tính toán hệ thống cấp phôi (nắp chai) dạng xích tải, tải chai, đóng nắp chai Bia Heineken

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUYCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH ĐÓNG NẮP CHAI BIA 1.1Tìm hiểu chung về đóng nắp chai bia: Đây là một phần trong quá trình sản xuất bia, sau khi c

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

MỤC LỤC:

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tự động hóa là một trong những đồ án quan trọng của sinh viên ngành Kỹ thuật, đặt

biệt là chuyên môn về Kỹ thuật điều khiển tự động Bài tập này được thực hiện nhằm mục đích giới thiệu cho sinh viên các hệ thống sản xuất tiên tiến và linh hoạt, những phương pháp mới trong sản xuất công nghiệp để nâng cao tầm quản lý và định hướng phát triển của sự nghiệp Cơ khí sau này.

Trong quá trình thực hiện, sinh viên được giao tính toán hệ thống cấp phôi (nắp chai) dạng xích tải, tải chai, đóng nắp chai Đây là một hệ thống trong quy trình sản xuất bia Tuy đơn giản

về mặt kết cấu nhưng hệ thống này có đầy đủ những yêu cầu cơ bản để khi thực hiện, sinh viên nắm được những kỹ thuật then chốt làm nền móng cho quá trình học tập và đi sâu vào lĩnh vực sản xuất tự động.

Mục đích của đồ án này là làm cho sinh viên biết ứng dụng những hiểu biết của mình về Cơ khí để áp dụng thiết kế cho một bài toán thực tế trên cơ sở những gì đã học Từ đó rút ra được những bài học kinh nghiệm đầu đời cho chính bản thân để sẵn sàng bước vào con đường Kỹ thuật chế tạo.

Xin chân thành cám ơn những bài học kinh nghiệm quý báu của các Thầy Cô trong bộ môn

Cơ điện tử và sự hướng dẫn nhiệt tình của Ths Võ Anh Huy đã giúp cho sinh viên hoàn thành bài tập này !

Thành phố HCM, ngày 10 - 12 – 2010

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH

ĐÓNG NẮP CHAI BIA

1.1Tìm hiểu chung về đóng nắp chai bia:

Đây là một phần trong quá trình sản xuất bia, sau khi chiết bia vào chai, chai được thiết bị cấp chai đưa vào bộ phận đóng nắp chai để thực hiện quá trình đóng nắp chai

Do yêu cầu sản xuất ngày một tăng vì vậy đòi hỏi một quy trình có tính tự động hóa cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng

Hình 1.1 Bia Heineken chai tham khảo

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

1.2Kích thước tiêu chuẩn của đầu nắp chai bia và nắp chai:

Chai bia :

Hình 1.2 Chai biaNắp chai bia:

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

Hình 1.3 Nắp chai bia trước khi đóngCác bộ phận chính của hệ thống đóng nắp chai:

Phương án 1: Phương pháp cấp phôi rung

Nguyên lý: Phôi được vận chuyển trong mâm xoay từ thấp lên cao, qua thanh gạt

để định hướng phôi theo 2 chiều nằm sấp hay nằm ngửa, nắp chai tiếp tục được vận chuyển qua bộ phận như hình để loại bỏ các nắp nằm sấp như vậy nắp chai đã được định hướng Phương pháp này cũng sử dụng nguyên lý cân bằng trọng lượng

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

Hình 1.4 Mô hình cấp phôi rung

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

Hình 1.5 Ứng dụng mô hình cấp phôi rung

Phương án 2: Dùng băng tải nghiên

Nguyên lý: Sau khi nghiên cứu, giải pháp đưa ra là dùng thiết bị cấp nắp chai trên nguyên tắc băng tải gàu tải: Dùng các gàu gắn trên băng tải chuyển động mang nắp chai từ thùng chứa nắp đặt dưới nền lên thùng chứa nắp của máy đóng nắp

Ưu điểm:

Của thiết bị này là tương đối đơn giản dễ chế tạo

Phôi nắp được đổ vào thùng ở dưới thấp nên thuận tiện hơn

Năng suất cao

Vấn đề cốt lõi của phương án là bài toán giải quyết việc ứng dụng tự động hóa vào thực tế sản xuất cũng như cách làm thế nào để không gây kẹt, hỏng nắp

Hình 1.6 Mô hình thực tế của phương pháp băng tải gàu

Thiết bị cắp nắp chai dựa trên nguyên lý băng tải gàu như sau:

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

Khi động cơ truyền động quay lu lô (2) Do ma sát sẽ làm cho băng tải (3) chuyển động Trên băng tải có gắn các thanh (4) sẽ vận chuyển nắp từ bồn nắp (5) lên đổ vào máng hứng (6) Phương pháp này cũng dựa trên nguyên lý cân bằng trọng lượng: nếu nắp chai nằm sấp thì khi băng tải đi lên sẽ làm cho trọng tâm của nắp chai nằm ngoài tạo môment làm cho nắp chai rớt xuống

Phương pháp này đã được Ban Giám đốc Công ty Bia Quy Nhơn đã cho tiến hành gia công và lắp đặt các thiết bị theo giải pháp kỹ thuật trên và đưa vào phục vụ sản xuất từ tháng 5/2002 Từ đó đến nay hệ thống này hoạt động tốt và đem lại hiệu quả thiết thực

Phương án 3: Dùng đĩa nghiên

Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

Hình 1.7 Mô hình phương pháp dùng đĩa nghiên

Ưu điểm:

Năng suất cao

Được sử dụng rộng rãi nên tài liệu, thông tin khá đầy đủ

Khuyết điểm:

Phôi phải đổ vào thùng trên cao nên bất tiện

1.3.2 Hệ thống đóng nắp chai tự động:

Phương án 1: Sử dụng đầu đóng dẫn động bằng cam Kết cấu đầu đóng nắp chai

Nguyễn Thanh Tuấn

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT GV.VÕ ANH HUY

1.Miệng đầu đóng

2.Khuôn đóng nắp

3.Chày giữ nắp

4 Bạc hãm và dẫn hướng chày.5.Bulong lục giác

6.Bạc dẫn hướng ống đẩy

7 Bulong chống xoay ống đẩy.8.Đệm chặng lò xo

9.Lò xo đẩy chày ép nắp10.Ống đẩy

Nguyễn Thanh Tuấn

23 12

Nguyên lý làm việc: Khi chai đã vào vị trí của đầu đóng nắp chai, nắp bia đã tiếp xúc với miệng chai thì cụm đầu đóng đi xuống theo hành trình làm việc của cam dẫn hướng, khi đó lò xo (9) bị chày (3) nén lại (do phản lực ở miệng chai tác dụng lên chày đóng lớn hơn lực bung của lò xo (9)) làm cho nắp ở miệng chai tiếp xúc trực tiếp vào khuôn đóng (1) Cụm đầu đóng tiếp tục đi xuống nhưng khuông đóng (1) bị nắp

và miệng chai giữ lại, thông qua chi tiết (7) làm lò xo (11) hơi bị nén lại Khi lực nén của lò xo (11) thắng được lực chống biến dạng của vành nắp thì khuôn (1) sẽ không bị đẩy lên nữa mà sẽ đi xuống cùng cụm piston làm bóp chặt nắp vào miệng chai theo hình dạng của khuôn đóng Đây cũng là lúc kết thúc hành trình đi xuống của cụm piston đóng nắp

Khi kết thúc hành trình đi xuống của cụm piston (nắp chai đã được đóng kín theo yêu cầu kỹ thuật), cụm piston đóng nắp bắt đầu đi lên theo hành trình của cam dẫn, ổ

bi (16) tiếp xúc mặt trên của cam và nâng cụm piston đóng nắp đi lên, lò xo (11)bung

ra đẩy cốt trong và khuôn đóng (7) về vị trí cũ, lúc đó lò xo (9) bung ra tạo một lực lên chày (3) để đẩy nắp (đã được đóng kín vào chai) ra khỏi khuôn đóng (1) và được đưa

ra xích tải

Lò xo (9) có tác dụng giảm chấn giữa miệng chai và nắp đồng thời làm nhiệm vụ đẩy chair a khỏi khuôn đóng khi cụm piston đi xuống đóng nắp không làm bể miệng chai và tạo lực ép lên côn đóng (1) để làm biến dạng vành nắp

Khuyết điểm: cơ cấu phức tạp

Phương án 2: đóng nắp chai dẫn động bằng hệ thống khí nén

Cấu tạo đầu đóng nắp tương tự như trên nhưng thay vào đó là hệ được dẫn động bằng hệ thống khí nén vì vậy kết cấu nhỏ gọn hơn.

Do nắp chai là chi tiết tiêu chuẩn nên hệ thống đóng nắp bằng khí nén cũng tiêu chuẩn và được bán toàn bộ vì vậy giảm thời gian gia công, thay thế sửa chữa

1.3.3Hệ thống cấp chai tự động: thường chai được tải bằng hệ thống băng xích tải với các thanh hai bên đảm bảo chai vào đúng vị trí làm việc

Tổng quát: qua tìm hiểu và phân tích ưu nhược điểm của từng phương án nhóm em chọn phương án thiết kế gồm:

1 Hệ thống cấp nắp chai theo kiểu băng tải

2 Hệ thống đóng nắp chai tự động dẫn động bằng khí nén

3 Hệ thống xích tải cấp chai tự động

1.4 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động:

Chai được băng tải vận chuyển vào cơ cấu đóng nắp chai, được sao gạt đưa vào vị

trí đóng nắp chai

Nắp được định hướng bằng cơ cấu băng xích tải và vận chuyển trong máng dẫn và

đặt vào miệng chai trước khi vào vị trí đóng nắp

Khi chai vào vị trí đóng nắp với nắp chai được định vị trên miệng chai, đầu đóng đi

xuống vuốt nắp chai, làm cho nắp chai ôm sát vào miệng chai Sau đó chai được

BĂNG TẢI

saogạt đưa ra ngoài băng tải để tiếp tục quy trình tiếp theo.CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP NẮP CHAI

2.1 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP PHÔI DẠNG XÍCH TẢI

• Yêu cầu của hệ thống cấp phôi:

- Năng suất: 10000 chai/8h = 10000 nắp chai/8h

- Nắp chai có kích thước như hình vẽ:

2.1.2 Tính toán hệ thống xích tải:

Theo [CT trang 129,1], ta có:

- Năng suất cấp phôi thực tế: Qtt = 0.6 yv/zL = 10000 nắp/8h

- Năng suất lý thuyết: Qlt = yv/zL ≥ 10000/0.6 = 16666.67 nắp/8h

27.17

Trong đó:

+ v: vận tốc xích tải

+ y: chiều dài của một thanh tải gắn trên xích tải

+ L: chiều dài chi tiết

+D: chiều cao chi tiết

+z : khoảng cách giữa hai đường rãnh

+ 0.6: hiệu suất của hệ thống cấp phôi dạng xích tải đứng

Vậy vận tốc nhỏ nhất của xích tải vmin = 0.03 m/s

Dong co

Thanh gat

0.60.6 0.6 200 32.6

0.03 /130

Với số lượng nắp tối đa trên thanh tải = y/L = 130/32.6 ≈ 4 nắp

Ta suy ra vận tốc lớn nhất của băng tải: vmax ≈ 0.25 m/s

Vậy vận tốc giới hạn của xích tải là

0.03 ≤ v ≤ 0.25 m/s

Ta tiến hành tính toán thiết kế cho băng tải quay với vận tốc v = 0.2 m/s

Tìm lực vòng trên xích tải:

- Giả sử xích tải vuông góc với mặt sàn

- Cho chiều cao xích tải sơ bộ H = 2000

+ Với z = 200

→ Số thanh tải có trên một mặt xích tải: nthanh = 2000/200 = 10 thanh

- Ta tiến hành tính toán cho băng tải làm việc ở chế độ tải lớn nhất, tức là:+ Mỗi thanh mang 4 nắp

+Băng tải thẳng đứng với mặt sàn

Ta có:

+ Khối lượng mỗi nắp chai: m = 0.002 kg

+ Khối lượng mỗi thanh tải: cho mthanh = 0.014kg

+ Khối lượng mỗi bản xích: mxích = 0.212 kg

Vậy khối lượng tổng cộng tạo lực vòng xích tải:

4 3

- Thời gian phục vụ L(năm) = 6

- Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)

- Chế độ tải: do trọng lượng của nắp khá nhẹ nên ta xem như chế độ tải là tĩnh

2.2 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG:

 Tra bảng 2.3/19 – [1]

=0,96 : hiệu suất hộp giảm tốc bánh răng được che kín

=0,95 : hiệu suất bộ truyền xích

=0,99 : hiệu suất ổ lăn

 Công suất cần thiết trên trục động cơ:

 Phân phối tỉ số truyền:

• Số vòng quay của trục máy công tác (trục xích tải)

• Tỉ số truyền toàn bộ ut của hệ thống dẫn động

 Dựa vào catalog của Oriental Motor

lv

v n

• Yêu cầu: động cơ được chọn phải có công suất Pdc và số vòng quay đồng bộ thỏa mãn điều kiện:

•

BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ điện

 Công suất trên các trục:

o Trục HGT :

o Trục ĐC :

I Phân tích nắp chai:

- Vì nắp chai là dạng phôi tấm được dập định hình sẵn một kiểu dáng trước khi đóng vào chai

Do hình dáng đặc biệt và có nhiều đường cong phức tạp nên việc tính toán khối lượng, thể tích và trọng tâm theo phương pháp nội suy thông thường là khó khăn và không chính xác

- Để đơn giản hóa các quá trình trên và đảm bảo độ chính xác trong tính toán, chúng ta tiến hành thiết kế nắp chai một cách chính xác và thừa hưởng sự thông minh của các phần mềm 3D, cụ thể là Autodesk Inventor để tìm ra được các thông số : trọng lượng, thể tích và trọng tâm của nắp chai một cách có cơ sở

lv hgt ol

hgt dc

2.2.2 Các thông số của nắp chai:

2.2.3 Momen gây ra bởi trọng tâm của nắp trong các trạng thái:

Góc nghiêng của băng tải và thanh tải là bao nhiêu để chi tiết được nằm vững trên thanh tải ?

Trạng thái của nắp và momen gây ra bởi trọng lượng của nó

Các trạng thái có thể xảy ra của nắp chai trên băng tải đứng:

Tính góc xoay của băng tải để nắp bị tóm và ổn định trong quá trình cấp phôi

Khi nắp ở trạng thái như hình 2, nắp luôn bị mất cân bằng và có xu hướng quay về 01 bên (bên phải như hình vẽ) theo phương của P1

Mô men quay của nắp với tâm quay tại O1

Trong đó:

: trọng lượng của nắp chiếu lên phương GP1

L= 16.5 : khoảng cách từ tâm quay đến trọng tâm của nắp

α= 90 : góc hợp bởi phương thẳng đứng và GO1

Vậy momen quay nắp

Để nắp không bị mất cân bằng và ổn định trên băng tải , ta phải quay băng tải một góc ≥ α

Khi nắp ở trạng thái như hình 1,3: nhờ ma sát giữa bề mặt ngoài của nắp chai và thanh tải rất

bé, và dưới tác dụng của trọng lượng bản thân nắp, nắp chai luôn có xu hướng xoay sang bên trái như hình vẽ và trượt ra ngoài rớt xuống lại thùng phôi

X

O 1

P

G O

G O

X

Y O1

P1

G O

Y P1

2.2.4 Tính toán độ cong của ống dẫn để nắp chai di chuyển được

Ta tính toán thiết kế cho nắp chai di chuyển bởi trọng lượng nắp (sau khi được định hướng)Tính toán góc nghiêng của ống dẫn:

Điều kiện để nắp chai tự trượt xuống trên ống dẫn là:

Trong đó:

µ : hệ số ma sát giữa nắp chai và bề mặt của ống dẫn

Tra [Bảng 5.1, trang 138, 1], với vật liệu của nắp chai là thép không rỉ và ống dẫn làm bằng nhôm, ta có

Theo [5.20, trang 144, 1], ta có chiều cao tối thiểu để nắp di chuyển trong ống

dt = c+D

Trong đó:

c = khoảng cách cần thiết để đỉnh nắp chai không bị đụng mặt trong của ống dẫn

dt = chiều cao của ống dẫn

D = 6 chiều cao của nắp chai

Theo Pithago:

Vì c rất bé so với 2(R+dt), nên ta có

Thay c từ phương trình 5.20, ta có được công thức tìm chiều cao cần thiết của ống dẫn

2 2

2 2

2 2

+ Độ dốc ống α ≥ 19.50

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TẢI CHAI

Thông số ban đầu:

- Năng suất: Q = 10000chai/8h

- Đường kính chai: D = 60 mm

- Chọn hệ thống gồm 1 đầu đóng

Ta có nhịp sản xuất: 2,88 s/chai

Chọn thời gian di chuyển 1 bước của Man t = 1s

Thời gian đứng yên của Man t = 1,88s

3.1) Tính toán sao gạt chai :

Kích thước rãnh gạt chọn Ø62

Đường kính ngoài sao gạt chọn R = 200mm

Chọn bề dày của sao gạt: B = 5 mm

Số vị trí rãnh gạt: chọn 6 vị trí

Vận tốc dài của sao gạt tại vị trí tải chai: mm/s

Gia tốc của sao gạt tại vị trí tải chai:

Lực di chuyển chai:

Vận tốc góc của sao gạt: rad/s = 10 vg/phút

Trọng lượng chai khi có nước m = 0,5 kg

Hệ số ma sát f = 0,5

Lực ma sát : = N.f = 5.0,5 = 2,5 N

Số vị trí tác động lên sao gạt : 2 vị trí

Lực tối thiểu tác động lên sao gạt khi di chuyển :

Ngoài ra còn có lực quán tính của sao gạt Chọn F = 20 N

Công suất làm việc :

v R

Cơ cấu sao gạt hoạt động không liên tục vì vậy cần một cơ cấu chuyển chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn Trên thực tế có nhiều cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn Sau đây là một số cơ cấu điển hình:

a) Cơ cấu bánh răng khuyết:

Bánh răng chủ động bị bỏ đi một số răng Số răng đầy đủ khi chưa bỏ là Z1, số răng còn lại là Z1 do vậy gọi là bánh răng khuyết

Bánh răng bị động có đầy đủ số răg là Z2

Trong thời gian bánh răng chủ động quay được 1 vòng thì bánh răng bị động có lúc quay,

có lúc dừng, thực hiện chuyển động quay không liên tục

Cơ cấu này cho phép dễ dàng phấn phối thời gian chạy hoặc dừng của bánh răng bị động bằng cách thêm bớt răng của bánh răng chuyển động ngoài ra số lần chạy – dừng của bánh răng bị động cũng dễ thay đổi …

Khuyết điểm : làm việc có rung động ở đầu và cuối vòng quay của khâu bị dẫn và chính vì thế chỉ được dùng khi vận tốc của khâu dẫn nhỏ

b) Cơ cấu Man:

Ưu điểm: làm việc êm hầu như không va đập ở đầu và cuối vòng quay của khâu bị dẫn và được dùng khi vận tốc góc của khâu dẫn trung bình và nhỏ.

Chọn cơ cấu Man để tính toán trong hệ thống

3.2 Cơ cấu Man:

3.2.1 Giới thiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

a) Giới thiệu: Cơ cấu man là cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn nhờ trên khâu dẫn có chốt và trên khâu bị dẫn có những rãnh tiếp xúc không liên tục nhau

Ứng dụng: Trong đồng hồ cơ; Trong máy công cụ (cơ cấu ăn dao của máy bào, cơ cấu ụ dao máy tiện tự động); Trong máy chiếu phim (cơ cấu đưa phim của máy) Trong dây chuyền lắp ráp và sản xuất tự động,