíchthước, trọng lượng….Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với nhiều dâychuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suấtcao hơn trong quá trình sản xuất Trong các Nhà máy, các sản phẩm được sản xuất ratrước khi được xuất xưởng thì phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra sản phẩm Tuỳ theosản phẩm được sản xuất ra mà nó phải được kiểm tra qua các khâu khác nhau, chẳng hạnnhư kiểm tra về chất lượng, kích thước, hình dạng, hoặc trọng lượng Trong đề tài nàychúng tôi xin thực hiện việc: “ Ứng dụng Rơle trong phân loại sản phẩm theo chiều cao ”

Trong thực tế sản xuất chúng ta rất dễ bắt gặp những dây chuyền mà sản phẩm đầu ra có kích thước khác nhau, cụ thể ở đây là chiều cao Để tối giản chi phí lao động và tránh cho

công nhân những công việc nhàm chán, giảm tỉ lệ sai sót trong dây chuyền, hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo chiều cao được ra đời

Hệ thống hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiều cao của sản phẩm Sau đó dùng cơ cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau Cơ cấu chấp hành có thể là xy lanh đẩy, cần gạt được dẫn động từ động cơ

Hình 1.1:Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao

Mục tiêu đặt ra là thiết kế: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa

- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động giúp giảm nhân công lao động, tiết kiệm được chi phí tăng năng suất trong quá trình phân loại sản phẩm

- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn tính mạng cho người sử dụng vận hành đề phòngmột số rủi ro tai nạn liên quan đến điện và sản phẩm không bị hỏng trong quá trình phân loại sản phẩm giúp cho hệ thống hoàn thiện một cách an toàn.

Phương án

- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm

- Đặt 2 sensor trước 2 xy lanh để nhận biết sản phẩm

- Sử dụng 2 xy lanh để đẩy sản phẩm cao và sản phẩm trung bình

- Ưu điểm: Có khả năng vận chuyển sản phẩm nhanh hơn, năng suất cao hơn Sử

dụng hệ thống xy lanh khí nén cho tốc độ làm việc nhanh với độ tin cậy và chính xác cao hơn Điều khiển dễ dàng, hoạt động ổn định Lắp đặt dễ dàng, giá thành thấp

- Nhược điểm: Phụ thuộc vào hệ thống khí nén, không hoạt động được nếu không

có hệ thống cung cấp khí nén

Hình 2.2:sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình

Chương 2 CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT CHO MÔ HÌNH

2.1 Băng tải

2.1.1 Giới thiệu chung

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theophương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được

sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởngluyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thìdùng vận chuyển nhiên liệu Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưukiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác Trong một số ngành công nghiệp nhẹ, côngnghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưahoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sảnphẩm không dùng được

Hình 2.1:Băng tải

2.1.2 Ưu điểm của băng tải

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễdàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển kháckhông lớn lắm

2.1.3 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 3 2Cấu tạo chung băng tải

1.Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2.Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3.Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4.Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và

các yếu tố làm việc

5.Bộ phận đổi hướng cho bộ phận kéo

2.1.4 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này cóthể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:

- Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

- Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

Lựa chọn loại băng tải:

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các

nguyên công hoặc vận chuyển thùng

chứa trong gia công cơ và lắp ráp

Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong

gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp

Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các

bộ phận trên khoảng cách >50m

Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh

giữa các nguyên công với khoảng cách<50m

2.2 2.2 Động cơ 2.2.1 Giới thiệu chung

Trong mô hình, vì không yêu cầu tải trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn Với yêu cầu khá đơn giản của băng chuyền như là:

- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần

- Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ

- Dễ điều khiển, giá thành rẻ

Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều Hơn nữa, động cơ điện một chiều cho phép thay đổi trị số momen và vận tốc góc trong một phạm vi rộng, khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều, được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động.

Hình 2.3 :Động cơ

2.2.2 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều:

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho Rotor quay Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động

cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện nên còn gọi là sức phản điện động

2.3 Xy Lanh

2.3.1 Giới thiệu chung

Xy lanh khí nén mini còn được gọi với tên gọi khác là xy lanh khí, hay piston khí nén hoặc pen hơi Đây là một dạng thiết bị cơ học tạo ra lực và được cung cấp bởi khí nén

Xy lanh khí nén được hoạt động dựa trên cách chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng qua đó chuyền tới thiết bị Khi lượng khí nén đưa vào xy lanh nên một áp suất tương đối lớn để làm pít tông dịch chuyển theo hướng mong muốn

Có thể nói xy lanh nén khí mini được áp dụng khá rộng rãi trong đời sống ngày nay như trong những ngành công nghiệp, tự động hóa công nghiệp như lắp ráp thiết bị máy móc, chế biến gỗ hay chế biến sản xuất thực phẩm, dây chuyền đóng gói, chế tạo rô bốt, lắp ráp điện tử