đồ án môn học thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóahiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tựđộng các quá trình sản xuất, gia công, chế biến sản p

111Equation Chapter 1 Section 1 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ

NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ – KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

- -  

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

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

Hà Nội, năm 2023 Sinh viên thực hiện: Đồng Văn Giang 20205300

GVHD: TS Nguyễn Anh Tuấn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI SME.EDU - Mẫu 6.a

2023 - 2024

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

Thời gian thực hiện: 16 tuần; Mã đề:

Ngày 10/10/2023

ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN

(ký, ghi rõ họ tên)

HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

Ngày 10/10/2023

NGƯỜI RA ĐỀ

(ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Anh Tuấn

Ngày 10/10/2023

CB Hướng dẫn

(ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Anh Tuấn

Ngày giao nhiệm vụ: 10/10/2023; Ngày hoàn thành: / /2024

Họ và tên sv:……….………MSSV: ………… Mã lớp: ………… Chữ ký

sv: ……

I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

II Số liệu cho trước:

1 Hệ thống cấp phôi tự động

2 Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: Khí nén/ thủy lực

3 Nguồn lực quay băng tải: Động cơ điện

4 Bộ truyền ngoài: Xích/ Đai

5 Thông số hình học phôi:

b1=l1=b2=l2=b3=l3=…mm,

h1=…mm, h2=…mm, h3=…mm

d1=d2=d3= … mm

h1=…mm, h2=…mm, h3=…mm

6 Vật liệu phôi:

7 Năng suất làm việc: = … sp/ph, Phạm vi điều chỉnh năng suất ( N [%]): N 

III Thuyết minh.

1 Phân tích, thiết kế nguyên lý động học - điều khiển và thông số kỹ thuật

2 Tính toán thiết kế động học hệ thống cơ - điện – thủy / khí

3 Tính toán thiết kế động lực học hệ thống cơ, điện, khí nén

IV Bản vẽ

1 Bản A0 (Sơ đồ động học và bố trí cảm biến, Grafcet, Mạch động lực khí nén/

thủy lực, Bản vẽ lắp ráp hệ thống)

2 Bản chi tiết (Giảng viên hướng dẫn chỉ định)

ờ nói đầầu

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 trình sản 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 Anh Tuấn trong đồ án môn học này!

M C L C Ụ Ụ

CH ƯƠ NG 1 H thốống phần lo i s n ph m ệ ạ ả ẩ

1.1 Khái ni m ệ

Hệ thống phân loại sản phẩm là một hệ thống cơ – điện (có thể bao gồm cả thủy lực – khí nén) tự động phân loại sản phẩm theo một hoặc một số đặc điểm như: màu sắc, chiều cao, trọng lượng, Sản phẩm sau phân loại sẽ được đưa đến thùng chứa hoặc đến công đoạn tiếp theo của quá trình sản xuất Việc

sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm giúp tăng tính tự động của quá trình sản xuất, giảm nhân lực con người trong quy trình phân loại Hơn nữa, hệ thống còn giúp tăng tốc độ phân loại, nâng cao năng suất

Một số hệ thống phân loại sản phẩm phổ biến hiện nay: phân loại sản phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm theo khối lượng, phân loại sản phẩm theo màu sắc và phân loại sản phẩm theo kích thước

Hnh 1.Phân loại sản phẩm theo mã vạch

Phân loại sản phẩm theo mã vạch: sử dụng để phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dãn mã vạch barcode hoặc qrcode Thông tin sản phẩm được lưu trên mã vạch, hệ thống dễ dàng dựa vào thông tin đó để tiến hành sàng lọc và lựa chọn, đưa sản phẩm đến vị trí tập kết theo yêu cầu

Hnh 2 Phân loại cam theo khối lượng

Phân loại sản phẩm theo khối lượng: ứng đụng đa dạng các loại sản phẩm theo nguyên tắc kiểm tra khối lượng sản phẩm, sau đó phân loại sản phẩm theo khối lượng yêu cầu Được dùng trong phân loại thực phẩm, nông sản, thủy hải sản,

Hnh 3.Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Phân loại sản phẩm theo màu sắc: sử dụng cảm biến hình ảnh và công nghệ vision xử lý ảnh, có thể phân biệt được màu sắc của sản phẩm Từ đó dựa vào thuật toán xử lý ảnh để phân biệt các loại sản phẩm theo yêu cầu Ứng dụng

đa dạng từ nông nghiệp, công nghiệp, hóa dầu, linh kiện điện tử,

Hnh 4.Phân loại trứng, cà chua theo kích thước

Phân loại sản phẩm theo kích thước: dựa trên kích thước của sản phẩm (chiều cao, chiều rộng, độ dày, hình dạng, ) Có thể sử dụng camera hoặc các cảm biến có thể xác định kích thước như: cảm biến hồng ngoại, cảm biến tiệm cận, cảm biến khoảng cách, cảm biến siêu âm, để phân loại sản phẩm Một số sản phẩm có thể phân loại kích thước chỉ dựa trên hệ thống cơ khí đơn thuần

mà không cần đến các cảm biến điện tử Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước được ứng dụng nhiều trong nông nghiệp và công nghiệp

Một số ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế:

- Phân loại trái cây theo khối lượng

- Phân loại phôi đầu vào của quá trình cắt gọt cơ khí theo chiều dài phôi

- Phân loại mức độ chín của cà chua sử dụng cảm biến hình ảnh

- Kiểm tra các chi tiết gia công cơ khí có bị lỗi hay không

1.2 Yêu cầầu h thốống ệ

Về cơ bản hệ thống phân loại sản phẩm gồm 4 thành phần chính: phần cấp phôi, băng chuyền, vùng nhận dạng và vùng phân loại

Phần cấp phôi là nơi chứa và đưa phôi (hoặc sản phẩm cần phân loại) vào đầu băng truyền Đảm bảo phôi được đưa vào liên tục trong quá trình hệ thống phân loại hoạt động Phôi sau khi được cấp vào sẽ được băng truyền lần lượt đưa đến vùng nhận dạng và vùng phân loại

Tại vùng nhận dạng, các cảm biến được bố trí sẽ xác định thuộc tính cần phân loại của phôi, xác định phôi thuộc loại nào Phôi sau khi được nhận dạng sẽ được đẩy đến vùng phân loại Tại đây, dựa vào loại phôi đã được xác định tại vùng nhận dạng, phôi được đẩy đến vị trí tập kết tương ứng

Một số hệ thống sử dụng cụm nhận dạng – phân loại liên tiếp: sẽ có nhiều cụm nhận dạng – phân loại được lặp dọc theo băng chuyền Sản phẩm đi qua lần lượt các cụm này được vùng nhận dạng kiểm tra Nếu thỏa mãn điều kiện thì sẽ lập tức được vùng phân loại đẩy ra ngay lập tức Còn nếu không sẽ đi tiếp đến các cụm nhận dạng – phân loại tiếp theo

Để đảm bảo hệ thống được hoạt động liên tục, các thành phần của hệ thống cần đảm bảo một số yêu cầu cụ thể

- Vùng cấp phôi: phải nhận biết được còn phôi hay không, phôi cấp vào phải liên tục, ngoài ra còn cần đảm bảo được vị trí của phôi khi cấp vào: phôi đứng, không bị đổ

- Băng tải: hoạt động với số vòng quay, tốc độ ổn định; có khả năng chịu được tải trọng của phôi trong quá trình hoạt động; có thể điều chỉnh được tốc độ nhằm mục đích nâng cao năng suất; hệ thống dẫn động băng tải tới động cơ đảm bảo an toàn, nhất là trong trường hợp bị quá tải

- Vùng nhận dạng: chủ yếu sử dụng các cảm biến để nhận dạng phôi nên tùy theo loại hình dáng muốn nhận dạng mà lựa chọn loại cảm biến

phù hợp Ngoài ra, dựa vào độ chính xác của kích thước muốn nhận dạng, biên độ nhận dạng để lựa chọn cảm biến có thông số phù hợp

- Vùng phân loại: sử dụng hệ thống thủy lực – khí nén Đảm bảo lực để đẩy phôi ra khỏi băng truyền, thời gian tác động lực vào phôi sao cho khi phôi đến vị trí phân loại được đẩy ra kịp thời, không bị trôi

1.3 Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ

Hệ thống phân loại sản phẩm có thể hoạt động ở 2 chế độ: chế độ tự động và chế độ điều khiển bằng tay

a Chế độ tự động

Giai đoạn 1: cấp phôi

Hệ thống cấp phôi kiểm tra xem kho chứa phôi còn phôi để cấp cho băng truyền không Nếu có, bittong đẩy phôi vào băng truyền; nếu không có, hiện thông báo người dùng cấp thêm phôi

Kho chứa phôi là một ống trụ, chứa các phôi trụ đặt thẳng đứng Có lắp 1 cảm biến tiệm cận ở thành trụ để kiểm tra xem trong kho còn phôi không

Giai đoạn 2: đưa phôi đến các vị trí nhận dạng, phân loại bằng băng tải

Hnh 7 Băng tải vận chuyển phôi

Phôi được dẫn truyền trên băng tải, đến các vị trí phân loại lần lượt 71mm và 66mm Cảm biến tại các vị trí này sử dụng là cảm biến hồng ngoại, được gá với

khung ở một độ cao lần lượt là 70mm và 65mm Khi vật đi qua có độ cao lớn hơn

độ cao gá cảm biến, pittong sẽ lập tức đẩy vật ra khỏi băng truyền Ngược lại, nếu vật ở độ cao thấp hơn, sẽ đi qua được Vật có chiều cao thấp nhất 61mm sẽ rơi xuống cuối băng truyền Các quá trình diễn ra liên tục, cho đến khi hết phôi,

sẽ có thông báo cấp thêm phôi để hệ thống tiếp tục hoạt động Khi phôi hết, băng truyền tiếp tục đưa phôi cuối cùng đến vị trí phân loại, sau đó băng tải mới dừng hoạt động

Hnh 8 Kết nối băng tải, hộp giảm tốc, động cơ

Băng tải được nối với hộp giảm tốc thông qua dây đai Hộp giảm tốc được nối với động cơ, có vai trò thay đổi tốc độ đầu ra của động cơ để phù hợp với năng suất lựa chọn Ngoài ra, động cơ cũng có thể được thay đổi tốc độ thông qua bộ điều khiển điện tử để đảm bảo năng suất

Như vậy năng suất của hệ thống có thể thay đổi thông qua việc điều chỉnh tốc độ của động cơ, hoặc điều chỉnh tỉ số truyền của hộp giảm tốc, hoặc điều chỉnh tỉ số truyền giữa 2 cặp bánh đai nối giữa băng tải và hộp giảm tốc

b Chế độ điều khiển bằng tay:

Chủ yếu dùng để kiểm tra từng bộ phận có hoạt động bình thường hay không Khi chương trình thực hiện chế độ này, sẽ có bảng điều khiển bật/tắt các bộ phận:

Xy lanh tại các vị trí cấp phôi, vị trí đẩy phôi 71mm, vị trí đẩy phôi 66mm

2 cảm biến hồng ngoại

Thay đổi tốc độ của động cơ, xem hệ thống có ổn định khi băng tải di chuyển với tốc độ cao hay không, từ đó tinh chỉnh tốc độ đẩy của pittong cho phù hợp

CH ƯƠ NG 2 Tính toán, thiêốt kêố đ ng h c, điêầu khi n h thốống ộ ọ ể ệ 2.1 Các thành phầần v t lý c a h thốống ậ ủ ệ

Các thành phần vật lý của hệ thống: hệ băng tải, hệ truyền động băng tải, khối cảm biến, hệ cấp phôi, pittong khí nén và khối điều khiển Các khối được gá đặt trên khung thép

Hệ băng tải gồm: khung băng tải làm từ nhôm định hình hoặc thép sơn tĩnh điện, inox, ; dây băng tải làm từ PVC hoặc PU; cơ cấu chuyển động bao gồm rulo kéo, con lăn đỡ, nhông xích

Hệ truyền động băng tải sử dụng bánh đai, dây đai tạo tỉ số truyền theo yêu cầu; băng tải được truyền chuyển động qua động cơ DC gắn liền với hộp giảm tốc Khối cảm biến: sử dụng 3 cảm biến hồng ngoại (IR sensor), 1 cảm biến lắp trong

hệ thống cấp phôi xác định thùng chứa còn phôi hay không, 2 cảm biến lắp dọc băng tải để xác định loại phôi cao và phôi trung bình

Hệ cấp phôi là một khối trụ bằng ống nhựa, chứa được 3 phôi Khi phôi hết sẽ được thêm vào bằng tay

Pittong khí nén: sử dụng 3 pittong khí nén, 1 pittong lắp ở hệ cấp phôi, 2 pittong

ở vị trí đẩy phôi cao và phôi trung bình

Khối điều khiển: sử dụng PLC S7-1200, đây là dòng PLC phổ biến và thông dụng trên thị trường, phù hợp với hệ thống nhỏ như mô hình băng tải

2.2 Grafet mố t ho t đ ng h thốống ả ạ ộ ệ

CH ƯƠ NG 3 Tính toán, thiêốt kêố đ ng l c h c h thốống ộ ự ọ ệ 3.1 H thốống băng t i ệ ả

Số liệu thiết kế: ASP 1.12

Thông số hình học phôi:

Hình trụ:

Vật liệu phôi: thép CT3 ()

Khối lượng phôi:

Năng suất làm việc: N = 30 sp/phút

Phạm vi điều chỉnh

Nguồn dẫn động băng tải: động cơ điện

Tính các thông số hình, động học băng tải

Từ các thông số đầu vào, lựa chọn kích thước đai của băng tải như sau: Chiều rộng đai W > 61mm, chọn W = 73,2mm

Khoảng cách giữa 2 phôi: x > 61mm, chọn x = 122mm

Chiều dài băng tải chọn L = 366 mm

Băng tải sử dụng khung thép, dây băng tải PU Dây băng tải PU: có độ dày đa dạng từ 0,7-3mm, có khả năng chịu mài mòn tốt, chống tĩnh điện, chống dầu, chống thấm, trọng lượng nhẹ, chịu được tác động từ môi trường tốt Ứng dụng dây băng PU làm băng tải chuyển hàng trong nhiều ngành sản xuất như thực phẩm, dược phẩm, lắp ráp linh kiện điện tử,

Tính lực kéo băng

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 Si (i = 0 -3), với S0 là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn

Các lực cản chuyển động của băng:

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

: trọng lượng 1m dải băng

L: chiều dài băng

: là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây; được xác định từ thực nghiệm, : Lực cản trên đoạn uốn công qua tang bị động từ điểm 1 đến 2

: là hệ số cản trên tang đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng

: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 2 đến điểm 3

: là trọng lượng 1m dải băng

: là tổng trọng lượng tải đặt trên băng