Đề tài thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

TỔNG QUAN VỀ HỀ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Khái niệm và ứng dụng

Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa 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 Và hạn chế là một hướng tất yếu của quả trình sản xuất nào cũng không thể tránh khỏi, do thời gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ như hiện nay Cùng với sự phát triển vượt bậc của kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua Và lĩnh vực điều khiển tự động đã ra đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu trong cuộc sống, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp Chính vì vậy phải lựa chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành Đảm bảo điều kiện cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trì và sửa chữa hệ thống khi có sự cố

Thực tiễn đó đã đặt ra làm sao để quản lí các nhà máy sản xuất một cách linh hoạt ổn định và phù hợp nhất, tiết kiệm nhất và phải an toàn Trước thời cơ và thách thức của thời đại, do đó sự nhận biết nắm bắt và vận dụng các thành tựu một cách có hiệu quả nền khoa học kĩ thuật thế giới nói chung và kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh chóng bên cạnh đó những doanh nghiệp vừa và nhỏ quy mô sản xuất thì ngược lại hoàn toàn chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cân sản phẩm và đóng gói bao bì, vẫn còn sử dụng sức người, chính vì vậy cho năng suất chưa hiệu quả Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng và khai thác một cách khả thi nhất tốt nhất có thể Việc ứng dụng kĩ thuật điều khiển vào “quá trình phân loại sản

4 phẩm” là một trong những thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền sản xuất cũ mang nhiều hạn chế Làm thay đổi cục diện của nền công nghiệp mạnh mẽ Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng cho chúng em tìm hiểu xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hoàn thiện và phát triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong đời sống sản xuất của con người

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng

1.1.3 Phân loại và ứng dụng

- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm

• Theo màu sắc: màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí

Hình 1.1 Hệ thống phân loại theo màu sắc

• Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên ngoài

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

• Theo mã vạch: dựa vào mỗi mã vạch trên từng sản phẩm để phân loại Mã vạch chứa đứng thông tin của sản phẩm

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau

Nguyên lí hoạt động

Hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên nguyên lý dùng cảm biến để xác định yếu tố mang tính chất phân loại sản phẩm Chuyển động của bộ băng chuyền đưa sản phẩm của bộ phận tiếp nhận đến bộ phận điều khiển để tiến hành phân loại Các sản phẩm sau khi phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói Chu trình này sẽ lặp lại cho đến khi hết sản phẩm

CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG

Băng tải

- Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm Nó có nhiệm vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn Nguồn động lực chính của băng tải chính là đông cơ điện: động cơ một chiều, động cơ 3 pha lồng sóc hay servo… tùy vào yêu cầu hệ thống Để tạo ra momen đủ lớn cho băng tải cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc rồi mới ra tải Hai đầu băng tải có puli băng tải là vòng kín quấn quanh puli này Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp, thường là hai có thể là caosu Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng tải, lớp trên là lớp phủ Kết cấu của 1 băng tải như hình vẽ:

Hình 2.1 Cấu tạo chung của 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

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữ các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ

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 - 250kg Vận chuyển chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách > 50m

Băng tải con lăn 30 - 500kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách < 50m

- Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất của băng tải loại này có thể 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

❖ Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài:

Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như: độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua.

Bộ truyền 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

- Bảng so sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích:

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 môt 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

- Do thích hợp với vận tốc cao nên thường lắp ở đầu vào của hộp giảm tốc, thường dùng khi cần truyền động trên khoảng cách trục lớn

- Thích hợp với vận tốc thấp, 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

- Bộ truyền động xích là bộ truyền động quan trọng nhất để truyền điện Đó là một hệ thống truyền động tích cực trái ngược với hệ thống tự lái Tỷ số vận tốc của bộ truyền động xích, tức là tỷ số giữa vận tốc góc của bánh xích dẫn động, không đổi mà không bị trượt và không bị rão

Hình 2.2 Bộ truyền xích

Xylanh khí nén

- Trong đồ án này em chọn xy lanh khí nèn vì nó có ưu điểm:

• Lực kẹp đủ lớn, có thể kiểm tra điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm việc

• Sử dụng đơn giản, dễ mua đối với sinh viên

- Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động

- Để thực hiện chức năng của mình, xy lanh khí nén truyền một lực lượng bằng cách chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng Điều này đạt được bởi khí nén có khả năng nở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nó xảy ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển

Hình 2.3 Xylanh khí nén

Cảm biến

- Đây chính là hệ thống thu nhận thông tin từ phôi cho bộ điều khiển Các loại cảm biến thường được sử dụng là cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận Cảm biến thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng không điện (các đại lượng vật lí, hóa học…) thành các đại lượng điện Ví dụ áp suất nhiệt đô lưu lượng vận tốc…thành tín hiệu điện (mV, mA…)

- 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 tùy theo bước sóng Ở đồ án này ta 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 Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển Do cảm biến kết nối với mạch điều khiển nên điện áp của cảm biến là 24 VDC

Hình 2.4 Một số loại cảm biến quang

Động cơ

- Một số loại động cơ:

• Động cơ điện một chiều

• Động cơ điện xoay chiều

Trong phạm vi đồ án này em chọn động cơ điện một chiều vì kết cấu đơn giản, giá thành rẻ và dễ bảo quản a, Khái niệm động cơ 1 chiều

- Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn làm cuộn dây chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng

- Động cơ điện 1 chiều DC là một loại động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng được xác định b, Nguyên lý làm việc

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụlà đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Với : Φ: Từ thông trên mỗi cực (Wb)

Rư: Điện trở phản ứng (Ohm)

Ω: tốc độ động cơ (rad/s)

K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Hệ thống băng tải

+ Vật liệu: Gang xám (ρ = 7,15 g/cm3)

+ Thông số hình học phôi/sản phẩm trên băng:

Hình trụ: h1cm; d1%cm; d1’#cm h2cm; d2%cm; d2’#cm h3cm; d3%cm; d3’#cm + Khối lượng phôi: Qmin = 7kg; Qmax = 9,7kg

+ Năng suất làm việc: N % sp/ph

+ Nguồn lực dẫn động băng tải: động cơ điện

Hình 3.1 Kích thước, khoảng cách giữa các sản phẩm

3.1.1 Tính các thông số hình, động học băng tải

Hình 3.2 Kích thước băng tải

- Tính chiều dài L, chiều rộng W của băng tải:

▪ n: Số sản phẩm có trên băng tải tại một thời điểm (chọn n = 4)

▪ d: Đường kính của sản phẩm (d = 250mm)

▪ x: Khoảng cách giữa 2 mép gần nhau nhất của 2 sản phẩm (chọn x = 300mm) Suy ra: L ≥ 1900mm (chọn sơ bộ L = 2000mm)

Suy ra: W ≥ 300 (mm) (chọn sơ bộ W = 350mm)

+ Tính vận tốc băng tải:

▪ N: Số sản phẩm băng tải vận chuyển trong 1 phút (N = 25)

▪ v: Vận tốc băng tải (mm/s)

𝐯 là thời gian 1 sản phẩm đi hết băng tải

𝐯 là thời gian chênh lệch giữa 2 sản phẩm liên tiếp

Suy ra: v sơ bộ = 253,34mm/s

▪ Các thanh nhôm định hình đều được thiết kế với kiểu dáng đặc thù để khi lắp ghép lại sẽ tạo thành một bộ khung sườn vững chắc

▪ Khả năng cách nhiệt tốt, chịu được môi trường khắc nghiệt

▪ Chắc, bền giúp cho khung sườn của băng tải kiên cố và chịu được trọng tải lớn

▪ Nhôm định hình có trọng lượng riêng nhẹ hơn so với hầu hết các kim loại khác Nên dễ vận chuyển và lắp ghép nhanh chóng

▪ Chi phí sử dụng thấp

Hình 3.3 Băng tải PVC

Hình 3.4 Bảng thông số băng tải

Chọn loại băng tải PVC vì:

▪ Có tính kháng hóa tốt

▪ Chống dầu mỡ, chống mài mòn

▪ Có độ bền cao, khả năng cách điện

▪ Dễ dàng vệ sinh và thay thế

▪ Số sản phẩm trên băng tải trong 1 đơn vị thời gian: n = 4 (s)

▪ Vận tốc băng tải: v = 253,34 (mm/s)

▪ Khối lượng phôi lớn nhất: 4 9,7 = 38,8 (kg)

▪ Khối lượng phôi nhỏ nhất: 4 7 = 28 (kg)

▪ Chiều dài băng tải: L = 2000 (mm)

▪ Chiều rộng băng tải: W = 350 (mm)

▪ Độ dày băng tải: h = 3 (mm)

- Theo yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng 7 – 9,7 kg nên lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao su và khung sườn nhôm định hình Đai PVC có khả năng vận chuyển êm, truyền động nhanh, ổn định, do phôi có trọng lượng vừa phải nên dùng đai PVC 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 PVC hoàn toàn có thể đáp ứng tốt yêu cầu làm việc

- Phân tích lực tác dụng trên băng tải

+ Lực căng băng ban đầu

+ Lực ma sát giữa dây băng và bề mặt tấm đỡ, con lăn… do khối lượng phôi và dây băng

Hình 3.5 Sơ đồ lực hệ thống băng tải

Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các puly dẫn động, bị động; phần giữa 2 puly này băng được dẫn hướng và đỡ bởi các các con lăn và tấm trượt tùy thuộc vào kết cấu và loại dây 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

Trên sơ đồ lực như Hình 3.2 ta có lực căng băng tại các điểm đặc trưng S i (i = 0-3), với S 0 là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn

- Các lực cản chuyển động của băng:

W0/1: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1

▪ q 0 : là trọng lượng 1 m dài băng

▪ L: là chiều dài băng = 2000mm

▪ w: là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây; được xác định bằng thực nghiệm, w = 0,2 – 0,4 (Chọn w = 0,3)

W1/2: Lực cản trên đoạn uốn cong qua tang bị động từ điểm 1 đến 2

W1/2 = ξ.S1 = 0,06.S1 ξ : là hệ số cản trên tang đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng ξ = 0,03 – 0,06

W2/3: Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3

▪ Qt: là tổng trọng lượng tải max đặt trên băng

Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng:

Như vậy để xác định được lực kéo F ta cần biết giá trị của S 0 Lực S 0 có thể xác định từ điều kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:

- f: hệ số ma sát giữa băng tải và tang Chọn f = 0,3

 : góc ôm giữa băng tải và tang:  =  (rad)

= 256,63 (N) (thỏa mãn) Công suất yêu cầu trên trục tang:

3.1.3 Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng

Với dây đai PVC dày 3mm thì:

- Ứng suất lớn nhất cho phép của băng σ a = 800 (N/cm 2 )

- Khối lượng băng tải m bt = 3.3 (kg/m 2 )

Với lực kéo băng tải F đã tính được ở phần trên thì ta có: σ bt =2 F

3.1.4 Tính chọn động cơ Để chọn được động cơ, chúng ta cần biết hai thông tin:

- Công suất cần thiết trên trục động cơ Pct

- Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nsb

Hai thông tin này được tính toán từ dữ liệu đầu vào Cụ thể là từ vận tốc v của băng tải và lực kéo của băng tải F (Hình 3.3)

Hình 3.6 Hệ dẫn động băng tải

+ Công suất cần thiết trên trục động cơ Pct được xác định theo công thức sau:

P ct =P lv η Ở đây Plv và η lần lượt là công suất làm việc (tính trên trục công tác) và hiệu suất của cả bộ truyền (bao gồm hiệu suất của ổ lăn, hiệu suất của bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít-bánh vít, bộ truyền đai, bộ truyền xích ….)

P lv = F v 1000 η = η ol η br η đ … … Các giá trị hiệu suất này được tra trong bảng 2.3

Bộ truyền xích (Bộ truyền ngoài) Hộp giảm tốc (Bộ truyền trong) Động cơ

Hình 3.7 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền hoặc ổ

• Bộ truyền xích ŋ x = 0,93 ( Để hở )

• Bộ truyền bánh răng trụ trong hộp giảm tốc ŋ br = 0,97 ( Để kín )

+ Số vòng quay sơ bộ nsb trên trục động cơ được tính từ số vòng quay trên trục công tác (trục làm việc) nlv của băng tải (hoặc xích tải) Số vòng quay sơ bộ được xác định bởi công thức n sb = n lv u c n lv `000 v πD Công suất trên trục công tác:

Plv = F.v = 34,47 (W) Hiệu suất chung của hệ thống: η =ŋ ol ŋ ol ŋ ol ŋ ol ŋ br ŋ x = 0,99 0,99 0,99 0,99 0,97 0,93 = 0,87

Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Số vòng quay trên trục công tác: n lv = 60.v πD = 60.0.253 π.0,06 = 80,53 (v/ph)

- Cho hệ thống băng tải với D là đường kích tang quay

+ Số vòng quay sơ bộ nsb trên trục động cơ được tính từ số vòng quay trên trục công tác

(trục làm việc) nlv của băng tải (hoặc xích tải) Số vòng quay sơ bộ được xác định bởi công thức: n sb = n lv u c Trong đó: n lv = 80,53 (v/ph) u c : là tỉ số truyền chung của bộ truyền

- Với các yêu cầu trên, ta chọn động cơ SPG 40W S9I40GXH-12CE và hộp giảm tốc hộp giảm tốc

Hình 3.8 Động cơ SPG 40W S9I40GXH-12CE và hộp giảm tốc

+ Thông số động cơ và hộp giảm tốc:

▪ Động cơ SPG 40W S9I40GXH-12CE

▪ Dải điều chỉnh tốc độ: 90-1400 rpm

▪ Kích thước mặt bích động cơ vuông: 90mm

▪ Lắp được với các đầu giảm tốc 1/7,5có mã: S9KB7,5BH

Nguồn https://cnc24h.com/dong-co-spg-40w-s9i40gxh-12ce https://hoplongtech.com/products/s9kb7-5bh

- Ta có số vòng quay động cơ là 1200v/ph, qua hộp giảm tốc thì tốc độ còn lại là nđc = 160v/ph Số vòng quay lô chủ động (tang chủ động) là 80,53v/ph

- Tỷ số truyền thực tế: ux = 160

- Do sử dụng động cơ có hộp giảm tốc, nên : uc = ux = 1,99 (sử dụng truyền động xích)

Hình 3.9 Hệ dẫn động băng tải 1.Động cơ 2.Hộp giảm tốc 3.Bộ truyền xích 4.Băng tải

- Trục công tác (trục III):

3.1.4 Tính toán bộ truyền ngoài Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp cùng động cơ, do đó bộ truyền ngoài nên chỉ dùng bộ truyền xích, không nên dùng bộ truyền đai

❖ Chọn số răng đĩa xích:

- Bộ truyền ngoài sử dụng bộ truyền xích

▪ Số vòng quay đĩa xích chủ động n 1 = 160 (v/ph)

- Chọn loại xích: Xích ống – con lăn

Thông số Động cơ Công tác

- Chọn số răng đĩa xích:

Hình 3.10 Bảng lựa chọn số răng

▪ Số răng cho đĩa xích chủ động : z1 = 29 - 2.ux = 29 – 2.1,99 = 25,02 ≥ 19 ⇒ thỏa mãn

▪ Số rang cho đĩa xích bị động : z2 = ux.z1 = 1,99 27 = 53,73 ≤ zmax = 120

- Tỷ số truyền thực tế:

- Sai lệch tỷ số truyền:

Chọn bộ truyền thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ là:

Do vậy ta có thể tính: k z =𝑧 01

Với kn là hệ số vòng quay, ta thu được kn = n 01 n 1 = 200

160 = 1,25 Với hệ số k ta có: k = k 0 k a k đc k bt k đ k c

Hình 3.11 Bảng trị số của các hệ số thành phần trong hệ số dử dụng k

• k 0 – hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền Với 𝛽 = 30°, ta được k0 = 1

• k a – hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích Chọn 𝑎 = (30 ÷ 50)𝑝 ⇒ ka = 1

• k đc - Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích: kđc = 1,1

• k bt – Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn (điều kiện có bụi, bôi trơn không đủ): kbt = 1,8

• k đ – Hệ số tải trọng động: kđ = 1,2

• k c – Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền Với số ca làm việc là 2, kc = 1,25

Hình 3.12 Bảng công suất cho phép của xích con lăn

Tra bảng với điều kiện P t ≤ [P], ta chọn được bộ truyền xích:

▪ Công suất cho phép: [P] = 0,68kW = 680W

❖ Khoảng cách trục và số mắt xích

- Khoảng cách trục từ (30 ÷ 50) bước xích

- Chọn trục sơ bộ: a sb = 30𝑡 = 30 12,7 = 381(𝑚𝑚)

 Chọn số mắt xích là: 𝑥 = 102

- Tính lại khoảng cách trục a: a ∗ = t

- Để xích không quá căng thì cần giảm a một lượng: Δa = 0,003 a ∗ = 0,003 386,67 = 1,16(mm)

Hình 3.13 Bảng số lần va đập cho phép của các loại xích

- Số lần va đập của xích i: o Tra bảng với loại xích ống – con lăn, bước xích t = 12,7mm

⇒ Số lần va đập cho phép của xích là: [i] = 60 o i = z 1 n 1

❖ Kiểm nghiệm xích về độ bền s = Q k đ F t + F 0 + F v ≥ [s]

▪ k đ : Hệ số tải trọng động: k đ = 1,2

Tra bảng 3.11 với t = 12,7mm và B = 5,8mm ta được: o Q = 18,2kN o Khối lượng 1m xích: q = 0,65kg

▪ F v : Lực căng do lực ly tâm sinh ra

▪ F 0 : Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra

F 0 = 9,81 k f q a Trong đó: o k f là hệ số phụ thuộc độ võng của xích: do β ≤ 40 0 ⇒ k f = 4

Hình 3.14 Bảng các thông số của xích con lăn

Hình 3.15 Bảng trị số của hệ số an toàn

- [s]: Hệ số an toàn cho phép Tra bảng với t = 12,7mm, n 1 = 160 (v/ph) ta được [s] = 7,8 Suy ra: s = Q k d F t +F 0 +F v = 18200

❖ Xác định thông số đĩa xích

- Đường kính vòng chia: d 1 = t sin (π z 1 )

- Đường kính đỉnh răng: d a 1 = t [0,5 + cot (π z 1 )] = 12,7 [0,5 + cot (π

- Đường kính chân răng: d f 1 = d 1 − 2r = 109,4 − 2 4,33 = 100,74 (mm) d f 2 = d 2 − 2r = 218,42 − 2 4,33 = 209,76 (mm) Trong đó: r = 0,5025d1 + 0,05 ( với d1 là đường kính con lăn) Tra hình 3.11, ta được:

❖ Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc σ H = 0,47√k r (F t k đ + F vđ ) E

- kđ hệ số tải trọng động kđ = 1,2

- A là diện tích chiếu mặt tựa của bản lề (tra bảng 3.16)

- kr: Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích, tra bảng 3.15 theo số răng z1 = 27, ta được kr

- 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) o 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 ) E

Hình 3.16 Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A

Hình 3.17 Bảng hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích

Hình 3.18 Bảng vật liệu chế tạo đĩa xích và phương pháp nhiệt luyện

- Tra bảng 3.18 ta chọn vật liệu làm đĩa xích là thép C45 với các đặc tính là đĩa bị động có số răng z > 30, với vận tốc xích nhỏ (v < 3 m/s), có [σH] = 500MPa > σH = 150,53MPa → Thỏa mãn

❖ Lực do bộ truyền xích tác dụng lên nhông theo phương hợp với phương ngang 30° :

⇒ F r = 1,15 43,33 = 49,83 (N) Trong đó: k x : Hệ số kể đến trọng lượng của xích, k 𝑥 = 1,15 vì β ≤ 40 0

- Bảng các thông số của bộ truyền xích

Thông số Kí hiệu Giá trị

Loại xích Xích ống con lăn

Số răng đĩa xích nhỏ z1 27

Số răng đĩa xích lớn z2 54

Vật liệu đĩa xích Thép C45 Đường kích vòng chia đĩa xích nhỏ d1 109,4mm Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 218,42mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ da1 115mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn da2 224,4mm

Bán kính đáy r 4,33mm Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df1 100,74mm Đường kính chân răng đĩa xích lớn d f2 209,76mm

Lực tác dụng lên trục Fr 49,83N

3.1.4 Tính trục tang chủ, bị động/con lăn

❖ Đường kính trục sơ bộ :

- Chọn đường kính trục tang d = 60mm

- Lực do bộ truyền xích tác dụng lên trục tang Fr = 49,83N 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 [𝜏] ÷ 30 MPa d sb ≥ √ T ct

- Chiều rộng ổ lăn trên trục:

Hình 3.19 Bảng chiều rộng ổ lăn

- Chiều dài moay ơ đĩa xích: lm = (1,2 ÷ 1,5) dsb = (1,2 ÷ 1,5) 20 = 24 ÷ 30(mm)

Băng tải có chiều rộng W = 350mm

GB = CH = 15mm Đoạn trục lắp ổ lăn: FG = HI %mm Đoạn trục lắp bánh xích lớn: IJ Pmm

• BC = W + 2 1.5 ( vai trục chống trượt băng tải) = 350 + 3 = 353 (mm)

• Khoảng cách từ mép ổ lăn đến mép trục tang: chọn k1 = 23 mm

• Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến ổ lăn: chọn k3 = 53 mm

❖ Xác định lực tác dụng :

Hình 3.21 Sơ đồ đặt lực

- Các lực tác dụng : o 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 o Con lăn làm bằng thép, như vậy trọng lượng con lăn (lô dẫn) là :

2.1000) 2 7800 9,81 = 75,68 (N) o Lực kéo căng băng tải : F = 136,1N o Lực tác dụng lên đĩa xích:

❖ Tính đường kính các đoạn trục

2 + 𝐴𝐵)+ FDy.(AB + BC +CD) – F r xích (AB + BC + CD + DE) = 0

2 + 𝐴𝐵) - FDx.(AB + BC +CD) – F t xích (AB + BC + CD + DE) = 0

Hình 3.22 Biểu đồ momen của trục

Gọi đường kính các đoạn trục lắp đĩa xích, ổ lăn thứ nhất, băng tải, ổ lăn thứ hai lần lượt là d0, d1, d2, d3

Momen tổng, momen uốn tương đương:

• 𝑀 𝑡𝑑3 = 0 (𝑁𝑚𝑚) Đường kính trục tại các tiết diện theo công thức:

Hình 3.23 Bảng trị số của ứng suất cho phép 

Tra bảng với ứng suất cho phép của thép C45 chế tạo trục thì  = 63Mpa

Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau:

• d1 = d3 = 20mm (Đoạn trục lắp với ổ lăn)

• d0 = 15mm (Đoạn trục lắp với đĩa xích)

• d2 = d = 60mm (Đoạn trục lắp với băng tải)

❖ Kiểm tra trục theo độ bền mỏi

• [𝑠] - hệ số an toàn cho phép, thông thường [𝑠] = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ cứng [𝑠] 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:

𝐾 𝜏𝑑𝑗 𝜏 aj + 𝜓 𝜏 𝜏 𝑚𝑗 Trong đó  − 1 và  − 1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng Có thể lấy gần đúng:

•  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:

2𝑊 0𝑗 Với W j ,W 0 j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục

Hình 3.24 Bảng trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

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

𝐾 𝜎𝑑𝑗 , 𝐾 𝜏𝑑𝑗 là hệ số xác định theo công thức sau:

𝐾 𝑦 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

Hình 3.25 Bảng trị số của hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt K x

Với độ nhẵn Ra 2,5 0,63 m và  b = 600 Mpa ta có Kx = 1,06

• Ky - hệ số tăng bền trục, cho trong bảng 10.9 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 Ky = 1

• 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:

Hình 3.26 Bảng công thức tính momen cảm uốn W j và momen xoắn W oj

Do vị trí này lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi ra Chọn kiểu lắp k6

Hình 3.27 Bảng trị số 𝐾 𝜎 /𝜀 𝜎 và 𝐾 𝜏 /𝜀 𝜏 đối với bề bặt trục lắp có độ dôi

❖ 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 sơ đồ kích thước ổ: Với kích thước trục như hình và đường kính ngõng trục d = 20 mm, tra bảng ta chọn được:

• Khả năng tải động C = 5,14 kN

• Khả năng tải tĩnh Co = 3,12 kN

Hình 3.28 Bảng ổ bi đỡ một dãy (theo GOST 8338-75 )

• Khả năng chịu tải động

Tải trọng động quy ước:

Q = (XVF r + YF 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 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

Hình 3.27 Bảng hệ số tải trọng hướng tâm X 0 và hệ số tải trọng dọc trục Y 0

❖ Chọn và kiểm nghiệm then

Chọn then: then được lắp tại đĩa xích trên trục d = 15 mm

- Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 3 (mm)

- Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 2,3 (mm)

- Chiều dài then: l = (0,8÷0,9).lm = 20 ÷ 22,5(mm)

Hình 3.28 Bảng các thông số của then

Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:

Hình 3.29 Bảng ứng suất dập cho phép [ 𝜎𝑑 ] đối với mối ghép then

𝑑.𝑙.(ℎ−𝑡 1 ) ≤ [𝜎𝑑] Với [𝜎𝑑] là ứng suất dập cho phép Tra bảng 𝐵 9.5 178 [1] với dạng lắp cố định, vật liệu may ơ là thép làm việc va đập nhẹ, ta có [𝜎𝑑] 0Mpa

𝑑.𝑙.𝑏 ≤ [𝜏𝑐] Với [𝜏𝐶] là ứng suất cắt cho phép do làm việc va đập nhẹ gây nên: [𝜏𝐶] = (40÷60) MPa

Thông số Giá trị Đường kính đoạn trục lắp ổ lăn 20mm Đường kính đoạn trục lắp đĩa xích 15mm Đường kính đoạn trục lắp băng tải 60mm Ổ lăn 1000904

Chiều sâu trên trục 3mm

Chiều sâu rãnh then trên ỗ 2,3mm

Hệ thống xy lanh

3.2.1 Tính toán, lựa chọn xy lanh

- Lựa chọn xy lanh dùng trong hệ thống:

• Do yêu cầu làm việc cần xy-lanh tác động nhanh, hành trình làm việc không lớn, cố định nên chọn xy lanh tác dụng hai chiều sử dụng trong hệ thống Xy 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 xy-lanh: Hệ thống cấp phôi đẩy 3 phôi chồng lên nhau:

▪ Khối lượng lớn nhất của phôi: Qmax = 9,7 (kg)

▪ Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f = 0,4

▪ Hành trình làm việc cần thiết (đầu xylanh sát mép ngoài băng tải):

• Xác định áp lực do cần pít tông tạo ra:

▪ D: đường kính của xy lanh

▪ p1: áp suất làm việc, áp suất trong khoảng làm việc 4 - 6 bar, áp suất khoảng thoát khí tối thiểu 1,4 bar

▪ à: hệ số hiệu dụng của xy lanh

• Đa số xy 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 pít tông 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 = 3,6 (bar) = 3,5 (kg/cm 2 ) = 3,5.10 5

(N/m 2 ) (tính đến trường hợp sụt áp do rò rỉ)

 Để pít tông di chuyển được thì: F = p 1 π.D 2

Fms max: lực ma sát lớn nhất do sản phẩm gây ra

• Xy lanh băng tải đẩy một phôi

 Đường kính D của xy lanh:

• Xy lanh cấp phôi tự động: ống cấp phôi chứa 3 phôi

 Đường kính D của xy lanh:

 Với 2 thông số đường kính xy-lanh và hành trình, ta chọn được xy lanh với D = 20mm,

➢ Chọn xy-lanh của hãng AIRTAC: Xy-lanh Hơi Khí Nén AIRTAC MBL20x300

Hình 3.30 Xy-lanh Hơi Khí Nén AIRTAC

MBL20x300 Hình 3.31 Sơ đồ nguyên lý

▪ Tốc độ xy-lanh: 30 ~ 800mm/s

▪ Áp suất vận hành : 1 – 10 bar

▪ Lực đẩy lý thuyết ở 6 Bar:

• Hành trình về: 154,84N Nguồn: https://mecsu.vn/chi-tiet/xilanh-tron-mini-o20x300-pt18-airtac-tac-dong-kep-mbl20x300- s-ca.AEdjb

- Thời gian giữa 2 lần phân loại sản phẩm liên tiếp là:

 Chọn thời gian xy lanh đẩy sản phẩm t1 = 0,5s, thời gian xy lanh trở về vị trí ban đầu là t2 = 0,5s

Hình 3.32 Thời gian xy lanh đẩy 1 phôi

- Vận tốc của xy lanh khi đẩy sản phẩm là: v 1 = W t 1 = 300

- Vận tốc của xy lanh khi trở lại vị trí ban đầu là: v 2 = W t 2 = 300

0,5 = 600 (mm/s) Diện tích có ích của xi lanh là:

4 = 314,16 (𝑚𝑚 2 ) Lưu lượng khí nén cần cung cấp cho 1 xi lanh hoạt động trong 1 phút là:

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng 3 xi lanh

⇒ Dung tích bình khí nén cần thiết là: 𝑉 = 3𝑞 = 3 22,62 = 67,86 (𝑙)

Vậy cần lựa chọn bình khí nén có dung tích 80𝑙

XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG

Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp

- Xây dựng bản vẽ lắp 2D/3D

Hình 4.1 Bản vẽ lắp hệ thống

- Xây dựng các bản vẽ chế tạo các chi tiết chính

Hình 4.2 Bản vẽ bánh xích nhỏ

Hình 4.3 Bản vẽ bánh xích lớn

Hình 4.4 Bản vẽ trục chủ động