Đặc biệt trong nền sản xuất kinh tếthị trường ngày nay, việc thay đổi mẫu mã sản phẩm để nâng cao sức cạnh tranh là mộtnhu cầu bức thiết điều đó càng đòi hỏi các hệ thống sản xuất tự độn
TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Khái niệm và ứng dụng
- 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.
- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm:
Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có sự tham gia của con người hay không mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi xử lí
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.
Theo trọng lượng, kích thước bên ngoài.: phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang.
Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiều thuật toán và hướng giải quyết khác nhau cho mỗi sản phẩm đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ nhau.
1.1.3 Ứng dụng Ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế : Máy phân loại dựa màu sắc a, Cấu tạo
Hình 1.1: Cấu tạo cơ bản của máy tách màu
Bộ rung: nguyên liệu đổ xuống bộ rung sẽ được phân bổ xuống máng Độ rung nhanh hay chậm sẽ quyết định năng suất của máy tách màu nhiều hay ít.
Máng: là bộ phận định hình dòng chảy cho nguyên liệu
Camera: quan sát và ghi lại hình ảnh của từng hạt nguyên liệu, sau đó gửi thông tin cho hệ thống CPU xử lý.
Hộp quang học (hộp camera trước và sau): phía trước máy có 2 dãy đèn led trên,
1 dãy đèn led dưới và 1 đèn bảng nền hỗ trợ cho camera phía sau
Hệ thống CPU điều khiển: là nơi phân tích hình ảnh của camera gửi về, khi phát hiện hạt phế phẩm, hệ thống CPU sẽ truyền thông tin cho súng hơi.
Súng hơi: nhận thông tin từ hệ thống CPU sẽ thổi một lượng hơi vừa đủ để đẩynhững hạt phế phẩm ra ngoài.
Lọc khí: để lọc nước, dầu, dị vật trong không khí nhằm đảm bảo nguồn khí sạchcung cấp cho Súng hơi. b, 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 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…
- Nguyên liệu từ phễu cấp liệu sẽ chảy vào bộ rung và được bộ này phân bố đều vào các máng.
Máng rãnh giúp định hình dòng nguyên liệu.
Khi rời máng, dòng nguyên liệu sẽ được camera quan sát và ghi nhận hình ảnh, sau đó gửi thông tin về hệ thống CPU điều khiển CPU phân tích hình ảnh và phát hiện phế phẩm truyền thông tin đến súng hơi Súng hơi thổi một lượng hơi vừa đủ để đẩy hạt phế phẩm ra ngoài, những hạt thành phẩm theo quán tính sẽ rơi vào phễu thành
Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ
- Băng tải phân loại hay băng tải chia chọn sản phẩm và hệ thống băng tải luôn là sự lựa chọn hàng đầu trong các ngành sản xuất và vận chuyển
- 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
Cấu tạo: Đặc điểm của một vài loại băng tải a, Băng tải mini
- Có thiết kế form dáng nhỏ gọn, dễ sử dụng, phù hợp với cả những không gian nhỏ hẹp nên đây được coi là loại băng tải chuyên dụng nhất Vậy băng tải mini có gì ưu việt:
+ Băng tải mini có tốc độ vận chuyển khá nhanh, khoảng 25-100m/phút
+ Hiệu suất làm việc khá cao có thể lên tới 30-150m3/giờ
+ Được tích hợp nhiều công nghệ hiện đại, đẩy nhanh quy trình sản xuất, góp phần giải phóng sức nhân công và đem lại độ chính xác cho sản phẩm, đem lại hiệu quả cao. b, Băng tải cao su
- Băng tải cao su là thiết bị quan trọng và không thể thiếu trong các hệ thống truyền tải, giúp tải vật liệu tại các nhà máy, xí nghiệp, các đơn vị sản xuất gạch, ngói, xi măng,
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
CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG
Băng tải
- Băng tải phân loại hay băng tải chia chọn sản phẩm và hệ thống băng tải luôn là sự lựa chọn hàng đầu trong các ngành sản xuất và vận chuyển
- 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
Cấu tạo: Đặc điểm của một vài loại băng tải a, Băng tải mini
- Có thiết kế form dáng nhỏ gọn, dễ sử dụng, phù hợp với cả những không gian nhỏ hẹp nên đây được coi là loại băng tải chuyên dụng nhất Vậy băng tải mini có gì ưu việt:
+ Băng tải mini có tốc độ vận chuyển khá nhanh, khoảng 25-100m/phút
+ Hiệu suất làm việc khá cao có thể lên tới 30-150m3/giờ
+ Được tích hợp nhiều công nghệ hiện đại, đẩy nhanh quy trình sản xuất, góp phần giải phóng sức nhân công và đem lại độ chính xác cho sản phẩm, đem lại hiệu quả cao. b, Băng tải cao su
- Băng tải cao su là thiết bị quan trọng và không thể thiếu trong các hệ thống truyền tải, giúp tải vật liệu tại các nhà máy, xí nghiệp, các đơn vị sản xuất gạch, ngói, xi măng,
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 các đơn vị khai thác cát, sỏi,khai thác than, khoáng sản, trong ngành sản xuất thép, nhà máy nhiệt điện …
- Đặc điểm cấu tạo của băng tải cao su:
+ Dây băng tải có cấu tạo lõi thép làm nên có độ bền kéo và độ dãn dài
+ Dây băng tải có cấu tạo hai lớp cao su, một lớp bao phủ ở phía trên và một lớp bên phủ phía dưới băng để bảo vệ lõi thép và các đặc tính của băng tải
+ Để đảm bảo băng tải có thể hoạt động an toàn và sử dụng lâu dài trong điều khiện làm việc khắc nghiệt, thì tất cả các lớp cao su bao phủ phải được khử tĩnh điện và khử ozone.
+ Ứng dụng băng tải cao su giúp giảm sức lao động của con người, tăng năng suất, và nâng cao hiệu suất công việc c, Băng tải xích
- Là loại băng tải thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp, nhất là trong ngành thực phẩm.
- Ngoài ra băng tải xích còn được sử dụng trong các khâu hoàn tất kim loại hay ngành công nghiệp phân phối, hoặc ngành ô tô.
- Băng tải xích và những đặc điểm nổi trội:
+ Thích hợp sử dụng trong nhiều điều kiện môi trường làm việc do sử dụng vật liệu inox 304 có độ bền cao, chịu tải tốt, chịu sự bào mòn tốt.
+ Vận chuyển được những vật liệu có kích thước lớn với hiệu suất cao
+ Băng tải có tuổi thọ cao, sử dụng tiết kiệm chi phí, và vận hành trơn tru, liên tục trong suốt quá trình hoạt động, có hiệu xuất làm việc cao, tiết kiệm thời gian sản xuất cũng như sức người
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 một 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:nhiệtđộ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm theo thời gian.
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.
Trong phạm vi đồ án, em sử dụng bộ truyền xích vì:
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:
Van khí nén
Trong đồ án này em chọn cơ cấu sinh lực bằng khí nén để tạo ra lực đẩy phôi Chọn cơ cấu xilanh 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.
Dễ tìm mua trên thị trường.
- Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lương bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vi vtrí 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 2.4 : 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 xilanh. Ở đầu ra 3 và 5 của van ta sử dụng van tiết lưu một chiều để điều chỉnh lưu lượng ra của xylanh, tức là điều chỉnh lực đẩy phôi ra khỏi băng tải.
Cảm biến
- Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó.
- 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 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 transitorthu 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.
Động cơ
- Một số loại động cơ: Động cơ điện một chiều. Động cơ điện xoay chiều Động cơ bước Động cơ servo
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.
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 1: T trừ ường c a rotor cùng c c v i stator, sẽẽ đ y nhau t o ra ủ ự ớ ẩ ạ chuy n đ ng quay c a rotorể ộ ủ
Pha 3: B ph n ch nh đi n sẽẽ đ i c c sao cho t trộ ậ ỉ ệ ô ự ừ ường gi a stator ư và rotor cùng dâếu, tr l i pha 1ở ạ
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 tải
- Thông số đầu vào : Đề số VCK01-09
+ Thông số hình học phôi/sản phẩm trên băng:
Hình trụ: h1\m; h2lm; h3 d1Lm; d2Lm; d3Lm
+ Khối lượng phôi: Qmin =0.5kg; Qmax=6.5kg
+ 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 :
Số sản phẩm có trên băng tải tại một thời điểm Đường kính của sản phẩm
Khoảng cách giữa 2 mép gần nhau nhất của 2 sản phẩm
Thời gian phôi đi hết chiều dài băng tải v (m/s) t (s)
Năng suất cần đạt N = 25( sp/ph ) ( sp/s )
Từ đó suy ra : y ≤ ; t = 2,4.n ; v = Ta có bảng số liệu : n (sp) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y
Chọn : n = 5 y ≤ 200 (mm) => Chọn y = 200 (mm) t = 12 (s) v = 83,33 (mm/s)
Thời gian sản phẩm chuyển động được quãng đường y phải lớn hơn 1 chu trình của pít -tông.
Ta có bất phương trình :
Trong đó: x là khoảng cách giữa tâm 2 sản phẩm cạnh nhau. x = y + d = 200 + 40 = 240 ( mm ) v là vận tốc băng tải (mm/s). v1 là vận tốc của pít tông (mm/s).
M là khoảng từ xy lanh đến mép băng tải ( Chọn M = 0 mm ).
Chọn v bằng cách tra đồ thị xy-lanh hãng FESTO :1
Hình 3.3 Đồ thị vận tốc theo hành trình xilanh.
Chọn hành trình 200 mm, Q = 6,5 kg max v1 = 0,5 m/s = 500 mm/s Thay các số liệu vào phương trình (4) ta có :
W < 720 ( mm ) Như vậy, chiều rộng băng tải có thể lấy trong khoảng khá rộng (< 720 mm ) do v >> v.1 Để phù hợp với đường kính sản phẩm cũng như dễ dàng thiết kế :
- Chọn băng tải: BĂNG TẢI PVC ĐEN DÀY 3MM
Băng tải dây đai cao su.
Số sản phẩm trên băng tải trong 1 đơn vị thời gian: n = 5 ( sp ).
Vận tốc băng tải: v = 83,33 mm/s
Khối lượng phôi lớn nhất: 5.6,5= 32,5 (kg).
Khối lượng phôi nhỏ nhất: 5 0,5 = 2,5 (kg).
Chiều dài băng tải : L = 1000 ( mm ).
Chiều rộng băng tải : W = 100 ( mm ). Độ dày băng tải : H = 3 ( mm ).
- Theo yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng 0,5 – 6,5 kg nên lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao su có khối lượng riêng là ρ = 1250 kg/m3 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
- Phân tích lực tác dụng trên băng tải
+ Lực căng băng ban đầu
- Màu săếc băng t iả :Đẽn
- Chiêều dày băng t iả: 3mm
- Lo i băng t iạ ả: Lo i thạ ường
- Đường kính rulo nh nhâếtỏ : 60 mm
- Tr ng lọ ương băng t iả: 3.3 kg/m² Hinh 3.4 : Băng PVC đẽn dày
+ 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 (i = 0 -Si
3), với là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫnS0
- Các lực cản chuyển động của băng:
W0/1: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1
W0/1 = Lw=ρ.W.H.g.L.w50.0,003.0,2.9,81.1,000.0,3=2,21(N) q0: là trọng lượng 1 m dài băng
L: là chiều dài băng 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 Chọn =0,06ξ
W2/3 : Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3.
W2/3 = (q L + Q )w0 t =(1250.0,003.0,2.9,81+32,5.9,81).0,3,85(N) q : là trọng lượng 1 m dài băng0
Qt: là tổng trọng lượng tải đặt trên băng
Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang bang
Như vậy để xác định được lực kéo ta cần biết giá trị của Lực có thể xác định từF S0 S0 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)
Công suất yêu cầu trên trục tang
- 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 bảng tải và lực kéo của băng tải F (Hình 3.3).
Hình 3.6: Hệ thống động băng tải + Công suất cần thiết trên trục động cơ được xác định theo công thức sau:Pct Ở đây Plv và 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 ….)
Các giá trị hiệu suất này được tra trong bảng 2.3 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ [1].
+ Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ được tính từ số vòng quay trên trục công tácnsb
(trục làm việc) của băng tải (hoặc xích tải) Số vòng quay sơ bộ được xác định bởinlv công thức cho hệ thống băng tải với là đường kích tang quayD
Công suất trên trục công tác :
Hiệu suất chung của hệ thống:
Công suất cần thiết trên trục động cơ
Số vòng quay trên trục công tác
Tỉ số truyền chung của hệ Tra bảng 2.4 [1] chọn u=3
Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ:
Vậy đến đây ra đã có đủ 2 thông tin để chọn động cơ gồm
Ta chọn động cơ DKM Motor 8SDGE-25G
Hình 3.7: động cơ DKM Motor 8SDGE-25G
Kích thước mặt bích động cơ vuông 80mm. Đường kính trục ra động cơ rãnh răng gắn với hộp giảm tốc F10mm. Động cơ thay đổi tốc độ có công xuất từ 6W đến 180W dùng bộ điều khiển tốc độ FX1000A.
Tốc độ thay đổi từ 90 đến 1400 vòng/phút.
Ta có số vòng quay động cơ là 1400 vòng /phút , qua hộp giảm tốc còn lại 70 v/ph Số vòng quay trục công tác là 26 v/ph
Thông số Động cơ Công tác
3.1.4 Tính toán chọn 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 Dữ liệu ban đầu để tính toán bộ truyền xích bao gồm:
- Số vòng quay đĩa xích chủ động n1pv/ph
- Tỉ số truyền u=2,69 a, Chọn loại xích : xích ống con lăn b, Xác định thông số:
Dựa bảng 5.4: z1 = 29 – 2u = 29 – 2.2,69 = 23,62>19 (thõa mãn) -> z1 = 23 z2 = u.z1 = 2,69.23 = 61,87 z2 = 61
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: và
Pt , P , [P ]lần lượt là công suất tính toán, công suất cần truyền và công suất cho phép. kz là hệ số dạng răng và được tính bằng công thức: kn là hệ số vòng quay:
Với hệ số ta có: k = kk 0.k k k k ka đc bt đ c Tra bảng 5.6 [1] ta có
+ k0 1 ( đường nối hai tâm đĩa xích so với đường nằm ngang là 30o )
+ ka - hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích
+ k - điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích -> đc
+ k – môi trường làm việc không bụi, chất lượng bôi trơn II -> bt
+ k – Hệ số tải trọng va đập : đ
+ k – Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền Với số ca làm việc là 1, k = 1 c c
Thay số k = k 0.k k k k ka đc bt đ c =1.1.1.1.1,2.1= 1,2
Tra bảng 5.5 ta chọn được xích con lăn với các bước xích: t = 12,7 mm
- Xác định khoảng cách trục và số mắt xích
Chọn số mắt xích chẵn là
Tính lại khoảng cách trục :a Để xích không quá căng thì cần giảm một lượng:
Số lần va đập của xích :i
Tra bảng 5.9 [1] với loại xích ống con lăn, bước xích Số lần va đập cho phép của xích là: [i]` c, Kiểm nghiệm xích về độ bền
Q - Tải trọng phá hỏng : Tra bảng 5.2 [1] với = 12,7 (mm) ta đượct
- Khối lượng 1 mét xích: = 0,35(Kg)q kđ -Hệ số tải trọng động: kđ = 1.2
Vận tốc trung bình của xích: v= = = 0,34 (m/s)
Fv – lực căng do lực li tâm sinh ra:
F0 - Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra:
Trong đó là hệ số phụ thuộc độ võng của xích: do kf
[s] - Hệ số an toàn cho phép: Tra bảng 5.1 [1] với = 12,7 (mm), ta được [s]=7t
Do vậy: d, Xác định thông số của đĩa xích Đường kính vòng chia: Đường kính đỉnh răng: Đường kính chân răng:
-Kiểm nghiệm răng đĩa xích vềđộ bên tiếp xúc:
Trong đó: kđ : hệ số tải trọng động Kđ=1,2
A: Diện tích chiếu của bản lề: Tra bảng 5.12 [1]với p,7 mm ta được A = 39,6 mm2 kr: Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích, tra bảng ở trang 87 [1] theo số răng z1
= 23, ta được = 0,48kr kd: Hệ số phân bố tải không đều giữa các dãy (nếu sử dụng 1 dãy xích ⇒ kd = 1).
Fvđ: Lực va đập trên m dãy xích:
Vì cả hai đĩa xích đều làm bằng thép, thay số vào ta được:
Tra bảng 5.11 [1] ta chọn vật liệu làm đĩa xích là gang xám, với các đặc tính là đĩa bị động có số răng lớn (z > 50), với vận tốc xích nhỏ (v < 3 m/s)
Xác định lực tác dụng lên trục
Trong đó : hệ số kể đến trọng lượng của xích =1,15 vì ≤ 40kx kx β o
Tổng hợp 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 23
Số răng đĩa xích lớn z2 61
Vật liệu đĩa xích Gang xám Đường kích vòng chia đĩa xích nhỏ 93,27(mm) Đường kính vòng chia đĩa xích lớn 246,7 (mm) Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ 98,75 (mm) Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn 252,73 (mm)
Bán kính đáy r 3,94 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ 85,39 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích lớn 238,82(mm)
Lực tác dụng lên trục Fr 62,06(N)
3.1.5 Tính trục tang chủ, bị động/con lăn
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b 600 Mpa , ứng suất xoắn cho phép ] 15Mpa
Xác định các lực tác dụng:
Lực tác dụng từ băng tải:
Trọng lượng của sản phẩm:
Lực tác dụng từ đĩa xích:
Momen xoắn trên trục công tác:
Xác định đường kính sơ bộ trục: d = = = 13,1 mm
Vậy ta chọn d = 20 mm Từ đường kính d ta có thể xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn bo theo bảng 10.2 => = 15 mm
Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực:
Chiều rông vai chống trượt băng tải:
Chiều dài moay ơ đĩa xích : = (1,2-1,5).d = 24-30 mm
W= 100mm: chiều rộng băng tải
Tính đường kính các đoạn trục:
Gọi đường kính các đoạn trục lắp bánh răng, ổ lăn 1, băng tải, ổ lăn 2 lần lượt là d0, d1, d2, d3.
Momen tổng, momen uốn tương đương:
= 0 = = 1955,29 (Nmm) = 7446,11 (Nmm) Đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức:
Trong đó ] 63( Mpa ) - ứng suất cho phép của thép 45 chế tạo trục, cho trong bảng 10.5
Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :
- = = 15mm (Đoạn trục lắp với ổ lăn)
- = 15mm (Đoạn trục lắp với đĩa xích)
- = 30mm (Đoạn trục lắp với băng tải)
Chọn then và kiểm nghiệm then
Then được lắp tại đĩa xích trên trục: = 15mm
Chọn then bằng, tra bảng 9.1a ta có:
Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:
Theo công thức 9.1 và 9.2 ta có:
+ : ứng suất cắt cho phép, với then bằng thép 45 hoặc CT6 chịu tải trọng tĩnh `… 90Mpa
+ : ứng suất dập cho phép Với bảng 9.5 ta có: dạng lắp cố định, vật liệu may-ơ bằng thép và chế độ tải trọng: va đập nhẹ
Kiểm tra độ bền then tại vị trí lắp bánh răng:
Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt
Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi: Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:
Trong đó : [] - 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 nhiệm về độ cứng của trục)
- 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:
Trong đó và là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng Có thể lấy gần đúng:
=0,58 1,73(Mpa) 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 Wj , W0j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục. là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 với 600Mpa ta có: là hệ số xác định theo công thức sau:
Trong đó : - 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 10.8
Với độ nhẵn ta có = 1,06.
- - 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
- - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi
- - 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:
Tg40,1 NTra bảng 10.6 với , ta có:
Do vị trí này lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi ra Chọn kiểu lắp k6 Tra bảng10.11 ta có:
Vậy trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi
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 15 mm, tra bảng 2.7 Phụ lục ta chọn được ổ lăn kí hiệu 100902 với đường kính trong d
= 15mm, đường kính ngoài D = 28mm, khả năng tải động C = 2,53 kN, khả năng tải tĩnh Co = 1,51 kN
Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:
Tải trọng động quy ước:
-hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ :
-hệ số kể đến đặc tính tải trọng:
X – hệ số tải trọng hướng tâm: X = 1
Y – hệ số tải trọng dọc trục: Y = 0
Tra bảng 11.2 chọn tuổi thọ của ổ lăn = 3x (giờ)
Tuổi thọ tính bằng vòng quay của ổ:
Khả năng tải động của ổ lăn:
3.1.6 Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng
BĂNG TẢI PVC ĐEN DÀY 3MM: Ứng suất dài lớn nhất cho phép của băng = 8 (N/mm)
Hệ thống xi lanh khí nén
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: = 6,5kg
Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f = 0,3
Hành trình làm việc cần thiết: H = 200 mm
Xác định áp lực do cần pít tông tạo ra:
- P1: Áp suất làm việc, áp suất trong khoang làm việc 6-8 bar, áp suất khoang 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 pít tông trước khi dịch chuyển, vì thế hệ số hiệu dụng giảm thường chọn à = 0,5.
Chọn sơ bộ áp suất làm việc của hệ thống là: p = 8bar = 8.N/ Để pít tông di chuyển được thì:
Lực ma sát lớn nhất do sản phẩm gây ra
Xi lanh băng tải đẩy một phôi :
=0,3.6,5.9,81,13 N Đường kính D của xi lanh:
Với 2 thông số đường kính xi lanh và hành trình, ta chọn được xi lanh theo nhà sản xuất là xi lanh DSNU với D = 20mm và hành trình S = 200mm
- Thiết kế hệ thống khí nén:
Thời gian giữa 2 lần phân loại sản phẩm liên tiếp là:
Chọn thời gian xi lanh đẩy là t1 = 1,6 , thời gian xi lanh trở về vị trí ban đầu là t2 0,8s
Vận tốc của xi lanh khi rút về là:
Vận tốc của xinh lanh khi đẩy sản phẩm:
Diện tích có ích của xi lanh là:
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 2 xi lanh.
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG
4.1 Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp
- Xây dựng bản vẽ lắp 3D:
Hình 4.4: Mô hình hệ thống
4.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động
5.1 THng kết lại nhIng gJ làm đưLc
- Chương 1 đã cho cái nhìn tổng quát về hệ thống phân loại sản phẩm, các phương pháp phân loại cũng như nguyên lý hoạt động chung của hệ thống phân loại sản phẩm, để từ đó đề xuẩt phương án phân loại sản phẩm theo chiều cao mà nhóm hướng tới thực hiện.
- Đến chương 2 chúng ta đã tiến hành tìm hiểu sâu về các thành phần cơ bản của hệ thống, bao gồm các thành phần như: Băng tải , bộ truyền xích, xilanh khí nén, hệ thống cảm biến và động cơ, giúp ta hiểu được cấu tạo, vật liệu sản xuất ra và chức năng của từng thành phần, biết được vị trí lắp đặt của chúng trên hệ thống băng tải.
- Chương 3 là chương rất quan trọng và cũng là chương phức tạp nhất Em đã tính toán để thiết kế hệ thống băng tải phân loại theo chiều cao, đáp ứng công việc được giao với các thông số được cho trước bao gồm năng suất làm việc N (sản phẩm/ph), chiều cao của các sản phẩm hình trụ với đường kính d, khối lượng Min và Max của phôi (kg)
Các công việc tính toán được điểm qua: Với băng tải thì tính toán các thông số hình học băng tải, nội lực trên băng và lực kéo băng, kiểm nghiệm độ bền để từ đó chọn động cơ điện tính bộ truyền xích Tính chọn trục và ổ lăn Ngoài ra còn tính toán áp lực của pitong khí nén, tốc độ xilanh, hộp cấp phôi … phù hợp và ăn khớp với nhau nhất để xuất ra bản vẽ lắp chi tiết.
- Cuối cùng em sẽ xuất ra các bản vẽ các chi tiết của hệ thống băng tải sau khi đã được tính toán Bao gồm bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết.
5.2 Ưu và nhưLc điểm của hệ thống băng tải
Qua đây em sẽ điểm qua vài ưu điểm của hệ thống băng tải được thiết kế như trên, và một vài nhược điểm cũng như khó khăn mà em gặp phải:
1 Ưu điểm hệ thống: Thiết kế nhỏ gọn, vận hành an toàn Đơn giản trong thao tác vận hành, bảo trì - Sử dụng hệ thống khí nén ổn định, độ tin cậy cao Độ chính xác phân loại cao Linh hoạt điều chỉnh thông số, phân loại được nhiều kích cỡ và chiều cao sản phẩm Làm việc được trên môi trường trên cao, thời tiết khắc nhiệt.
2 Nhược điểm: Giá thành của bộ PLC cao.Hệ thống khí nén có thể gây ồn Chỉ vận hành được phôi có trọng lượng vừa phải Cần theo dõi để bảo trì trục tang theo thời gian nhất định.
5.3 NhIng điều chưa làm đưLc, cQn tiếp tRc cải tiến và Sng dRng thực tế
Chưa chế tạo được sản phẩm thật, chưa có kinh nghiệm lắp đặt triển khai hệ thống trong thực tế Cần cải thiê °n hê ° thống, các bô ° phâ °n cơ khí có tính chắc chắn và thẩm mỹ hơn.
=> Qua đề tài, em thu được một số kết quả : Nâng cao hiểu biết về các phân loại sản phẩm , có thêm kiến thức về điều khiển xylanh khí nén , khả năng tính toán thiết kế xây dựng hệ thống cơ khí. Ứng dụng vào thực tế: Hê ° thống băng tải em đã thiết kế phù hợp để phân loại sản phẩm hình trụ bề rô °ng sản phẩm không lớn hơn 20cm , có đô ° cao khác nhau từ 4cm đến 8cm. Như chai nước, lon bia, hô °p đựng hàng hóa,
1 Trịnh Chất: “Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy,” Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, 2001.
2 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập I và tập II,” Nhà xuất
