Cơ cấu này gồm một xilanh kẹp gỗ có hành trình 50 mm có nhiệm vụ kẹp chặt thanh gỗ do cơ cấu cấp gỗđưa tới. Cơ cấu này sẽ kẹp chặt thanh gỗ khi xilanh đẩy dàn khoan xuống tiến hành công việc khoan lỗ thì thanh gỗ sẽ không bị trượt ra ngoài, giúp cho việc khoan lỗđạt được hiệu quả cao nhất.
Hình 3.11Cơ cấu kẹp gỗ. [7]
Ở đầu trục Piston của xilanh kẹp gỗ được thiết kế gồm có hai ống sắt vuông được lồng vào nhau để chống xoay khi xilanh đi ra kẹp chặt thanh gỗ, giúp cho việc kẹp thanh gỗđược chắc chắn hơn.
Hình 3.13Hai thanh sắt vuông lồng vào nhau. [7]
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu kẹp gỗ: Khi xilanh đẩy gỗ lùi về vị trí ban đầu, xilanh kẹp gỗ sẽđi ra kẹp chặt thanh gỗ.
Hình 3.14Nguyên lý hoạt động của cơ cấu kẹp gỗ. Trạng thái ban đầu và trạng thái hoạt động. [7]
3.2.3 Phương án thiết kế cơ cấu khoan gỗ.
Đây là một trong các cơ cấu quan trọng nhất của hệ thống. Bộ khung của cơ cấu khoan được thiết kế bằng sắt V3 tạo kết cấu vững chắc và hạn chế rung động cho cơ cấu khoan.
Hình 3.15Bộ khung của cơ cấu khoan. [7]
Cơ cấu khoan gồm có các bộ phận: Một xilanh nâng hạ dàn khoan, 2 động cơ khoan, rãnh dẫn hướng và cơ cấu điều chỉnh khoảng cách lỗ khoan.
Hình 3.17Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu khoan gỗ. [7]
Ở cơ cấu này có bố trí rãnh dẫn hướng giúp cho xilanh đẩy dàn khoan lên xuống một cách trơn tru, hạn chế tối đa sự rung động khi động cơ quay.
Ngoài ra còn có cơ cấu rãnh trượt giúp điều chỉnh khoảng cách giữa hai lỗ khoan một cách dễ dàng
(Khoảng cách nhỏ nhất: 80 mm,
Khoảng cách lớn nhất: 120 mm).
Hình 3.19 Bản vẽ tách chi tiết bộ phận khoan. [7]
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu khoan gỗ:
Các thanh gỗ sau khi được cơ cấu kẹp gỗ kẹp chặt, xilanh đẩy dàn khoan xuống, đồng thời hai động cơ khoan được khởi động để thực hiện công việc khoan lỗ, khi xilanh đẩy dàn khoan đi hết hành trình, lúc này xilanh đẩy dàn khoan sẽ lùi về và sau đó xilanh kẹp gỗ lùi về.
Hình 3.20 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu khoan gỗ: Trạng thái ban đầu và trạng thái hoạt động. [7]
3.2.4 Phương án thiết kế cơ cấu gạt gỗ.
Đây là công đoạn sau cùng của hệ thống. Các thanh gỗ sau khi khoan được xilanh gạt gỗ gạt vào thùng chứa. Xilanh gạt thanh gỗđược bố trí ở trọng tâm và vuông góc với thanh gỗ.
Ở cơ cấu này, thanh dẫn hướng được thiết kế bằng sắt vuông có những lỗ nhỏ nhằm thoát mùn khoan, tránh ứ động mùn khoan trong thanh dẫn hướng khi khoan liên tục trong thời gian dài, tạo điều kiện cho hệ thống làm việc ổn định hơn.
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu gạt gỗ:
Sau khi xilanh nâng dàn khoan về vị trí ban đầu thì xilanh gạt gỗ đi lên gạt thanh gỗ vào thùng chứa, kết thúc chu trình làm hoạt động.
Hình 3.24 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu gạt gỗ. Trạng thái ban đầu và trạng thái hoạt động. [7]
Hệ thống máy khoan gỗ tựđộng hoàn chỉnh.
Hình 3.25Hệ thống máy khoan gỗ tựđộng hoàn chỉnh. [7]
Hình 3.26 Sơđồ nguyên lý của hệ thống máy khoan gỗ tựđộng.
1. Cơ cấu cấp gỗ; 2. Cơ cấu kẹp gỗ; 3. Cơ cấu khoan gỗ; 4. Cơ cấu gạt gỗ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.27Bản vẽ tách chi tiết hệ thống máy khoan gỗ tựđộng. [7]
Khung bàn đặt hệ thống được thiết kế bằng sắt V3 giúp tạo kết cấu vững chắc cho hệ thống.
Hình 3.29 Các hình chiếu và kích thước khung bàn đặt hệ thống. [7]
Nguyên lý làm việc của hệ thống máy khoan gỗ tựđộng.
Các thanh gỗ có kích thước (20 x 20 x 300 mm) được nạp vào phễu cấp gỗ. Khi hành trình nhận biết gỗ có trong cơ cấu dẫn hướng thì hệ thống bắt đầu hoạt động, động cơ quay băng tải bắt đầu hoạt động giúp đảo đều các thanh gỗ bị chẹo vào nhau góp phần làm tăng tính ổn định cho hệ thống, xilanh đẩy gỗ đẩy thanh gỗ vào vị trí kẹp, xilanh kẹp gỗđi ra và kẹp chặt thanh gỗ, khi đó xilanh đẩy gỗ sẽ lùi về. Lúc này động cơ khoan được khởi động, xilanh đẩy giàn khoan sẽđẩy bộ phận khoan đi xuống và khoan lỗ cho thanh gỗđang được kẹp chặt theo đúng vị trí đã được căn chỉnh sẵn. Sau khi khoan xong xilanh đẩy giàn khoan rút về. Động cơ khoan ngừng hoạt động. Lúc này xilanh kẹp gỗ trở về vị trí ban đầu và xilanh đẩy thanh gỗđã khoan rơi xuống phía dưới thùng chứa sản phẩm rồi lại rút về vị trí ban đầu.
Lúc này một chu trình của hệ thống kết thúc và xilanh đẩy gỗ lại tiếp tục đưa thanh gỗ vào vị trí kẹp để bắt đầu một chu trình mới.
Khi các thanh gỗ trong khay chứa đã hết thì không có tín hiệu gửi về của hành trình. Hệ thống sẽ ngừng làm việc.
3.3 Lựa chọn thiết bị.
3.3.1 Xilanh đẩy gỗ: [14]
Các thanh gỗ có kích thước chuẩn 20 x 20 x 300 mm được cho vào phễu cấp gỗ nên chọn xilanh đẩy gỗ có các thông số kỹ thuật như sau:
Chiều dài hành trình 350 mm
Pressure range Double Acting: 0.1÷0.9 Mpa / 15÷130 Psi / 1.0 ÷9.0 bar Single Acting:0.2÷0.9 Mpa / 30÷130 Psi / 2.0÷9.0 bar
Proof pressure 1.5 Mpa / 215 Psi / 15 bar
Temperature Range -50C÷800C
Speed range Double Acting: 30÷800 mm/s Single Acting: 50÷800 mm/s
Đường kính trục Piston Φ 12
3.3.2 Xilanh kẹp gỗ: [14]
Dùng để kẹp chặt các thanh gỗ khi được xilanh đẩy gỗđẩy tới.
Chiều dài hành trình 50 mm
Pressure range Double Acting: 0.1÷0.9 Mpa / 15÷130 Psi / 1.0 ÷0.9 bar Single Acting:0.2÷0.9 Mpa / 30÷130 Psi / 2.0÷9.0 bar
Proof pressure 1.5 Mpa / 215 Psi / 15 bar
Temperature Range -50C÷800C
Speed range Double Acting: 30÷800 mm/s Single Acting: 50÷800 mm/s
Đường kính trục Piston Φ 15
Hình 3.31Xilanh kẹp gỗ. [12]
3.3.3 Xilanh đẩy dàn khoan: [14]
Là xilanh có hai trục Piston dẫn hướng có các thông số kỹ thuật như sau:
Chiều dài hành trình 100 mm
Pressure range Double Acting: 0.1÷0.9 Mpa / 15÷130 Psi / 1.0 ÷0.9 bar Single Acting:0.2÷0.9 Mpa / 30÷130 Psi / 2.0÷9.0 bar
Proof pressure 1.5 Mpa / 215 Psi / 15 bar (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Temperature Range -50C÷800C
Speed range Double Acting: 30÷600 mm/s Single Acting: 50÷600 mm/s
Hình 3.32 Xilanh đẩy dàn khoan. [12]
3.3.4 Xilanh gạt gỗ: [14]
Dùng gạt các thanh gỗđã khoan, có các thông số kỹ thuật như sau:
Chiều dài hành trình
50 mm
Pressure range Double Acting: 0.1÷0.9 Mpa / 15÷130 Psi / 1.0 ÷0.9 bar Single Acting:0.2÷0.9 Mpa / 30÷130 Psi / 2.0÷9.0 bar
Proof pressure 1.5 Mpa / 215 Psi / 15 bar
Temperature Range -50C÷800C
Speed range Double Acting: 30÷600 mm/s Single Acting: 50÷600 mm/s
Đường kính trục Piston
Φ12
3.3.5 Động cơ khoan: Do các thanh gỗ có cơ tính không cao nên ta chọn động cơ khoan có thểđiều chỉnh được đa cấp tốc độ có các thông số kỹ thuật như sau:
Hình 3.34Động cơ khoan. [12] Tốc độ 3000÷32000 vòng/phút Công suất 150 W Nguồn 220 V Tần số 50÷60 Hz 3.3.6 Động cơ kéo băng tải Hình 3.35 Động cơ kéo băng tải. [12]
Chức năng: Động cơ bánh răng được sử dụng như một thiết bị truyền dẫn băng tải.
Số liệu kỹ thuật: [3]
Đặc tính kỹ thuật Mô tả chi tiết
Điện áp 24V
Dòng điện 1,5A
Moment khởi động 7Nm
Quay 2 chiều Được
Kết nối thiết bịđiện 2 chốt
Khối lượng 450g
3.3.7 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình. [3] Chọn 8 cảm biến từ cho xilanh dùng nguồn 24VDC.
Chọn 1 công tắc hành trình cơ dùng nguồn 24VDC.
Hình 3.36 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình. [3]
3.4 Thiết kế phần điều khiển.
Phương án 1:Điều khiển hệ thống bằng PLC.
- Với hệ thống được đều khiển bằng PLC thì sẽ có các ưu điểm như: Có tính linh hoạt, khả năng đáp ứng cao, độ tin cậy cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Có khả năng lập trình với mức độ chính xác cao, giúp hệ thống có thể hoạt động ổn định.
- Tuy nhiên vẫn có nhược điểm như: Giá thành quá cao so với nhu cầu cần thiết cho toàn bộ hệ thống.
- Hệ thống kết nối, lắp đặt cầu kỳ, phức tạp.
Phương án 2:Điều khiển hệ thống bằng Vi xử lý.
- Với phương án hệ thống được điều khiển bằng Vi xử lý cũng có các ưu điểm như: Có thể lập trình, sửa đổi chương trình giúp cho hệ thống hoạt động linh hoạt và nâng cao tính đồng bộ hơn.
- Nhược điểm khi điều khiển hệ thống bằng Vi xử lý là dễ bị nhiễu, ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài nếu không được che chắn và bảo vệ kỹ, điều này khiến cho hệ thống dễ bị lỗi, gặp sự cố và hoạt động không ổn định.
Phương án 3: Điều khiển hệ thống bằng Rơle kết hợp khí nén.
- Với hệ thống này thì phương án điều khiển bằng Rơ le rất có tính khả thi cao, khả năng lắp đặt dễ dàng, gọn và thuận tiện cho việc bố trí vị trí cho từng Rơ le trên toàn hệ thống.
- Phù hợp với chức năng của hệ thống. - Giá cả vừa phải so với toàn hệ thống.
Và đây cũng chính là phương án khả thi nhất được chọn để sử dụng điều khiển cho các phương án trên.
Điều khiển hệ thống bằng Rơle kết hợp điện - khí nén.
Với hệ thống này thì phương án điều khiển bằng Rơ le rất có tính khả thi cao, khả năng lắp đặt dễ dàng, gọn và thuận tiện cho việc bố trí vị trí cho từng Rơ le trên toàn hệ thống.
Phù hợp với yêu cầu và chức năng của hệ thống. Giá cả vừa phải so với toàn hệ thống.
¾ Thiết kế biểu đồ trạng thái.
Hình 3.37 Biểu đồ trang thái của hệ thống.
Chú thích: 1.0 Xilanh đẩy gỗ. 2.0 Xilanh kẹp gỗ. 3.0 Xilanh khoan. 4.0 Xilanh gạt.
¾ Sơđồ mạch khí nén:
¾ Sơđồđấu dây điện phần điều khiển:
Hình 3.39 Sơđồ mạch điều khiển.
¾ Sơđồđấu dây mạch động lực:
Hình 3.40 Sơđồ mạch động lực.
3.5 Ưu - nhược điểm khi khoan gỗ bằng máy khoan tựđộng. Ưu điểm:
- Năng suất cao.
- Chất lượng lượng hai lỗ khoan được đảm bảo.
- Thực hiện ít công đoạn hơn khi khoan gỗ bằng tay.
- Điều chỉnh khoảng cách giữa hai lỗ khoan nhanh chóng.
Nhược điểm:
- Hệ thống dễ mất ổn định khi cho gỗ vào phễu không đều.
- Hệ thống không hoạt động được khi các thanh gỗ không có kích thước chuẩn 20 x 20 x 300 mm.
- Trường hợp xilanh đẩy dàn khoan đi xuống mà động cơ khoan không được khởi động (do kẹt trục) sẽ dễ làm gãy mũi khoan do không có bộ phận nhận biết động cơ có được khởi động hay không. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Không có bộ phận đếm sản phẩm mà hệ thống đã thực hiện được.
3.6 So sánh năng suất – hiệu quả kinh tế.
Phương pháp truyền thống: nếu áp dụng phương pháp khoan gỗ truyền thống, các doanh nghiệp sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ đầu tư khoảng 800.000 VNĐ cho một máy khoan bàn và một người công nhân với mức lương từ 1.200.000 – 1.500.000 VNĐ/tháng. (theo khảo sát giá cả tại DNTN Kim Long).
Thời gian khoan một thanh gỗ mất 20 s/ thanh gỗ. (theo khảo sát tại DNTN Kim Long).
Tỷ lệ phế phẩm chiếm 10 % (do yếu tố khách quan). (theo khảo sát tại DNTN Kim Long).
Máy khoan gỗ tự động: với mức đầu tư 3.000.000 VNĐ cho một máy khoan gỗ tựđộng và không tốn chi phí cho công nhân đứng máy.
Thời gian khoan một thanh gỗ là 4 s/ thanh gỗ. (theo thực nghiệm).
Tỷ lệ phế phẩm chiếm 0.1 – 0.2 % (do các thanh gỗ có kích thước không đều).
¾ Từ những kết quả trên ta thấy năng suất của máy khoan gỗ tựđộng gấp 5 lần so với phương pháp truyền thống, gần như không phát sinh phế phẩm, … nếu các doanh nghiệp sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ đầu tư vào máy khoan gỗ tự động thì năng suất và chất lượng sản phẩm sẽ tăng lên, đặc biệt sau 2 tháng sẽ sinh lợi.
3.7 Một số hình ảnh thực tế của hệ thống máy khoan gỗ tựđộng.
Hình 3.41 Hình ảnh thực tế của hệ thống đã được thiết kế. [12]
Hình 3.42Xilanh đẩy gỗ. [12] Hình 3.43 Phễu cấp gỗ. [12]
Hình 3.44 Thanh gỗđược đẩy vào vị trí kẹp. [12]
Hình 3.45 Thanh gỗđược kẹp bởi xilanh kẹp. [12]
Hình 3.46Động cơ khoan gỗ. [12] Hình 3.47Xilanh gạt gỗ ra thùng chứa.
[12]
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận.
Đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công hệ thống máy khoan gỗ tựđộng góp phần giảm sai lệch về kích thước hai lỗ khoan đến mức tối thiểu, ngoài ra chúng ta còn có thể linh động thay đổi khoảng cách giữa hai lỗ khoan một cách dễ dàng thông qua cơ cấu rãnh trượt cơ khí.
Hệ thống hoạt động tương đối ổn định khi các thanh gỗ có kích chuẩn (20 x 20
x 300 cm) và hầu như không phát sinh phế phẩm. Nhưng nếu dùng hệ thống này để
khoan các thanh gỗ có kích thước không đúng chuẩn thì hệ thống sẽ không thực hiện được.
Kiến nghị
Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện để hệ thống có thể hoạt động ổn định với các thanh gỗ có kích thước khác nhau. Khi hệ thống cần nâng cấp hay đòi hỏi những yêu cầu cao hơn thì nên sử dụng các cảm biến để phát hiện mũi khoan bị gãy khi khoan, màn hình hiển thị, các bộ đếm Counter để đếm các sản phẩm mà hệ thống đã khoan được, và có thể dùng Vi Xử Lý hay PLC đểđiều khiển.
Hoàn thiện hệ thống và ứng dụng vào sản xuất để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm hàng thủ công mỹ nghệ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Thành Bắc, Giáo trình thiết bịđiện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001. [2] Trần Đình Chân – Đậu Đình San, Bảo vệ rơle, NXB Khoa học và kỹ thuật, 1993.
[3] Võ Lâm Chương, Hệ thống MPS, 2009.
[4] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng khí nén, NXB Giáo Dục, 1999.
[5] Vương Kỳ Quân, Mộc, NXB Trẻ, 2000. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[6] Nguyễn Hồng Thái, Phần tử tự động trong hệ thống điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 1998.
[7] Phan Tấn Thọ, UNIGRAPHICS FOR TECHNICAL STUDENTS, 2009.
[8] Nguyễn Thành Trí, Điều khiển bằng khí nén trong tự động hóa kỹ nghệ, NXB Đà Nẵng, 2000.
[9] Nguyễn Thành Trí – Châu Ngọc Thạch, Sửa chữa & Bảo trì các thiết bị & Hệ thống khí nén, NXB Đà Nẵng, 2000.
[10] Nguyễn Văn Vận, Thực hành cơ khí gia công nguội, NXB Giáo Dục, 2000. [11] Nguyễn Hoàng Việt, Bảo vệ rơle và tựđộng hóa trong hệ thống điện, NXB
Đại học quốc gia TPHCM, 2001. [12] Hình ảnh thực tế.
[13] Hình ảnh tại DNTN Kim Long. [14] Technical Data of Cylinder.
[15] Fundamentals of Pneumatics (Festo Didatic GmbH & Co – www.festo.com) Festo Pneumatics Catalog – Festo AG & Co