hệ thống đóng nắp chai hệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chaihệ thống đóng nắp chai
Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động MỞ ĐẦU - Trong công công nghiệp hóa - đại hóa đất nước, khí nói chung đóng vai trò quan trọng Nhưng ngày với phát triển vượt bậc công nghệ, khí truyền thống mang lại hiệu cao kinh thị trường Chính xuất xu hướng công nghệ, kết hợp khí, công nghệ thông tin điện tử để hình thành lĩnh vực - Lĩnh vực khí tự động hóa Trên giới, khí tự động hóa xuất lâu đời phát triển mạnh Việt Nam lĩnh vực trình hình thành phát triển Một sản phẩm Cơ khí - Tự động hóa dây chuyền hệ thống đóng nắp chai tự động Bên cạnh nhu cầu sử dụng nước uống đóng chai sản phẩm đóng gói ngày tăng Nắm bắt tầm quan trọng hệ thống, nhóm thực nghiên cứu" Thiết kế chế tạo hệ thống chiết rót đóng nắp chai nước suối tự động " Trong thực đề tài, chúng em phân chia nhiệm vụ cho thành viên nhóm để cố gắng hoàn thành nhiệm vụ giao Kết đạt sau thực nghiên cứu đề tài trang bị cho chúng em kiến thức bước đầu chúng em trường bước vào sống Mặc dù chúng em cố gắng để hoàn thiện đề tài nhiều khó khăn kiến thức chuyên môn kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhân đóng góp Quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Giáp giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực đề tài Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Nhóm sinh viên thực Nguyễn Thanh Tuấn …… 21304569 Hoàng Minh Tuấn …… 2134529 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Chương1 TỔNG QUAN 1.1 Khảo sát nhu cầu sử dụng Xã hội ngày phát triển đời sống người dân ngày nâng cao Do đó, nhu cầu ăn uống người dân nâng cao Chính mà năm gần loại nước suối đóng chai phục vụ cho người dân đa dạng bán rộng khắp nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng việc chọn lựa, đa dạng mẫu mã lẫn chất lượng Hình 1.1: Một sản phẩm nước suối đóng chai Nếu trước loại nước suối có mặt cửa hàng lớn, siêu thị có mặt nơi từ tiệm bách hoá, cửa hàng bán lẻ nhỏ, quán nước ven đường hay nói cần vài ba bước mua Từ đó, thấy mức độ phổ biến sản phẩm nước suối Nước ta có khoảng 80 triệu người cần tính người sử dụng chai nước, số chai nước cần sản xuất lên tới 80 triệu chai nhu cầu sử dụng lớn Chính thế, nhiều sở, nhiều xí nghiệp, công ty sản xuất nước suối thành lập, nhu cầu tất yếu GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Ngoài loại nước uống, phải kể đến phát triển sản phẩm chai đóng nắp nay: Như sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, nước mắm Do thấy nhu cầu sản xuất sản phẩm hộp đóng nắp cao 1.2.Thực trạng sản xuất công ty Việt Nam Cùng với phát triển sản phẩm nước suối đóng chai ta thấy việc chuyển đổi sử dụng chai chứa cho sản phẩm, loại chai nhựa thay cho loại chai thủy tinh tiện dụng chai nhựa Do làm thay đổi công nghệ chiết rót đóng nắp chai, chai thủy tinh nắp thường đóng chặt vào chai nhựa thường xoáy Với nhu cầu sản lượng lớn công việc sản xuất chiết rót, đóng nắp chai tay không hiệu Đặt yêu cầu đưa hệ thống dây chuyền tự động chiết rót đóng nắp chai tự động vào sản xuất Trên thị trường Việt Nam có hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất khác dây chuyền nhập từ nước ngoài: Đài Loan, Trung Quốc Do giá thành cao gặp nhiều khó khăn trình vận hành, sửa chữa Sau số dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động có thị trường nay: 1.3 Giới thiệu hệ thống đóng nắp chai tự động Sau số dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động áp dụng phổ biến thị trường nay: Hình 1.2: Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu bôi trơ GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Chương 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC 2.1.Thông số vật liệu Chai nước suối nắp ren với thể tích thực 500ml với: • Đường kính đáy : 60 mm • Đường kính lớn : 65 mm • Đường kính cổ chai = Đường kính nắp chai : 26 mm • Đường kính nắp chai : 28 mm • Chiều cao không nắp : 220 mm • Chiều cao nắp chặt : 222 mm • Độ dài ren : 16mm • Tổng khối lượng chai nước đủ 500ml : 0,55 kg 2.2 Lựa chọn phương án 2.2.1 Phương án a.Sơ đồ nguyên lý : Hình 2.1 • Ưu điểm : + Năng suất cao GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động + Máy chạy êm • Nhược điểm : + Máy to + Yêu cầu kỹ thuật cao + Giá thành cao b Cơ cấu chiết rót : + Phương pháp : Cảm biến quang xác định mực nước xác định + Nguyên lý : Vòi chiết có nhiệm vụ chiết nước vào chai + sensor quang đặt trước vị trí chai nước với độ cao xác định theo công thức : Trong : h : chiều cao tính tâm sensor so với đáy chai nước V: Thể tích cần nước cần chiết vào chai (500ml) r : Bán kính chai nước + Khi nước đến chiều cao xác định Cảm biến xác nhận gửi thông tin điều khiển để ngắt nguồn cung cấp nước Không chọn phương án : + Chiết nước theo dạng thẳng tốn diện tích=> Không phù hợp với yêu cầu đặt thiết kế máy chiết rót nhỏ gọn cho doanh nghiệp nhỏ +Rót nước dạng thẳng không liên tục => Năng suất thấp 2.2.2 Phương án 2.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý : Hình 2.2 :Cơ cấu chiết phương pháp GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động • Ưu điểm : + Nhỏ gọn + Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo , dễ vận hành + Giá thành thấp • Nhược điểm: + Năng suất không cao => Chọn phương án phù hợp với yêu cầu điều kiện vật chất Việt Nam 2.2.2.2 Cơ cấu chiết rót a Nguyên lý xác định thể tích : Thiết lập thời gian timer lưu lượng cố định H2.3 Cơ cấu chiết rót Trong : 1: Thùng chứa nước Bơm định lượng 3.Bộ điều khiển PLC 4.Thanh nâng hạ GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động + Thời gian rót cố định thiết lập timer điều khiển PLC Vậy muốn thể tích rót cố định (500ml) lưu lượng đầu ống phải cố định => máy bơm định lượng đảm bảo yêu cầu lưu lượng cố định giá trị thiết lập b Nguyên lý bơm định lượng : • Công thức tính lưu lượng lý thuyết : Trong : n: Số vòng quay bơm • Công thức tính lưu lượng thực : Trong : : Lưu lượng lý thuyết bơm : Hiệu suất tổng Công thức tính công suất động : Trong : Q : Lưu lượng bơm (l/p) (Pa) Theo hình ta có : Trong : (Pa) (N/m3) H: Độ cao chênh lệch điểm (m) Vậy ta có: + Do mực nước bồn không cố định nên độ cao H thay đổi => đo cảm biến áp suất bên máy bơm định lượng GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động + Khi cảm biến áp suất báo cho điều khiển Tiếp theo điều khiển tính toán để đưa số vòng quay thích hợp để lưu lượng cố định 2.3 Sơ đồ nguyên lí 2.3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống Cấp nước Băng tải Chai nước Mâm xoay Chiết nước Cấp nắp Đóng nắp 2.3.2 Giai đoạn Giai đoạn 1: Cấp chai tay chiết xuất nước Khi chai thứ qua cảm biến bị trí đếm chai đặt trước mâm xoay báo tín hiệu điều khiển động điều khiển mâm xoay quay Quá trình quay chai thứ GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động qua cảm biến vị trí thứ hai, động băng tải động mâm xoay đồng thời dừng hoạt động, lúc xilanh mang đầu bơm nước xuống tới cữ hành trình Xilanh dừng xuống, động bớm nước bắt đầu hoạt động, nước bơm đầy vào chai khoảng thời gian lập trình Giai đoạn 2: Cấp nắp chai tự động Xilanh mang đầu bơm nước di chuyển cữ hành trình trên, đồng thời chai thứ hai vào Chai thứ hai hoạt động tương tự trình tự chai thứ Chai thứ hai đến vị trí bơm nước lúc chai thứ đến vị trí cấp nắp chai Pitong dẫn hướng nắp chai xuống hết cữ hành trình, sau pitong giữ nắp thu về, nắp chai nhả vị trí miệng chai Tiếp theo sau khoảng thời gian lập trình pitong giữ nắp trở lại vị trí ban đầu Sau Pitong dẫn hướng trở lại vị trí ban đầu Giai đoạn 3: Xoáy nắp chai đưa sản phẩm - Chai thứ ba vào hoạt động chai thứ hai Lúc chai thứ hai đến vị trí thả nắp chai thứ đến vị trí xoáy nắp Khi chai thứ vị trí xoáy nắp, pitong mang động xoáy nắp xuống giữ nắp chai thực xoáy nắp Sau thời gian động dừng xoáy nắp, xilanh mang động xoáy nắp trở lại vị trí ban đầu - Khi chai đưa vào, thành phẩm trình đưa nhờ hệ thống mâm xoay băng tải 2.3 Sơ đồ động GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Hình 2.1: Sơ đồ động hệ thống Bao gồm : 1.Động điện không đồng pha ; 2.Hộp giảm tốc ; 3.Bộ truyền xích ; 4.Băng tải ; 5.Động mâm xoay; 6.Hệ thống triết nước; 7.Hệ thống cấp nắp; 8.Hệ thống đóng nắp; 9.PLC 10 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động CHƯƠNG THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC Trong giới hạn đề tài, nhiều hạn chế kiến thức, thời gian, kinh tế… chúng em giới hạn thực công đoạn mô hình đóng nắp chai tự động: • Cấp chai: tay • Chiết xuất nước tự động • Cấp nắp tự động • Đóng nắp tự động Dựa yêu cầu đề ra: Mô hình đóng nắp chai tự động với việc tham khảo dây chuyền có chúng em đưa kết cấu dây chuyền sau: 3.1 Thông số kỹ thuật • • • • • • • • • • • Năng suất : 15 chai/phút Năng suât vận chuyển : 280 kg/h Thời gian rót chai : 4s Đường kính vòi chiết :1 cm Khoảng cách chai: 30 cm Vận tốc băng tải : 0,1 m/s Bề rộng băng tải : 15 cm Chiều dài băng tải : m Đường kính tang dẫn : 130 mm Đường kính mâm xoay 3.2 Tính toán băng tải 3.2.1 Cấu tạo chung băng tải: 11 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động H Hình 3.4 Cấu tạo chung băng tải Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho phận kéo yếu tố làm việc Bộ phận đổi hướng cho phận kéo Các thông số chủ yếu máy chủ yếu là: • Năng suất • Vận tốc di chuyển • Chiều dài chiều cao vận chuyển 3.2.2 Tính toán công suất động băng tải a.Tính toán công suất tang dẫn động 12 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Được xác định theo công thức tài liệu [1] Với: : suất vận chuyển : chênh lệch độ cao tang dẫn : Tang nằm ngang :vận tốc băng tải : hệ số cản chuyển động băng theo phương ngang, chọn ổ tựa trượt : hệ số tính đến tải trọng băng lăn, chọn ứng với : Chiều dài băng : Thay số , ta b.Tính công suất động - Vận tốc quay trục công tác: Với: V: Vận tốc băng tải (m/s) D: đường kính tang quay (mm) - Tỷ số truyền sơ bộ: - Số vòng quay sơ động cơ: - Công suất trục động điện xác định theo công thức 4.15[1] Trong đó: Pdc : Công suất cần thiết trục động ( kW) Pct : Công suất tính toán trục máy công tác (kW) : Hiệu suất hộp giảm tốc : 0,9 => c.Chọn động Dựa vào công suất vừa tính ta chọn động : Rulmeca 216m-220H Với thông số : + Đường kính tang : 216 mm + Công suất truyền động : từ 1.5 kW đén 5.5 kW +Tốc độ chạy băng : 0,05 m/s đến 2,5m/s 13 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động 3.3 Tính toán mâm xoay 3.4 Tính toán cấu chiết nước 3.4.1 Nguyên lý : Hình 4: Cơ cấu chiết rót • Cơ cấu vận hành hệ thống PLC • Nguyên lý chiết rót : Chiết rót lưu lượng định lượng thời gian + 3.4.2 Tính toán động bơm nước + Lưu lượng rót : Ta có công thức tính thể tích rót : V= Q.t Trong đó: V: thể tích cần rót ( l ) Q :Lưu lượng ống ( l/ph ) t : Thời gian rót (phút ) 14 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động + Công thức tính công suất động : Trong : Q : Lưu lượng bơm (l/s) (Pa) + Chiều cao H thùng chứa từ 0-đến 1,5 m nên => 3.4.3 Chọn động bơm nước • Bơm định lượng : C-6125P loại nhỏ với thông số : + Lưu lượng bơm lớn nhất: 100l/h + Áp suất cao : 5,6 kg/cm2 + Khoảng điều chỉnh lưu lượng : 0ml - 800ml Hình 2.1 Máy bơm định lượng C-6125P 3.5 Tính toán cấp nắp a.Cơ cấu cấp nắp: Nắp phân loại cấp máy rung 3.6 Tính toán đóng nắp Kẹp chặt nắp ( nắp định vị sẵn miệng chai sau qua cấp phôi nắp chai ) 15 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Sau cấu kẹp chặt nắp xong vừa tịnh tiến theo hướng xuống vừa xoay với vận tốc thiết lập Thời gian kẹp chai rút cấu tuỳ thuộc vào độ dài cổ chai có ren chai nước ( trường hợp chai có độ dài ren 16mm) 3.6.1 Cụm chi tiết xoáy nắp 16 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Hình : cụm chi tiết xoáy nắp • Xi lanh khí nén • Động xoáy nắp Phân tích lực tác dụng vào chai xoáy nắp Khi xoáy nắp lực tác dụng từ đầu xoáy qua nắp chai, gây lực F tác dụng lên chai Khi xoáy nắp lực F tác dụng vào mặt nắp làm cho nắp xuống lên toàn lực F tác dụng vào chai, giống momen từ động qua đầu xoáy M1 không tác dụng toàn vào chai Ta xét cho trường hợp nguy hiểm nắp chai xoáy chặt vào chai momen quay làm quay chai M1 lớn F M2 M1 N Trong trường hợp chai nắp chai gắn chặt vào coi vật, lực nén F tác dụng vào chai lớn gây lực ma sát Fms1 đầu xoáy nắp xoay Fms1 gây momen cản xoay M2 Fms1 = F k Trong đó: 17 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Chọn k = + K hệ số ma sát bề mặt đệm cao su nắp chai k = + F lực tác dụng từ đầu xoáy xuống nắp chai Giả sử lực F = 1,5 P, P trọng lực phần đầu xoáy tác dụng vào nắp chai: P = m g = 6.10 = 40 N → F = 90 N -Lực ma sát Fms1 = 90 N -Lực F tác dụng vào bề mặt lắp chai, coi điểm đặt lực ma sát vị trí trung điểm đường nối tâm đường tròn vành nắp chai Ø25 Tính momen cản lực ma sát M2 = Fms r = 90 6,25 = 562,5 Nmm Giả sử biến dạng chai trình lực F tác dụng Lực tác dụng vào băng tải chỗ tiếp xúc với đáy chai F = F Sinh phản lực N = F 2, tác dụng vào chai Tương tự tính toán ta có momen cản xoay M3 = Fms2 R Fms2 lực ma sát N gây lý luận tương tự coi điểm đặt lực Fms2 cách tâm quay R = 12,5mm Do bề mặt ma sát đáy chai đai băng tải tiết diện đáy nên lực ma sát toàn bề mặt đáy chai Nên Fms2 = k1 k2.F Trong đó: + k1 = 0,6 hệ số bề mặt đáy ma sát không liên tục + k2 = hệ số ma sát bề mặt đáy chai đai + F = 90 N Suy M3 = 0,6.1.90.12,5 = 675 Nmm 18 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động Chọn thông số động quay đầu xoáy + Động Dc Số vòng quay n = 150 v/ph Công suất P = 40 W Momen tính theo công thức T = 9,55.10 P n = 9,55.10 = 2550 Nmm Suy momen gây xoay chai M1 = T = 2550 Nmm Vậy momen cản tay kẹp cần tác dụng lên chai Mc = M1 – M2 – M3 M c = 2550 – 562,5 – 675 = 1312,5 Nmm Hình 3.1 : Động 19 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động 3.6.2 Hệ thống xi lanh khí nén Hình 3.2: Xilanh khí nén Xi lanh sử dụng hai cụm chi tiết yêu cầu: Tác động nhanh Hành trình không lớn, cố định Nên chọn xi lanh tác dụng chiều giảm chấn Nguyên lý hoạt động xilanh tác dụng hai chiều áp suất dẫn từ hai phía Xilanh tác dụng hai chiều giảm chấn cuối khoảng chạy Tính toán xilanh tác dụng hai chiều: Lực tác động lên cần pittông: Khi tính toán lực cần ý đến chiều chuyển động cán pittông Lực tác động cần pittông ra: Đề tài: Thiết Kế Động Cơ Chiết Xuất Đóng Nắp Chai Tự Động 20 FA = A1.pe2 η Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết nước đóng nắp chai tự động + FA Lực tác động cán pittông D + A1 Diện tích mặt đáy pittông A1= + D Đường kính mặt đáy pittông + pe (bar) áp suất khí nén xilanh + η Hiệu suất xilanh, thông thường η =0,8 Lực tác động cần pittông vào: FA = A2.pe2 η + FA Lực tác động cán pittông vào (D − d ) + A2 Diện tích vòng găng pittông A2= +D Đường kính mặt đáy pittông +d Đường kính cán pittông + pe áp suất khí nén xilanh +η Hiệu suất xilanh, thông thường η =0,8 Tính toán Lực xilanh cần tác dụng vào tay kẹp Fk = Mc / R = 1312,5 / 30 = 43,75 N Lực tác dụng xi lanh tính theo công thức F = p.A Đề tài: Thiết Kế Động Cơ Chiết Xuất Đóng Nắp Chai Tự Động 21 Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết đóng nắp chai tự động Trong đó: + p : áp suất khí (pa), áp suất khí từ máy nén bar bỏ qua tổn thất đường ống ta có áp suất khí xilanh 6bar + A: diện tích bề mặt khí làm việc A = π D2 = 3,14 D mm2 Chọn đường kính xilanh tối thiểu 10mm Xilanh chọn mua thị trường Kí hiệu : SAI 2026 Đường kính xi lanh 20mm, hành trình 100mm Hãng sản xuất : SMC 3.6.3 Hệ thống điều khiển tự động PLC 22 GVHD: Nguyễn Văn Giáp Đề tài : Tính toán , thiết kế hệ thống chiết đóng nắp chai tự động Hình 3.3 Một điều khiển PLC Và vài chi tiết nhỏ khác Chương : Tài liệu tham khảo [1] : Kỹ thuật nâng chuyển – Máy vận chuyển liên tục tập – Nguyễn Hồng Quân , Nguyễn Danh Sơn [2] : Thiết kế hệ dẫn động khí – Trịnh Chất 23 GVHD: Nguyễn Văn Giáp ... nắp chai tự động Xilanh mang đầu bơm nước di chuyển cữ hành trình trên, đồng thời chai thứ hai vào Chai thứ hai hoạt động tương tự trình tự chai thứ Chai thứ hai đến vị trí bơm nước lúc chai. .. Sau số dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động có thị trường nay: 1.3 Giới thiệu hệ thống đóng nắp chai tự động Sau số dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động áp dụng phổ biến thị trường nay:... nắp chai tự động: • Cấp chai: tay • Chiết xuất nước tự động • Cấp nắp tự động • Đóng nắp tự động Dựa yêu cầu đề ra: Mô hình đóng nắp chai tự động với việc tham khảo dây chuyền có chúng em đưa