Với việc có khá nhiều ứng dụng cho công nghiệp, logistic và nông nghiệp nên nhóm chúng em đã quyết định nghiên cứu và chế tạo đài xoay 2 bậc tự do vào việc phân loại hàng hoá theo khối l
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành phân loại sản phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu suất trong ngành công nghiệp và cơ khí thông qua các giải pháp và công nghệ tiên tiến.
Phân loại sản phẩm giúp cung cấp các hệ thống tự động hóa và máy móc, tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thời gian và chi phí lao động, đồng thời tăng năng suất.
Hệ thống phân loại sản phẩm có khả năng kiểm tra chất lượng với độ chính xác cao, ngăn chặn sự cố và lỗi sản xuất, từ đó nâng cao uy tín của sản phẩm.
Các công nghệ phân loại sản phẩm tiên tiến đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong quy trình sản xuất, thông qua việc loại bỏ hoặc giảm thiểu lãng phí.
Ngành phân loại sản phẩm mang đến giải pháp linh hoạt và đa dạng, bao gồm hệ thống phân loại tự động và phần mềm điều khiển, giúp doanh nghiệp thích ứng hiệu quả với yêu cầu thị trường phong phú.
Công nghệ phân loại sản phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao an toàn lao động và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường trong quy trình sản xuất Đài xoay 2 bậc tự do được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc công nghiệp như CNC và UAV, đồng thời ngày càng được sử dụng nhiều trong ngành phân loại và cung ứng hàng hóa trong logistics.
Ngoài ra cơ cấu phân loại còn ứng dụng khá nhiều vào lĩnh vực sản xuất nông nghiệp như phân loại hoa quả, hạt
Nhóm chúng em đã quyết định nghiên cứu và chế tạo đài xoay 2 bậc tự do để phân loại hàng hóa theo khối lượng, nhờ vào tính ứng dụng thực tiễn cao trong các lĩnh vực công nghiệp, logistic và nông nghiệp Sản phẩm này hứa hẹn mang lại hiệu quả trong việc tối ưu hóa quy trình phân loại hàng hóa.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Mở rộng kiến thức giúp sinh viên sẽ có cơ hội học hỏi và hiểu sâu hơn về công nghệ và tự động hóa trong ngành phân loại
- Sinh viên sẽ có cơ hội áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế qua việc thiết kế và chế tạo đài xoay
Sinh viên sẽ nâng cao kỹ năng thiết kế, chế tạo và lập trình tự động, giúp họ thích ứng tốt hơn với công nghệ mới Điều này không chỉ nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ mà còn mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp trong tương lai.
Sinh viên sẽ được trải nghiệm thực hành và phát triển sản phẩm ứng dụng trong thực tế, từ đó tích lũy kinh nghiệm và nâng cao kỹ năng trong quá trình học tập.
Tham gia vào dự án thiết kế và chế tạo đài xoay giúp sinh viên tích lũy kinh nghiệm và kỹ năng quan trọng, chuẩn bị cho sự nghiệp tương lai trong lĩnh vực kỹ thuật và công nghệ.
Tham gia vào dự án này mang lại kinh nghiệm thực tế quý báu cho sinh viên, giúp họ nâng cao cơ hội tìm kiếm việc làm sau khi tốt nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa và cơ khí đang phát triển mạnh mẽ.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Thiết kế, chế tạo ra đài xoay 2 bậc tự do, có khả năng phân loại sản phẩm dựa theo khối lượng một cách tự động và chính xác
Giải pháp tự động hóa trong phân loại sản phẩm giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm.
Đảm bảo rằng việc phân loại sản phẩm không chỉ duy trì chất lượng tốt mà còn đồng nhất và chính xác theo từng nhóm khối lượng, từ đó góp phần nâng cao giá trị thương hiệu sản phẩm.
- Giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công trong quy trình phân loại hàng hoá, từ đó giảm chi phí và giảm giá thành
- Có khả năng áp dụng trong dây chuyền sản xuất tự động hóa và kinh doanh.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
“Đài xoay 2 bậc tự do phân loại trái cây theo khối lượng”
Nghiên cứu về cơ cấu đài xoay 2 bậc tự do tập trung vào các khía cạnh kỹ thuật, công nghệ và ứng dụng Các lĩnh vực cụ thể trong nghiên cứu này bao gồm phân tích cấu trúc, tối ưu hóa hiệu suất và phát triển công nghệ mới cho các ứng dụng thực tiễn.
Các phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Nghiên cứu và phân tích các yêu cầu cụ thể của quy trình phân loại sản phẩm theo khối lượng là cần thiết, bao gồm các yếu tố như tốc độ, độ chính xác và khả năng tích hợp vào quy trình sản xuất hiện tại.
Phát triển mô hình 3D và mô phỏng là bước quan trọng trong thiết kế đài xoay 2 bậc tự do và hệ thống phân loại sản phẩm Việc sử dụng phần mềm CAD như Inventor giúp tạo ra các mô hình chính xác và hiệu quả, tối ưu hóa quy trình thiết kế.
Chế tạo các thành phần và linh kiện cho đài xoay 2 bậc tự do và hệ thống phân loại sản phẩm theo thiết kế đã xác định, sau đó lắp ráp chúng thành một bộ máy hoàn chỉnh.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu
Thực hiện các thử nghiệm và kiểm tra nhằm đảm bảo rằng đài xoay 2 bậc tự do cùng với hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động đúng như kỳ vọng.
Dựa trên kết quả kiểm tra, cần thực hiện các điều chỉnh và tối ưu hóa đài xoay 2 bậc tự do cùng hệ thống phân loại để nâng cao hiệu suất hoạt động.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương:
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương án thiết kế
Chương 5: Tính toán, thiết kế
Chương 6: Chế tạo thử nghiệm
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ BÀI
Tổng quan về đài xoay
Đài xoay là thiết bị cơ khí quan trọng, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, thương mại, và khoa học, đặc biệt trong ngành gia công cơ khí chính xác Thiết bị này cho phép xoay chi tiết hoặc bộ phận máy móc quanh một trục cố định, hỗ trợ gia công và kiểm tra từ nhiều góc độ Sử dụng đài xoay giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất sản xuất, và mở rộng khả năng gia công Hiểu và tận dụng lợi ích của đài xoay sẽ giúp doanh nghiệp cơ khí đạt hiệu quả sản xuất cao và đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật ngày càng khắt khe.
Hình 2.1: Đài xoay 2 bậc tự do
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động đài xoay
2.2.1 Cấu tạo của đài xoay
Hình 2.2: Cấu tạo của đài xoay
- Bàn xoay Đây là phần chính của đài xoay, được thiết kế để chứa gá đặt và xoay các chi tiết cần gia công, kiểm tra đo lường
Bàn xoay có thể có kích thước và tải trọng khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu gia công cụ thể
Bàn mặt của bàn xoay thường có các rãnh để gắn và cố định các chi tiết hoặc kẹp chúng bằng các phương tiện cố định khác nhau
Trục xoay là thành phần quan trọng kết nối với đài xoay, cho phép đài xoay thực hiện chuyển động quanh một trục cố định Tùy thuộc vào thiết kế của đài xoay, trục có thể được bố trí theo hướng ngang, đứng hoặc nghiêng.
Trục xoay có cơ chế để điều khiển góc quay và đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công, kiểm tra đo lường sản phẩm
Để đảm bảo bàn xoay hoạt động mượt mà và giảm thiểu ma sát, việc sử dụng vòng bi là rất quan trọng Vòng bi không chỉ giúp giảm lực cản mà còn tăng cường độ bền cho toàn bộ hệ thống.
Cơ cấu điều khiển của đài xoay có hai loại: điều khiển bằng tay và điều khiển bằng động cơ Đối với đài xoay bằng tay, người sử dụng có thể dễ dàng điều chỉnh vị trí và góc quay của chi tiết Ngược lại, đài xoay bằng động cơ có thể được tích hợp với hệ thống CNC, giúp tự động hóa quá trình gia công, từ đó nâng cao độ chính xác và hiệu suất sản xuất.
Hệ thống khóa và cố định là yếu tố quan trọng trong đài xoay cơ khí, giúp đảm bảo rằng các chi tiết được gia công không bị di chuyển trong quá trình quay.
Các khớp nối và cần điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc cố định chi tiết trên bàn xoay, giúp ngăn chặn tình trạng sai lệch trong quá trình gia công.
Khung đỡ là cấu trúc chịu lực chính của toàn bộ hệ thống, đảm bảo sự ổn định và hỗ trợ cho hoạt động hiệu quả của bàn xoay.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của đài xoay
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đài xoay
Khiển Động cơ Bộ truyền động Đài xoay Trục xoay
Tín hiệu Điện, khí nén
Sau khi được cấp điện, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến động cơ Động cơ hoạt động và truyền tỉ số truyền đến bộ truyền động Bộ truyền động sau đó làm xoay trục xoay, từ đó kích hoạt hoạt động của đài xoay.
Phân loại đài xoay
2.3.1 Phân loại theo cơ cấu truyền động a Sử dụng cơ cấu bánh răng
Hình 2.4 Đài xoay sử dụng cơ cấu bánh răng
Bàn xoay cơ khí với cơ cấu truyền động bánh răng là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, nhờ vào khả năng điều khiển chính xác chuyển động quay Sự ăn khớp giữa bánh răng chủ động và bánh răng bị động giúp truyền chuyển động quay một cách đồng bộ và chính xác Tỉ số truyền động được thiết kế linh hoạt để đạt được tốc độ và lực quay theo yêu cầu.
Chuyển động quay từ bánh răng bị động được truyền đến trục quay, sau đó dẫn đến bàn xoay, cho phép bàn xoay di chuyển chính xác theo hướng mong muốn.
+ Cơ cấu bánh răng đảm bảo rằng chuyển động quay được truyền một cách chính xác, giúp điều khiển vị trí của bàn xoay một cách hiệu quả
+ Hệ thống bánh răng có khả năng chịu được tải trọng lớn, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu lực quay cao
+ Các thành phần làm từ vật liệu chất lượng độ cứng cao giúp hệ thống hoạt động bền bỉ và ít hỏng hóc
Chế tạo và lắp ráp bánh răng chính xác có thể là một quá trình tốn kém, đặc biệt khi yêu cầu sử dụng vật liệu chất lượng cao và gia công với độ chính xác cao.
+ Các bánh răng, đặc biệt là bánh răng thẳng, có thể tạo ra tiếng ồn khi hoạt động ở tốc độ cao hoặc dưới tải trọng lớn
Mặc dù vòng bi có tác dụng giảm ma sát, nhưng trong quá trình hoạt động, các bánh răng vẫn trải qua sự mài mòn tự nhiên Do đó, việc bảo dưỡng định kỳ là rất cần thiết để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.
Khi hệ thống bánh răng đã được thiết kế và lắp đặt, việc thay đổi tỷ số truyền động hoặc cấu trúc của hệ thống trở nên phức tạp và tốn kém Do đó, sử dụng dây đai có thể là một giải pháp hiệu quả để điều chỉnh tỷ số truyền mà không cần phải thay đổi toàn bộ hệ thống.
Đài xoay sử dụng bộ truyền dây đai là giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng cần truyền động linh hoạt Bộ truyền này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng giảm chấn động, hoạt động êm ái và dễ dàng trong việc bảo trì, bảo dưỡng và lắp đặt.
+ Dây đai có khả năng giảm chấn động và hoạt động êm hơn so với các loại truyền động cứng như bánh răng
+ Dây đai và puli dễ dàng thay thế và bảo trì
+ Dây đai có thể điều chỉnh để phù hợp với các khoảng cách trục khác nhau + Đặc biệt khi sử dụng dây đai răng
+ Dây đai có thể bị mài mòn theo thời gian và cần phải thay thế định kỳ
+ Dây đai cần được căng đúng cách để tránh trượt và giảm hiệu suất
+ Dây đai không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền tải cao hoặc chính xác tuyệt đối c Sử dụng trục vít
Đài xoay sử dụng bộ truyền bánh vít là một thành phần cơ khí quan trọng, thường được áp dụng trong các máy công cụ và thiết bị cần điều khiển vị trí chính xác, đồng thời có khả năng chịu tải lớn.
+ Khả năng tự khóa tốt
+ Tỉ số truyền lớn, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều khiển chính xác và tốc độ chậm
+ Hiệu suất không cao do ma sát lớn
+ Yêu cầu bôi trơn tốt và bảo dưỡng thường xuyên d Sử dụng xích và đĩa xích
Đài xoay sử dụng xích và đĩa xích là một cơ cấu xoay quan trọng trong hệ thống cơ khí, cho phép truyền chuyển động quay hiệu quả Cơ cấu này rất phù hợp cho các ứng dụng cần tải trọng lớn và độ bền cao, đảm bảo hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.
+ Xích và đĩa xích có khả năng chịu tải trọng lớn, thích hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng
+ Xích và đĩa xích thường được làm từ vật liệu bền chắc, giúp tăng độ bền và tuổi thọ của hệ thống
+ Xích và đĩa xích có thể hoạt động tốt trong môi trường bụi bẩn, ẩm ướt, và nhiệt độ cao
+ Xích và đĩa xích dễ dàng kiểm tra, bảo trì và thay thế khi cần thiết
+ Hệ thống xích và đĩa xích có thể gây tiếng ồn lớn hơn so với các hệ thống truyền động khác như dây đai
+ Cần bôi trơn và kiểm tra xích và đĩa xích định kỳ để đảm bảo hoạt động mượt mà và tránh mài mòn
+ Nếu không được điều chỉnh đúng cách, xích có thể trượt trên đĩa xích, làm giảm hiệu suất truyền động e Sử dụng thuỷ lực khí nén
Đài xoay sử dụng thủy lực hoặc khí nén là một cơ cấu xoay phổ biến trong ngành công nghiệp, cung cấp chuyển động xoay chính xác và có thể điều khiển được Cơ cấu này thường được ứng dụng trong hệ thống tự động hóa và trong các tình huống yêu cầu khả năng nâng hạ hoặc xoay với một góc lớn.
+ Tạo ra lực quay mạnh mẽ và chính xác
+ Hoạt động ổn định và hiệu suất cao
+ Khả năng điều chỉnh lực quay dễ dàng
+ Cần hệ thống bơm và đường ống phức tạp
+ Có thể bị rò rỉ dầu gây ô nhiễm môi trường
+ Chi phí bảo trì và vận hành cao
2.3.2 Phân loại theo phương thức điều khiển Điều khiển hở: Trong hệ thống không có hồi tiếp các thông số làm việc của đài xoay Cơ cấu truyền động trong loại điều khiển này được truyền động theo bước Các
Trong các hệ thống điều khiển, động cơ DC, động cơ thủy lực và khí nén thường được sử dụng trong điều khiển hở Ngược lại, điều khiển kín, hay còn gọi là điều khiển Servo, không chỉ giống điều khiển hở mà còn có thêm phần hồi tiếp thông số làm việc về bộ xử lý trung tâm Loại điều khiển này thường sử dụng các động cơ Servo như DC, AC, thủy lực và khí nén.
2.3.3 Phân loại theo số bậc tự do
Đài xoay cơ khí được phân loại theo bậc tự do (Degrees of Freedom - DOF), mô tả khả năng xoay quanh các trục khác nhau Dựa trên số bậc tự do, đài xoay có thể chia thành nhiều loại, trong đó có đài xoay 1 bậc tự do.
Đài xoay cơ khí 1 bậc tự do là thiết bị cho phép chuyển động quay theo một trục duy nhất, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự động hóa và gia công cơ khí Thiết bị này được sử dụng để xoay và định vị các chi tiết, đảm bảo quá trình gia công diễn ra chính xác và hiệu quả.
Đài xoay cơ khí 1 bậc tự do sở hữu thiết kế đơn giản, thuận tiện cho việc sử dụng và bảo trì Sản phẩm này góp phần nâng cao năng suất trong quá trình gia công và sản xuất.
+ Đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công các chi tiết
+ Chỉ có thể định vị và gia công các chi tiết theo một trục duy nhất
Đài xoay 2 bậc tự do có hạn chế trong khả năng gia công từ nhiều góc độ khác nhau so với các loại đài xoay đa bậc tự do.
Ứng dụng của đài xoay
Hình 2.12 Ứng dụng của đài xoay trong công nghiệp sản xuất
Trong ngành công nghiệp sản xuất, việc áp dụng cơ cấu đài xoay giúp nâng cao tính linh hoạt và hiệu suất trong quá trình lắp ráp sản phẩm.
16 robot hoặc máy móc có thể được lắp đặt trên các cơ cấu xoay, cho phép chúng di chuyển tự do và thực hiện nhiều nhiệm vụ như lắp ráp, hàn và kiểm tra chất lượng.
Hình 2.13 Ứng dụng của đài xoay trong Y tế và chăm sóc sức khỏe
Trong lĩnh vực y tế, cơ cấu đài xoay đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị hỗ trợ như máy CT và máy MRI, cho phép điều chỉnh vị trí của bệnh nhân một cách chính xác và linh hoạt Sự điều chỉnh này góp phần nâng cao chất lượng chẩn đoán và hiệu quả điều trị cho bệnh nhân.
Hình 2.14 Ứng dụng của đài xoay trong xây dựng và xây lắp
Đài xoay là thiết bị quan trọng trong ngành xây dựng, được sử dụng phổ biến cho các công trình như tòa nhà, cầu đường và các công trình dân dụng, công nghiệp khác Chúng hỗ trợ trong việc di chuyển và nâng đỡ các vật liệu nặng, máy móc và thiết bị, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong quá trình thi công.
Hình 2.15 Ứng dụng của đài xoay trong cảng biển và logistics
Tại các cảng biển và khu vực logistics, đài xoay đóng vai trò quan trọng trong việc xếp dỡ, vận chuyển và phân loại hàng hóa theo khối lượng Chúng giúp di chuyển sản phẩm từ dây chuyền sản xuất vào kho bãi, tàu ra bờ và ngược lại, góp phần vào quá trình vận chuyển và lưu trữ hàng hóa quốc tế cũng như nội địa.
Tình hình phát triển trong và ngoài nước
2.5.1 Nghiên cứu và phát triển đài xoay trong nước
Nghiên cứu và ứng dụng đài xoay tại Việt Nam vẫn gặp nhiều hạn chế, đặc biệt trong thiết kế, chế tạo và điều khiển đài xoay với 2 bậc tự do Điều này chủ yếu do sự tiếp cận công nghệ muộn hơn so với các quốc gia phát triển, cùng với việc nguồn vật liệu và trình độ gia công chế tạo trong nước chưa đạt độ chính xác cao, dẫn đến khó khăn trong việc chế tạo đài xoay hoàn chỉnh có khả năng hoạt động ở tốc độ cao.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là một trong những cơ sở hàng đầu tại Việt Nam về nghiên cứu và phát triển công nghệ Các dự án nghiên cứu liên quan đến đài xoay đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và hiệu suất công nghệ.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đang tiến hành nghiên cứu và phát triển các dự án liên quan đến đài xoay, với mục tiêu nâng cao độ chính xác trong các hệ thống cơ khí Những nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và tính năng của các thiết bị cơ khí chính xác, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp.
Hình 2.16 Cánh tay robot chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển – Tự động (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội)
Bên cạnh đó công ty cổ phần CNC ECO VINA cũng tạo ra sản phẩm Bàn quay momen xoắn RCV như hình ảnh bên dưới:
Hình 2.17 Sản phẩm “ Bàn quay momen xoắn RCV” của công ty cổ phần CNC ECO
2.5.2 Nghiên cứu và phát triển đài xoay ngoài nước
Các nước phát triển đã có những tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu và chế tạo đài xoay, đặc biệt trong việc áp dụng công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu suất và độ chính xác Đài Loan, một quốc gia nổi tiếng trong ngành sản xuất máy công cụ, cung cấp dịch vụ 24 giờ chất lượng và hiệu quả chi phí Đài Loan hợp tác chặt chẽ với khách hàng để giải quyết các vấn đề hiện tại và tương lai Với khả năng kết hợp nhiều trục chính, Đài Loan có thể gia công các chi tiết phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác.
Máy gia công nhiều trục chính của Kaihong Machinery tại Nhật Bản được thiết kế với cơ cấu đài xoay chế tạo từ gang cao cấp, đảm bảo độ bền và cứng vững Các bề mặt lắp ghép được cạo rà bằng tay một cách tỉ mỉ, giúp hấp thụ rung động tốt và duy trì độ chính xác cao trong thời gian dài.
Hình 2.19 Máy phay CNC Mycenter 4Xid KITAMURA Nhật Bản
DMG Mori là một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực sản xuất máy công cụ tại Đức, nổi bật với máy tiện và máy phay CNC Tập đoàn này ứng dụng hệ thống điều khiển CNC tiên tiến kết hợp với phần mềm của Siemens, giúp tạo ra các đài xoay có khả năng tự động hóa cao, giảm thiểu sự can thiệp của con người.
Hình 2.20 Sản phẩm CTX Beta 1250 4A của Công Ty DMG MORI
Nghiên cứu về phân loại sản phẩm theo khối lượng
2.6.1 Vì sao cần phân loại sản phẩm theo khối lượng
Phân loại sản phẩm theo khối lượng là yếu tố then chốt trong quản lý kho hàng, logistics và kinh doanh, giúp các doanh nghiệp tối ưu hóa không gian kho và nâng cao hiệu quả quản lý.
Sắp xếp sản phẩm theo khối lượng không chỉ tối ưu hóa không gian kho mà còn đảm bảo sử dụng hợp lý, đặc biệt khi lưu trữ hàng hóa lớn và nhỏ cùng lúc Việc phân loại này giúp nâng cao an toàn trong kho, ngăn ngừa tình trạng xếp chồng sản phẩm nặng lên sản phẩm nhẹ, từ đó giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc và bảo vệ an toàn cho nhân viên.
Giảm chi phí vận chuyển bằng cách lựa chọn phương tiện phù hợp và tối ưu hóa không gian trên các phương tiện vận tải Tăng cường hiệu quả xử lý hàng hóa, giúp nhân viên kho dễ dàng nhận biết và quản lý các mặt hàng theo khối lượng, từ đó nâng cao hiệu quả trong các công đoạn nhận hàng, xếp dỡ và kiểm kê.
Giảm thiểu rủi ro, giảm nguy cơ hỏng hóc hoặc tổn thất do xử lý sai cách các mặt hàng có khối lượng khác nhau
Phân loại hàng hóa theo khối lượng giúp nhân viên dễ dàng tìm kiếm và lấy hàng, tăng tốc độ làm việc và giảm thời gian tìm kiếm
Tối ưu hóa sức lao động giúp nhân viên phân bổ sức lực hợp lý, giảm thiểu tình trạng quá tải và mệt mỏi khi xử lý các mặt hàng nặng liên tục.
Hỗ trợ các doanh nghiệp nâng cao chiến lược kinh doanh, giao hàng nhanh chóng giúp nâgn cao độ tin cậy và trải nghiệm của khách hàng
2.6.2 Phương pháp phân loại sản phẩm theo khối lượng
Phân loại bằng phương pháp thủ công
Phương pháp phân loại thủ công sử dụng cân để xác định khối lượng sản phẩm, giúp phân loại các sản phẩm đạt và không đạt khối lượng tiêu chuẩn Tuy nhiên, quy trình này tốn nhiều thời gian và nguồn lực, dẫn đến thiệt hại kinh tế cho doanh nghiệp.
Phân loại sản phẩm bằng phương pháp tự động a Phân loại sản phẩm theo mã vạch, mã QR code
Phân loại sản phẩm theo mã vạch hiện nay rất phổ biến, với dây chuyền sorting được sử dụng để phân loại kiện hàng, bưu phẩm và sản phẩm đã được đóng thùng carton, túi và dán mã vạch barcode hoặc mã QR.
Hệ thống sử dụng thông tin lưu trữ trên mã vạch sản phẩm để dễ dàng sàng lọc, lựa chọn và gom sản phẩm vào các vị trí tập kết (hub) theo yêu cầu.
Sản phẩm điện tử và công nghệ được phân loại dựa trên lô sản xuất, ngày sản xuất và model Trong khi đó, bưu phẩm và bưu kiện trong đơn hàng chuyển phát nhanh được phân loại theo ngày lên đơn, phương thức đóng gói, địa điểm giao hàng, cũng như loại hình chuyển phát nhanh hay tiêu chuẩn.
Sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…
Trong các nhà máy thông minh, hộp và thùng hàng được phân loại trên băng tải bởi công nhân hoặc robot cộng tác Các robot này cũng đảm nhiệm việc xếp hàng lên pallet từ băng tải cấp hoặc xe tự hành AGV, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Hình 2.21 Phân loại sản phẩm theo mã vạch, mã QR code
Mã QR có khả năng được đọc bởi nhiều thiết bị, đặc biệt là điện thoại thông minh, mang lại sự linh hoạt trong việc sử dụng Với khả năng chịu lỗi cao, mã QR vẫn có thể hoạt động hiệu quả ngay cả khi bị hỏng một phần Hơn nữa, mã QR dễ dàng tích hợp với các ứng dụng di động, tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng.
+ Cần phải có thiết bị và phần mềm quét mã QR, chi phí lắp đặt và triển khai hệ thống cao khả năng quét mã ở tầm xa hạn chế
23 b Phân loại sản phẩm theo khối lượng
Hệ thống phân loại sản phẩm này ứng dụng đa dạng cho các loại hàng hoá, dựa trên nguyên tắc kiểm tra khối lượng để phân loại Sau đó, sản phẩm được phân chia theo từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu.
Hình 2.22 Phân loại sản phẩm theo khối lượng
Máy đa năng được phân loại chính xác và ít gặp lỗi, có phạm vi sử dụng rộng rãi, dễ di chuyển và bảo quản Thiết bị này tiêu thụ ít điện năng, hoạt động với tiếng ồn thấp và rất dễ vận hành.
+ Giá thành cao nhưng năng suất còn khá thấp, máy có kích thước lớn c Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Công nghệ phân loại theo màu sắc cho phép phân loại và đóng gói sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác, từ đó nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót trong quy trình sản xuất.
Hệ thống băng tải phân loại theo màu sắc sử dụng cảm biến quang học để phát hiện màu sắc sản phẩm Các cảm biến này được lắp đặt trên băng tải và kết nối với hệ thống điều khiển tự động, giúp đưa ra quyết định phân loại sản phẩm một cách chính xác.
Khi sản phẩm di chuyển trên băng tải, các cảm biến quang học quét và thu thập thông tin về màu sắc của sản phẩm Thông tin này được truyền đến hệ thống điều khiển tự động để xác định loại sản phẩm.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bậc tự do
Một vật rắn tuyệt đối trong không gian có 6 bậc tự do chuyển động, khi ta đặt nó trong hệ tọa độ Đề các (không gian 3 chiều) đó là: [5]
- 3 bậc tịnh tiến dọc 3 trục toạ độ, ký hiệu:
- 3 bậc quay quanh 3 trục toạ độ, ký hiệu:
Hình 3.1 Các bậc tự do trong không gian
Ví dụ: Khi đặt một khối lập phương trong hệ tọa độ Đề-các ta có thể thấy các chuyển động trên được khống chế như sau:[5]
- Mặt phẳng XOY khống chế 3 bậc tự do: Điểm 1 khống chế bậc tự do tịnh tiến dọc trục Z Điểm 2 khống chế bậc tự do quay quanh trục X
28 Điểm 3 khống chế bậc tự do quay quanh trục Y
- Mặt phẳng YOZ khống chế 2 bậc tự do: Điểm 4 khống chế khống chế bậc tự do tịnh tiến dọc trục X Điểm 5 khống chế bậc tự do quay quanh trục Z
- Mặt phẳng XOZ khống chế một bậc tự do: Điểm 6 khống chế bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y
Mỗi mặt phẳng có khả năng kiểm soát 3 bậc tự do, tuy nhiên, ở các mặt phẳng YOZ và XOZ chỉ cần kiểm soát 2 hoặc 1 bậc tự do Điều này xảy ra vì các bậc tự do trên các mặt này có thể được kiểm soát bởi mặt phẳng XOY.
Với 6 bậc tự do chuyển động của vật thể rắn, chúng ta có thể xác định vị trí duy nhất của nó trong không gian Nếu cho phép vật thể di chuyển theo một bậc tự do nào đó, nó sẽ có vô số vị trí, dẫn đến việc không còn một vị trí cố định trong không gian.
- Ứng dụng nguyên tắc 6 điểm khi định vị chi tiết gia công:
Nguyên tắc 6 điểm được sử dụng để định vị chi tiết gia công, coi chi tiết như một vật rắn tuyệt đối và đặt nó trong hệ tọa độ Đề-các.
Nguyên tắc 6 điểm yêu cầu tạo ra 6 điểm tỳ trên các mặt phẳng chuẩn của phôi hoặc chi tiết để định vị hoàn toàn, nhằm kiểm soát 6 bậc tự do chuyển động (3 tịnh tiến và 3 quay) trong hệ tọa độ Đề-các.
Trong quá trình gia công, không phải lúc nào cũng cần định vị đầy đủ 6 điểm Số bậc tự do định vị có thể thay đổi từ 1 đến 6, tùy thuộc vào yêu cầu của từng nguyên công.
Hình 3.2 Khống chế một bậc tự do tịnh tiến theo chiều Z[5]
Hình 3.3 Khống chế 2 bậc tự do (tịnh tiến theo chiều Z, xoay quanh trục OY)[5]
Hình 3.4 Khống chế 3 bậc tự do (tịnh tiến theo chiều Z, xoay quanh trục OX, xoay quanh trục OY)[5]
Số bậc tự do bị khống chế phụ thuộc vào kích thước của bề mặt định vị của chi tiết và các bề mặt định vị của đồ gá.
Siêu định vị xảy ra khi một bậc tự do bị khống chế quá 1 lần, hoặc khi chi tiết khống chế quá 6 bậc tự do Để đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công, cần tránh tình trạng siêu định vị khi định vị chi tiết.
Khi định vị, cần hạn chế bậc tự do một cách hợp lý, tránh việc hạn chế thừa bậc tự do để không làm tăng độ phức tạp của đồ gá Tuy nhiên, trong một số tình huống cụ thể, việc hạn chế đủ 6 bậc tự do khi gá đặt có thể giúp giảm thời gian phụ và nâng cao năng suất.
Cấu tạo của đài xoay 2 bậc tự do
Băng tải dây đai là hệ thống vận chuyển vật liệu liên tục, bao gồm băng tải di chuyển trên con lăn, với cấu trúc gồm khung đỡ, bộ phận truyền động, bộ phận căng đai, con lăn và dây đai Hệ thống này có nhiều ưu điểm như khả năng vận chuyển đa dạng vật liệu từ hạt nhỏ đến lớn, tiết kiệm chi phí, dễ dàng điều chỉnh kích thước băng tải và hoạt động với độ ồn thấp.
Nhược điểm: Tuổi thọ dây đai kém, giới hạn về kích thước sử dụng
Hình 3.5 Hình ảnh băng tải
- Công thức tính toán chọn động cơ băng tải
+ Công suất cần thiết của động cơ
N : Công suất động cơ η : Hiệu suất chung
Nct : Công suất cần thiết
Trong đó: η : Hiệu suất chung của toàn máy η 1 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng ( = 0,97) η 2 : Hiệu suất của một cặp ổ bi (= 0,995)
+ Số vòng quay của tang: nt = 60.1000v πD (vòng/phút)
Motor giảm tốc mini bao gồm động cơ một pha được cấp nguồn điện xoay chiều
Nguồn điện xoay chiều 3 pha với công suất nhỏ từ 15 đến 400 W được trang bị đầu hộp số có hệ bánh răng trụ mini, giúp giảm tốc độ quay và tăng mô men xoắn tại đầu trục ra của thiết bị Thiết bị này có đa dạng cấu hình trục ra, bao gồm kiểu đồng trục, kiểu trục song song và kiểu trục vuông góc cốt dương - cốt âm.
Motor giảm tốc 220V có cấu trúc tương tự như động cơ giảm tốc thông thường, nhưng với kích thước các bộ phận nhỏ hơn để phù hợp với nhu cầu sử dụng Các thành phần cấu tạo chính của motor này bao gồm:
- Phần motor điện: Giúp tạo ra lực truyền động chủ động, kết nối và làm quay trục vào của hộp số
Hộp giảm tốc được thiết kế với vỏ ngoài cứng cáp, bên trong chứa các bộ phận truyền động như trục vít và bánh răng Chức năng chính của bộ phận này là giảm tốc độ quay và tăng lực xoắn cho chuyển động ở đầu ra.
Trục kết nối đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền động, bao gồm trục đầu vào nối giữa động cơ và hộp giảm tốc, và trục đầu ra kết nối từ hộp giảm tốc đến các thiết bị hoặc máy móc.
- Ngoài ra còn có vỏ hộp, phốt chặn, vòng bi,…
+ Vỏ thường là hợp kim nhôm hoặc thép, có tụ điện để khởi động hoặc để bù công suất khi điện yếu
+ Stator làm bằng đồng, thường là loại chịu nhiệt cấp F hoặc B, rotor là các lõi thép tôn silic xanh cán nguội
+ Phốt chặn dầu chống nước, bánh răng giảm tốc độ, vòng bi chịu lực, ổ trục, rãnh cavet
Hình 3.6 Cấu tạo động cơ giảm tốc AC [6] b Nguyên lý hoạt động
Động cơ điện kết hợp với hộp giảm tốc nhỏ gọn tạo nên một thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền động Động cơ cung cấp sự quay và lực xoắn, trong khi hộp giảm tốc giúp giảm tốc độ và gia tăng lực xoắn, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng cơ khí.
Động cơ điện hoạt động bằng cách kết nối với nguồn điện áp, từ đó tạo ra chuyển động quay của trục đầu vào Các loại động cơ điện phổ biến bao gồm động cơ một pha và động cơ ba pha.
Hộp giảm tốc mini có chức năng chính là giảm tốc độ quay từ trục đầu vào của động cơ, đồng thời tăng lực xoắn ở trục đầu ra Quá trình này diễn ra thông qua hệ truyền động với các bánh răng có kích thước khác nhau.
Trục đầu vào và trục đầu ra là hai thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động Trục đầu vào nhận động lực từ động cơ và truyền vào hộp giảm tốc Tại đây, lực được chuyển đổi qua bánh răng và trục bên trong hộp, tạo ra lực xoắn đầu ra trên trục đầu ra Các thành phần này đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Motor giảm tốc mini với thiết kế nhỏ gọn và độ rung thấp, đáp ứng hiệu quả các yêu cầu trong hệ thống băng tải PVC, băng tải PU, băng tải nhựa, máy trộn, và cơ cấu quay nhẹ Sản phẩm này phù hợp cho các ngành công nghiệp máy móc, linh kiện điện tử, điện thoại, máy tính và công nghiệp thực phẩm.
Trong ngành sản xuất đồ uống và giấy, việc sử dụng bao bì chất lượng và hệ thống máy đóng gói hiện đại là rất quan trọng Các nhà máy hóa chất và nhà máy sản xuất phụ gia hương liệu cũng đóng vai trò thiết yếu trong quá trình này Đặc biệt, việc tính toán và chọn động cơ phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Việc lựa chọn động cơ phù hợp là rất quan trọng; nếu chọn công suất lớn hơn yêu cầu, vốn đầu tư sẽ tăng và động cơ thường hoạt động ở chế độ non tải, dẫn đến hệ số và hiệu suất thấp Ngược lại, nếu chọn công suất nhỏ hơn mức cần thiết, năng suất sẽ không được đảm bảo, động cơ sẽ chạy quá tải, làm giảm tuổi thọ và tăng chi phí vận hành.
- Quá trình tính toán chọn động cơ đươc chia làm 2 bước:
+ Bước 1: Chọn động cơ theo trình tự sau:
Xác định công suất hoặc momen xoắn tác dụng lên trục làm việc của hộp tốc độ
Xác định công suất trên trục động cơ điện và thành lập đồ thị phụ tải tĩnh
Để xây dựng đồ thị phụ tải cho hệ thống truyền động trong một chu kỳ, cần xác định momen hoặc công suất trên trục động cơ cùng với thời gian hoạt động tương ứng cho từng giai đoạn.
Bước 2: Kiểm nghiệm động cơ trong các điều kiện cần thiết phù hợp với đặc điểm của cơ cấu truyền động đã chọn, bao gồm các yếu tố như phát nóng, quá tải và mở máy.
Ta có công suất của máy đươc tính theo công thức:
𝑃 𝑐𝑡 : Công suất cần thiết trên trục, (kW)
𝑃 𝑙𝑣 : Công suất tính toán trên trục máy công tác (kW)
3.2.3 Cảm biến cân nặng( Loadcell)
Cảm biến cân nặng loadcell là thiết bị chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện thông qua sự thay đổi điện trở trong cầu điện trở Khi có tải trọng tác động, điện trở sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra tương ứng với điện áp đầu vào.
Phần cơ khí gồm: sàn mặt cần, khung cân, khung bảo vệ, giá đỡ
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Tổng quan về doanh nghiệp và yêu cầu của doanh nghiệp
4.1.1 Tổng quan về doanh nghiệp Đài xoay là một thiết bị quan trọng và phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp máy móc, phân loại hàng hoá nhằm giúp giảm sự can thiệp của con người vào quá trình gia công, phân loại đảm bảo sự chính xác an toàn Cụ thể việc sử dụng đài xoay giúp tối ưu hóa quá trình phân loại sản phẩm theo khối lượng, đảm bảo sự chính xác hơn so với việc không sử dụng đài xoay Nhờ sự tư vấn và giới thiệu của cô Dương Thị Vân Anh, nhóm đã liên hệ và được tiếp cận với dự án "THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐÀI XOAY 2 BẬC TỰ DO" do Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA thực hiện
Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA chuyên cung cấp dịch vụ tư vấn thiết kế và gia công chế tạo máy móc cơ khí chuyên dụng Chúng tôi thiết kế và chế tạo dây chuyền tự động hóa theo yêu cầu cho ngành thực phẩm và công nghiệp Ngoài ra, CODIA còn nhận gia công tạo mẫu nhanh và gia công cơ khí chính xác trên kim loại, bao gồm các phương pháp như chấn, dập, cắt laser và plasma Chúng tôi cũng cung cấp thiết bị và linh kiện cho ngành điện tử và tự động hóa.
Hình 4.1 Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA
4.1.2 Yêu cầu của doanh nghiệp
+ Có khả năng tự động làm việc với độ ổn định và chính xác tương đối cao + Chi phí đầu tư thấp hơn giá cả thị trường
+ Việc sử dụng vận hành đơn giản, dễ dàng
+ Sử dụng đài xoay để phân loại nhiều trạng thái khối lượng của trái cây
4.1.3 Khảo sát khối lượng trung bình của trái cây cần phân loại
=> Khối lượng trung bình của quả cam mtb = 70
=> Khối lượng trung bình của quả cà chua mtb = 70
=> Khối lượng trung bình của quả táo mtb = 35
=> Khối lượng trung bình của quả mận mtb = 25
=> Khối lượng trung bình của quả chanh mtb = 35
Dựa vào lý thuyết và phân tích nhu cầu thị trường, nhóm đã tham khảo các nguồn thông tin trên internet và các đồ án có sẵn để đánh giá ưu nhược điểm của các phương án thiết kế hiện có Qua đó, nhóm đã kế thừa, sàng lọc và thống nhất ý tưởng thiết kế, cải tiến đài xoay sao cho phù hợp với mục đích và nhu cầu sử dụng.
Nguyên lý hoạt động đài xoay 2 bậc tự do phân loại sản phẩm theo khối lượng
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của đài xoay phân loại dựa vào cảm biến loadcell để đo khối lượng sản phẩm Thông tin này sau đó được truyền vào hệ thống xử lý PLC nhằm phân loại sản phẩm một cách chính xác.
Bước 1: Đầu tiên, sản phẩm được di chuyển đến phễu đựng có gắn loadcell ở dưới
Bước 2: Tiếp theo, cảm biến loadcell cảm biến thông tin về khối lượng truyền thông tin đến bộ xử lý PLC
Bước 3: Bộ xử lý PLC sẽ xử lý tín hiệu, sau đó motor 1 sẽ nhận tín hiệu để xoay đài về hướng băng tải đã được phân loại Tiếp theo, motor 2 sẽ nhận tín hiệu lập trình tiếp theo.
39 tức xoay phễu 90 độ về hướng băng tải trên, đổ sản phẩm đã phân loại vào băng tải trên
Bước 4 : Cuối cùng, đài xoay quay loại vị trí ban đầu tiếp tục quá trình phân loại
- Ý tưởng thiết kế nguyên lý
Hình 4.3 Sơ đồ động học đài xoay 2 bậc tự do
Dựa theo phần nguyên lí hoạt động đã nêu ở phần cơ sở lý thuyết, đài xoay phân loại sản phẩm được cấu tạo từ những bộ phân chính sau:
Hình 4.4 Các bộ phận đài xoay phân loại sản phẩm
Phương án 1: Phễu đựng hình hộp vuông
Phễu đựng hình hộp vuông là loại phễu có thiết kế vuông hoặc hình chữ nhật, thường được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Chúng được sử dụng để chứa và chuyển tải các loại vật liệu như thực phẩm, hóa chất và vật liệu xây dựng.
Hình 4.5 Phễu đựng hình hộp vuông
+ Hình hộp vuông giúp tối ưu hóa không gian lưu trữ và dễ dàng sắp xếp, dễ dàng trong việc gia công và bảo trì
+ Độ ổn định cao hơn do các mặt phẳng và góc vuông tạo nên cấu trúc vững chắc, khó bị lật đổ
+ Chịu lực tốt từ nhiều hướng khác nhau làm tăng độ bền và tuổi thọ của phễu
+ Hình dạng vuông có thể gây ra khó khăn trong việc kiểm soát khả năng đổ của sản phẩm
+ Các sản phẩm như hạt, bột bị mắc kẹt lại ở góc vuông
+ Thiết kế các hệ thống dẫn động có thể phức tạp hơn do yêu cầu về việc điều hướng dòng chảy qua các góc vuông
+ Có thể nặng hơn so với các phễu có thiết kế hình trụ hoặc hình nón, do vật liệu cần thiết để làm các mặt phẳng và góc vuông
Bảng 4.1 Ưu, nhược điểm của phễu hình vuông Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm
Tối ưu không giang Dễ sắp xếp -
Sản xuất Đơn giản chi phí thấp - Độ ổn định Cao Khó đổ sang hai bên
Vệ sinh và bảo trì Dễ dàng -
Khả năng chịu lực Tốt, độ bền cao -
Thiết kế hệ thống đẫn động
Trọng lượng - Nặng hơn so với thiết kế khác
Dòng chảy sản phẩm - Khó kiểm soát
Phương án 2: Phễu đựng hình chóp
Phễu đựng hình chóp, thường có dạng hình nón hoặc hình chóp cụt, là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, được sử dụng để chứa, vận chuyển và phân phối vật liệu hiệu quả.
Hình 4.6 Phễu đựng hình chóp
Hình chóp giúp trọng lực phân bổ đều lên vật liệu, đảm bảo dòng chảy sản phẩm liên tục và ổn định Điều này giảm thiểu tình trạng tồn đọng vật liệu ở các góc, đặc biệt hữu ích cho các loại vật liệu dạng bột hoặc hạt nhỏ.
+ Được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như nông nghiệp, thực phẩm, hóa chất và vật liệu xây dựng
+ Việc sản xuất có thể phức tạp và tốn kém hơn so với phễu hình hộp vuông, đặc biệt khi cần thiết kế với độ chính xác cao
+ Mặc dù tối ưu trong việc xả liệu, có thể chiếm nhiều không gian hơn khi so sánh với các thiết kế khác
+ Có thể không tối ưu cho việc chứa các vật liệu lỏng hoặc các vật liệu có xu hướng dính vào thành phễu
Bảng 4.2 Ưu, nhược điểm của phễu hình chóp Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm
Kiểm soát dòng chảy Tốt, ổn định, liên tục -
Giảm thiểu tồn đọng Ít tồn đọng sản phẩm -
Sản xuất - Phức tạp Ứng dụng Rộng rãi -
Chứa vật liệu Tốt, độ bền cao -
Di chuyển sản phẩm Tốt nhờ các góc nghiêng -
Kết luận: Qua việc phân tích các ưu điểm và nhược điểm, thiết kế phễu đựng hình chóp tối ưu cho cơ cấu đổ sản phẩm vào băng tải cho thấy hoạt động trơn tru, tải trọng nhẹ, dễ dàng vệ sinh, độ bền cao và thuận tiện trong việc bảo trì.
Phương án 1: Bộ truyền động gián tiếp thông qua hộp số
Hộp số đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và biến đổi năng lượng từ động cơ đến bộ phận điều khiển Nó cho phép thay đổi tỷ số truyền, từ đó điều chỉnh linh hoạt tốc độ và mô-men xoắn của xe.
Hình 4.7 Bộ truyền gián tiếp thông qua hộp số
+ Có thể truyền tải lực và mô-men xoắn lớn mà không bị trượt
+ Có hiệu suất truyền động cao
+ Có thể chịu được tải sốc tốt nhờ cấu trúc linh hoạt của xích và khả năng phân bổ lực đều lên các bánh xích
+ Độ bền cao dễ dàng bảo trì và thay thế các bộ phận khi cần thiết
+ Tạo ra tiếng ồn khi hoạt động,
Để giảm ma sát và mài mòn, việc bôi trơn thường xuyên là rất cần thiết Điều này yêu cầu công tác bảo trì định kỳ và sử dụng các loại dầu bôi trơn phù hợp.
+ Xích có thể bị mòn và dãn theo thời gian, dẫn đến việc cần điều chỉnh hoặc thay thế để duy trì hiệu suất truyền động
Để tối ưu hóa hiệu suất của bộ truyền xích, việc căn chỉnh chính xác giữa các bánh xích là rất quan trọng Điều này yêu cầu kỹ thuật lắp đặt và bảo trì chuyên nghiệp để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Bảng 4.3 Ưu, nhược điểm của truyền động gián tiếp qua hộp số Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm Điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn
Linh hoạt và hiệu quả -
Tối ưu hiệu suất động cơ Giảm tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ
Kiểm soát Tăng cường khả năng kiểm soát hiệu suất
Giảm tải trọng động cơ Giảm tải cho động cơ - Ứng dụng Đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp
Phức tạp và tốn kém - Cấu trúc phức tạp, chi phí cao
Tổn thất năng lượng - Tổn thất do ma sát và nhiệt
Bảo trì - Yêu cầu bảo trì thường xuyên
Sự cố - Khả năng gặp sự cố cao hơn Phương án 2: Bộ truyền động gián tiếp thông qua bộ truyền xích
Dây xích và bánh xích là phương pháp hiệu quả để truyền lực từ trục dẫn động sang trục bị động Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và thiết bị cơ khí khác nhau.
Hình 4.8 Truyền gián tiếp thông qua bộ truyền xích
+ Có thể truyền tải lực và mô-men xoắn lớn mà không bị trượt
+ Có hiệu suất truyền động cao
+ Có thể chịu được tải sốc tốt nhờ cấu trúc linh hoạt của xích và khả năng phân bổ lực đều lên các bánh xích
+ Độ bền cao dễ dàng bảo trì và thay thế các bộ phận khi cần thiết
+ Tạo ra tiếng ồn khi hoạt động,
Việc bôi trơn thường xuyên là cần thiết để giảm ma sát và mài mòn, do đó, cần thực hiện bảo trì định kỳ và sử dụng các loại dầu bôi trơn phù hợp.
+ Xích có thể bị mòn và dãn theo thời gian, dẫn đến việc cần điều chỉnh hoặc thay thế để duy trì hiệu suất truyền động
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho bộ truyền xích, việc căn chỉnh chính xác giữa các bánh xích là rất quan trọng Điều này yêu cầu kỹ thuật lắp đặt và bảo trì phải được thực hiện một cách chuyên nghiệp.
Bảng 4.4 Ưu, nhược điểm của truyền động gián tiếp qua bộ truyền xích Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm
Khả năng truyền tải lực
Hiệu suất Cao - Độ bền Tốt -
Bảo trì Dễ dàng bảo trì và thay thế
Yêu cầu bôi trơn thường xuyên
Truyền động khoảng cách xa
Hiệu quả hơn so với bánh răng và dây đai
Tiếng ồn và rung động
Hiệu quả hơn so với bánh răng
Tạo tiếng ồn và rung động
Bôi trơn - Yêu cầu bôi trơn định kỳ
Mòn và dãn - Có thể bị mòn và dãn, cần điều chỉnh hoặc thay thế
Chi phí ban đầu - Cao hơn so với một số phương pháp khác
Cần căn chỉnh chính xác giữa các bánh xích để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Sau khi phân tích ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng, bộ truyền hộp số với cơ cấu bánh răng hành tinh được xác định là lựa chọn tối ưu nhất Giải pháp này giúp giảm độ rơ của motor, phù hợp với kết cấu hình học, dễ dàng lắp đặt, hoạt động linh hoạt, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời tối ưu công suất động cơ.
4.2.3 Bộ phận cảm biến trọng lượng ( loadcell)
Loadcell là thiết bị cảm biến chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện, với khái niệm "strain gage" cho phép cấu trúc biến dạng đàn hồi tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng Thiết bị này thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hoặc các lực biến thiên chậm Một số loại loadcell được thiết kế đặc biệt để đo lực tác động mạnh, tùy thuộc vào cấu trúc và ứng dụng của từng loại loadcell Một trong những loại phổ biến là load cell dạng thanh (beam loadcell).
+ Thường có độ chính xác cao, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu đo lường như cân bàn, cân băng tải và kiểm tra cân
+ Thiết kế thu gọn, dễ dàng lắp đặt trong không gian hạn chế
+ Thường có chi phí sản xuất và bảo trì thấp hơn
+ Thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt và sử dụng trong nhiều công nghiệp và thương mại
+ Thường không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu đo tải trọng rất lớn
Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và nhiễu điện từ có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị Do đó, việc bảo vệ và thực hiện ký hiệu định kỳ là cần thiết để duy trì hiệu suất hoạt động ổn định.
Phương án 2: Loadcell dạng trụ (canister loadcell)
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Băng tải
+ Chiều dài băng tải: L= 40 mm
+ Chiều rộng băng tải: 15mm
+ Đường kính tang dẫn động D: 25mm
- Công suất cần thiết của động cơ:
N : Công suất động cơ η : Hiệu suất chung
Nct : Công suất cần thiết
Trong đó: η : Hiệu suất chung của toàn máy η 1 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng ( = 0,97) η 2 : Hiệu suất của một cặp ổ bi (= 0,995)
Ta chọn động cơ có công suất lớn hơn 1,52W
Vậy công suất thực trên động cơ = 4 W
- Số vòng quay của động cơ: 25 vòng/phút
- Số vòng quay của tang: nt = 60.1000v πD = 60.1000.0,05 π25 = 38 vòng/phút [1]
Thể tích của phễu đựng
- Thể tích hình chóp nón cụt: V2 = 1
Thể tích của phễu bằng : V1 + V2 = 246240 + 24624 = 625492 ( 𝑚𝑚 3 )
Kiểm tra bằng phần mềm Solidwork ta tính được khối lượng của phễu đựng
Hình 5.1: Thể tích của phễu đựng
- Khối lượng của phễu đựng: 0.258 kg
Động cơ
Hình 5.2 Thông số đầu vào chọn động cơ cụm điều khiển trục quay
- Khối lượng đài xoay : m = 4,4 (kg)
- Khối lượng của trái bưởi: mt = 1 (kg)
Ta chia đài xoay thành 4 khối: motor, bộ phận đỡ phễu, phễu, trái cây
- Motor: ta xem nó như hình hộp với a = 0,056m, b=0,109m, m1=2,211kg Momen quán tính của motor I1 đi qua trọng tâm:
12.2,211.(0,056 2 +0,109 2 )= 0,0028 (kg.m 2 ) Momen quán tính của motor so với trục quay:
- Bộ phận đỡ phễu: ta xem nó là 1 hình hộp chữ nhật với a= 0,12m, b=0,15m Momen quán tính của bộ phận đỡ trục I2 đi qua trọng tâm:
- Phễu đựng: ta xem phễu đựng và vật có dạng hình hộp
Momen quán tính của phễu đi qua trọng tâm:
12 0,258 ( 0,15 2 + 0,05 2 )=0,00054 kg.m 2 ) Momen quán tính của phễu so với trục quay:
- Trái cây : ta xem trái bơ dạng hình cầu đặc:
Momen quán tính của trái bơ đi qua trọng tâm:
=> Momen quán tính của cụm đài xoay: I = Im + I2 + Ipz + I4 = 0,044 (kg.m 2 )
- Làm bằng phần mềm để so sánh:
Hình 5.3 Momen quán tính của trục quay được tính bằng phần mềm
- Công suất cần thiết quay đài xoay: Pt = I.𝛼 = 0,044 𝜋
- Công suất cần thiết động cơ: Pct = P t η = 0,07
56 ηbr: Hiệu suất của 2 cặp bánh răng ηol: Hiệu suất của ổ lăn
- Điều kiện chọn động cơ: Pđc ≥ Pct = 0,076 (kW)
Chọn động cơ mini 57CME23 với công suất 0,120 kW và tốc độ 2500 vòng/phút từ catalog Để đạt được số vòng quay nlv = 15, cần sử dụng hộp giảm tốc và hộp điều chỉnh tốc độ đi kèm với tỷ số truyền 1.
Hình 5.5 Thông số đầu vào chọn động cơ cụm điều khiển góc quay
- Ta có góc quay 0° - 90° trong thời gian là 1 (s) ω = π
- Momen quán tính của phễu và vật đi qua trọng tâm:
- Momen quán tính của phễu so với trục quay:
- Trái cây : ta xem trái bơ dạng hình cầu đặc:
Momen quán tính của trái bơ đi qua trọng tâm:
- Momen quán tính của trái bơ so với trục quay
=> Momen quán tính của phễu và bưởi: I’ = Ipy+Iby= 0,00075+0,0056 =0,006 (kg.m 2 )
- Làm bằng phần mềm để so sánh:
Hình 5.6 Momen quán tính của phễu và bưởi được tính bằng phần mềm
- Công suất cần thiết quay đài xoay: Pt = I.𝛼 = 0,006 𝜋
- Công suất cần thiết động cơ: Pct = P t η = 0,0095
Trong đó: ηbr: Hiệu suất của 2 cặp bánh răng ηol: Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn
- Điều kiện chọn động cơ: Pđc ≥ Pct = 0,01 (kW)
Điều kiện chọn động cơ: Pđc ≥ Pct = 0,01 (kW)
Dựa vào catolog động cơ mini chọn động kí hiệu 57HS22-A có công xuất 0,023 (kW) và số vòng quay 1200 (vòng/phút)
59 Để có số vòng quay nlv = 32 ta chọn hộp giảm tốc và hộp điều chỉnh tốc độ đi kèm có tỉ số truyền 1
Chọn trục và kiểm nghiệm
- Tổng khối lượng lên trục 1 là: m1= 0,827 + 4,494 + (m= 1kg )= 6,3 kg
Hình 5.8 Sơ đồ nội lực trục 1
- Ứng suất lớn nhất của trục 2: |𝜎|max = | 𝑁 𝑧
Chọn vật liệu trục chịu tải trọng trung bình thường dùng SS400 để chế tạo trục
Ta có cơ tính của SS400 [2]: Giới hạn bền: 𝜎𝑏 = 600 Mpa, giới hạn chảy: 𝜎𝑐ℎ = 340 Mpa, ứng suất xoắn cho phép: [𝜏] = 15 ÷ 30 Mpa
- Đường kính tại các tiết diện nguy hiểm của trục
Tính momen tổng 𝑀𝑗 và momen tương đương 𝑀𝑡đ𝑗 tại các tiết diện nguy hiểm theo các công thức 10.15 và 10.16 [2]
Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức 10.17 [2] được [𝜎1] = 67 𝑀𝑃𝑎
- Trục 1: Trục chịu lực nén
⇒ Trục 1 thoả điền kiện bền
Biểu đồ nội lực trục 2:
Đường kính tại các tiết diện nguy hiểm của trục được tính dựa trên momen tổng 𝑀𝑗 và momen tương đương 𝑀𝑡đ𝑗 theo công thức 10.15 và 10.16 Để xác định đường kính trục tại các tiết diện j, áp dụng công thức 10.17 và tham khảo bảng 10.5, với giá trị [𝜎1] là 67 𝑀𝑃𝑎.
3 = 11,73(mm) chọn tiết diện hình chữ nhật với chiều dài là 30mm chiều rộng là 20mm
Tiết diện trục tại điểm B có momen tương đương lớn nhất, đảm bảo độ bền của trục nếu hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm nhất đáp ứng điều kiện yêu cầu.
Tại vị trí A và B ta chọn d ≥ 11,73 (mm) ta chọn d mm
- Kiểm nghiệm trục – bền mỏi
+ Với trục II mặt cắt nguy hiểm là tại ⅆ C
Hệ số an toàn được tính theo công thức (10.19) [1]
[𝑠] là hệ số an toàn cho phép, [𝑠] = (1,5 ÷ 2,5)
𝑠 𝜎𝑗 , 𝑠 𝜏𝑗 : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j
Các trục của hộp giảm tốc đều quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng
Do đó 𝜎 𝑎𝐶 được tính theo công thức 𝜎 𝑎𝐶 = 𝜎 𝐶 = 𝑀 𝐶
63 Đoạn trục có 1 rãnh then:
Theo công thức 10.23 [1] khi trục quay 1 chiều thì ứng suất xoắn thay đổi theo chy kỳ mạch động
𝜓 𝜎 , 𝜓 𝜏 là hệ số kể đến sự ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sự bền mỏi
𝐾 𝜎𝑑𝐶 , 𝐾 𝜏𝑑𝐶 - hệ số Xác định theo công thức (10.25), (10.26) [1]
𝐾 𝑥 - hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt, chọn trong bảng (10.8) [1]
Chọn phương pháp gia công tiện với 𝑅 𝑎 = (2,5 ÷ 0,63) và 𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎) ⇒
Tra bảng 10.10 [1] được các giá trị của 𝜀 𝜎 , 𝜀 𝜏 là hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi
Tra bảng 10.12 [1], trị số 𝐾 𝜎 , 𝐾 𝜏 đối với trục có rãnh then, 𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎), chọn cắt bằng dao phay ngón ⇒ 𝐾 𝜎 = 1,76, 𝐾 𝜏 = 1,54
Từ các thống số s ở trên ta thấy đều thoả công thức
=> Trục thoả điều kiện bền
+ Với trục II mặt cắt nguy hiểm là tại ⅆ B
Hệ số an toàn được tính theo công thức (10.19) [1]
[𝑠] là hệ số an toàn cho phép, [𝑠] = (1,5 ÷ 2,5)
𝑠 𝜎𝑗 , 𝑠 𝜏𝑗 : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j
Các trục của hộp giảm tốc đều quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng
Do đó 𝜎 𝑎𝐶 được tính theo công thức 𝜎 𝑎𝐵 = 𝜎 𝐵 = 𝑀 𝐵
𝑀 𝐵 =√𝑀 𝑥𝐵 2 +𝑀 𝑦𝐵 2 = 487,5 (N) Đoạn trục có tiết diện tròn:
32 = 785,4 Theo công thức 10.23 [1] khi trục quay 1 chiều thì ứng suất xoắn thay đổi theo chy kỳ mạch động
𝜓 𝜎 , 𝜓 𝜏 là hệ số kể đến sự ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sự bền mỏi
𝐾 𝜎𝑑𝐶 , 𝐾 𝜏𝑑𝐶 - hệ số Xác định theo công thức (10.25), (10.26) [1]:
𝐾 𝑥 - hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt, chọn trong bảng (10.8) [1]
Chọn phương pháp gia công tiện với 𝑅 𝑎 = (2,5 ÷ 0,63) và 𝜎 𝑏 = 600(𝑀𝑃𝑎) ⇒
Tra bảng 10.10 [1] được các giá trị của 𝜀 𝜎 , 𝜀 𝜏 là hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi
Tra bảng 10.12 [1] trang 199, trị số 𝐾 𝜎 , 𝐾 𝜏 đối với trục có rãnh then, 𝜎 𝑏 600(𝑀𝑃𝑎), chọn cắt bằng dao phay ngón ⇒ 𝐾 𝜎 = 1,76, 𝐾 𝜏 = 1,54
Từ các thống só s ở trên ta thấy đều thoả công thức:
=> Trục thoả điều kiện bền
Vì tiết diện hình tròn có d = 20mm thoả điều kiện bền, nên tiết diện hình chữ nhật có kích thước 20x30mm thoả mãn bền
Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh là cần thiết để ngăn ngừa khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc hư hỏng do tải đột ngột, chẳng hạn như khi khởi động máy.
- Công thức kiểm nghiệm có dạng như sau:
Với: 𝑀 𝑚𝑎𝑥 , 𝑇 𝑚𝑎𝑥 (𝑁 𝑚𝑚) là mômen uốn lớn nhất và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải
𝜎 𝑐ℎ - giới hạn chảy của vật liệu trục (𝑀𝑃𝑎)
⇒ Điều kiện bền tĩnh được đảm bảo
- Kiểm nghiệm then Điều kiện bền dập và bền cắt được xác định như sau theo [1]
+ Về độ bền dập (Công thức 9.1 [1]): σ d = 2.T d.l t (h−t 1 )≤ [σ d ]
+ Về độ bền cắt (Công thức 9.2 [1]): τ C = 2.T d.l t b≤ [τ C ] Trong đó:
[σ d ] = 150 (MPa) – “Ứng suất dập cho phép”, tra bảng 9.5 [1]
[τ C ] = 60…90 (MPa) – “Ứng suất cắt cho phép” [1] d: Đường kính trục cần lắp then h: Chiều cao then b: Chiều rộng then t1: Chiều cao then trên trục lt: Chiều dài then, chọn l t = (0,8 ÷ 0,9) l m
Bảng 5.1 Kiểm nghiệm then Trục Đường kính
Kết luận: Vậy mối ghép then đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt
Với đường kính trục d = 15 (mm), ta chọn sơ bộ: ổ bi đỡ một dãy, cỡ nhẹ với các thông số sau (bảng P2.7 [1])
Hình 5.9 Ổ bi đỡ một dãy 6202 Ball Bearing Dimensions
Trục Ký hiệu ổ d (mm) D (mm) b (mm) r (mm) C (kN) C0 (kN)
Cảm biến cân nặng( Loadcell)
Hình 5.10 Hình ảnh Loadcell YZC-133[9]
Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật loadcell Ứng dụng Cân điện tử
Rated Output (mV/V) 1,0 ± 0,15 Độ lệch tuyến tính (%) 0,05
68 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ nhạy%RO/ độ C 0,003 Ảnh hưởng nhiệt độ tới điểm không %RO/ độ C 0,02 Độ cân bằng điểm không %RO ±0,1
Trở kháng cách li (M𝛺)50V 2000 Điện áp hoạt động 5V
Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 độ C
Chất liệu cảm biến Nhôm Độ dài dây 180mm
Dây xanh lá Ngõ ra (+)
CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY
Chế tạo bộ phận đỡ đài xoay
+ Phương pháp gia công: Cắt tia lazer và Hàn
Hình 6.2 3D và thực tế đế đài xoay
Chế tạo các bộ phận đài xoay
+ Phương pháp gia công: Phay, tiện, khoan, taro
Hình 6.3 3D và thực tế cụm đài xoay
Chế tạo bộ phận thanh đỡ
+ Phương pháp gia công: Phay, Khoan, Taro
Hình 6.4 3D và thực tế thanh đỡ
Chế tạo bộ phận tấm xoay
+ Phương pháp gia công: Phay, Khoan, Taro
Hình 6.5 3D và thực tế tấm xoay
Chế tạo bộ phận gối đỡ
+ Phương pháp gia công: Tiện, Khoan, Taro, Chuốt
Hình 6.6 3D và thực tế gối đỡ
Chế tạo bộ phận tấm đỡ ổ bi
+ Phương pháp gia công: Phay, Khoan, Taro
Hình 6.7 3D và thực tế tấm đỡ ổ bi
Chế tạo bộ phận tấm đỡ
+ Phương pháp gia công: Phay, Khoan, Taro
Hình 6.8 3D và thực tế tấm đỡ
Chế tạo bộ phận trục dẫn
+ Phương pháp gia công: Tiện và Phay
Hình 6.9 3D và thực tế trục dẫn
Chế tạo bộ phận trục dẫn
+ Phương pháp gia công: Cắt tia lazer và Hàn
Hình 6.10 3D và thực tế cái phễu
Linh kiện khác
Hình 6.11 Hình ảnh motor và hộp số
Hình 6.12 Hình ảnh cữ xét máy và cảm biến quang
Một số hình ảnh lắp ráp máy
Hình 6.13 Lắp ráp cữ xét máy
Hình 6.15 Lắp ráp khung đỡ trái cây
Hình 6.16 Lắp ráp dây điện vào nguồn
Hệ thống mạch điện
6.2.1 Hình ảnh khí cụ điện sử dụng
Hình 6.17 Nút E-Stop, đèn tín hiệu và cầu dao tự động
Hình 6.19 Driver, PLC và Relay
Hình 6.20 Sơ đồ lưu thuật
Khí cụ điện được dùng trong mạch và công dụng:
+ Đèn xanh: Báo hiệu đài xoay sẵn sàng
+ Đèn đỏ: Báo hiệu đài xoay dừng hoạt động
+ Relay: Đếm thời gian hoạt động của băng tải
+ Driver: Chuyển đổi và điều phối chiều quay của motor
+ PLC: Nhận và xử lí tín hiệu
Bảng 5.4 Bảng thông số đầu vào của PLC Địa chỉ Khí tụ điện Mô tả
X0 Cảm biến loadcell Báo hiệu vật có khối lượng (1)
X1 Cảm biến loadcell Báo hiệu vật có khối lượng (2)
X5 Start Báo hiệu bắt đầu chu trình
X6 Reset Báo hiệu quay về vị trí bang đầu
X7 Stop Báo hiệu dừng chu trình
X10 Công tắt hành trình Báo hiệu phễu đã chạm vị trí tối đa
X11 Cảm biến quang của đài xoay Báo hiệu đài xoay đã về vị trí ban đầu
DRVA lệnh vị trí tuyệt đối
Bảng 5.5 Bảng thông số đầu ra của PLC Địa chỉ Khí tụ điện Mô tả
Y000 Động cơ Động cơ 1 xoay theo chiều thuận
Y001 Động cơ Động cơ 2 xoay theo chiều thuận
Y007 Động cơ Động cơ 1 xoay theo chiều nghịch
Y010 Động cơ Động cơ 2 xoay theo chiều nghịch
Y003 Băng tải Khởi động băng tải (1)
Y004 Băng tải Khởi động băng tải (2)
Hình 6.24 Hình ảnh PLCN FX3U-24MT-6AD2DA
Mở E-Stop để cấp nguồn cho mạch và nhấn nút Reset (X006) để khởi động các motor đưa đài xoay và phễu đựng về vị trí home Sau đó, nhấn nút Start (X005) để phễu xoay 90 độ vào vị trí phân loại Trái cây được chuyển vào phễu đựng, và loadcell xử lý thông tin khối lượng để truyền đến PLC PLC sẽ gửi tín hiệu đến motor 1 để điều khiển đài xoay hướng về băng tải dựa trên khối lượng đã xử lý Motor 2 nhận tín hiệu để xoay 90 độ, đổ trái cây vào băng tải, kích hoạt băng tải di chuyển trái cây vào hộp phân loại Sau 5 giây, băng tải dừng hoạt động, và đài xoay cùng phễu trở lại vị trí sẵn sàng cho quá trình phân loại tiếp theo.
Khi tạm dừng quá trình phân loại nhấn nút Stop, tiếp tục quá trình phân loại nhấn nút Start
Khi quá trình phân loại gặp sự cố, hãy nhấn nút Stop để dừng lại Tiếp theo, nhấn nút Reset để đưa thiết bị về vị trí ban đầu Sau đó, nhấn E-Stop để ngắt nguồn điện Để tiếp tục quá trình phân loại, bạn cần thực hiện lại quy trình ban đầu.
Lắp ráp máy và căn chỉnh
Sau khi thiết kế và gia công các chi tiết theo bản vẽ, nhóm tiến hành mài, đánh bóng và làm sạch chúng Tiếp theo, các chi tiết được lắp ráp thành bộ phận hoàn chỉnh Để máy đạt năng suất tối ưu, cần căn chỉnh các bộ phận sao cho phù hợp và hoạt động đúng theo yêu cầu đã đề ra.
Kết quả và thực nghiệm
Hình 6.25 Máy sau khi hoàn thiện
6.4.2 Hạn chế các bậc tự do tại các vị trí của đài xoay
Các vị trí của đài xoay khi máy khi hoạt động:
-Vị trí A (sẵn sàng phân loại)
-Vị trí B (trạng thái phân loại thứ nhất)
- Vị trí C (trạng thái phân loại thứ hai)
85 Đài xoay di chuyển từ vị trí Home đến vị trí sẵn sàng phân loại :
- Hạn chế tịnh tiến theo phương OX,OY,OZ
- Hạn chế xoay quanh trục OX, OZ
- Các bậc tự do không bị hạn chế: xoay quanh trục OY 90o
Tại vị trí sẵn sàng (A) di chuyển đến vị trí băng tải 2 (B)
- Hạn chế tịnh tiến theo phương OX,OY,OZ
- Hạn chế xoay quanh trục OY
- Các bậc tự do không bị hạn chế: xoay quanh trục OZ sang trái (90 o) và trục
Tại vị trí sẵn sàng (A) di chuyển đến vị trí băng tải 2 (C)
- Hạn chế tịnh tiến theo phương OX,OY,OZ
- Hạn chế xoay quanh trục OY
- Các bậc tự do không bị hạn chế: xoay quanh trục OZ sang phải (90 o ) và trục
- Mục đích: Xác định tính ổn định khi vận hành máy có đáp ứng được các yêu cầu đề ra hay không
- Trái cây cần phân loại:
Hình 6.26 Trái cây dùng được làm thực nghiệm
Phân loại quả cà chua:
Giá trị định mức để phân loại máy là 70g Các quả cà chua nhỏ hơn 70g sẽ được chuyển sang băng tải bên phải, trong khi những quả lớn hơn 70g sẽ được phân loại sang băng tải bên trái.
Hình 6.27 Quả cà chua có khối lượng lớn hơn 70g
Hình 6.28 Quả cà chua có khối lượng nhỏ hơn 70g
Hình 6.29 Hình ảnh sau khi phân loại quả cà chua
Giá trị định mức phân loại của máy được cài đặt là 100g Quả cam có trọng lượng nhỏ hơn 100g sẽ được chuyển sang băng tải bên phải, trong khi quả cam nặng hơn 100g sẽ được phân loại sang băng tải bên trái.
Hình 6.30 Quả cam có khối lượng lớn hơn 100g
Hình 6.31 Quả cam có khối lượng nhỏ hơn 100g
Hình 6.32 Hình ảnh sau khi phân loại quả cam
Giá trị định mức phân loại của máy được cài đặt là 25g Quả mận có trọng lượng nhỏ hơn 25g sẽ được chuyển sang băng tải bên phải, trong khi quả mận nặng hơn 25g sẽ được phân loại sang băng tải bên trái.
Hình 6.33 Hình ảnh quả mận có khối lượng nhỏ hơn 25g
Hình 6.33 Hình ảnh quả mận có khối lượng lớn hơn 25g
Hình 6.34 Hình ảnh sau khi phân loại quả mận
Giá trị định mức để phân loại máy được cài đặt là 35g Quả chanh có trọng lượng nhỏ hơn 35g sẽ được chuyển sang băng tải bên phải, trong khi quả chanh lớn hơn 35g sẽ được chuyển sang băng tải bên trái.
Hình 6.35 Hình ảnh quả chanh có khối lượng nhỏ hơn 35g
Hình 6.36 Hình ảnh quả chanh có khối lượng lớn hơn 35g
Hình 6.37 Hình ảnh quả chanh sau khi phân loại
Giá trị định mức phân loại của máy được cài đặt là 35g Quả táo có trọng lượng nhỏ hơn 35g sẽ được chuyển sang băng tải bên phải, trong khi quả táo nặng hơn 35g sẽ được chuyển sang băng tải bên trái.
Hình 6.38 Hình ảnh quả táo có khối lượng nhỏ hơn 35g
Hình 6.39 Hình ảnh quả táo có khối lượng lớn hơn 35g
Hình 6.40 Hình ảnh quả táo có khối lượng lớn hơn 35g
Sau nhiều lần thực nghiệm và điều chỉnh, đài xoay đã chứng minh khả năng phân loại nhiều loại trái cây với sai số chỉ ± 1 gram Thiết bị hoạt động ổn định và có độ chính xác cao, phù hợp cho dây chuyền tự động Với kích thước nhỏ gọn và dễ vận hành, đài xoay 2 bậc tự do còn hỗ trợ quá trình giảng dạy và nghiên cứu khoa học cho sinh viên, từ đó nâng cao điều kiện học tập và kiến thức cho sinh viên ngành Chế tạo máy.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Kết luận
Sau khi nghiên cứu và thực hiện đề tài "THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐÀI XOAY 2 BẬC TỰ DO", nhóm chúng tôi đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện dự án và mở rộng kiến thức Đề tài này được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn tận tình của ThS Nguyễn Quang Hiến, sự hỗ trợ từ Công ty TNHH Giải pháp công nghiệp CODIA, cùng với sự nỗ lực và cố gắng của từng thành viên trong nhóm.
Dựa trên nhu cầu của khách hàng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu cấu tạo của đài xoay 2 bậc tự do và phân tích các hệ thống hiện có trên thị trường để áp dụng vào việc phân loại hiệu quả.
+ Lên ý tưởng thiết kế 3D trên phần mềm Solidwork sau đó xuất bản vẽ 2D và gia công các chi tiết máy theo đúng kích thước bản vẽ
+ Tính toán và kiểm nghiệm bền cho các chi tiết bộ phận
+ Thiết kế, lắp ráp mạch điện
+ Lắp ráp và điều chỉnh đảm bảo tính ổn định, chính xác của đài xoay
+ Chạy thử nghiệm, khắc phục những hạn chế phát sinh
+ Đảm bảo độ chính xác và ổn định cao trong việc phân loại các sản phẩm theo khối lượng
+ Giao diện máy đơn giản giúp việc vận hành máy một cách dễ dàng
+ Cơ cấu đơn giản, dễ dàng bảo trì bảo dưỡng
+ Có thể phục vụ cho quá trình giảng dạy và nghiên cứu khoa học cho sinh viên.
Đề nghị
+ Thêm các thanh chắn cho băng tải để sản phẩm đi đúng lộ trình
+ Thêm vào các băng tải đầu vào cho sản phẩm giúp cung cấp sản phẩm liên lục và không bị gián đoạn
Thêm các hệ thống giảm chấn động cho các sản phẩm như trái cây và những mặt hàng cần đảm bảo độ an toàn trong quá trình phân loại là rất quan trọng để duy trì chất lượng sản phẩm.
+ Nghiêm cứu thêm hệ thống cấp phôi tự động