Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động rọc rìa ván cho dây chuyền xẻ gỗ tự động

Bài viết này trình bày cơ sở thiết kế, chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm hệ thống rọc rìa tự động bằng các phương pháp tính toán logic, đồng dạng mô phỏng và thử nghiệm. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ chính xác và tin cậy của hệ thống rọc rìa có thể áp dụng cho thực tế sản xuất và tích hợp để đồng bộ dây chuyền xẻ gỗ tự động trong công nghiệp chế biến gỗ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Công nghiệp rừng NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG RỌC RÌA VÁN CHO DÂY CHUYỀN XẺ GỖ TỰ ĐỘNG Hoàng Sơn1, Đồng Văn Ngọc2, Nguyễn Xuân Nguyên2, Bùi Lê Hồng Trường2 Trường Đại học Lâm nghiệp Trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội TÓM TẮT Hệ thống tự động rọc rìa ván xẻ có vai trị quan trọng dây chuyền xẻ gỗ tự động với nhiệm vụ tự động tìm vị trí cần rọc rìa điều khiển trình cắt để loại rìa gỗ có ván Yêu cầu hệ thống phải đồng với dây chuyền xẻ tự động, làm việc tin cậy đảm bảo độ xác vị trí cần xẻ rọc rìa để đảm bảo ván rìa tỷ lệ thành khí cao ván khác có kích thước, hình dạng rìa gỗ khác vị trí cần rọc rìa khác ván Bài báo trình bày sở thiết kế, chế tạo, lắp đặt thử nghiệm hệ thống rọc rìa tự động phương pháp tính tốn logic, đồng dạng mô thử nghiệm Kết thực nghiệm cho thấy độ xác tin cậy hệ thống rọc rìa áp dụng cho thực tế sản xuất tích hợp để đồng dây chuyền xẻ gỗ tự động công nghiệp chế biến gỗ Từ khóa: dây chuyền xẻ gỗ tự động, hệ thống rọc rìa tự động, nghiên cứu thiết kế, PLC ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước có công nghiệp chế biến gỗ phát triển Năm 2019, kim ngạch xuất sản phẩm gỗ đồ gỗ đạt tỷ USD đóng góp khoảng 5% tổng kim ngạch xuất nước (http://goviet.org.vn) Tuy nhiên việc áp dụng giới hóa tự động hóa chế biến gỗ Việt Nam nhiều hạn chế, đặc biệt khâu sản xuất ván xẻ dẫn đến suất thấp, chất lượng sản phẩm tỷ lệ thành khí khơng cao, nhiều nước giới khắc phục nhược điểm nhờ áp dụng giới hóa tự động hóa mức cao chế biến gỗ, đặc biệt khâu xẻ phá, rọc rìa ván, xẻ thanh, khâu bào, đục mộng, đánh nhẵn Với lý đó, năm 2016 Bộ khoa học công nghệ giao cho Trường Đại học Lâm nghiệp thực đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo dây chuyền xẻ gỗ tự động suất - m3/h gỗ thành phẩm”, mã số ĐTĐL.CN-10/16, kết đề tài thiết kế chế tạo thành công dây chuyền xẻ gỗ tự động với ưu điểm so với dây chuyền xẻ thủ công gồm: tăng suất, giảm số lượng lao động, tăng tỷ lệ thành khí sản phẩm ván xẻ Hệ thống rọc rìa nằm dây chuyền xẻ gỗ tự động thuộc đề tài trọng điểm cấp Nhà nước "Nghiên cứu thiết kế chế tạo dây chuyền thiết bị xẻ gỗ tự động" mã số ĐTĐL.CN-10/16 Nhiệm vụ hệ thống tự động rọc rìa 118 để loại bỏ bìa bắp ván để ván thành phẩm rìa Để tự động hóa khâu rọc rìa cần phải có hệ thống điều khiển để tự động điều khiển trình xác định rìa ván gỗ rọc rìa vị trí xác định Trên giới nhiều nước áp dụng công nghệ tự động điều khiển trình rọc rìa ván xẻ dây chuyền xẻ ván Tuy nhiên tài liệu công nghệ đến chưa thấy công bố rộng rãi Ở Việt Nam đến chưa có cơng trình nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển trình rọc rìa ván xẻ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hệ thống tự động rọc rìa ván sau khâu xẻ phá dây chuyền xẻ gỗ tự động hình Tấm ván sau xẻ cưa vòng đứng xẻ phá từ cưa vòng đưa tới hệ thống rọc rìa hệ rulo (1) Khi đến cuối hệ thống rulo đầu vào (1), ván băng tải xích (2) đưa ngang qua hệ thống nhận dạng dìa (3), sau nhân diện dìa xác định vị trí cần rọc rìa, ván hệ thống rulo lăn (4) rulo dẫn hướng (5) đưa vào cưa đĩa (6) để rọc rìa, sau rọc xong ván thành phẩm đưa nhờ băng tải đầu (7) Hình mơ tả ván cịn rìa ván thành phẩm sau rọc bỏ rìa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Cơng nghiệp rừng Hình Hệ thống tự động rọc rìa ((1)-rulo cấp liệu đầu ván đầu vào chưa rọc rìa; (2)-băng tải xích tạo chuyển động ngang cho ván để phân loại rìa;(3)-hệ thống cảm biến để nhận dạng rìa vá;( 4)-rulo đẩy ván vào cưa đĩa có phận dẫn hướng; (5)-cưa đĩa rọc rìa;(6)-hệ thống rulo đầu cưa đĩa.) Hình Phân biệt thành phẩm rọc rìa ván chưa rọc rìa ((1)- Phần rìa bắp ván; (2)- phần lõi ván) 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: tác giả kế thừa cơng trình nghiên cứu cảm biến thơng số cảm biến có thị trường để lựa chọn loại cảm biến phù hợp với u cầu tốn đặt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 119 Công nghiệp rừng - Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: tác giả tham khảo ý kiến chuyên gia lĩnh vực xẻ gỗ để nắm yêu cầu vấn đề rọc bỏ rìa ván xẻ thành phẩm - Phương pháp đồng dạng mô phỏng: tác giả sử dụng phương pháp để mô tả hoạt động hệ thống máy tính phịng thí nghiệm q trình thiết kế trước tiến hành chế tạo hệ thống thực tế KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng công nghệ xác định rìa ván Hình mơ tả phương pháp xác định rìa ván Có thể nhận mặt A mặt B ván có chiều cao khác nhau, phần rìa cạnh đường cong vát tương ứng với viền đường tròn khúc gỗ mặt cắt ngang Nếu lấy C mặt phẳng chuẩn khoảng cách điểm A, điểm B điểm nằm viền đường trịn (nằm rìa ván) cách mặt phẳng chuẩn C với khoảng cách khác Chúng ta dựa vào đặc điểm ván để xác định phần rìa ván Dựa đề xuất nhận dạng rìa gỗ điểm, kết hợp với lựa chọn cảm biến điện dung E2K-C25MF1, phương án nhận dạng rìa tồn ván đề xuất hình (https://www.alldatasheet.com; OhKyong Kwon et al., 2018; Areen Allataifeh et al., 2018; Hyunseok Hwang et al., 2018; Vincenzo Piuri et al., 2010) Hệ thống cảm biến E2K-C25MF1 đặt phân bố dọc theo chiều dài ván nằm mặt phẳng với lưỡi cưa đĩa rọc rìa, với cảm biến đặt phía để nhận diện dìa ván trường hợp ván nằm ngửa cảm biến đặt để nhận dạng trường hơp ván nằm úp Nếu ván chuyển động ngang theo vận  tốc v qua hệ thống cảm biến, nhận diện mặt phẳng A (chính phần lõi ván) tín hiệu cảm biến báo Tấm ván nằm ngửa Tấm ván nằm úp Hình Phương án nhận diện rìa ván sử dụng cảm biến E2K-C25MF1  (1-mặt phẳng gỗ; 2-là băng tải xích tạo chuyển động ngang v ;3,4-hệ thống cảm biến đặt phía phía dưới; 5-rulo tạo mặt chuẩn) 120 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Công nghiệp rừng 3.2 Thiết kế chuyển động ván Từ sở lý luận trình xác định rìa ván, trình chuyển động ván hệ thống rọc rìa đề xuất hình Hình Phương án chuyển động ván Tấm ván sau xẻ phá chuyển động theo trục X từ điểm A tới điểm B; ván chuyển động ngang theo trục Y từ B tới C, việc nhận dạng rìa lõi thực trình này; cuối ván chuyển động theo trục X từ điểm C tới điểm D qua lưỡi cưa đĩa để rọc rìa; tới D trình rọc rìa gỗ kết thúc 3.3 Hệ thống rọc rìa thiết kế chế tạo Hình Mơ hình cấu tạo hệ thống rọc rìa tự động (1-hệ thống rulo đầu vào; 2-băng tải xích tạo chuyển động ngang Y; 3-hệ thống cảm biến E2K-C25MF1; 4-hệ thống rulo đẩu gỗ vào cưa đĩa rulo dẫn hướng tạo mặt chuẩn; 5-cưa đĩa rọc rìa; 6-hệ thống rulo đầu ra) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 121 Công nghiệp rừng HT rulo đầu Băng tải xích tạo chuyển động ngang ván HT rulo đầu vào Cưa đĩa rọc rìa HT cảm biến nhận dạng rìa ván HT rulo đẩy dẫn hướng ván vào cưa đĩa rọc rìa Hình Hệ thống rọc rìa chế tạo Nguyên lý làm việc hệ thống thể hình 5: Sau qua cưa vòng xẻ phá, gỗ hệ thống rulo đầu vào (1) đưa tới hệ thống rọc rìa, ván chuyển động vào theo trục X (mơ tả hình 4) đến cảm biến hành trình thứ tác động ván kết thúc chuyển động theo trục X (tương ứng với điểm B hình 4); hệ thống băng tải xích (2) tạo chuyển động vào theo trục Y mơ tả hình 4, chuyển động theo trục Y kết thúc tất cảm biến E2K-C25MF1 tác động, có nghĩa lưỡi cưa rọc rìa vị trí mạch rọc rìa lưỡi cưa đặt đường thẳng nối liền tâm cảm biến E2K-C25MF1); Tiếp theo hệ thống rulo đầu vào rọc rìa (4) đưa ván qua lưỡi cưa (5) để rọc rìa; rọc xong hệ thống ru lo (6) đưa ván thành phẩm cuối hệ thống (kho chứa) Chú ý kết thúc chuyển động Y (hình mơ tả) băng tải xích chạy lùi vị trí đầu để tiếp nhận ván cho lần rọc rìa sau 3.4 Xây dựng chương trình điều khiển PLC xác định kích thước ván a Kết nối phần cứng PLC Hệ thống điều khiển bố trí theo sơ đồ ngun lý sau: Tín hiệu khởi động (Start) nối vào chân X01; tín hiệu dừng (Stop) đưa vào chân X02; tín hiệu cảm biến (CB) từ đến đưa vào chân X03 đến X23 tương ứng; điện áp 0V(24VDC) đưa vào chân S/S; 24VDC đưa vào chân COM5 COM6; tín hiệu đầu PLC từ Y21 đến Y35 đưa vào cuộn hút rơle trung gian để điều khiển hệ thống động rulo, động cưa đĩa rọc rìa, xilanh khí nén cho rulo dẫn hướng… (hình 7) Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối với PLC 122 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Cơng nghiệp rừng b Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển Trên sở cơng nghệ rọc rìa xây dựng, hệ thống khí thiết kế, hệ thống đầu vào điều khiển PLC bố trí với thiết bị trường Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống rọc rìa tự động xây dựng hình Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển cho PLC 3.4 Thực nghiệm hệ thống Sau chế tạo hồn chỉnh hệ thống chúng tơi tiến hành chạy thử nghiệm thực nghiệm hệ thống Hình mơ tả q trình thử nghiệm hệ thống rọc rìa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 123 Công nghiệp rừng a) Ván HT rulo đầu vào đưa tới hệ thống rọc rìa b) Ván băng tải xích tạo chuyển động ngang qua hệ thống cảm biến để nhận dạng rìa d) Ván thành phẩm HT rulo đầu đưa để kho chứa Hình Quá trình rọc rìa ván c) Ván qua cưa đĩa để rọc rìa Kết thí nghiệm với mẫu ván đầu vào trạng thái nằm úp (10 mẫu), nằm ngửa (10 mẫu) Sai số trung bình ván đầu vào trạng thái ngửa mm trạng thái úp mm, sai số kết cấu hệ thống khí hệ thống treo cảm biến mơ hình, sai số ván đầu vào trạng thái ngửa lớn trạng thái ván nằm úp ván nằm úp mặt cần nhận diện (A) hệ thống rulo phía (tấm ván đè lên) tạo nên mặt chuẩn xác đo tác dụng trọng lực ván Tuy sai số dẫn đến xác chưa cao, cơng nghiệp chế biến gỗ chấp nhận KẾT LUẬN Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động rọc rìa ván cho dây chuyền xẻ gỗ tự động Để có kết trên, nghiên cứu tiến hành bước như: phân tích đặc điểm ván để nhận khác biệt phần rìa phần lõi ván; từ nghiên cứu đề xuất phương án nhận diện rìa bắp ván dựa vào yếu tố tự nhiên ván; từ phương án 124 đề xuất nghiên cứu lựa chọn cảm biến phù hợp, tạo chuyển động cần thiết ván để tác phần rìa phần lõi ván; cuối nghiên cứu đề xuất thiết kế chế tạo thành công hệ thống tự động rọc rìa ván Kết nghiên cứu sở lý luận mơ hình thực tiễn để xây dựng dây chuyền xẻ gỗ tự động, đóng góp cho phát triển ứng dụng giới hóa tự động hóa vào cơng nghiệp chế biến gỗ Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO http://goviet.org.vn/bai-viet/tinh-hinh-xuat-nhapkhau-go-va-san-pham-go-cua-viet-nam-trong-nam-2019 Trần Dũng, Trần Ngọc Bình, 2006 Ứng dụng cảm biến cơng nghiệp đóng gói, thực phẩm, hóa chất, Tự động hóa ngày nay, số 3(67) https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchwo rd=E2kc25mf1 Oh-Kyong Kwon, Jae-Sung An, 2018 Capacitive Touch Systems with Styli for Touch Sensors: A Review, IEEE Sensors Journal Areen Allataifeh; Kshiti Deolalkar; Mahmoud Al Ahmad, 2018 Highly sensitive piezobased touch sensor for robotics applications, 2018 11th International Symposium on Mechatronics and its Applications (ISMA) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Công nghiệp rừng Hyunseok Hwang, Hyeyeon Lee, Youngcheol Chae, 2018 A 6.9mW 120fps 28×50 capacitive touch sensor for 1mm-φ stylus using currentdriven ΔΣ ADCs, 2018 23rd Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC) Vincenzo Piuri and Fabio Scotti, 2010 Design of an automatic wood types classification system by using fluorescence spectra IEEE transactions on systems, man, and cybernetics-part c: applications and reviews, vol 40(3) STUDY ON AUTOMATIC LINE-EDGE CUTTING SYSTEMS FOR AUTOMATIC WOOD BAND-SAW LINES Hoang Son1, Dong Van Ngoc2, Nguyen Xuan Nguyen2, Bui Le Hong Truong2 Vietnam National Universty of Forestry Hanoi Electromechanical Vocational College SUMMARY The automatic line-edge cutting system of wood boards plays an important role in the automatic wood bandsaw line to automatically locate the edge waste and control the cutting process to remove them from the boards This system requires synchronizing with the automatic wood band-saw line, working reliably, ensuring the highest accuracy and proportion of the product due to different wood boards of size, shape, and edge This paper presents the principle of design, manufacture, installation, and testing of the automatic line-edge cutting system based on logical calculation methods, homologous simulation, and testing The experimental results show that the proposed automatic line-edge cutting system possesses high accuracy and reliability to integrate and synchronize with the automatic wood band-saw line Keywords: automatic edge cutting system, automatic wood cutting line, study on design, PLC Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng : 02/10/2020 : 03/11/2020 : 16/11/2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 125 ... trọng lực ván Tuy sai số dẫn đến xác chưa cao, cơng nghiệp chế biến gỗ chấp nhận KẾT LUẬN Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động rọc rìa ván cho dây chuyền xẻ gỗ tự động Để có kết trên, nghiên cứu tiến... động cần thiết ván để tác phần rìa phần lõi ván; cuối nghiên cứu đề xuất thiết kế chế tạo thành cơng hệ thống tự động rọc rìa ván Kết nghiên cứu sở lý luận mơ hình thực tiễn để xây dựng dây chuyền. .. trình rọc rìa gỗ kết thúc 3.3 Hệ thống rọc rìa thiết kế chế tạo Hình Mơ hình cấu tạo hệ thống rọc rìa tự động (1 -hệ thống rulo đầu vào; 2-băng tải xích tạo chuyển động ngang Y; 3 -hệ thống cảm biến