3.3.1. Lựa chọn cơ cấu truyền động để di chuyển vật liệu
Để thực hiện công đoạn di chuyển vật liệu và lấy sản phẩm, nhóm đã lựa chọn cơ cấu truyền động đai.
Hình 3. 18: Mô phỏng cơ cấu kéo đai
Truyền động đai là truyền động bằng phương tiện kéo. Chúng truyền mômen xoắn và tốc độ giữa hai trục, và có thể có một khoảng cách lớn hơn so với bộ truyền bánh răng. Vì tất cả các dây làm bằng nhựa, cao su hoặc vải dệt, đặc tính của chúng khác biệt đáng kể với các bộ truyền bánh răng hoặc xích.
Ưu điểm:
- Việc truyền lực có tính đàn hồi - Chạy êm và ít ổn, chịu sốc - Khoảng cách trục có thể lớn - Không cẩn thiết bôi trơn - Phí tổn bảo dưỡng ít Nhược điểm:
- Bị trượt qua sự giãn nở của dây đai - Qua đó không có tỷ lệ truyền chính xác - Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn
- Thêm tải trọng lên ổ trục do lực căng cần thiết của dây đai
3.3.2. Căng dây đai
Tất cả các dây đai phải được căng để có thể thực hiện việc truyền momen xoắn. Điều này được thực hiện bằng cách:
- Lắp ráp với lực căng ban đầu hoặc một con lăn căng đai ở khoảng cách trục nhất định.
- Đẩy hoặc quay động cơ khi khoảng cách trục bù có thể được tăng lên.
Nhóm sử dụng dây đai GT2 kết hợp ăn khớp với pulli 2mm 20 răng để thực hiện truyền động.
Hình 3. 19: Dây đai GT2 bề rộng 6mm
Hình 3. 20: Pulli bước 2mm
3.3.3. Chọn động cơ cho cơ cấu truyền đai
Động cơ bước (stepping motor ). Ưu điểm :
- Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí và vận tốc
- Thích hợp với các thiết bị điều khiển số. Với khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bước trở thành thông dụng trong các thiết bị cơ điện tử hiện đại.
- Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC. Nhược điểm :
- Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình. - Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác. Động cơ một chiều (DC motor).
Ưu điểm :
- Momen xoắn lớn, giá thành rẻ. Nhược điểm:
- Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp. - Phải có mạch phản hồi thì mới nâng cao độ chính xác. Động cơ SERVO: Ưu điểm: - Momen xoắn lớn. - Có 2 loại AC và DC. - Tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao. Nhược điểm:
- Driver phức tạp, giá thành cao.
Kết luận: Ta chọn động cơ bước 56x56x64 24V DC làm động cơ dẫn động các trục tọa độ với các thống số: - Điện áp làm việc: 24V.
- Loại động cơ: DC
Hình 3. 21: Step motor 56x56x64 24V-5A
3.3.4. Giới thiệu động cơ bước
- Khái niệm:
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tính hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết.
- Cấu tạo:
Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm sóc công suất nhỏ.
- Hoạt động:
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện từ đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với tần số chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển
đổi.
- Ứng dụng:
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong các ngành Tự động hóa, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác.
Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển các trục của máy CNC, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay… Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ở đĩa cứng, ở đĩa mềm, máy in…
3.3.5. Lựa chọn cơ cấu hút vật liệu và lấy sản phẩm
Để thực hiện công đoạn giữ vật liệu vận chuyển từ các khay chứa đặt lên khay để sắp xếp các lớp vật liệu trước khi đưa vào khuôn ép và giữ sản phẩm từ khuôn ép ra khay đựng sản phẩm, nhóm đã lựa chọn cơ cấu hút chân không kết hợp truyền động thanh răng bánh răng.
Hình 3. 22: Cơ cấu hút chân không
Đối với cụm cơ cấu này, vì tải áp lên motor không lớn nên nhóm lựa chọn động cơ có công suất nhỏ( khoảng 5kg) làm động cơ dẫn động: động cơ bước 35x35x34
24V DC.
Giác hút chân không được bố trí nằm trên thanh răng có thể di chuyển tịnh tiến theo trục dọc đảm bảo có thể hút được phôi và sản phẩm ở nhiều vị trí khác nhau. Đây là cơ cấu vận dụng khí nén, khí được đưa vào giác hút thông qua van điện thông thường và van hút chân không.
Hình 3. 23: Van hút chân không
Van hút chân không có cấu tạo cơ bản gồm 1 đầu khí vào, 1 đầu hút và 1 đầu xả khí ra. Đầu hút nối trực tiếp với giác hút chân không, đầu vào nối với nguồn khí và đầu xả để nguyên.
3.4. Cơ cấu quét chất kết dính
3.4.1. Lựa chọn cơ cấu điều tiết bột và quét bột lên bề mặt vật liệu
- Thiết kế bồn trộn bột
Vì nhóm sử dụng chất kết dính là bột năng được pha sẵn với nước nên hỗn hợp này khá loãng và rất dễ bị đóng đặc ở lớp đáy do bột lắng xuống. Do đó, để đảm bảo bột luôn ở trạng thái lỏng để không gây tác nghẽn ở ống dẫn bột thì nhóm đã thiết kế bồn trộn có bố trí 1 chân vịt quay liên tục được điều khiển bằng động cơ DC để bột luôn được khuấy đều. Ống dẫn bột đươc bố trí ở đầu ra nằm ở mặt bên sát đáy của bồn trộn và nối thông với 1 van nước điện từ để điều tiết bột chảy xuống vật liệu.
- Lựa chọn van nước điện từ
Van nước điện từ là 1 bộ phận quan trọng để điều tiết lượng bột phù hợp trong mỗi lần quét xuống bề mặt vật liệu, từ đó tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt nhất. Đây
là loại van có thể đóng mở van nước tức thời 1 cách nhanh chóng, sử dụng nguồn 220V hoặc 24V để điều khiển van đóng mở.
Nhóm đã lựa chọn van nước điện từ thường đóng 24V để điều khiển cho cơ cấu.
Hình 3. 24: Van nước điện từ thường đóng 24V
Van điện từ sử dụng điện áp 24v có ưu điểm là ít khi xãy ra trường hợp quá tải. Khi hoạt động lâu và liên tục chúng có độ bền tốt hơn dòng van sử dụng điện xoay chiều 220v. Ngoài ra van điện từ 24vDC sử dụng và vận hành êm hơn, không phát sinh tiếng ồn lớn trong cuộn hút như dòng van 220v.
Cấu tạo van nước điện từ
Hình 3. 25: Cấu tạo van nước điện từ Cấu tạo cơ bản của van thường đóng bao gồm:
1. Thân van: Chất liệu đồng, inox, thép 2. Môi chất: Nước, dầu, khí nén, gas…
3. Đường ống dẫn
4. Vỏ ngoài cuộn hút (bảo vệ cuộn hút) 5. Cuộn hút (cuộn dây điện từ)
6. Dây điện cấp nguồn 7. Trục van (cửa van) 8. Lo xo
9. Khe hở để lưu chất đi qua
Nguyên lý làm việc của van nước điện từ
Khi có điện áp điều khiển 24v hoặc 220v cung cấp vào cuộn hút. Khi đó lực điện từ được sinh ra tạo thành nam châm điện. Lực điện từ này sẽ cửa van làm bằng thép lên. Khi đó van sẽ mở cho lưu chất đi qua.
Khi ngừng cung cấp điện áp. Lúc này lực từ trường sẽ mất đi. Lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy của van đóng lại và ngăn không cho nước đi qua.
3.4.2. Thiết kế cơ cấu con lăn bột
Hình 3. 26: Cơ cấu con lăn bột
Con lăn được sử dụng là loại con lăn quét sơn có bề mặt long mịn nhưng ngắn, đảm bột bột không đọng lại nhiều trên bề mặt. Bột sau khi được điều tiết thông qua van sẽ theo ống dẫn bột chảy xuống rải đều trên bề mặt của con lăn, khi bề mặt vật liệu di chuyển đi vào tiếp xúc với bề mặt con lăn, bột sẽ được quét đều lên bề mặt vật liệu.
3.5. Thiết kế bộ điều khiển3.5.1. Thiết kế mạch điện 3.5.1. Thiết kế mạch điện
Sơ đồ khối
Hình 3. 27: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Mô tả sơ đồ khối:
- Bộ nguồn cung cấp năng lượng cho Arduino, động cơ và van hoạt động.
- Arduino chính (MEGA2560R3) nhận tín hiệu từ các thiết bi phụ (nút nhấn, công tắc), xử lý và truyền tín hiệu cho các thiệt bị khác (van, động cơ) để thực hiện yêu cầu.
- Các động cơ được điều khiển thông qua các cầu driver.
Bộ nguồn
Nhóm sử dụng bộ nguồn tổ ong 24V để chuyển điện áp 220VAC về 24VDC sử dụng cho toàn mạch điều khiển và cung cấp điện cho động cơ.
Hình 3. 28: Bộ nguồn tổ ong
Vì hệ thống mạch điện hoạt động ở điện áp 5V nên tiếp tục sử dụng 1 mạch giảm áp chuyển điện áp 24VDC về 5VDC.
Hình 3. 29: Mạch giảm áp
3.5.2. Thiết kế bộ điều khiển
Mạch điều khiển chính
Nhóm sử dụng Arduino Mega 2560 R3 làm mạch điều khiển chính cho toàn bộ mạch.
Hình 3. 30: Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 R3 là phiên bản nâng cấp của Arduino Uno R3 với việc gia tăng số chân giao tiếp, ngoại vi và bộ nhớ. Mạch được thiết kế để giải quyết nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự.
Thành phần Arduino Mega 2560
Hình 3. 31: Thành phần Arduino Mega 2560 - Vi điều khiển chính: ATmega2560
- 54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM) - 16 đầu vào analog
- 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng) - 1 thạch anh 16 MHz
- 1 cổng kết nối USB - 1 jack cắm điện - 1 đầu ICSP - 1 nút reset
- Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA - Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA
- Flash Memory: 256 KB trong đó 8 KB sử dụng cho bootloader.
- SRAM: 8 KB - EEPROM: 4 KB - Clock Speed: 16 MHz - LED_BUILTIN: 13 - Kích thước: 101.52 x 53.3 mm 5 5
Driver điều khiển động cơ
Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC.
Hình 3. 32: Driver Tb6600
Thông số kỹ thuật
+ Nguồn đầu vào là 9V – 42V. + Dòng cấp tối đa là 4A.
+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao. + Có tích hợp đo quá dòng quá áp. + Cân nặng: 200gr.
+ Kích thước: 96x71x37mm.
Cài đặt và ghép nối:
DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC
DC- : Điện áp (-) âm của nguồn
A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600 PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600 DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600 DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600
ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa
Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung
Hình 3. 33: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển động cơ bước Tb6600
CHƯƠNG 4
THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ 4.1. Sản phẩm dĩa ăn
Hình 4. 1: Dĩa ăn thành phẩm - Tính chất, kết cấu:
Dĩa ăn sau khi ép có độ dày khoảng 1mm, lớp carton định hình giúp dĩa vẫn có độ cứng cáp cần thiết, lớp bột sau khi gia nhiệt có độ nhớt và kết dính rất tốt, lớp lá trên bề mặt nguyên vẹn, giữ được màu và chống thấm.
- Sử dụng:
Dĩa có khả năng đựng được cả thức ăn khô hay nước, nóng hay nguội. - Bảo quản:
Dĩa được bảo quản tốt nhất ở điều kiện nhiệt độ lạnh khoảng 15-20 độ C. Khi để ngoài không khí ở điều kiện thường, lớp lá sẽ bị héo lại nhanh hơn và bị co lại, kéo theo dĩa cũng bị biến dạng.
4.2. Sản phẩm máy tự động
- Máy vận hành ổn định, tỉ lệ sản phẩm bị lỗi thấp. - Năng suất máy hiện tại: 80 cái/giờ
Hình 4. 2: Mô hình máy tổng thể
5 9
Hình 4. 3: Mô hình máy tổng thể
6 0
Hình 4. 4: Mô hình máy tổng thể
6 1
Hình 4. 5: Khuôn ép
6 2
Hình 4. 6: Cơ cấu hút
Hình 4. 7: Cơ cấu lăn bột
6 3
Hình 4. 8: Hệ thống mạch điều khiển
6 4
Hình 4. 9: Mạch điều khiển nhiệt độ khuôn
6 5
Hình 4. 10: Tủ điện
6 6
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận
• Sản phẩm tạo ra đáp ứng được nhu cầu sử dụng và thẩm mỹ, nguyên liệu đầu
vào giá rẻ, xuất phát từ nguồn gốc tự nhiên và vật liệu tái chế, đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, vấn đề kết dính và bảo quản vẫn còn nhiều hạn chế.
• Thiết kế cơ khí của máy vẫn còn nhiều thiếu sót gây ảnh hưởng tới năng suất.
5.2. Định hướng cải tiến
• Cải thiện thiết kế cơ khí, nâng cao năng suất máy.
• Tìm thêm nhiều nguồn vật liệu, đa dạng hóa hơn nữa sản phẩm. • Nghiên cứu và khác phục nhược điểm về bảo quản của sản phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: https://anphatholdings.com/hoat-dong-moi-truong/thuc-trang-o-nhiem-rac-thai-nhua- dang-o-muc-bao-dong.html [2]: https://tuoitre.vn/binh-dinh-co-cai-khay-mo-20200709145014514.htm? fbclid=IwAR0DlfBnHUWV2656b0MlXWROK_GJ3kE_A U8pcFIjnqAEBpmDoGZKsRiXATw [3]: https://sangkiencongdong.vn/news/2018/12/12/san-xuat-bat-dia-tu-cam-bot-mi? fbclid=IwAR3V4iabnNqLK2VGLRHXDkdKDqPxsWNQqwTv2i9TOF8m__FGZ eljh0kAok4 [4]:https://danviet.vn/bat-dia-tu-la-cay-vua-re-vua-an-toan-lai-than-thien- 7777876163.htm?fbclid=IwAR2N2jGtUZbAobUkhBZL1yl7_81N790LSHL8MLCfib VuAHCnC1ZMQJirkJU [5]: https://www.bioworld.in/index.php [6] : https://kienthuconline247.com/cong-dung-tac-dung-cua-la- chuoi/?fbclid=IwAR2QmlGgnUJP- sisScT_fHwBNMiE95wbtsMA1G1EtWIDCOtf82vBISI1sDM 68