Thuyết minh tự động hóa Đóng nắp chai BKHCM

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

MỞ ĐẦU -  -

Trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, cơ khí nói chung đóng một vai trò rất quan trọng Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ,

cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh thế thị trường Chính vì vậy xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới - Lĩnh vực cơ khí

tự động hóa Trên thế giới, cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu đời và phát triển rất mạnh nhưng tại Việt Nam đây là lĩnh vực mới và đang trong quá trình hình thành

và phát triển Một trong những sản phẩm của Cơ khí - Tự động hóa là dây chuyền hệ thống đóng nắp chai tự động Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng nước uống đóng chai cũngnhư các sản phẩm đóng gói ngày càng tăng Nắm bắt được tầm quan trọng của hệ

thống, nhóm thực hiện nghiên cứu" Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót và đóng

nắp chai nước suối tự động " Trong khi thực hiện đề tài, chúng em đã phân chia

nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm để cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đã được giao

Kết quả đạt được sau khi thực hiện nghiên cứu đề tài sẽ trang bị cho chúng em kiến thức bước đầu khi chúng em ra trường bước vào cuộc sống mới

Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện đề tài nhưng còn nhiều khó khăn

về kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong nhân được sự đóng góp của Quý thầy cô Chúng em xin

chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Giáp đã giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian

thực hiện đề tài này Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Tuấn …… 21304569

Hoàng Minh Tuấn …… 2134529

Chương1 TỔNG QUAN

1.1 Khảo sát nhu cầu sử dụng

Xã hội ngày càng phát triển đời sống người dân ngày càng được nâng cao Do

đó, nhu cầu ăn uống của người dân cũng được nâng cao Chính vì vậy mà những năm gần đây các loại nước suối đóng chai phục vụ cho người dân rất đa dạng và được bán rộng khắp trên cả nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc chọn lựa, đa dạng cả về mẫu mã lẫn chất lượng

Hình 1.1: Một sản phẩm nước suối đóng chai

Nếu như trước đây các loại nước suối chỉ có mặt tại các cửa hàng lớn, siêu thịthì giờ đây nó đã có mặt ở mọi nơi từ các tiệm bách hoá, các cửa hàng bán lẻ nhỏ, cácquán nước ven đường hay nói đúng hơn chỉ cần vài ba bước là có thể mua được Từ

đó, có thể thấy mức độ phổ biến của các sản phẩm nước suối Nước ta có khoảng 80triệu người chỉ cần tính mỗi người sử dụng một chai nước, thì con số chai nước cầnsản xuất đã lên tới 80 triệu chai do đó nhu cầu sử dụng nó là rất lớn

Chính vì thế, nhiều cơ sở, nhiều xí nghiệp, công ty sản xuất nước suối đã thànhlập, đó là nhu cầu tất yếu

Ngoài các loại nước uống, phải kể đến sự phát triển của các sản phẩm chai đóng nắp hiện nay: Như các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, nước mắm Do đó có thể thấy nhu cầu sản xuất các sản phẩm hộp đóng nắp rất cao.

1.2.Thực trạng sản xuất của các công ty ở Việt Nam

Cùng với sự phát triển của các sản phẩm nước suối đóng chai ta thấy việcchuyển đổi sử dụng chai chứa cho các sản phẩm, các loại chai nhựa thay thế cho cácloại chai thủy tinh vì sự tiện dụng của chai nhựa Do đó nó cũng làm thay đổi côngnghệ chiết rót và đóng nắp chai, các chai thủy tinh thì nắp thường được đóng chặt vàocòn chai nhựa thường được xoáy

Với nhu cầu sản lượng lớn thì công việc sản xuất chiết rót, đóng nắp chai bằng tay là không hiệu quả Đặt ra yêu cầu đưa hệ thống dây chuyền tự động chiết rót và đóng nắp chai tự động vào sản xuất Trên thị trường Việt Nam có hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau nhưng các dây chuyền đều được nhập từ nước ngoài: Đài Loan, Trung Quốc Do đó giá thành cao và gặp nhiều khó khăn trong quá trình vận hành, sửa chữa Sau đây là một số dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động có trên thị trường hiện nay:

1.3 Giới thiệu hệ thống đóng nắp chai tự động.

Sau đây là một số dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động được áp dụng phổ biến trên thị trường hiện nay:

Hình 1.2: Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu bôi trơ

• Đường kính ngoài nắp chai : 28 mm

• Chiều cao không nắp : 220 mm

+ 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

+ 1 sensor quang được đặt trước vị trí chai nước với độ cao được xác định theo công thức :

Trong đó : h : chiều cao tính tại 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 đã xác định Cảm biến sẽ xác nhận và gửi thông tin về

bộ điều khiển để ngắt nguồn cung cấp nước

 Không chọn phương án này vì :

+ Chiết nước theo dạng thẳng tốn diện tích=> Không phù hợp với yêu cầu đặt ra là thiết kế 1 máy chiết rót nhỏ gọn cho doanh nghiệp nhỏ

+Rót nước dạng thẳng sẽ không được liên tục => Năng suất thấp

2.2.2 Phương án 2

2.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý :

Hình 2.2 :Cơ cấu chiết phương pháp 2

• 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 do phù hợp với yêu cầu và điều kiện vật chất ở Việt Nam

2.2.2.2 Cơ cấu chiết rót

a Nguyên lý xác định thể tích : Thiết lập thời gian bằng timer và lưu lượng cố định

H2.3.Cơ cấu chiết rót

+ Thời gian rót sẽ cố định được thiết lập bởi timer và được điều khiển bằng PLC Vậy muốn thể tích rót ra cố định (500ml) thì lưu lượng đầu ra trong ống phải cố định => máy bơm định lượng sẽ đảm bảo yêu cầu lưu lượng luôn cố định ở 1 giá trị thiết lập

b Nguyên lý của bơm định lượng :

• Công thức tính lưu lượng lý thuyết :

Trong đó :

n: Số vòng quay của bơm

• Công thức tính lưu lượng thực :

+ Do mực nước trong bồn không cố định nên độ cao H sẽ thay đổi =>

sẽ được đo bởi 1 cảm biến áp suất bên trong máy bơm định lượng

+ Khi đó cảm biến áp suất sẽ báo về cho bộ điều khiển Tiếp theo bộ điều khiển sẽ tínhtoán để đưa ra số vòng quay thích hợp để lưu lượng luôn được cố định.

 Giai đoạn 1: Cấp chai bằng tay và chiết xuất nước.

Khi chai thứ nhất đi qua cảm biến bị trí đếm chai đặt tại trước mâm xoay báo tín

hiệu về bộ điều khiển động cơ điều khiển mâm xoay quay Quá trình quay chai thứ

Cấp nước

Băng tải

Cấp nắp Mâm xoay

Đóng nắp

nhất qua cảm biến vị trí thứ hai, động cơ băng tải và động cơ mâm xoay đồng thời dừng hoạt động, lúc này xilanh mang đầu bơm nước đi xuống tới cữ hành trình dưới.Xilanh dừng xuống, động cơ bớm nước bắt đầu hoạt động, nước được bơm đầy vào chai trong khoảng thời gian lập trình.

 Giai đoạn 2: Cấp nắp chai tự động.

Xilanh mang đầu bơm nước di chuyển về cữ hành trình trên, đồng thời chai thứ hai

đi vào Chai thứ hai hoạt động tương tự như trình tự chai thứ nhất Chai thứ hai đi đến vị trí bơm nước cùng lúc chai thứ nhất cũng đi đến vị trí cấp nắp chai Pitong dẫn hướng nắp chai đi xuống hết cữ hành trình, sau đó pitong giữ nắp thu về, nắp chai được nhả ra đúng vị trí miệng chai Tiếp theo sau một khoảng thời gian lập trình pitong giữ nắp trở lại vị trí ban đầu Sau đó Pitong dẫn hướng trở lại vị trí ban đầu

 Giai đoạn 3: Xoáy nắp chai và đưa sản phẩm ra ngoài.

- Chai thứ ba đi vào hoạt động như chai thứ hai Lúc này chai thứ hai đến vị trí thả nắp và chai thứ nhất đến vị trí xoáy nắp Khi chai thứ nhất ở vị trí xoáy nắp, pitong mang động cơ xoáy nắp đi xuống giữ nắp chai và thực hiện xoáy nắp Sau một thời gian động cơ dừng xoáy nắp, xilanh mang động cơ xoáy nắp trở lại vị trí ban đầu

- Khi các chai đưa vào, thành phẩm của quá trình được đưa ra ngoài nhờ hệ thống mâm xoay và băng tải

2.3 Sơ đồ động

Hình 2.1: Sơ đồ động của hệ thống

Bao gồm : 1.Động cơ điện không đồng bộ 3 pha ; 2.Hộp giảm tốc ; 3.Bộ truyền xích ; 4.Băng tải ; 5.Động cơ mâm xoay; 6.Hệ thống triết nước; 7.Hệ thống cấp nắp; 8.Hệ thống đóng nắp; 9.PLC

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC

Trong giới hạn đề tài, do còn nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian,

kinh tế… chúng em giới hạn thực hiện các công đoạn của mô hình đóng nắp chai tự động:

3.1 Thông số kỹ thuật

• Năng suất : 15 chai/phút

• Năng suât vận chuyển : 280 kg/h

• Thời gian rót 1 chai : 4s

• Đường kính vòi chiết :1 cm

• Khoảng cách giữa các chai: 30 cm

3.2 Tính toán băng tải

3.2.1 Cấu tạo chung của băng tải:

1 2

4

Hình 3.4 Cấu tạo chung của băng tải.

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 vàcác yếu tố làm việc

5 Bộ phận đổi hướng cho bộ phận kéo

Các thông số chủ yếu của máy chủ yếu là:

• Năng suất

• Vận tốc di chuyển

• Chiều dài và chiều cao vận chuyển

3.2.2 Tính toán công suất động cơ băng tải

a.Tính toán công suất tang dẫn động

Được xác định theo công thức tài liệu [1]

Với:

: năng suất vận chuyển : chênh lệch độ cao của 2 tang dẫn : Tang nằm ngang:vận tốc băng tải

: hệ số cản chuyển động của băng theo phương ngang, chọn ổ tựa trượt.: hệ số tính đến tải trọng băng và con lăn, chọn ứng với

: Chiều dài băng : 2 Thay số , ta được

b.Tính công suất động cơ

- Vận tốc quay của 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 bộ của động cơ:

- Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức 4.15[1]

Dựa vào công suất vừa tính được ta chọn động cơ : 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

3.3 Tính toán mâm xoay

3.4 Tính toán cơ cấu chiết nước

3.4.1 Nguyên lý :

Hình 4: Cơ cấu chiết rót

• Cơ cấu được vận hành bởi hệ thống PLC

• Nguyên lý chiết rót : Chiết rót bằng lưu lượng và định lượng thời gian

Q :Lưu lượng trong ống ( l/ph )

t : Thời gian rót (phút )

+ Công thức tính công suất động cơ :

3.4.3 Chọn động cơ bơm nước

• Bơm định lượng : C-6125P loại nhỏ với các thông số :

+ Lưu lượng bơm lớn nhất: 100l/h

+ Áp suất cao nhất : 5,6 kg/cm2

+ Khoảng điều chỉnh lưu lượng : 0ml - 800ml

Hình 2.1 Máy bơm định lượng C-6125P

Sau khi cơ cấu kẹp chặt nắp xong thì vừa tịnh tiến theo hướng xuống và vừa xoay với 1 vận tốc đã thiết lập

Thời gian thôi kẹp chai và rút về của cơ cấu thì tuỳ thuộc vào độ dài của cổ chai có ren của chai nước ( trường hợp mình là chai có độ dài ren 16mm)

3.6.1 Cụm chi tiết xoáy nắp.

Hình : cụm chi tiết xoáy nắp

• Xi lanh khí nén

• Động cơ xoáy nắp

 Phân tích lực tác dụng vào chai khi xoáy nắp

Khi xoáy nắp lực tác dụng từ đầu xoáy qua nắp chai, gây ra lực F tác dụng lênchai Khi xoáy nắp lực F tác dụng vào mặt trên của nắp làm cho nắp đi xuống lênkhông phải toàn bộ lực F tác dụng vào chai, cũng giống như vậy momen từ động cơqua đầu xoáy M1 cũng không tác dụng toàn bộ vào chai Ta xét cho trường hợp nguyhiểm nhất khi nắp chai được xoáy chặt vào chai khi đó momen quay làm quay chai M1

là lớn nhất

F

M2 M1

N

Trong trường hợp này chai và nắp chai được gắn chặt vào nhau và coi như 1 vật, lựcnén F tác dụng vào chai là lớn nhất nó gây ra lực ma sát Fms1 giữa đầu xoáy và nắp khixoay Fms1 gây ra momen cản xoay M2

F ms1 = F kTrong đó:

Chọn k = 1.

+ K là hệ số ma sát giữa bề mặt đệm cao su và nắp chai k = 1 2

+ F là lực tác dụng từ đầu xoáy xuống nắp chai

Giả sử lực F = 1,5 P, P là trọng lực của phần đầu xoáy tác dụng vào nắp chai: P = m g

Suy ra M3 = 0,6.1.90.12,5 = 675 Nmm

 Chọn thông số động cơ quay đầu xoáy

+ Động cơ Dc

Số vòng quay n = 150 v/ph Công suất P = 40 WMomen được tính theo công thức

T = 9,55.106

P

n = 9,55.106 = 2550 Nmm

Suy ra momen gây xoay chai M1 = T = 2550 Nmm

Vậy momen cản của tay kẹp cần tác dụng lên chai là Mc = M1 – M2 – M3

 M c = 2550 – 562,5 – 675 = 1312,5 Nmm

Hình 3.1 : Động cơ

Nên chọn xi lanh tác dụng 2 chiều không có giảm chấn

 Nguyên lý hoạt động của xilanh tác dụng hai chiều là áp suất được dẫn từ

cả hai phía

 Xilanh tác dụng hai chiều không có bộ giảm chấn ở cuối khoảng chạy

 Tính toán xilanh tác dụng hai chiều :

Lực tác động lên cần pittông:

Khi tính toán lực cần chú ý đến chiều chuyển động của cán pittông

 Lực tác động khi cần pittông đi ra: F A = A 1 p e2 η

+ FA Lực tác động khi cán pittông đi ra

.D2

+ A1 Diện tích mặt đáy pittông A1=

4+ D Đường kính mặt đáy pittông+ pe (bar) áp suất khí nén trong xilanh

+ η Hiệu suất xilanh, thông thường η =0,8

 Lực tác động khi cần pittông đi vào: F A = A 2. p e2 η

+ FA Lực tác động khi cán pittông đi vào

.(D2 − d 2

)+ A2 Diện tích vòng găng pittông A2=

4+ D Đường kính mặt đáy pittông

+ d Đường kính cán pittông+ pe áp suất khí nén trong xilanh

+ η Hiệu suất xilanh, thông thường η =0,8

Tính toán

Lực xilanh cần tác dụng vào tay kẹp là Fk = Mc / R = 1312,5 / 30 = 43,75 N

Lực tác dụng của xi lanh được tính theo công thức

F = p.A

Trong đó:

+ p : áp suất của khí (pa), áp suất của khí từ máy nén là 6 bar bỏ

qua tổn thất đường ống ta có áp suất khí trong xilanh là 6bar

2

3,144

D

mm2

Chọn đường kính xilanh tối thiểu là 10mm

Xilanh được chọn mua trên 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

Hình 3.3 Một bộ điều khiển PLC

Và còn một vài chi tiết nhỏ khác

Chương 4 : Tài liệu tham khảo

[1] : Kỹ thuật nâng chuyển – Máy vận chuyển liên tục tập 2 – Nguyễn Hồng Quân , Nguyễn Danh Sơn

[2] : Thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất