Luận văn thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước

công nghệ cơ khí, cơ khí chế tạo máy, cơ khí động lực, hệ thống phân loại, luận văn, Cơ Khí Chế Tạo, MÁY THIẾT KẾ

Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực Luận văn Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 1 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình. Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội, nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp. Ngày nay, trình độ tự động hoá của một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết. Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến. Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy có cần thiết của tự động hoá. Từ những thực tế trên là sinh viên của ngành Cơ Khí Chế Tạo, từ nhữnh kiến thức đã học chúng em đã chọn và thực hiện đê tài “Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước ”. Như đã nói ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết. Với phạm vi đồ án chúng em sẽ tạo ra một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại và đếm sản phẩm. Trong thời gian thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô và các bạn , đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Đắc Lực để chúng em có thể hoàn thành đề tài này. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót. Chúng em rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cô để chúng em có thể rút ra được kinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình. Huế, tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn An Lê Phước Bảo Trần Hoàng Ben SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 2 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY THIẾT KẾ 1.1.GIỚI THIỆU TÓM TẮT VỀ ĐỀ TÀI Nguyên lý làm việc : Máy phân loại sản phẩm này hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiểu cao của sản phẩm. Sau đó dùng xilanh để loại bỏ sản phẩm có kích thướt không đạt yêu cầu. Những sản phẩm có kích thước đạt yêu cầu sẽ được đếm bằng các cảm biến cho đến khi đạt đủ số lượng theo yêu cầu rồi tiếp tục được chuyển đến các thùng hàng để đóng gói. Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn máy hoạt động được cần những chuyển động cần thiết: chuyển động tịnh tiến để đưa sản phẩm vào để phân loại, ta dùng băng chuyền để tạo ra chuyển động này. Để truyền động chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian. Ngoài chuyển đông đưa sản phẩm vào của băng chuyền máy còn chuyển động cần thiết nữa đó là hai chuyển động tịnh tiến để đẩy sản phẩm không đạt kích thước của xilanh. Chuyển động của xilanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén. Chu trình làm việc máy : Khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được vào băng chuyền. Khi sản phẩm ở trên băng chuyền nó sẻ được phân loại với kích thướt lớn nhỏ khác nhau. Các phế phẩm sẻ được loại bỏ còn các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được đếm và chuyển đến thùng hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm. Loại sản phẩm được phân loại: Hiện nay công việc phân loại và đếm sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc phân loại và đếm gạch men,các loại trái cây như dừa, bưởi, các thùng hàng theo kích thước là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 3 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn. Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng. 1.2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Tự động hoá là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao động của con người, nâng cao năng xuất lao động. Trong mọi thời đại, một sản phẩm làm ra vấn đề giá thành sản phẩm là một trong những vấn đề rất được quan tâm bởi lẽ nếu cùng một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất đưa ra nếu giá thành sản phẩm nào rẻ hơn nhưng với chất lượng như nhau thì dĩ nhiên người ta sẽ lựa chọn sản phẩm rẻ hơn. Chính vì lẽ đó mà con người luôn tìm tòi mọi phương pháp để giảm giá thành sản phẩm và đó là cơ sở cho nghành tự động hoá ra đời. Một trong những động lực cho sự phát triển của tự động hoá đó là giảm sức lao động của con người, nâng cao chất lượng sản phẩm và năng xuất lao động. Người ta từ lâu đã nhận ra rằng lao động của con người không thể sánh bằng máy móc kể cả về năng suất và chất lượng đặc biệt là các loại máy móc tự động. Vì vậy việc ra đời của ngành tự động hoá không những giảm bớt lao động của con người mà còn nâng cao được năng suất và chất lượng sản phẩm. Quá trình tự động hoá đã làm cho việc quản lí trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa. Ngoài ra tự động hoá còn cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân, SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 4 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực tránh cho công nhân những công việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, có thể thay cho con người lao động ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiểm, độc hại… Tự động hoá có thể áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt và đơn chiếc với một trình độ chuyên môn hoá cao cũng chính vì thế mà năng suất cũng như chất lượng sản phẩm rất cao. Ngày nay để đánh giá mức độ của một nền sản xuất, người ta đánh giá vào mức độ tự động hoá của nền sản xuất đó. Ngày nay, với một trình độ chuyên môn hoá cao một sản phẩm được làm ra có thể được lắp từ nhiều chi tiết của các nhà sản xuất khác nhau trên thế giới. Chính vì lẽ đó mà buộc con người phải tiêu chuẩn hoá các chi tiết cũng như các sản phẩm chế tạo ra. Tự động hoá rất thích hợp với ngành sản xuất theo tiêu chuẩn như thế. Với tầm quan trọng như thế, ngành tự động hoá rất được các quốc gia trên thế giới quan tâm bởi đó không những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi kinh tế thị trường việc cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn, nó đòi hỏi không những về chất lượng sản phẩm mà còn cả về giá thành. Chúng em chọn đề tài phân loại sản phẩm bởi vi nó có khá nhiều ứng dụng trong thức tế như đã trình bày ở trên. Việc vận dụng những kiến thức đã học vào thiết kế chế tạo mô hình cũng tương đối đơn giản. ______________________ SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 5 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1. PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1.1. Hoạt động phân loại thủ công Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân dùng các thiết bị đo kiểm để xác định sản phẩm thuộc loại nào. Sau đó xếp sản phẩm vào trong hộp, đếm đủ số lượng rồi dùng băng keo dán lên miệng hộp. Việc này phụ thuộc rất nhiều vào trình độ công nhân. Hơn nữa, công nhân làm việc lâu không tránh khỏi những sai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều. 2.1.2. Hoạt động phân loại tự động Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng chuyền. Bên cạnh băng chuyền có đặt các công tắc hành trình, phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm mà chúng có tác động vào công tắc hành trình hay không, khi sản phẩm tác động vào công tắc hành trình chúng sẽ được đẩy vào hộp nằm trên các băng chuyền khác.Các sản phẩm còn lại sẻ được băng chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng ,thông qua hệ thống đếm tự động cho đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẻ tư động dừng trong một khoàng thời gian để đóng gói sản phẩm .Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dừng. Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng. 2.2. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.2.1. Các chuyển động chính Chuyển động của băng chuyền chính để mang sản phẩm đi phân loại. Chuyển động tịnh tiến của piston nhằm đẩy sản phẩm vào hộp trên băng chuyền phân loại. 2.2.2. Các yêu cầu khi thiết kế Nhìn chung, khi xây dựng phương án bố trí cho các hệ thống tự động cần phải đảm bảo các điều kiện như sau: - Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy. - Công nhân làm việc được thoải mái, không phải chịu áp lực lao động. SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 6 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực - Ngoài ra phải đảm bảo được tính an toàn và tính kinh tế. 2.3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.3.1. Phương án 1. Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm, một công tắc hành trình được đặt ở phía trên băng tải để xác định các sản phẩm có chiều cao vượt quá cho phép. Một xilanh để đẩy phế phẩm ra khỏi băng tải. Một cảm biến để đếm sản phẩm. Sử dụng van tiết lưu năm cửa hai vị trí để điều khiển xilanh. Ưu điểm: Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử dụng ít pittong, ít băng tải nên gia thành chế tạo thấp, ít dùng cảm biến nên dễ dàng cho việc điều khiển. Nhược điểm : Chỉ phân loại các sản phẩm có chiều cao khác nhau, chưa có tính linh hoạt trong khâu phân loại và đóng gói. 2.3.2.Phương án 2. Sử dụng hai băng tải để vận chuyển sản phẩm, một dùng để vận chuyển sản phẩm đến để phân loại, một để vận chuyển các sản phẩm đã được phân loại đi đóng thùng Sử dụng 2 xilanh để đẩy các sản phẩm đạt chất lượng từ băng tải 1 sang băng tải 2, sử dụng công tắc hành trình ở băng tải 1 để phân loại sản phẩm. Bộ cảm biến để đếm sản phẩm, sử dụng van tiết lưu 5/2 để điều khiển xilanh. Ưu điểm : phân loại sản phẩm đa dạng hơn, có thể cùng một lúc phân loại nhiều kích thước của sản phẩm. Nhược điểm : sử dụng nhiều xilanh và băng tải hơn nên tốn kém trong việc chế tạo, sử dụng nhiều cảm biến nên khó khăng trong việc điều khiển. Tôn nhiều thời gian hơn do đó năng suất sẽ giảm. Dựa trên các phân tích trên nhóm chúng em lựa chọn phương án 1 để thiết kế và chế tạo mô hình. ______________________ SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 7 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực CHƯƠNG III THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 3.1 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY - Năng suất làm việc của máy Q [ T/h ] - Tốc độ vận chuyển V = 36 [m/h ] - Chiều dài băng chuyền L = 10 [m ] - Độ cao vận chuyển của băng chuyền H = 0 [ m ] - Góc nghiêng mặt đáy ß = 0 [ ] - Lực đẩy của Xilanh F L t Năng suất là lượng vật liệu được vận chuyển trong một đơn vị thời gian [ Th ] Q = 0,36.G.V/t ( 1 ) G là trọng lương của gạch cần phân loại, G =3 [ N ] V là vận tốc băng chuyền, V = 0,1 [ m/s ] t là bước của các viên gạch đưa vào phân loại kích cỡ, t = 0,1 [ m ] thay số vào công thức trên ( 1 ) ta được công suất: SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 8 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực Q =0,36.3.0,1/0,1 = 1,08[ T/h ] Lực đẩy của Xilanh F F > Fms max Với Fms max là lực ma sát lớn nhất giửa bề mặt tiếp xúc của sản phẩm với băng chuyền. Fms max = K.N ( 2 ) Với k là hệ số ma sát giửa hai bề mặt giửa sản phẩm và băng chuyền. Chọn K= 0,8 N là phản lực của băng chuyền đối với sản phẩm. N = G = 3 ( N ). Thay số vào công thức (2 ) ta được : Fms max = 0,8.3 = 2,4 ( N ). 3.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY, XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT PHẦN TỬ DẪN ĐỘNG 3.2.1 Tính toán công suất dẫn động cho thiết bị vận tải. Công suất dẫn động : Máy vận chuyển vật liệu trên khoảng L (mm),độ cao H (m). Với năng suất là Q [T/h] thì công suất tiêu hao là: N = Q.(H +c.L)/(360. η ) [Kw] (3) Trong đó c =1,3 là hệ số cản chuyển động. η = η 1 . 2 2 η η 3 (4) η là hiệu suất chung của toàn máy η 1 là hiệu suất của bộ truyền bánh răng η 1 = 0,97 η 2 là hiệu suất của một cặp ổ bi η 2 = 0,995 SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 9 Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực η 3 là hiệu suất của băng chuyền η 3 = 0,75 Thay vào công thức (4) ta được : η = 0.97.0,995 2 .0,75 = 0,7 Thay số vào công thức (3) ta được : N =1,08.(0 + 1,3.10)/(360.0,7) = 0,054 [Kw] 3.2.2 Tính toán động lực học toàn máy 3.2.2.1 Tính toán công suất trên các trục N 1 (trục động cơ) = 0,01 [Kw] N 2 = N 1 . 1 η = 0,01.0,97 = 0,0097 [Kw] N 3 = N 2 . η 2 2 . η 3 = 75,0.995,0.0097,0 2 = 0,0073 [Kw] 3.2.2.2 Tính momen xoắn trên các trục M xi = nN /.10.55,9 6 Với N là công suất trên các trục [Kw]. n là số vòng quay trên các trục [vòng/phút] n 1 = 60 vòng/phút n 2 = n 1 . i br = 60 . 2 1 = 30 vòng/phút n 3 = n 2 .1 = 30.1 = 30 vòng/phút M 1 = 9,55. 10 6 . 0,01/ 60 =1591 [N.m] M 2 = 9,55. 10 6 . 0,0097/30 = 3088 [N.m] M 3 = 9,55. 10 6 . 0,0073/30 = 2324 [N.m] 3.4.2.3 Tính đường kính trục sơ bộ SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben Trang 10 . Môn Học HTĐKTĐ GVHD: Nguyễn Đắc Lực Luận văn Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben. tài Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước ”. Như đã nói ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con người thiết nghĩ