đồ án môn học thiết kế hệ thống cơ khí

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

Trang 1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

-ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Quang Hoàng

Trang 2

VIỆN CƠ KHÍ Học kỳ: 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Mã HP: ME4503

Ngày giao nhiệm vụ: …./…/2022; Ngày hoàn thành: …./…./2022Họ và tên sv:………MSSV………: Mã lớp: ………… Chữ ký SV: ………

5 Thông số hình học phôi:

 Hình trụ: = cm, h1 5 h2 = 7 cm, = cmh3 3

= cm, = cm, = cmd1 5 d2 5 d3 5

6 Trọng lượng phôi: Qmin = 0,2 kg; Qmax = kg5

7 Năng suất làm việc: = sp/phN 20

III Nội dung thực hiện:

1 Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật

- Tổng quan về hệ thống- Nguyên lý hoạt động

- Phân tích tính chất, đặc điểm của phôi/sản phẩm để lựa chọn phương pháp cấp phôi phù hợp

- Xác định các thành phần cơ bản và thông số/yêu cầu kỹ thuật của hệ thống

2 Tính toán và thiết kế

- Thiết kế các mô đun chức năng của hệ thống:+ Mô đun cấp phôi tự động

+ Mô đun băng tải

+ Mô đun phân loại: pít tông khí nén, van từ, sensor,

3 Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp

- Xây dựng bản vẽ lắp 2D/3D

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

4 Mô phỏng nguyên lý hoạt động (động học)

Mục lục

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết Tự động 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 trìnhsản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, 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 ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phân loại sản phẩm.

Việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động vào quá trình phân loại sản 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 trong nước Chính vì vậy, đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” trở thành một đề tài tiềm năng để 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.

Trong quá trình làm đồ án môn học, em đã tuân theo đầy đủ các bước trong tài liệu hướng dẫn và sự chỉ bảo của GVHD để hoàn thiện đồ án môn học đúng tiến độ, tuy nhiên lần đầu làm đồ án không thể tránh được những thiếu sót hạn chế, kính mong được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn.Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quang Hoàng trong đồ án môn học này!

Trang 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 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 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 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 nhucầu 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 dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều màu sắc 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,

- 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 thủy, hải sản.

- 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.

Trang 5

- 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.

1.2 Các hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay

1.2.1 Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Khái niệm : 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,

Nguyên lý hoạt đông: Hệ thống hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để

xác định chiều cao của sản phẩm Vật sau khi được đẩy vào băng tải thông qua hệthống xylanh vật sẽ được đi qua các cảm biến gắn trên các vị trí của băng tải theothứ tự Khi cảm biến phát hiển vật thì hệ thống xylanh sẽ đẩy vật vào thùng hàngphù hợp theo chiều cao đã được cài đặt từ trước đó

Sau đó dùng cơ cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao, khác nhau Cơ cấu chấp hành có thể là xylanh đẩy, cần gạt được dẫn động từ động cơ,…

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 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.

- 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 phễu chứa phôi để dẫn phôi vào băng tải.

- Sử dụng 3 xilanh để cấp phôi và phân loại sản phẩm, cùng với 3 sensor gắn vàocác vị trí xilanh

- 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 xilanh 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.

Trang 6

Hình 1.1 Hình ảnh hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hình 1.2 Hình ảnh sơ đồ hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều

trong các ngành công nghiệp:

- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.

- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.

1.2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng

Khái niệm : Phân loại sản phẩm theo khối lượng là phương pháp này dựa vào

khối lượng của sản phẩm mà phân loại, thường gặp nhiều trong chế biến thủy, hảisản.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

Vật được cấp phôi thông qua hệ thống cấp phôi tự động bằng xylanh thông qua hệ thống cần đẩy, vật được đưa tới vị trí cân loadcell sau khi tín hiệu cân xong vật được đẩy vào băng tải và thực hiện quá trình phân loại dựa vào hai vị trí cần

Trang 7

gạt được gắn trên băng tải để phân loại vật theo các khối lượng cân vừa cân được.

VD : Hệ thống phân loại sản phẩm gồm 3 sản phẩm với các khối lượng khác nhau như : 100gam, 200gam, 500gam

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng

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 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.

- 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.

Trang 8

- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm.- Sử dụng 1 hệ thống cấp phôi tự động cho băng tải

- Đặt phễu chứa phôi để dẫn phôi vào băng tải tạo ra hệ thống cấp phôi tự động - Bàn cân loadcell để cân vật sau khi đưa từ hệ thống cấp thôi

- Sử dụng 3 xilanh để cấp phôi và phân loại sản phẩm, cùng với 3 sensor gắn vào các vị trí xilanh để đẩy các sản phẩm vào thùng hàng phù hợp

1.2.3 Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Khái niệm: Phân loại sản phẩm theo khối lượng là phương pháp này dựa vào

màu sắc của sản phẩm mà phân loại, thường gặp nhiều trong chế biến nông sản

Nguyên lý hoạt động của hệ thống : Hệ thống hoạt động trên nguyên lý dựa vào

phương pháp nội suy màu thông qua cảm biến màu sắc được gắn ở trên đầu của băng tải , khi sản phẩm được đưa vào thông qua hệ thống cấp phôi tự động cảm biến màu sắc sẽ sử dụng phép nội suy để thu được màu sắc của sản phẩm , sau đóthông qua bộ xử lý để đưa ra cơ cấu chấp hành phân loại màu ở phía sau băng tải Hệ thống cảm biến và xylanh sẽ đẩy các sản phẩm theo màu sắc vào các ô đã được đặt trước , sản phẩm đặt yêu cầu sẽ được đi vào cuối băng của băng tải VD : Hệ thống phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc : vàng , đỏ , xanh

- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm.- Sử dụng 1 hệ thống cấp phôi tự động cho băng tải

- Đặt phễu chứa phôi để dẫn phôi vào băng tải tạo ra hệ thống cấp phôi tự động - Cảm biến màu sắc sẽ thu tín hiệu và đưa về bộ xử lý của hệ thống

- Sử dụng 3 xilanh để cấp phôi và phân loại sản phẩm, cùng với 3 sensor gắn vào các vị trí xilanh để đẩy các sản phẩm vào thùng hàng phù hợp

Trang 9

Hình 1.5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống phân loại theo màu sắc

Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều

trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động.

Trang 10

1.2.4 Phân loại sản phẩm theo hình dáng

Khái niệm: Phân loại sản phẩm theo hình dáng là phương pháp dựa vào hình

dáng khác nhau của vật thể để đưa ra thuật toán phân loại các vật thể đó , phươngpháp thường được sử dụng cho phân loại các sản phẩm nông sản,

Hình 1.7 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dáng của vật thể

Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Trên băng chuyền sẽ thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.

- Các rơ le trung gian.

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.- Nút nhấn.

Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất

nhiều ngành công nghiệp:

Trang 11

- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…

- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.

1.2.5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch

CHƯƠNG 2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG2.1 Băng tải

Trong sản xuất công nghiệp băng tải được ứng dụng rộng rãi để vận chuyểnhàng hóa 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 táichế 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 quantrọng trong việc tự động linh hoạt sản xuất, tăng năng xuất, giải phóng sức lao động của con người.

Hình 1.8 Cấu tạo chung của băng tải

1 - Băng tải, 2 - Trục chủ động, 3 - Trục bị động, 4 - Hệ thống đỡ (giá đỡ, conlăn,…), 5 - Bộ căng đai

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:

Trang 12

Bảng 1.1 Một số loại băng tải và phạm vi sử dụng

Hình 1.9 Mô hình băng tải thực tế

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

Trang 13

+ 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

Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệmvụ vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài tôi đã lựa chọn loại băng tải dây đai vớinhững 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 quaƯu 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 dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm.

2.2 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

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 hỏi 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: + Dây xích.

+ Nhông xích(còn gọi là đĩa xích).