3.3.1.Băng tải
Khi thiết kế hệ thống cấp phôi cho máy gia công ta chọn băng tải làm bằng chất liệu PVC là phù hợp nhất vì:
- Khi vận chuyển có độ ổn định cao. - Kết cấu đơn giản.
- Dễ chế tạo. - Gia thành thấp.
Thông số kỹ thuật băng tải:
- Chiều dài băng tải: 4000 (mm) - Chiều rộng băng tải: 500 (mm) - Chiều cao băng tải 1000 (mm) - Vận tốc băng tải: 0.1 - 0.2 (m/s).
Hình 3.1 Băng tải PVC
3.3.2.Động cơ điện
Động cơ điện lựa chọn làm bộ phận dẫn động cho băng tải là Động cơ điện 3 pha, vì: - Chỉ cần cung cấp phôi cho robot.
- Băng tải chạy liên tục, có các cơ cấu chặn.
- Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng tải nhẹ. - Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
31 Mã động cơ: 200W 0.25Hp Ratio 60. Nhà sản xuất: MINHMOTOR. Loại: 3 pha- 220V-60Hz. Công suất: 200 W. Số vòng quay: 23-25 vòng/phút.
Hình 3.2 Động cơ 3 pha 200W 0.25HP Ratio 60
3.3.3.Xy-lanh
Hành trình xy-lanh: 300mm Tải trọng tĩnh: 500N
Thời gian dẫn động: 2s
Áp suất khí nén: 6bar=6.08atm
Giả sử vận tốc chuyển động ổn định của xy-lanh là 0.075m/s Thời gian lúc tăng tốc và giảm tốc là 0.25 s
Hình 3.3 Xy-lanh khí nén một chiều
Các kích thước cơ bản của xy-lanh khí nén là: - Đường kính trong của xilanh (D)
- Chiều dài hành trình của piston - Đường kính cần piston. (d)
32
Để xác định các kích thước cơ bản của xilanh khí nén trước tiên phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên piston. Tải trọng bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động. tải trọng tĩnh đã có trong đề bài. Tải trọng động xuất hiện khi piston tăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định bằng công thức:
𝑃𝑑 = 𝑚𝑎 (3.1) Trong đó:
m: khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến.
a: gia tốc của vật thể chuyển động trước khi đạt vận tốc ổn định Đường kính của xilanh được xác định theo công thức:
𝐷 = √4𝑃
𝜋𝑝𝐾 (3.2)
Trong đó:
𝑃 = 𝑃𝑠+ 𝑃𝑑 (3.3) K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất
P: áp suất của chất lỏng làm việc. Tải trọng động: 𝑃𝑑 = 𝑚𝑎 = 𝑃𝑡 𝑔 ∗ ∆𝑣 ∆𝑡 = 500 ∗ 9,8 9,8 ∗ 0,08 1 = 40 (𝑁) (3.4) Tải trọng tổng cộng: 𝑃 = 𝑃𝑠+ 𝑃𝑑 = 500 + 40 = 540 (𝑁) (3.5) Vậy 𝐷 = √4𝑃 𝜋𝑝𝐾 = √ 4 ∗ 540 3,14 ∗ 59.44∗ 1,3 = 3.8 (𝑐𝑚) = 38 (𝑚𝑚) (3.6)
Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn D=40mm. Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để cho xylanh thắng được tải trọng tác dụng:
𝑝 = 4𝑃𝐾
𝜋𝐷2 =4 ∗ 505 ∗ 1,3
33
Đường kính cần piston d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số 𝑑 𝐷 sau: 𝑝 ≤ 15𝑎𝑡 15 < 𝑝 ≤ 50𝑎𝑡 50 < 𝑝 ≤ 80 ÷ 100𝑎𝑡 𝑑 𝐷 = 0,3 ÷ 0,35 𝑑 𝐷 = 0,5 𝑑 𝐷 = 0,7 Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán:
p=6.24 (at)<15(at) vì vậy ta chọn 𝑑
𝐷 = 0,35
Đường kính cần piston có giá trị bằng d=14mm, D= 40mm 3.3.4.Phễu cấp phôi
Nhóm đã lựa chọn Phễu cấp phôi có đĩa:
Hình 3.4 Sơ đồ phễu cấp phôi có đĩa
Đặc điểm của kiễu phễu này là kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy và đạt năng suất cao, do vậy được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống cấp phôi tự động nói chung.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của phễu được mô tả như trên hình 3.4, trong đó trục vít 1 truyền chuyển động quay sang bánh vít 2, thông qua trục làm đĩa 3 quay. Đĩa 3 được đặt nghiêng một góc α so với mặt phẳng nằm ngang. Phôi 6 được cấp vào phễu số 4 và sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Trên đĩa 3 có khoét một số rãnh để định hướng phôi theo vị trí yêu cầu (trong hình là định hướng theo mặt phẳng). Khi đĩa quay sẽ mang phôi di chuyển lên phía cao hơn và tạo nên sự xáo trộn phôi để tạo điều kiện định hướng
34
phôi trên đĩa 3 dễ dàng hơn. Tại vị trí trên cùng, người ta bố trí một khe hở dưới đáy phễu cố định và được nối vào một đầu của máng dẫn phôi 5. Khi đĩa 3 gạt phôi đi qua khe hở với kích thước của khe hở đựơc tính toán hợp lý thì phôi sẽ tự rơi xuống máng dẫn 5 do trọng lực.
Hình 3.5 Sơ đồ tính toán các thông số của đĩa
Trên hình 3.5 biểu diễn kiểu kết cấu của đĩa 3 mà nhóm sử dụng. Phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của phôi mà người ta có thể bố trí các rãnh định hướng trên đĩa 3 theo chu vi.
Xác định các thông số của cơ cấu: Lựa chọn vận tốc đĩa:
Vận tốc của đĩa quay v có ý nghĩa rất quan trọng vì nó quyết định đến năng suất và các thông số khác của cơ cấu định hướng.
Với trường hợp bố trí rãnh theo chu vi như ở hình 3.5, để phôi có thể thoát khỏi rãnh định hướng của đĩa và rời được khỏi mặt phẳng của đáy phễu đi xuống máng dẫn mà không mất định hướng thì nó cần phải đi hết một quảng đường:
h = d-S = 2 cm. (3.8)
Trong đó, S là khe hở giữa mặt dưới của đĩa với mặt trên của đáy phễu; d là chiều rộng của phôi của phôi.
35
Đồng thời cũng trong thời gian đó, đĩa đã quay được một góc sao cho quảng đường dịch chuyển của phôi ở trong rãnh đảm bảo không bị kẹt và mất định hướng. Từ đó ta thấy quãng đường dịch chuyển của đĩa là:
H ≤ B-l = 10 -7= 3 cm (3.9)
Trong đó, B là chiều rộng của rãnh trên đáy phễu; l là chiều dài của phôi. Quãng đường dịch chuyển khi rơi tự do của phôi được tính:
ℎ =𝑔. 𝑡 2
2 (3.10)
Thời gian dịch chuyển của đĩa tương ứng với quãng đường rơi của phôi xuống đến máng: 𝑡 = 𝐵 − 𝑙 𝑣 (3.11) Thế vào trên ta có: 𝑑 − 𝑆 =𝑔(𝐵 − 𝑙) 2 2𝑣2 (3.12)
Trong đó, g là gia tốc trọng trường.
Khi xét đến góc nghiêng α giữa đĩa và mặt phẳng ngang, khi đó gia tốc chuyển động trên máng của phôi:
𝑎 = 𝑔(𝑐𝑜𝑠𝑎 − 𝑓. 𝑠𝑖𝑛𝑎) (3.13) Với f là hệ số ma sát trượt giữa phôi và máng.
Từ đó, quan hệ giữa vận tốc và các thông số của phễu được xác định như sau: 𝑣 = √𝑔(𝑐𝑜𝑠𝑎 − 𝑓. 𝑠𝑖𝑛𝑎). (𝐵 − 𝑙)
2
2(𝑑 − 𝑆) == 12,69(𝑐𝑚 𝑠⁄ ) (3.14)
Trong đó, 𝑔 = 10 𝑚 𝑠⁄ 2, 𝑓 = 0,3, 𝑎 = 𝜋 6 Xác định năng suất của phễu:
Năng suất của phễu được tính theo công thức: Q = n.z.k =𝑣.60.𝑧.𝑘
𝐶 (𝑐ℎ𝑖ế𝑐 𝑝ℎ⁄ ) = 12,69.60.6.0,4
30.𝜋 ≈ 20(𝐶ℎ𝑖ế𝑐 𝑝ℎ⁄ ) (3.15) Trong đó, n là số vòng quay của đĩa trong một phút. z là số rãnh trên đĩa(6 rãnh). k là hệ số lấp đầy phôi vào rãnh của đĩa khi đĩa quay 1 vòng.
36
Trong trường hợp không có điều kiện để tiến hành làm thực nghiệm thì người ta thường chọn giá trị k = 0,4 ÷ 0,6 để làm thông số tính toán và sau khi lắp đặt và chạy thử, người ta có thể căn cứ vào giá trị thực tế để lựa chọn lại số rãnh z một cách hợp lý.
Xác định công suất truyền động cho đĩa:
𝑁 = 2. 𝑀𝑥. 𝑛
97500. 𝜂(𝑘𝑊) (3.16) Trong đó, η là hiệu suất các bộ truyền động cơ khí.
Mx là mô men xoắn, nó được xác định theo công thức:
Mx = G. R [kG. cm] (3,17) Trong đó, G là trọng lượng của phôi chứa trong phễu (kG), R là bán kính của đĩa (cm); n là số vòng quay của đĩa [vòng/ph].
Thông thường trong thực tế, người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định công suất truyền động lớn nhất cần thiết đối với các loại phễu có đĩa:
Nmax= 0,005D (kW) = 1,5 kW (3.18)
Trong đó D là đường kính của đĩa tính bằng mm, D= 30 cm.
37 Xác định thể tích phễu: 𝑉𝑝ℎ =𝑉𝑓. 𝑇 𝑡. 𝑘 = 𝑉𝑓. 𝑄𝑡𝑏 𝑘 𝑚𝑚 3 (3.19) Trong đó:
• Vph là thể tích của phễu chứa [mm3]
• Vf là thể tích của phôi[mm3]
• T là thời gian làm việc liên tục giữa 2 lần cung cấp phôi vào phễu [ph]
• t là thời gian gia công từng chiếc [ph]
• k là hệ số khả năng lấp kín của phễu, nó phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của phôi.
• Qtb là năng suất sản xuất trung bình, Qtb = T/t Phễu đang thiết kế với:
𝑉𝑓 = 50.50.100 = 250000 𝑚𝑚3 (3.20) 𝑇 = 5𝑠 𝑡 = 3𝑠 𝑘 = 0,4 𝑉𝑝ℎ =250000.5 3.0,4 ≈ 1042(𝑐𝑚 3) (3.21)
3.3.5.Cảm biến kiểm tra Cân điện tử Model: YZC-133. Tải trọng: 5Kg. Điện áp hoạt động: 5V. Sai số: 0,01% Hình 3.7 Loadcell
38 3.3.6.Máng dẫn phôi Sử dụng máng chữ U . Hình 3.8 Máng dẫn phôi Chất liệu: Nhôm. Chiều rộng trong 8cm. Chiều dài 100cm. Chiều dày 1cm. Chiều cao: 10 cm. 3.4. Chọn bố cục sơ bộ phù hợp
Biến thể số 3 đã được lựa chọn để tiếp tục triển khai vì nó có thể cải tiếp dễ dàng thông qua việc điều chỉnh hệ thống (tích hợp chức năng).
3.5. Thiết kế định dạng cho các bộ phận thực hiện chức năng chính
Các giá trị được tính toán cho phù hợp với các bộ phận thực hiện chức năng chính theo biến thể số 3
Bộ phận Chức năng Nét đặc trưng
Động cơ điện Chuyển hóa năng lượng, là bộ phận trực tiếp kéo tải.
- Công suất 200W. - Tốc độ 23-25 v/ph. - Sử dụng dòng điện 3 pha
Xy-lanh
Đẩy phôi vào vị trí cần gia công, đẩy phôi ra khỏi vị trí gia công, tiếp tục đến vị trí công gia công khác.
- Thời gian dẫn động 2s. - Lực tác dụng F =500N.
- Áp suất suất khí nén P= 6 bar. - Đường kính cho phép
d=14 mm, D=40 mm. -Hành trình của piston L=300mm.
39 Băng tải Vận chuyển phôi đến vị trí
cần gia công.
- Băng tải PVC. - Tốc độ 0,2 (m/s).
- Công suất truyền dẫn của băng tải 200W.
Phễu cấp phôi Cấp phôi cho hệ thống.
- Góc nghiêng 𝑎 = 𝜋 6⁄ - Đường kính ống B=10. - Thể thích phễu V=1100 cm3. - Vận tốc đĩa 4 vg/ph.
- Năng suất phễu 24 chiếc/ph. - Công suất truyền động 1,5kW. Định hướng phôi Xếp phôi thẳng hàng trên
băng tải.
- Chiều dài 20 cm.
Cảm biến kiểm tra
Kiểm tra khối lượng của phôi, phân loại phôi không đạt yêu cầu.
- Sai số khối lượng phôi cho phép 0.5%.
- Sai số kích thước cho phép 0.5%.
Máng dẫn phôi Vận chuyển phôi đến vị trí gia công
Kích thước:
Rộng 10cm, dài 100cm, cao 5cm.
Chất liệu: Nhôm.
Bảng 3.2 Các giá trị được tính toán cho đặc điểm của các bộ phận thực hiện chức năng chính của biến thể số 3
3.6. Tìm kiếm giải pháp cho các chức năng phụ trợ
Các khối chức năng phụ trợ gồm: • Thùng chứa phôi hỏng. • Bộ phận cảnh báo. • Bộ phận kiểm tra. 3.6.1.Thùng chứa Chất liệu: Nhôm Chiều dày thành: 1-5mm. Kích thước: 100x100x75 cm.
40
Hình 3.9 Thùng chứa phôi
3.6.2.Bộ phận cảnh báo
Sử dụng đèn còi: Model: ARA10-In.
Kích thước: 98 x 55 x 26mm. cường độ âm thanh: 85dB (1m). Nguồn: 24V.
Tần số không dây: 433 MHz.
Hình 3.10 Còi đèn cảnh báo DAHUA ARA10-W
3.6.3.Bộ phận kiểm tra Sử dụng cảm biến quang.
Nguồn cấp: 10 – 30VDC. Khoảng cách: 100 – 1000mm. Thời gian đáp ứng: nhỏ hơn 1ms.
Hình 3.11 Thông số kích thước cảm biến Tần số hoạt động: 500Hz.
41
Hình 3.12 Cảm biến quang
3.7. Đánh giá sử dụng các tiêu chí kinh tế và kỹ thuật
Tiêu chí đánh giá Thông số Biến thể số 3
No. Wt Units Magn Value
1 Khả năng tái chế Các yếu tố đáng lo ngại - Low 4
2 Khả năng chịu quá tải Dự trữ quá tải % 10 3
3 Mức độ an toàn cao Nguy cơ chấn thương - Average 2 4 Một số lỗi điều hành có
thể xảy ra
Khả năng xảy ra lỗi của người vận hành - High 1 5 Tốc độ xử lý tình huống nhanh Tốc độ xử lý tình huống s 2 4 6 Độ phức tạp thấp của các thành phần Sự phức tạp của các thành phần - Low 3
7 Tiêu chuẩn các bộ phận Tỷ lệ tiêu chuẩn - High 4 8 Lắp ráp đơn giản Đơn giản hóa việc lắp ráp - High 3 9 Khả năng xử lý tốt của các cảm biến Khả năng xử lý của các cảm biến - Good 3 10 Một số lỗi kỹ thuật có thể xảy ra của phễu
Phôi bị kẹt - Low 3
11 Mức kinh phí cho phép Mức kinh phí thực tế % 80 1
42
3.8. Một số lỗi điều hành có thể có:
Stt Điểm yếu Biện pháp khắc phục
1 Phôi tràn ra liên tục từ máng của phễu
Thêm cơ cấu chặn phôi bằng thanh chắn, điều khiển đóng mở xy lanh tuần tự giúp kiểm soát được khoảng cách giữa các phôi 2 Xy lanh đẩy phôi vào máng gia
công hoạt động liên tục kể cả khi không có phôi
Sử dụng cảm biến xác định phôi đã đến vị trí giúp xylanh 3 hoạt động tối ưu hơn
3 Khâu kiểm tra phôi Sử dụng cảm biến báo hiệu băng tải sẽ dừng khi đến vị trí kiểm tra
4 Phôi sẽ bị rơi ra ngoài băng tải nếu xylanh xử lý không chính xác
Lắp đặt một cửa chặn ở cuối băng tải để luôn chắc chắn phôi dừng lại ở cuối băng 5 Chiều cao của phễu thay đồi dựa
theo hình dáng của loại phôi ảnh hưởng đến năng suất hoạt động
Chân trụ của băng tải được thiết kế có thể tùy chỉnh chiều cao phù hợp với hệ thống
6 Sức căng của băng tải ảnh hưởng đến việc kiểm tra và năng suất
Lắp đặt thêm con lăn để giảm thiểu sai số và đạt đủ năng suất đề ra
43
CHƯƠNG 4. TÍCH HỢP HỆ THỐNG
4.1. Checklists
No Nội dung Yes No Note
1 Kiểm tra chức năng Chức năng chính Phễu cấp phôi Băng tải dẫn phôi Hệ thống kiểm tra phôi Hệ thống điều hướng phôi Chức năng phụ trợ Bộ phận đếm Bộ phận cảnh báo Thùng chứa phôi 2 Kiểm tra an toàn An toàn điện
An toàn nhiệt 3 Kiểm tra lắp ráp Khớp nối
Ốc vít
4 Kiểm tra vận chuyển Cơ cấu không bị hư hại
5 Kiểm tra vận hành Xử lý tiếng ồn Xử lý rung động 6 Kiểm tra chi phí Chi phí thiết kế
Chi phí phát sinh 7 Kiểm tra tiến độ Tiến độ hiện tại
44
4.2. Thiết kế sơ bộ
Hình 4.2 sơ đồ tổng thể toàn hệ thống
45
46
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
5.1. Tóm tắt và đánh giá kết quả đề tài
Đề tài “Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp “, được thực hiện trong thời gian khoảng 2 tháng. Trong khoảng thời gian đó, nhóm đã tham khảo các tài liệu và được sự hướng dẫn vào giúp tận tình của thầy hướng dẫn. Đến nay nhóm đã hoàn thành đề tài với mục tiêu đề ra.
Sản phẩm cuối cùng của đề tài là:
1. Nghiên cứu tổng quan về tính toán thiết kế một cơ cấu máy.
2. Lựa chọn phương án tối ưu từ các phương án đã đề ra thông qua thực tế của quá trình sản xuất tại nhà máy.
3. Vận dụng kiến thức vào việc tính toán và thiết kế hệ thống sao cho đảm bảo tính công nghệ, tính kinh tế và tính thẩm mỹ của hệ thống.
4. Sử dụng phần mềm mô phỏng, mô phỏng được chuyển động thực tế của toàn bộ hệ thống, qua đó thấy được vai trò và chức năng của từng cụm kết cấu trong toàn bộ hệ thống.
Trên cơ sở đó, kết quả của đề tài có thể sử dụng để áp dụng vào thực tế cho các nhà máy sữ dụng các loại máy gia công cắt gọt bán tự động muốn cải tiến theo hướng tự động hóa hoàn toàn nhằm nâng cao năng suất của quá trình sản xuất.
47
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1] Bộ môn Cơ điện tử, Đề cương bài giảng môn thiết kế hệ thống cơ điện