Chính vì vậy, các ngành công ty, doanh nghiệp sản xuất phải lựa chọn một hệ thống điều khiển tự động sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành, đảm bảo điều kiện cơ sở vật chấ
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Khái niệm và ứng dụng
Ngày nay, việc tập trung hoá - tự động hoá công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm năng 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 hoá 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 kiện thuận lợi cho quá trình lưu kho để phân phối ra thị 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 dán 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.
Từ những yêu cầu thực tế đó mà hệ thống tự động phân loại sản phẩm đã sớm được hình thành và phát triển, trở thành một khâu quan trọng trong một hệ thống sản xuất tự động, để thực hiện chức năng kiểm tra, phân loại đảm bảo sự vận hành liên tục của dòng phôi liệu trong quá trình sản xuất tự động Đạt được mục tiêu nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm, làm chủ giá thành và chất lượng sản phẩm, tăng khả năng linh hoạt phát triển sản phẩm, thay đổi mẫu mã đáp ứng nhu cầu thị trường.
Trong thực tế sản xuất chúng ta rất dễ bắt gặp những dây chuyền mà sản phẩm đầu ra có kích thước,hình dáng khác nhau, cụ thể ở đây là theo chiều cao của sản phẩm 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 được ra đời.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong các nhà máy xí nghiệp bao gồm:
- Phân loại sản phẩm theo kích thước: Phương pháp này dựa vào kích thước của sản phẩm mà phân loại Phương pháp này thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp chế biến bia, nước giải khát,
Hình 1 1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước
- Phân loại sản phẩm theo khối lượng: Phương pháp này dựa vào khối lượng của sản phẩm mà phân loại, thường gặp nhiều trong chế biến thuỷ, hải sản.
Hình 1 2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng
- Phân loại sản phẩm theo vật liệu: Phương pháp này dựa vào loại vật liệu của sản phẩm để phân loại Phương pháp này thường ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để nhận dạng sản phẩm có lẫn kim loại, ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm.
Hình 1 3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu
- Phân loại sản phẩm theo mã vạch: Mã vạch được tạo riêng cho từng loại sản phẩm về số lượng, mặt hàng, thông tin khách hàng ngay trực tiếp trên sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động: 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 có thể là xi-lanh đẩy, cần gạt để phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau.
Hình 1 5 Minh hoạ mô hình phân loại sản phẩm tự động Các yêu cầu kĩ thuật của hệ thống phân loại sản phẩm:
- Về cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật các chi tiết thoả mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Về điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Về an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.
Phương án thiết kế của hệ thống:
- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm
- Đặt 2 sensor trước 2 xi-lanh để nhận biết sản phẩm
- Sử dụng 3 xi-lanh để cấp phôi và phân loại sản phẩm
- Sử dụng bộ điều khiển PLC để điều khiển hoạt động của hệ thống Ưu điểm: Có khả năng vận chuyển sản phẩm nhanh hơn, năng suất cao hơn Sử dụng hệ thống xi-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.
Ta chọn phương án thiết kế như ở trên vì các ưu điểm nêu trên và thực tế trong các nhà máy sản xuất hiện nay thường có lắp đặt sẵn hệ thống cung cấp khí nén nên sẽ khắc phục được phần nào những nhược điểm.
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Băng tải
Trong sản xuất công nghiệp băng tải được ứng dụng rộng rãi để vận chuyển hàng hoả và nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất Trong các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, phụ tùng cơ khí, khai thác khoáng sản, các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, đồ ăn nhanh, nước giải khát; các nhà máy tái chế vật liệu, lắp ráp sản phẩm,… Ở bất kỳ một nhà máy sản xuất hàng loạt, hàng khối nào, ta đều có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh của những băng tải vận chuyển, nó là hình ảnh của dây chuyền sản xuất, đóng một vai trò quan trọng trong việc tự động linh hoạt sản xuất, tăng năng xuất, giải phóng sức lao động của con người.
Hình 2 1 Cấu tạo chung của băng tải
1 - Băng tải, 2 - Trục chủ động, 3 - Trục bị động, 4 - Hệ thống đỡ (giá đỡ, con lăn,…)
Khi thiết kế băng vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một trong số các loại băng tải sau:
Hình minh hoạ Loại băng tải Phạm vi ứng dụng
Băng tải dây đai Ứng dụng được trong các môi trường khác nhau như: Nhiệt độ cao, chịu dầu, vận chuyển hàng hoá liên tục.
Băng tải cao su lòng máng
Nó hay được sử dụng trong các ngành sản xuất như: khai khoáng, xi măng, phân bón, mía đường, thức ăn gia súc, vật liệu xây dựng,….khối lượng nhỏ dễ rơi vãi và có thể chuyển khối lượng lớn, cự ly vận chuyển dài.
Băng tải lưới inox được ứng dụng để vận chuyển hàng hoá, nguyên liệu trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau, đặc biệt là trong các ngành chế biến, sấy khô thực phẩm, nguyên liệu với khả năng nhịu được nhiệt độ cao trong quá trình làm việc
Băng tải con lăn Ứng dụng phổ biến của băng tải con lăn bao gồm văn phòng phân loại bưu chính và hệ thống xử lý hành lý sân bay.
Hình 2 2 Mô hình băng tải trong thực tế
Bộ truyền đai/xích
Băng tải là hệ thống vận chuyển liên tục, do đó để thuận lợi cho việc vận chuyển trong quá trình sản xuất người ta thường lắp thêm bộ truyền động cho băng tải, giúp cho quá trình vận chuyển của băng tải trở lên dễ dàng và chính xác.
Nội dung Bộ truyền đai Bộ truyền xích Ưu điểm
Làm việc êm và không ồn, tốc độ cao.
Giữ được an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá tải do hiện tượng trượt trơn.
Kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai Không có hiện tượng trượt Có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục.
Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích.
Khuôn khổ và kích thước lớn.
Tỉ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp do có sự trượt đàn hồi.
Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai.
Do có sự va đập khi vào khớp nên gây nhiều tiếng ồn lớn khi làm việc, không thích hợp với vận tốc cao Đòi hỏi chế tạo, lắp ráp chính xác hơn, yêu cầu chăm sóc, bảo quản thường xuyên.
Vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định.
Dễ mòn khớp bản lề.
Phạm vi Do thích hợp với vận tốc Thích hợp với vận tốc thấp, sử dụng cao nên thường lắp ở đầu vào của hộp giảm tốc, thường dùng khi cần truyền động trên khoảng cách trục lớn. thường lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc, thích hợp truyền động với khoảng cách trục trung bình, yêu cầu làm việc không có trượt.
Bảng so sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích
Hệ thống sử dụng bộ truyền xích để sử dụng vì ưu điểm sau:
- Có thể làm việc quá tải khi đột ngột, hiệu suất cao hơn, không có hiện tượng trượt.
- Không đòi hởi phải căng xích,lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất và số vòng quay.
- Bộ truyền xích truyền công suất nhờ sự ăn khớp giữa xích và đĩa nhông, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như bộ truyền đai và do đó có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn
- Các thành phần của bộ truyền xích:
+ Nhông xích(còn gọi là đĩa xích)
Pittong/van khí nén
Pittong xi-lanh đẩy sản phẩm: Pittong xi-lanh bao gồm pittong xi-lanh thuỷ lực và khí nén, thực chất là một loại động cơ thuỷ lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực hiện chuyển thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục pittong xi-lanh được dùng rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về, xi-lanh khí nén có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản So với hệ thống thuỷ lực, hệ thống khí nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:
- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
- Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi, không khí dùng để nén hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó không tồn tại mối đe doạ bị nhiễm bẩn.
- Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
Trong đồ án này em chọn cơ cấu sinh lực bằng khí nén để tạo ra lực đẩy phôi. Chọn cơ cấu xi-lanh khí nén vì nó có ưu điểm:
• Lực kẹp đủ lớn, đều có thể kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm việc.
• Sử dụng đơn giản với sinh viên.
• Dễ tìm mua trên thị trường.
Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lương bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng đi của dòng năng lượng.
Van điều khiển em chọn van 5/2 tác động nam châm điện và lò xo Chọn van 5/2 có ký hiệu như hình vẽ.
Hình 2 5 Kí hiệu van trên sơ đồ điện
Các thông số của van là:
- Áp suất làm việc: 0,15 – 0,7 MPa
- Ta cấp khí vào cửa P(1) rồi lấy khí ra cửa A(4) và B(2) để đưa vào 2 đầu của xi-lanh.
- Ở đầu ra 3 và 5 của van ta sử dụng van tiết lưu một chiều để điều chỉnh lưu lượng ra của xi-lanh, tức là điều chỉnh lực đẩy phôi ra khỏi băng tải.
Hình 2 4 Xi-lanh khí nén
Động cơ
Hình 2 6 Động cơ điện với các kích cỡ khác nhau
- Là thiết bị cung cấp nguồn động lực cho băng chuyền hoạt động Động cơ có nhiều loại: động cơ servo, động cơ bước… Trong hệ thống phân loại sản phẩm, động cơ thường được dùng với công suất trung bình, tốc độ không lớn Truyền động giữa động cơ và băng chuyền thường thông qua bộ truyền bánh răng hoặc đai Hiệu suất tương đối cao.
- Động cơ dùng hệ thống phân loại sản phẩm là động cơ điện Chúng ta có rất nhiều lựa chọn cho phần này như: động cơ điện xoay chiều, động cơ điện một chiều hay động cơ bước…
Cảm biến
Cảm biến là một thiết bị được sử dụng khá phổ biến hiện nay, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp và truyền thông Cảm biến (CB) là một thiết bị điện tử có chức năng nhận biết các yếu tố vật lý hoặc yếu tố hoá học nơi nó được đặt vào sau đó chuyển thành dạng thông tin mã hoá và chuyển về màn hình hoặc máy tính, hệ thống PLC để có thể điều khiển các thiết bị khác từ xa.
Hình 2 7 Một số loại cảm biến Phân loại cảm biến:
- Theo đại lượng cần đo:
Lực, mô men, áp suất,
- Theo chủ động, bị động:
Cảm biến chủ động (Active sensors)
Cảm biến bị động ( Passive sensors)
- Phân loại theo tín hiệu đầu ra:
Cảm biến tương tự (Analog sensors)
Cảm biến số (Digital sensors)
- Cảm biến có khả năng đo chính xác các đại lượng cần đo.
- Ít bị nhiễu bởi môi trường xung quanh.
- Cảm biến có sai số kỹ thuật trong mức cho phép
- Điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển.
Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng trong đồ án này em dùng cảm biến quang để phân loại sản phẩm Sản phẩm chạy trên băng truyền, kích hoạt cảm biến quang thứ nhất được phân loại là vật cao, kích hoạt cảm biến quang thứ hai là vật được phân loại là vật trung bình, còn sản phẩm không kích hoạt cảm biến nào thì là vật thấp Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy bằng mắt thường Nó gồm một nguồn phát quang và một bộ thu quang Nguồn quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tuỳ theo bước sóng. Ở đồ án này em sử dụng nguồn LASER Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện Ánh sáng do LASER phát ra tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu được Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng.
Phương án thiết kế
2.6.1 Yêu cầu chung của thiết kế
Với mục tiêu là mô hình thực hành phục vụ đào tạo nên không thể đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trong thực tế cũng như các điều kiện phân loại phức tạp Tuy nhiên, mô hình thiết kế phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật chung như sau:
- Mô hình cơ bản phải phù hợp với nguyên lý phân loại trong thực tế.
- Lắp ráp, đầu nối và vận hành điều khiển dễ dàng.
- Sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng, dễ dàng thay thế, sửa chữa.
- Đảm bảo tính thẩm mỹ và gọn gàng
- Các cơ cấu truyền động, kết nối phải đảm bảo cứng vững và tuổi thọ cao.
2.6.2 Lựa chọn phương án thiết kế
Theo yêu cầu của đề bài, lựa chọn được phương án thiết kế của mô hình hệ thống phân loại sản phẩm như sau:
- Hệ thống cấp phôi: Sản phẩm được chứa trong phễu cấp phôi tự động Khi hệ thống cấp phôi hoạt động, phôi được định hướng sau đó rơi xuống bàn đỡ phôi Tại đây, xi lanh cấp phôi đẩy sản phẩm lên băng tải bắt đầu tiến hành quy trình phân loại sản phẩm.
- Hệ thống dẫn động: Hệ dẫn động sản phẩm sử dụng băng tải cao su Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các trục chủ động, bị động, phần giữa 2 puly này băng được dẫn hướng và đỡ bởi các các con lăn Tốc độ và công suất từ động cơ lên băng tải được truyền bằng bộ truyền xích.
- Bộ phận nhận biết sản phẩm: Hệ thống sử dụng cảm biến quang để nhận biết chiều cao của sản phẩm, từ đó tiến hành phân loại sản phẩm.
- Cơ cấu chấp hành phân loại: Sản phẩm đã được nhận biết chiều cao bằng cảm biến sau đó sẽ được tiến hành phân loại bằng hệ thống xi lanh khí nén.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Hệ thống băng tải
- Thông số đầu vào: Đề số
Năng suất làm việc Trọng lượng phôi Kích thước hình học phôi (cm)
[N,sp] [Qmin, kg] [Qmax, kg] [h1;d1] [h2;d2] [h3;d3]
Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật của phôi
Hình 3 1 Kích thước băng tải, khoảng cách phôi trên băng tải 3.1.1 Tính các thông số hình, động học băng tải a Chiều dài L
n là số sản phẩm trên băng tải tại 1 thời điểm (1 < < 𝑛 𝐿/ ) 𝑑 + (𝑛 − 1)
d là đường kính sản phẩm, d = 50 mm
y là khoảng cách giữa 2 mép gần nhau nhất của 2 sp (cm) Ta chọn n = 3, y = 300 mm => L ≥ 750 mm chọn L = 1000 mm. b Tốc độ băng tải
Ta có phương trình: 1000 v + 5 300+50 v = 60 (s); Trong đó:
1000 v là thời gian sản phẩm đi hết băng tải
300+50 v là thời gian chênh lệch giữa hai sản phẩm liên tiếp
=>V = 45,83 mm/s = 0,04583 m/s c Chiều rộng băng tải
Thời gian sản phẩm chuyển động được quãng đường x phải lớn hơn 1 chu trình của pittông Ta có bất phương trình : v x > 2.( M v +W )
x là khoảng cách giữa tâm 2 sản phẩm kề nhau x = y + d = 0,3 + 0,05 = 0,35 (m )
v là vận tốc băng tải Với v = 0,04583 (m/s).
v1 là vận tốc của pittong (m/s).
M là khoảng từ xi-lanh đến mép băng tải Chọn M = 0 (m).
Ta chọn v1 bằng cách tra đồ thị xi-lanh hãng FESTO :
Hình 3 2 Đồ thị vận tốc theo hành trình xi-lanh.
Chọn hành trình 200 mm, Qmax = 6 kg => v1 = 0,5 m/s
Thay các số liệu vào phương trình (*) ta có: 0,04583 0,35 > 2 0,5 W
Như vậy, chiều rộng băng tải có thể lấy trong khoảng khá rộng (< 1,9 m) do v1 >> v Để phù hợp với đường kính sản phẩm cũng như dễ dàng thiết kế => Chọn W = 2.d = 0,1 ( m )
Theo yêu cầu, sản phẩm là những khối hình trụ có trọng lượng 0,4−6 kg , nên lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao và khung sườn thép CT45 Đai cao su có khả năng vận chuyển êm, truyền động nhanh, ổn định, do phôi có trọng lượng vừa phải nên dùng đai cao su có khả năng ma sát tốt, làm việc chính xác Khi không yêu cầu góc nghiêng lớn và không yêu cầu di chuyển theo đường cong thì đai tải cao su hoàn toàn có thể đáp ứng tốt yêu cầu làm việc.
Băng tải PVC xanh caro bố dày 3mm - 2 lớp bố
Mã hàng: BT-3XCB Đặc tính băng tải: Chất liệu PVC, 2 lớp bố, mặt trên caro
Link băng tải:https://bangtaibaotien.com/bang-tai-pvc- xanh-caro-bo-day-3mm-2-lop-bo? fbclid=IwAR0gCJTRIWSy-1TOPYRiJdJ- IEoG2QsbEkx7Wioqcl0zfaDUSeCqwl1LqG8
Các lực cản chuyển động của băng:
Hình 3 3 Các lực cản chuyển động của băng
Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các trục động, bị động; phần giữa 2 trục này băng được đỡ bằng một tấm phẳng Lực cản chuyển động băng khác nhau tại mỗi đoạn đặc trưng, trên mỗi đoạn này có cùng tính chất lực cản Lực căng dây tại mỗi điểm đặc trưng (i) sẽ bằng lực căng tại điểm ngay trước nó (i-1) cộng với lực cản chuyển động của dây trên đoạn từ (i-1) đến i:
S i =S i−1 +W i−1 /i Theo sơ đồ 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 trục chủ động.
W 0/1 : Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1
W 0 /1 =q 0 Lw=mWgLw=¿3,1 0,1 9,81 1 0,4 = 1,22 (N) q 0 : Trọng lượng 1 m dài băng
L: Chiều dài băng w: Hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây, được xác định bằng thực nghiệm, w=0,2−0,4, chọn w=0,4.
W 1/2 : Lực cản trên đoạn uốn cong qua trục bị động từ điểm 1 đến 2
W 2/3 : Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3
Q t : Tổng trọng lượng tải đặt trên băng.
Lực kéo băng là lực được truyền từ trục chủ động sang băng:
Trong đó: S 0 và S 3 lần lượt là lực căng tác dụng lên phần dưới và trên của trục chủ động. Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng: S3 ≤ S0.e fα
Tính chọn động cơ
- Công suất yêu cầu trên trục công tác : P lv = F k v3,14.0,04583=4,73(W)
- η : hiệu suất của cả bộ truyền.
Bộ truyền xích η x = 0,93 ( Để hở )
Bộ truyền bánh răng trụ trong hộp giảm tốc η br = 0,96 ( Để kín )
Bảng 3 2 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền hoặc ổ
- Công suất cần thiết trên trục động cơ Pđc được xác định theo công thức sau:
- Động cơ được sử dụng là động cơ điều tốc gắn liền hộp giảm tốc nên ta chỉ quan tâm đến số vòng quay trục qua hộp giảm tốc Số vòng quay này được tính qua trục tang của băng tải. n lv `000 v πd = 60000 π 0,04583 60 = 14,59 (v/ph)
Bảng 3 3 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ
- Do sử dụng động cơ có hộp giảm tốc, nên chọn các tỉ số truyền thành phần: ux = 2 (sử dụng truyền động xích)
- Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ: n sb =n lv u c ¿14,59.2),18(v/ph)
- Vậy đến đây ra đã có đủ 2 thông tin để chọn động cơ:
- Với các yêu cầu trên nên ta chọn động cơ ĐỘNG CƠ SPG 15W S8I15GX-V12CE và hộp giảm tốc SPG S8KA30B TỶ SỐ TRUYỀN 1/30:
Số cặp cực : 4 Điện áp cấp : 220V-240V,50Hz
Dải điều chỉnh tốc độ : 90-1400 rpm
Momen mở máy : Mmm = 170 Nmm
Tỉ số truyền : 1/30 Lắp ghép đầu trục: Trục có then
Link động cơ: https://sandivietnam.com/dong-co-spg-15w-s8i15gx-v12ce
Link HGT: https://sandivietnam.com/hop-giam-toc-spg-s8ka30b-ty-so-truyen-1-30
Sử dụng hộp điều khiển tốc độ Speed controller để điều khiển tốc độ động cơ là
900 v/ph, qua hộp giảm tốc thì tốc độ còn lại là nđc = 30 v/ph Số vòng quay lô chủ động (tang chủ động) là 14,59 v/ph.
Tỷ số truyền thực tế: ux = 14,59 30 = 2,06
Do sử dụng động cơ có hộp giảm tốc, nên : uc = ux (sử dụng truyền động xích)
Hình 3 4 Hệ dẫn động băng tải.
1- Động cơ điện 2- Hộp giảm tốc 3- Bộ truyền xích 4- Băng tải
Công suất tại các trục:
Trục III: PIII = Plv = 4,73 (W) ; n = 14,59 (v/ph) ;
Trục II: PII = P lv ŋ ol ŋ x = 5,14 (W) ; n = 14,59 ux = 14,59 2,06 = 30 v/ph
Trục I: PI = ŋ P II ol ŋ ol ŋ br = 5,462 (W) ; n = 30 uhgt = 30 30 = 900 v/ph
1000.900 = 57,96 (N.mm) Động cơ: Pđc = PI = 5,462 (W) n = 900 v/ph
Thông số Động cơ I II III
Bảng 3 4 Thông số các trục
Tính chọn bộ truyền ngoài
3.3.1 Chọn số răng đĩa xích
- Bộ truyền ngoài sử dụng bộ truyền xích.
Số vòng quay đĩa xích chủ động n 1=¿ 30 (v/ph)
- Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên chọn loại xích: Xích ống – con lăn.
- Chọn số răng đĩa xích:
Bảng 3 5 Bảng lựa chọn số răng
Số răng cho đĩa xích chủ động : z1 = 29 - 2.ux = 29 - 2.2,06 = 24,88 ≥ 19
=> Chọn 𝑧1 = 25 Chọn số răng xích lẻ để mỗi răng của đĩa xích ăn khớp lần lượt với mỗi mắt xích tránh ăn khớp lặp lại với một mắt xích dẫn đến xích mòn đều hơn.
Số răng cho đĩa xích bị động : z2 = ux.z1 = 2,06.25 = 51,5 ≤ zmax = 120
- Tỷ số truyền thực tế: u t =z 2 z 1 Q
- Sai lệch tỷ số truyền: Δuu=| u t −u u x x | 100 %= | 2,04 2,06 −2,06 | 100 %=0.97 %F 0 =9,81.4.0,65.0, 26064=6,65(N)
Bảng 3 9 Bảng các thông số của xích con lăn
Bảng 3 10 Bảng trị số của hệ số an toàn
- [s]: Hệ số an toàn cho phép Tra với p,7mm, n 10 (v/ph) ta được [s]=7
3.3.5 Xác định thống số của đĩa xích
- Đường kính vòng chia: d 1 = p sin( z π 1 )
1=p [ 0,5+ cot ( z π 1 ) ] ,7 [ 0,5+cot ( 25 π ) ] 6,88 ( mm) d a 2 =p [ 0,5+ cot ( z π 2 ) ] ,7 [ 0,5+cot ( 51 π ) ] !2,26 ( mm)
2=d 2 −2r 6,3−2 4,337,64(mm) Trong đó : r = 0,5025d1 + 0,05 , d1 là đường kính con lăn Tra hình 3.9, ta được:
3.3.6 Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc σ H =0,47√ k r ( F t k đ + F vđ ) A k E d ≤ [σ H ]
Trong đó: - kđ hệ số tải trọng động: kđ = 1,2
- A là diện tích chiếu của bản lề được ⇒ Tra hình A = 39,6 mm 2
Bảng 3 11 Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A
kr: Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích, tra bảng 3.16 theo số răng z1 = 25, ta được kr = 0,36
Bảng 3 12 Bảng hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích
Fvđ: Lực va đập trên m dãy xích: Chọn m =1
k d là hệ số phân bố không đều tải trọng 1 dãy xích ⇒ k d =1
E: module đàn hồi vật liệu
5.2,1.10 5 2,1.10 5 +2,1 10 5 = 2,1.10 5 Mpa Trong đó: E1 = E2 = 2,1.10 5 Mpa ( cả 2 đều làm bằng thép )
Thay số, ta được: σH = 0,47 √ k r ( F t k đ + F vđ ) A k E d
Bảng 3 13 Bảng vật liệu chế tạo đĩa xích và phương pháp nhiệt luyện
- Tra bảng 3.16 ta chọn vật liệu làm đĩa xích là thép C45, đĩa bị động có số răng z > 30, với vận tốc xích nhỏ (v < 3 m/s), có [σH] = 500 (MPa) > σH = 127,65 (MPa ) Thảo mãn.
Lực do bộ truyền xích tác dụng lên nhông theo phương hợp với phương ngang 30 °
F r =k x F t =1,15.32,136,95(N)Trong đó: k x là hệ số kể đến trọng lượng của xích, k x =1,15 vì β ≤4 0 0
Thông số Kí hiệu Giá trị
Loại xích Xích ống con lăn
Số răng đĩa xích nhỏ z1 25
Số răng đĩa xích lớn z2 51
Vật liệu đĩa xích Thép 45 Đường kích vòng chia đĩa xích nhỏ d1 101,33(mm) Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 206,3 (mm) Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ da1 106,88 (mm) Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn da2 212,26 (mm)
Bán kính đáy r 4,33 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df1 92,67 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích lớn df2 197,64 (mm)
Lực tác dụng lên trục Fr 36,95 (N)
Bảng 3 14 Bảng các thông số của bộ truyền xích
Tính trục tang chủ động/bị động
3.4.1 Chọn đường kính các trục
- Chọn đường kính trục tang d= 60 mm
- Lực do bộ truyền xích tác dụng lên trục tang Fr = 36,95 N với góc đặt động cơ là 30 o
- Mô men xoắn trên trục công tác:
Vật liệu thép CT45 có σb = 750 Mpa, ứng suất xoắn cho phép ] ÷ 30 MPa.[[[[[[[[[[[[[[ [ d sb ≥ √ 3 0,2 T ct [ τ ] = √ 3 3096,06 0,2 15 ,11 (mm ) Đoạn trục có đường kính nhỏ nhất là đoạn trục lắp đĩa xích Chọn⇒ d sb đx = 15 mm
Chiều rộng ổ lăn trên trục:
Bảng 3 15 Bảng chiều rộng ổ lăn
Với d sb đx = 15 mm chọn dsb ol = 20 mm b⇒ 0 = 15 mm
Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực:
BC = W + 2 5 ( vai trục chống trượt băng tải) = 100 + 10 = 110 (mm)
Bảng 3 16 Trị số của các khoảng cách
Khoảng cách mép ổ lăn đến trục tang: chọn k1 = 10 mm, chiều dày bạc x = 3 mm.
Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến ổ lăn: chọn k3 = 17 mm
Chiều dài moay ơ đĩa xích : lm = (1,2-1,5).dsb đx = 18 – 22,5 mm Chọn lm = 20 mm
Hình 3 5 Trục tang chủ động
Xác định lực tác dụng :
Hình 3 6 Sơ đồ đặt lực
Do ta chọn băng tải PVC dày 3mm nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính con lăn nhỏ nhất là 50 mm Ta chọn đường kính tang bằng 60 mm.
Khối lượng riêng của thép theo tiêu chuẩn hiện nay là 7850kg/m 3 Với tang dùng thép D60 dày 2,5 ly Như vậy trọng lượng con lăn (lô dẫn) là:
Lực kéo căng băng tải : F = 103,14 N
Lực tác dụng lên đĩa xích: Fr = 36,95N
Tính đường kính các đoạn trục
∑ M x (A) = - P.( BC 2 + AB¿+ FDy.(AB + BC +CD) – F r xích (AB + BC + CD + DE) = 0
∑ M y ( A ) = F.( BC 2 + AB ¿ - F Dx (AB + BC +CD) – F t xích (AB + BC + CD + DE) = 0
Gọi đường kính các đoạn trục lắp đĩa xích, ổ lăn thứ nhất, hàn tang, ổ lăn thứ hai lần lượt là d0, d1, d2, d3 Momen:
M td 2 =√ 4515,19 2 +0,75 3096,06 2 R51,3(Nmm). Đường kính trục tại các tiết diện theo công thức: d=√ 3 0,1 M td [ σ ]
Bảng 3 18 Bảng trị số của ứng suất cho phép
Tra bảng với ứng suất cho phép của thép C45 chế tạo trục thì 63Mpa. d 0 =√ 3 0,1 M td [ σ 0 ] = √ 3 2681,27 0,1 63 =7,52 (mm) d 1 =√ 3 0,1 M td [ σ 1 ] = √ 3 2968,92 0,1 63 =7,78 ( mm) d 2 =√ 3 0,1 M td [ σ 2 ] = √ 3 5251,3 0,1 63 =9,41 (mm) d 3 =√ 3 0,1 M td [ σ 3 ] = √ 3 0,1 63 0 =0 ( mm)
Tiết diện tại các ổ lăn phải lấy bằng đường kính của ổ lăn tiêu chuẩn theo dãy số sau : 15,
17, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50… Đồng thời các tiết diện lắp bánh răng, bánh vít, bánh đai, đĩa xích và khớp nối cũng cần lấy theo cá giá trị tiêu chuẩn sau : 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 13,
14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48 Từ đó ta chọn. d1 = d3 = 20mm (Đoạn trục lắp với ổ lăn). d2 = 30mm (Đoạn trục hàn với tang). d0 = 12mm (Đoạn trục lắp với đĩa xích). d = 60mm (Tang băng tải).
Ta có băng tải PVC dày 3mm nên chọn đường kính của trục tại vai trục: d + 5.2 = 70 mm.
Ta chọn đường kính trục hạ bậc để tháo lắp ổ lăn dễ dàng hơn là: da mm
Bảng 3 19 Tính toán đường kính trục
3.4.2 Kiểm nghiệm độ bền của trục Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thoả mãn điều kiện: s j = s σj s τj
[ ] - hệ số an toàn cho phép, thông thường ] = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ[ cứng ] = 2,5… 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của[ trục)
s σj và s τj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j: s σj = σ −1
Trong đó 1 và 1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng Có thể lấy gần đúng: σ −1 = 0,436. b = 0,436.600 = 261,6 Mpa. τ −1 = 0,58. 1 = 0,58.261,6 = 151,73 Mpa.
aj , aj , mj , mj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j, do quay trục một chiều:
Với W j , W 0 j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục.
Bảng 3 20 Bảng hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình
- ψ σ , ψ τ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng với b = 600Mpa ta có: ψ σ =0,05 và ψ τ =0
- K σ dj , K τdj là hệ số xác định theo công thức sau:
Trong đó: Kx - hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt cho trong bảng
Bảng 3 21 Bảng trị số của hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx
-Với độ nhẵn Ra 2,5 0,63 m và b = 600 Mpa ta có Kx = 1,06.
Ky - hệ số tăng bền trục, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó
εσ, ετ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi
Kσ,Kτ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của chúng phụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất.
- Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn:
Bảng 3 22 Momen cảm uốn Wj và momen xoắn Woj
Công thức tính momen cảm uốn Wj và momen xoắn Woj
Tra bảng 3.19 với d1 = 20 mm, ta có:
Do vị trí này lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi ra Chọn kiểu lắp k6
{ ¿ ¿ K K σdj τdj = = K ε K ε σ σ τ τ + + Ky Ky Kx Kx−1 −1 = = 2,06+1,06 1,64 +1,06−1 1 1 −1 =2,12 =1,7
- Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ
Chọn ổ lăn: Do trục không chịu ảnh hưởng của lực dọc trục nên ta chọn loại ổ bi đỡ 1 dãy.
Chọn kích thước ổ: Với kích thước trục như hình và đường kính ngõng trục d = 20 mm, tra bảng theo TCVN 1489-85 ta chọn sơ bộ:
Khả năng tải động C = 5,14 kN
Khả năng tải tĩnh Co = 3,12 kN.
Bảng 3 24 Bảng ổ bi đỡ một dãy (theo TCVN 1489-85)
Khả năng chịu tải động
Tải trọng động quy ước:
Q=( XV F r +Y F a ) k t k đ Trong đó F r – tải trọng hướng tâm:
Fa – tải trọng dọc trục: Fa = 0 kt – hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ: kt = 1 (T Q = F r Y,8 ( N )Tra bảng 3.25 chọn tuổi thọ của ổ lăn Lh = 6.10 3 (giờ).
Bảng 3 25 Trị số tuổi thọ nên dùng Lh của ổ lăn sử dụng trong các thiết bị
=> Tuổi thọ tính bằng vòng quay của ổ:
=> Khả năng tải động của ổ lăn:
Khả năng chịu tải tĩnh
Tải trọng tĩnh quy ước: Qt = X0.Fr + Y0.Fa.
Với X0, Y0 là hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục.
Bảng 3 26 Hệ số tải trọng hướng tâm X0 và hệ số tải trọng dọc trục Y0
Tra bảng 3.26 ta được: X 0=0,6 và Y 0=0,5.
3.4.3 Chọn và kiểm nghiệm then
- Xác định mối ghép then cho trục lắp đĩa xích, d = 12 (mm)
Bảng 3 27 Các thông số của then bằng
- Chọn then bằng tra bảng 3.27 ta có
Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 2,5 (mm)
Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 1,8 (mm)
Chiều dài then: l = (0,8÷0,9).lm= 16 ÷ 18 (mm) => Chọn l = 18 (mm)
Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:
Bảng 3 28 Ứng suất dập cho phép [𝜎𝑑] đối với mối ghép then
Với [[[[[[[[[[[[[[ [𝑑 + (𝑛 − 1)] là ứng suất dập cho phép, tra bảng Ứng suất dập cho phép [𝜎 𝑑 ] đối với mối ghép then với dạng lắp cố định, vật liệu may ơ là thép làm việc va đập nhẹ, ta có [[[[[[[[[[[[[[ [𝑑 + (𝑛 − 1)] 0Mpa
Với [[[[[[[[[[[[[[ [𝐶] là ứng suất cắt cho phép do làm việc va đập nhẹ gây nên: [[[[[[[[[[[[[[ [𝐶] =(40÷60)MPa
Thông số Giá trị Đường kính đoạn trục lắp ổ lăn 20 (mm) Đường kính đoạn trục lắp đĩa xích 12 (mm) Đường kính đoạn trục lắp băng tải 60 (mm) Ổ lăn 1000904
Chiều sâu trên trục 2,5 (mm)
Chiều sâu trên lỗ 1,8 (mm)
Bảng 3 29 Thông số trục tang chủ động, ổ lăn và then
Tính toán, lựa chọn xi-lanh
Lựa chọn xi-lanh dùng trong hệ thống:
Do yêu cầu làm việc cần xi-lanh tác động nhanh, hành trình làm việc không lớn, cố định nên chọn xi-lanh tác dụng hai chiều sử dụng trong hệ thống Xi-lanh tác động hai chiều giúp hệ thống được điều khiển một cách hoàn toàn tự động và chính xác.
Xác định thông số kỹ thuật của xi-lanh: Hệ thống cấp phôi đẩy 1 phôi:
- Khối lượng lớn nhất của phôi: Qmax = 6 (kg)
- Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f = 0,4
- Hành trình làm việc cần thiết : Sct ≥ W + 20 (bề rộng cạnh bàn) = 120 (mm)
Chọn S = 125 (mm) Xác định áp lực do cần pittong tạo ra: F = p 1 π D
D: đường kính của xi-lanh p1: áp suất làm việc, áp suất trong khoảng làm việc 6 - 8 bar, áp suất khoảng thoát khí tối thiểu 1,4 bar à : hệ số hiệu dụng của xi-lanh. Đa số xi-lanh khí nén làm việc chịu tải trọng động Khi đó do tổn hao về ma sát, do có tính đàn hồi của khí nén khi chịu tải thay đổi, do sức ỳ của pittong trước khi dịch chuyển, vỡ thế hệ số hiệu dụng giảm thường chọn à = 0,5.
Chọn sơ bộ áp suất làm việc của hệ thống là: p = 6 (bar) = 6 10 5 (N/m 2 )
Để pittong di chuyển được thì: F = p 1 π D 2
4 ≥ Fms max Trong đó : Fms max là lực ma sát lớn nhất do sản phẩm gây ra. Để xi-lanh băng tải đẩy một phôi
Đường kính D của xi-lanh:
Với 2 thông số đường kính xi-lanh và hành trình S = 125 mm Ta chọn xi-lanh của hãng FESTO DSNU-16-125-P-A
(https://sieuthidientudong.com/san-pham/xy-lanh-festo-dsnu-16-125-p-a-ad8104.html)
Hình 3 7 xi-lanh Festo DSNU-16-125-P-A Hình 3 8 Sơ đồ nguyên lý
Thông số cơ bản: Đường kính pittong: D = 16 mm
Hành trình S = 125 mm Nhiệt độ hoạt động: - 20 đến 80℃ đến 80℃ ℃ đến 80℃ Áp suất vận hành : 1 – 10 bar Lực đẩy lý thuyết ở 6 Bar:
- Hành trình về: 120,6 N Vận tốc xi-lanh
Thời gian giữa 2 lần phân loại sản phẩm liên tiếp là: Δut = y v = 0,04583 0.3 =6,55 s
Chọn thời gian xi-lanh đẩy sản phẩm t1 = 0,5s, thời gian xi-lanh trở về vị trí ban đầu là t2 = 0,5s.
Hình 3 9 Thời gian xi-lanh đẩy 1 phôi
- Vận tốc của xi-lanh khi đẩy sản phẩm là: v 1=S t 1 5 0,5%0(mm/s)
- Vận tốc của xi-lanh khi trở lại vị trí ban đầu là: v 2=S t 2 5
Diện tích có ích của xi lanh là:
4 1,06(m m 2 ) Lưu lượng khí nén cần cung cấp cho 1 xi lanh hoạt động trong 1 phút là: q=A( v 1+v 2 ) 1,06 10 −6 (0,25 +0,25 )=1,01.10 −4 (m 3 /s)
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng 3 xi lanh
⇒ Dung tích bình khí nén cần thiết là: V=2q=2 1,51,12(l)
Hệ thống khí nén
Hệ thống phân loại sản phẩm - băng chuyền là một sản phẩm của sự sáng tạo thiết bị công nghệ tiên tiến, là một trong những thiết bị máy móc không thể thiếu cùng với dây chuyền chế tạo, chế biến, lắp ráp của những nhà máy với quy mô lớn Băng chuyền là thiết bị công nghiệp có tính kinh tế cao, với khả năng đảm nhận nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm đến vị trí thao tác sản xuất, chế biến, lắp ráp, đóng gói.
Với khoản đầu tư không lớn nhưng năng suất lao động tăng lên kéo theo giá thành sản phẩm giảm đáng kể do tiết kiệm được chi phí nhân công, chất lượng sản phẩm cũng tăng lên nhờ tránh được sai sót của người lao động Vì vậy, sử dụng hệ thống băng chuyền trong sản xuất là phương án tối ưu của doanh nghiệp hiện nay.