Đồ án thiết kế máy đóng gói cà phê tự động môn thực tập tay nghề điện

Đồ án thiết kế máy đóng gói cà phê tự động môn thực tập tay nghề điệnCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆUCHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY – LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN2.1.Phương pháp thiết kế máy2.1.1.Phương án 1 – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp2.1.2Phương án 2 – Máy đóng gói hoạt động liên tục2.2.Lưu đồ thuật toánCHƯƠNG III: THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ3.1. Yêu cầu kĩ thuật của máy3.3.1.Cơ cấu gia nhiệt đầu cuối3.3.2.Cơ cấu đong đếm3.3.3.Cơ cấu hàn bụng3.2.Tính toán thiết kế máy3.2.1. Tính động học máy:3.2.1. Động lực học3.3.3. Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén của máy 3.3.4. Hệ thống nhiệt của máy3.3.Nguyên lý hoạt động của máy3.3.1.Hình 3D của máy3.3.2. Trình bày nguyên lýCHƯƠNG IV: CHỌN THIẾT BỊ CHO TỦ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ4.1. Chọn thiết bị cho mạch động lực4.1.1. Chọn động cơ4.1.2. Chọn biến tần và các thiết bị cho mạch động lực4.2. Chọn thiết bị cho mạch điều khiển4.3. Chọn các cảm biếnCHƯƠNG V: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỦ ĐIỀU KHIỂN5.1.Mạch động lực5.2.Mạch điều khiển + PLCCHƯƠNG VI: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY6.1.Vận hành máy6.2. Bảo dưỡng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỰC TẬP TAY NGHỀ ĐIỆN Tên đề tài: MÁY ĐĨNG GĨI CÀ PHÊ TP Hồ Chí Minh, tháng 06/2019 Mục lục CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY – LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 2.1 Phương pháp thiết kế máy 2.1.1 Phương án – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp 2.1.2 Phương án – Máy đóng gói hoạt động liên tục 2.2 Lưu đồ thuật toán CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ 3.1 Yêu cầu kĩ thuật máy 3.3.1 Cơ cấu gia nhiệt đầu cuối 3.3.2 Cơ cấu đong đếm 3.3.3 Cơ cấu hàn bụng 3.2 Tính tốn thiết kế máy 3.2.1 Tính động học máy: 3.2.1 Động lực học 3.3.3 Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén máy 11 3.3.4 Hệ thống nhiệt máy 11 3.3 Nguyên lý hoạt động máy 12 3.3.1 Hình 3D máy 12 3.3.2 Trình bày nguyên lý 12 CHƯƠNG IV: CHỌN THIẾT BỊ CHO TỦ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ 13 4.1 Chọn thiết bị cho mạch động lực 13 4.1.1 Chọn động 13 4.1.2 Chọn biến tần thiết bị cho mạch động lực 15 4.2 Chọn thiết bị cho mạch điều khiển 21 4.3 Chọn cảm biến 22 CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỦ ĐIỀU KHIỂN 25 5.1 Mạch động lực 25 5.2 Mạch điều khiển + PLC 26 CHƯƠNG VI: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 30 6.1 Vận hành máy 30 6.2 Bảo dưỡng 30 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong thời đại ngày nay, loại máy móc nhiều có tính chất tự động bán tự động Đặc biệt lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng sản xuất thực phẩm, hệ thống máy tự động ngày chiếm vai trò then chốt việc làm giảm giá thành sản phẩm tăng suất lao động Đối với khâu đóng gói sản phẩm, việc sử dụng loại máy tự động để thay cho cơng việc đóng gói thủ cơng điều tất yếu khâu tốn nhiều sức lao động cho công việc lặp lặp lại cách không cần thiết Do đó, hồn cảnh nước ta nay, nhu cầu loại máy đóng gói lớn đa dạng Tuy nhiên, lâu thị trường vốn thuộc nhà sản xuất thiết bị nước ngồi với nhiều ưu cơng nghệ kinh nghiệm, việc sản xuất máy móc nước thường không đáp ứng tốt mặt chất lượng suất có ưu giá thành Vì vậy, địi hỏi bách lớp kỹ sư trẻ phải thiết kế loại máy ngày tốt sở kế thừa thành tựu đạt đàn anh trước mạnh dạn áp dụng tiến kỹ thuật giới vào việc thiết kế tiến tới chế tạo loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu cầu sản xuất đời sống Mặc dù việc thiết kế loại máy công nghiệp phức tạp chắn khơng tránh khỏi sai xót trình độ kinh nghiệm thực tế sinh viên nước ta thấp so với nước, hy vọng với dìu dắt thầy nổ lực tự thân sinh viên trẻ, tương lai gần tự sản xuất loại máy đáp ứng đòi hỏi thị trường Một ngày đó, bắt kịp trình độ cơng nghệ giới Ngày đến ! Chọn bao đóng gói gói Nescafe in với thơng số sau: Kích thước gói: Dài: 145mm ; rộng: 35mm Trọng lượng: 30g Hình Hình ảnh bịt cà phê thực tế CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY – LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 2.1 Phương pháp thiết kế máy 2.1.1 Phương án – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp - Ở phương án máy hoạt động theo nhịp sản xuất tạo ly hợp hay cấu Man Vì làm việc theo nhịp , lực căng cuộn bao gói thay đổi liên tục cần có cấu điều hịa lực căng để máy hoạt động xác Ưu điểm dạng thiết kế hệ thống điều khiển đơn giản , cảm biến quang phát thấy vạch định vị phận điều khiển phát lệnh cấp liệu hàn(hàn dọc bao hàn hai đầu bao kẹp, không dùng lăn) khơng cần hệ thống bù vi sai, hoạt động xác Nhược điểm lớn loại suất không cao có khoảng thời gian chờ động tác cấu ảnh hưởng quán tính 2.1.2 Phương án – Máy đóng gói hoạt động liên tục - Đây phương án dùng phổ biến cho suất cao Đặc điểm hệ thống loại luôn xuất sai số vị trí cắt gói, sai số xuất nhiều nguyên nhân, hai nguyên nhân chủ yếu sai số hệ thống máy sai số ngẫu nhiên khoảng cách hai vạch liên tiếp bao gói (do biến dạng nhiệt in sai vị trí) Do hệ thống địi hỏi phải có cấu bù trừ sai số này, cấu hoạt động liên tục làm cho sai số dao động phạm vi cho phép Ngồi ta bù trừ sai số giải thuật điều khiển Qua phân tích , ta thấy phương án hai đáng lựa chọn hoạt động sản xuất ngày nay, yếu tố suất đặt lên hàng đầu việc chế tạo hệ thống bù trừ sai số vị trí cắt khơng q phức tạp Như phương án hai sử dụng khuôn khổ đồ án với việc bù trừ sai số giải thuật điều khiển 2.2 Lưu đồ thuật tốn Đặt cân chỉnh bao bì vào cấu máy Sai Nhấn nút start Đúng Cơ cấu hàn bụng hoạt động Cơ cấu hàn đầu cuối, giao cắt hoạt động Cơ cấu đổ bột vào bao hoạt động Cơ cấu bao hoạt động Cảm biến phát vạch màu đen Sai Đúng Dừng động quay lăn bao Cảm biến phát bột cà phê bồn chứa hết Đúng Sai Sai Stop Đúng END Hình Lưu đồ thuật tốn Dừng hệ thống CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ 3.1 Yêu cầu kĩ thuật máy -Yêu cầu kỹ thuật máy dùng để đóng gói sản phẩm gói Nescafe có trọng lượng 30g gói, suất 40 gói phút với dạng bao có nếp gấp ba đường hàn ( hai đường hàn đầu cuối đường hàn bụng) -Chất liệu bao gói màng OPP dạng cuộn có đường kính bề rộng bao 70mm Kích thước bao bì 35mm x 145mm Hình Kích thước gói cà phê -Bề rộng mép hàn 5mm, độ sai lệch cho phép 0,5 mm -Yêu cầu quan trọng máy phải cắt bao vị trí đường vạch mép bao (vạch màu trắng nâu) cần có cảm biến nhận diện vị trí cắt phải tiến hành bù trừ sai số phát sinh việc chế tạo máy không xác, sai số in sai vị trí vạch, sai số biến dạng nhiệt bao máy -Nhiệt độ cần thiết để hàn bao khoảng 160ºC - Khung máy làm thép ống vng 40×40 mm gắn với mối hàn bọc bên tole inox 1.5 mm -Tấm đỡ trục thép dày mm hàn vào khung máy Đế khung máy làm thép 10 mm -Do yêu cầu mặt chất lượng cà phê đảm bảo vệ sinh thực phẩm nên cấu tiếp xúc trực tiếp với bao gói cà phê lăn căng bao, phận tạo hình, phễu cấp liệu, trục lăn ép, mâm gạt bộ, cấu định lượng làm inox -Dưới chân máy lắp bánh xe để di chuyển tiện lợi -Máy khơng q cao gây khó khăn cho q trình cấp liệu Ngồi , cịn có u cầu mặt thẩm mỹ kết cấu hợp lý để vận hành người công nhân không bị vướng víu gây khó khăn, u cầu việc vận hành phải đơn giản, bảo quản bảo dưỡng máy dễ dàng 3.3.1 Cơ cấu gia nhiệt đầu cuối ➢ Bản vẽ cấu: Hình Bản vẽ cấu gia nhiệt dao cắt ➢ Nguyên lí hoạt động: - Cơ cấu bao gồm cấu dao cắt, nhiệt có lỗ trống dọc theo chiều dài để luồn trở nhiệt tạo nhiệt độ hàn bao, ngồi cịn có khe hở để dao cắt nằm bên Trục giao cắt cố định với trục chính, xy lanh đẩy nhiệt phía tiếp xúc với bao nhiệt phía ngồi lị xo bắt đầu ép lại, nhiệt nằm yên dao cắt tới cắt chỗ hàn chia phần đầu bao tước phần đáy cho bao kế tiếp, sau cấu lại nhả lặp lặp lại - Thời gian gia nhiệt khoảng 1s, dao cắt qua vào thời gian - phận gia nhiệt bụng đầu, cuối hoạt động đồng với 3.3.2 Cơ cấu đong đếm ➢ Bản vẽ cấu: Hình Bản vẽ cấu đong đếm Trong đó: Khay định lượng Đĩa nhựa Tay gạt Khay cấp nhiên liệu Lỗ trống để đổ bột cafe đĩa nhựa ➢ Nguyên lí hoạt động - Hoạt động song song với cấu kéo bao bì cấu gia nhiệt- cắt - Khi cho nhiên liệu vào khay cấp nhiên liệu quay theo tốc độ động cơ, tay gạt cố định để làm bề mặt cho khay định lượng chứa nhiên liệu cung cấp lượng vừa đủ cho gói sản phẩm Khay định lượng hoạt động đồng với khay cấp nhiên liệu 4, quay đến lỗ trống đĩa nhựa 5, lượng nhiên liệu khay đưa đến phận đóng gói, tiến hành gia nhiệt cắt để thành phẩm 3.3.3 Cơ cấu hàn bụng Hình Bản vẽ cấu hàn bụng -Gia nhiệt phần bụng: +Hệ thống hàn nhiệt bụng bao gồm hai gia nhiệt có khoảng trống bên để luồn trở nhiệt vào tạo nhiệt độ đốt nóng vỏ bao ép lại + Thanh gia nhiệt làm từ cặp má hàn đồng, bề mặt có độ nhám để truyền nhiệt giữ bao không trượt tốt + Nhiệt độ nhiệt phải trì ổn định mức gần 160 ℃ trừ hao nhiệt độ mơi trường 3.2 Tính tốn thiết kế máy 3.2.1 Tính động học máy: -Năng suất máy : khoảng 40 gói/phút -Động sử dụng loại động ba pha không đồng Do yêu cầu cần có tốc độ khác vận hành điều chỉnh máy nên động điều chỉnh tốc độ biến tần - Chọn sơ vận tốc động 1420 vòng/phút -Để thuận lợi tính tốn thiết kế ta chọn chu vi lăn chiều dài bao tức 145 mm Vì đường kính lăn bao : 𝑑𝑐𝑐 = 145 𝜋 = 46,5 Lấy dcc = 46,5 mm Sai số bù trừ hệ thống bù sai số hoạt động theo encoder đo góc -Chiều dài gia nhiệt bụng có kích thước :150mm -Tỷ số truyền từ động đến trục : 𝒖𝒕 = 𝟏𝟒𝟐𝟎 𝟒𝟎 = 35,5 Để phù hợp với thực tế chọn tỷ số truyền 35 Ta sử dụng loại động có gắn sẵn hộp giảm tốc với uh = 35 Vậy số vòng quay trục ứng với tỷ số truyền chọn sau 𝑛𝑐𝑐 = 1420 35 = 40,57 gói/phút -Năng suất thực tế ứng với số vòng quay trục : N = 40,57×π×0,0465/0,145 = 40,87 gói/phút -Thời gian đóng gói bao cà phê T = 𝟔𝟎 𝟒𝟎,𝟖𝟕 = 1,47 s -Tốc độ quay mâm gạt bột 1/4 tốc độ quay trục bao , tạo động tích hợp hộp giảm tốc thứ hai hoạt động độc lập với hệ thống bao tốc độ điều chỉnh tăng giảm theo tốc độ bao biến tần -Vận tốc dài bao : v = 40,87×0,145 = 5,926 m/ph = 0,0987 m/s - Vận tốc quay nhỏ cuộn bao (ứng với đường kính lớn dc = 450 mm): 𝒏𝒄 = 𝟓,𝟗𝟐𝟔 𝝅 𝒅𝒄𝒎𝒂𝒙 = 4,19 (vòng/phút) -Vận tốc quay lớn bao (ứng với đường kính nhỏ hết bao dc = 125 mm): 𝒏𝒄 = 𝟓,𝟗𝟐𝟔 𝝅 𝒅𝒄𝒎𝒊𝒏 = 15,09 (vòng/phút) -Vận tốc quay trục căng bao trục cán nếp (có đường kính giống dt = 28 mm) : 𝑛𝑡 = 5,926 𝜋 𝑑𝑡 = 67,36 (vịng/phút) -Trục encoder khơng gắn trực tiếp vào trục lăn bao mà đuợc truyền qua truyền bánh lăn với tỷ số truyền ue = Vậy vận tốc trục encoder là: 𝒏𝒆 = 40,57×5 = 202,85 vịng/phút 3.2.1 Động lực học - Các lực tạo tải trọng trình vận hành máy bao gồm : +Lực quán tính cuộn bao + Lực ma sát ổ lăn : trục đỡ cuộn bao, trục căng bao , cặp trục cán mép bao , hai cặp ổ lăn cặp lăn bao +Lực ma sát sinh cặp ổ trượt: cặp ổ trượt cặp lăn dẫn bao , hai cặp ổ trượt cặp lăn hàn bao +Trọng lượng trục căng bao +Lực ma sát sinh bao phận tạo hình (gồm phận tạo hình ban đầu phận tạo hình chính) +Lực ma sát sinh phễu cấp liệu bao + Trọng lượng gói cà phê chưa cắt (lực biến đổi theo chu kỳ) Hao phí truyền xích +Hao phí hộp giảm tốc ❖ Chọn MCCB ➢ Mục đích: Dùng để bảo vệ ngắn mạch, tải cho mạch động lực ➢ Yêu cầu: + Iđm MCCB ≥ 1,2 Iđm đầu vào biến tần ➢ Giải pháp: Chọn MCCB hãng Mitsubishi có mã NF63-CV 3P 4A với dòng định mức 4A, dòng cắt mạch 5kA Bảng Chọn MCCB cho mạch động lực ❖ Chọn contactor ➢ Mục đích: Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống ➢ Yêu cầu: + Chọn contactor loại pole có dịng lớn (1.2- 1.5 )(Idm đầu vào biến tần) ➢ Giải pháp: Chọn contactor có mã 1SBL141001R8010 hãng ABB có dịng định mức 25A tải AC1 Bảng Chọn contactor cho mạch động lực 16 ❖ Chọn cáp điện Bảng Thông số cáp điện cho mạch động lực Bảng Chọn cáp điện cho mạch động lực 17 4.1.2.2 Đối với động quay phểu ❖ Chọn biến tần Dựa vào công suất động quay phểu 0.12kW ta chọn biến tần hãng Scheineder có mã hiệu ATV12H018M3 -Điện áp: 240V - Dòng điện định mức đầu vào: 2A - Dòng điện định mức đầu ra: 1,4A - Công suất : 0,18kW Bảng 10 Chọn biến tần cho động quay phểu ❖ Chọn MCCB ➢ Mục đích : Dùng để bảo vệ ngắn mạch, tải cho mạch động lực ➢ Yêu cầu: + Iđm MCCB ≥ 1,2 Iđm đầu vào biến tần ➢ Giải pháp: Chọn MCCB hãng Mitsubishi có mã hiệu NF63-CV 3P 4A với dòng định mức 4A, dòng cắt 5kA Bảng 11 Chọn MCCB cho mạch động lực động quay phểu 18 ❖ Chọn contactor ➢ Mục đích : Dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống ➢ Yêu cầu : + Chọn contactor loại pole có dịng lớn (1.2- 1.5 )Idm đầu vào biến tần ➢ Giải pháp: Chọn contactor có mã 1SBL141001R8010 có dịng định mức 25A tải AC1 Bảng 12 Chọn contactor cho mạch động lực 19 ❖ Chọn cáp điện Bảng 13 Thông số cáp điện mạch động lực Bảng 14 Chọn cáp điện cho mạch điều khiển 20 4.2 Chọn thiết bị cho mạch điều khiển ❖ Chọn MCB: ➢ Mục đích : Dùng để bảo vệ cho mạch điều khiển ➢ Yêu cầu : Chọn MCB phải có dịng cắt lớn dòng ngắn mạch cực đại mạch ➢ Giải pháp: Chọn MCB có mã hiệu BHW-T10 2P C3F có dòng định mức 3A dòng ngắn mạch cực đại 10kA Bảng 15 Chọn MCB cho mạch điều khiển ❖ Chọn nút nhấn Bảng 16 Chọn nút nhấn 21 ❖ Chọn đèn báo: Bảng 17 Chọn đèn báo ❖ Chọn cáp điện cho mạch điều khiển Bảng 18 Chọn cáp điện cho mạch điều khiển 4.3 Chọn cảm biến ❖ Chọn cảm biến siêu âm: - Chọn cảm biến siêu âm có mã JSN-SR04T-2.0 +Điện áp hoạt động: 3-5.5VDC +Công suất: