2.5.1. Giới thiệu chung.
Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được.
2.5.2. Ưu điểm của băng tải
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo - Các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp cả hướng nằm ngang
và nằm nghiêng.
- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm.
2.5.3. Cấu tạo chung của băng tải
1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật. 2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. 4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và
các yếu tố làm việc.
2.5.4. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:
Bảng 2.1: Danh sách các loại băng tải
Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng
Băng tải dây
đai <50 kg
Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp.
Băng tải lá 25 ÷ 125 kg
Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp
Băng tải thanh
đẩy 50 ÷ 250 kg
Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách >50m. Băng tải con
lăn 30 ÷ 500 kg
Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách <50m.
Ngoài ra còn có các loại băng tải khác như băng tải xích, băng tải con lăn băng tải dạng cào, băng tải xoắn vít có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận
chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt.
2.5.5. Lựa chọn băng tải
Do mô hình thiết bị phân loại sản phẩm theo chiều cao hướng đến việc phân loại các sản phẩm vừa và nhỏ nên sử dụng băng tải dây đai có khả năng phù hợp và tối ưa nhất.
Ưu điểm băng tải dây đai:
- Hầu hết là đều có cấu thành đơn giãn, có độ bền về cơ học cao
- Khi vận hành băng tải dây đai thì phát ra tiếng ồn và khi hoạt động thường đe đến rủi ro rất ít
- Năng suất cảu băng tải dây đai tiêu hao rất ít và dễ dàng vận chuyển hàng hóa đến những nơi bạn cần
- Giá thành của sản phẩm thấp
Nhược điểm băng tải dây đai:
- Thường khi vận chuyển là vật phải nằm ngang, khi vật nằm đứng thì dây đai vận chuyền hàng hóa sẽ không được có thể làm rớt trong quá trình vận chuyển
- Khi vận chuyển hàng hòa để có được tuổi thọ thì nên đểở tốc độ trung bình. Khi làm việc hết công suất thì việc tuổi thọ của máy bị giảm - Thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng những con ốc vít, khi trong quá
trình sẽ tránh gặp được rủi ro cao trong quá trình vận chuyển hàng hóa
2.6.Chọn thiết bị
Để phù hợp với mô hình thiết kế, kích thước sản phẩm phân loại, ta chọn các thiets bị sau:
- Động cơ DC JGB37-520: chuyển động băng tải - Động cơ Servo: chuyển động tay gạt
- Băng tải dây đai
2.7.Kết luận chương 2
Trong chương 2 nhóm đã tìm hiểu rõ được nguyên lý làm việc, các thành phần cơ bản của mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao cần thiết kế như mạch arduino, lập trình cho arduino, cảm biến, động cơ và băng tải. Tìm hiểu được bộ điều khiển trung tâm, bộ vi xử lí điều khiển hệ thống, các thiết bị cần thiết cho mô hình. Từ đó tạo cơ sở cho việc mô hình hóa và mô phỏng cho hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG
3.1.Mô hình hóa mô phỏng hệ thống cơ khí 3.1.1. Cơ cấu của hệ thống 3.1.1. Cơ cấu của hệ thống
Băng tải
Yêu cầu kỹ thuật:
- Lựa chọn loại băng sử dụng trên cơ sở điều kiện môi trường làm việc và loại vật liệu vận chuyển.
- Kích thước băng tải phải phù hợp dựa theo năng suất tính toán và năng suất yêu cầu mà định chiều rộng băng nhằm khi vận chuyển vật liệu không bị rơi ra ngoài.
- Vận tốc băng được xác định sao cho vật liệu không bị thổi bụi hoặc bắn ra hai bên khi máy làm việc.
- Bộ phận đỡ phải đảm bảo tính cứng vững, cân bằng và ổn định cho hệ thống.
- Lựa chọn tang dẫn động, tang bị động: Dựa theo loại băng đã chọn xác định đường kính tang sao cho đảm bảo băng được bền lâu và kết cấu nhỏ gọn nhất.
- Tính toán máng cấp liệu và việc định lượng cấp liệu: Máng cấp liệu được tính sao cho băng làm việc liên tục với lượng nguyên liệu vận chuyển ổn định. Việc điều chỉnh được tiến hành bằng tấm chắn điều chỉnh ở của ra của máng cấp liệu.
Hình 3.1: Bản vẽ bộ phận băng tải
Giá đỡ giúp liên kết băng tải với phần điều khiển
Yêu cầu kỹ thuật:
- Chịu được tải trọng của động cơ
- Kích thước phù hợp, đảm bảo không làm ảnh hưởng tới hệ thống trong quá trình vận hành
Gá cảm biến có 2 lỗ Ø18 để lắp cảm biến và Ø8 để bắt vít vào thân băng tải
Máng trượt thiết kế thoải giúp vật lăn dễ dàng vào khay chứa
Hình 3.3: Bản vẽ chi tiết máng trượt
Tay gạt có chiều dài là 82mm, một đầu được thiết kế để bắt với đầu của động cơ servo, phần còn lại dạng dẹt dày 3mm có tác dụng ngăn vật để phân loại.
3.1.2. Khả năng nhận biết và phân loại sản phẩm
- Cảm biến nhận biết và phát hiện vật cản sáu đó chuyền tín hiệu đến tay gạt.
- Khoảng cách phát hiện vật cản: 10-30 cm có thể điều chỉnh - Góc phát hiện vật thể: 30˚
- Khoảng cách từ đầu cảm biến đến chi tiết phân loại trong khoảng 20mm Ta tính đoạn chiều cao cảm biến nhận biết trên chi tiết:
Chiều cao nhận biết: x=2.20.sin15˚=10,35 mm
Khoảng chiều cao chênh lệch giữa các vị trí lắp của cảm biến là 10,35 mm
Hình 3.5: Bản vẽ chi tiết giá đỡ cảm biến
3.1.3. Động cơ
3.1.3.1. Tính toán chọn động cơ
Tổng khối lượng hàng trên băng chuyền: 0.2kg
Khối lượng của dây đai là 0.3 Kg=> Tải trọng của băng tải: W=0.5kg Hệ số ma sát: µ=0.15
Hệ số ma sát pully: µ1=0.95
Hệ số ma sát hộp giảm tốc: µ2=0.9 D: Đường kính pully D= 0.03m
Tốc độ vòng quay pully: N1= tốc độ gói hàng/𝐷 × 𝜋 = 0.1×60
𝐷×𝜋 = 63(𝑅𝑝𝑚)
Tốc độ vòng quay hộp số: N2=N1=63Rpm
3.1.3.2. Tính mômen xoắn động cơ
Momen đầu pully:
1 1 ( W) 0.15 5 0.015 2 0.011( ) 0.95 D T µ Nm = = = Momen đầu hộp số: T2 =T1 1 µ2 =0,01(N m. )
Với T2 =0.01 (N m. )và N =63 Rpm
3.1.4. Tính bền của hệ thống
Ta có trọng lượng tác dụng lên thanh nhôm P = 20 N.
Do sử dụng nhôm định hình 20x20 nên diện tích tiết diện: S = 20.20 = 400 mm2.
Suy ra ứng suất trên mặt cắt của khung nhôm: 𝜎 = 𝑃
𝑆 = 20 400 = 0,05 Mpa Bảng 3.1: Thông số nhôm định hình 6063-T5 Nhôm Độ bền kéo (N/mm2) Độ bền nén (N/mm2) Độ bền dài (N/mm2) 6063 150 110 8% Chế độ nhiệt luyện Cường độ chịu uốn 0.2%kg/mm2 Cường độ dãn tối đa kg/mm2 Tỷ lệ dãn dài Độ cứng Br kg/mm2 Cường độ chịu đứt cao nhất Cường độ chịu mỏi kg/mm2 T=1.6mm T=1.6mm T5 15.0 19.0 12 - 60 12.0 7.0
Từ bảng 3.2 ta có 𝜎 < [𝜎] nên khung nhôm thỏa mãn điều kiện bền. Với phạm vi của đồ án thì vật liệu đảm bảo được tính bền cho hệ thống.
3.2.Mô hình hóa, mô phỏng hệ thống điều khiển
Bảng 3.2: Bảng chi tiết cấu tạo hệ thống:
STT Tên Số lượng
1 Băng tải 1
2 Động cơ băng truyền 1
3 Cảm biến 3
4 Giá đỡ 1 1
5 Tay gạt 1
6 Giá đỡ 2 1
7 Giá đỡ 3 1
8 Giá đỡ động cơ tay gạt 2
9 Động cơ tay gạt 2
10 Máng trượt 2
Một số hình ảnh hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao trên phần mềm Solidworks.
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Hình 3.8: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Arduino – khối xử lý trung tâm, khối này thu thập toàn bộ các tín hiệu đầu vào và tiến hành xử lý để xuất ra các tín hiệu điều khiển.
Nguồn – cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống,
Cảm biến – thu nhận và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển. Công tắc – tắt bật hệ thống.
Mạch công suất mosfet – nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển, điều khiển động cơ DC.
Động cơ – di chuyển băng tải.
Hình 3.10: Bản mạch 3D
Hình 3.11: Sơ đồ đi dây mạch điện
3.3.Kết luận chương 3
Với việc mô hình hóa và mô phỏng hệ thống cơ khí trên phần mềm solidworks, ta mô phỏng được các chi tiết của hệ thống như băng tải, gá đỡ, tay gạt, máng trượt, các chi tiết khác, … Lập trình hệ thống bằng phần mềm Arduino IDE và vẽ mạch bằng phần mềm Altium cùng với việc tính toán chọn động cơ và bộ truyền theo lí thuyết để chọn ra được các thông số động cơ, bộ truyền động cơ ta đã có đủ dữ liệu để tiến đến với việc thiết kế chế tạo mô hình thực tế.
CHƯƠNG 4. GIA CÔNG CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
4.1.Thiết kế và thi công hệ thống cơ khí 4.1.1. Xây dựng hình dáng hình học mô hình 4.1.1. Xây dựng hình dáng hình học mô hình
Để phù hợp với mô hình thiết kế, kích thước sản phẩm phân loại, ta chọn các động cơ và cảm biến sau:
- Động cơ DC JGB37-520: chuyển động băng tải - Động cơ Servo: chuyển động tay gạt
- Cảm biến tiệm cận hồng ngoại
4.1.2. Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết trong mô hình 4.1.2.1. Quy trình gia công chi tiết giá đỡ động cơ 4.1.2.1. Quy trình gia công chi tiết giá đỡ động cơ
Hình 4.2: Bản vẽ chi tiết giá đỡ động cơ
- Sản lượng hàng năm của chi tiết được xác định theo công thức sau: N = N1.m.(1 +𝛼+𝛽
100) (1) [4] Trong đó:
N1: Số lượng sản phẩm cần chế tạo trong một năm theo kế hoạch, giả sử N1= 20000 (chiếc)
m: Số lượng chi tiết trong một sản phẩm. m=1
α: Lượng chi tiết dự phòng do sai hỏng phôi gây ra. 𝛼= 3% ÷ 6%
→ Chọn 𝛼= 4%
β: Lượng chi tiế được chế tạo thêm để dự trữ. β = 5% ÷ 7%
→ Chọn β= 6%
Vậy sản lượng chi tiết phải sản xuất hàng năm là: N= 20000.1(1 +4+6
100)= 22000 chi tiết/năm. Khối lượng chi tiết là 44 gam
=>Loạt sản xuất là hàng loạt lớn.
- Phương pháp gia công: Đối với dạng sản xuất hàng loạt lớn, muốn chuyên môn hóa cao để có thể đạt năng suất cao trong điều kiện sản xuất ở nước ta hiện nay thì đường lối công nghệ thích hợp nhất là phân tán nguyên công kết hợp tập trung nguyên công
- Tiến trình công nghệ
+ Nguyên công 1: Đúc phôi
+ Nguyên công 2: Phay mặt bên
+ Nguyên công 3: Khoan 2 lỗ Ø3.5
+ Nguyên công 4: Phay mặt trên
+ Nguyên công 5: Khoan 2 lỗ Ø3.5
+ Nguyên công 6: Kiểm tra
- Lập sơ đồ gá đặt và lựa chọn chế độ gia công
Hình 4.3: Đúc phôi
Yêu cầu kỹ thuật:
- Đảm bảo yêu cầu về mặt.
- Đảm bảo độ chính xác bề mặt của chi tiết.
- Đảm bảo lấy được chi tiết dễ dàng, và sửa sai số dễ dàng. - Phôi phải được làm sạch và loại bỏ ba via trước khi gia công.
• Nguyên công 2: Phay mặt bên
Hình 4.4: Đồ gá phay mặt bên
- Định vị: Mặt đáy định vị bằng 3 chốt tỳ cố định hạn chế 3 bậc tự do, mặt bên định vị bằng chốt tỳ khía nhám hạn chế 1 bậc tự do, mặt trước định vị bằng 2 chốt tỳ khía nhám hạn chế 2 bậc tự do.
- Kẹp chặt: Chi tiết được kẹp chặt bằng mỏ kẹp (phương chiều như hình vẽ).
- Chọn máy: máy phay đứng 6H82 với công suất máy Nm = 7kW, η= 0,75
- Chế độ cắt:
a.Phay thô
+ Chiều sâu cắt: t = 1,5 mm
+ Bước tiến S: Sz = 0,14 - 0,24 (mm/vòng) => Sz = 0,2 (mm/vòng) + Vận tốc cắt: Ta có công thức: V= 𝐶𝑣.𝐷 𝑞 𝑇𝑚.𝑡𝑥.𝑆𝑧𝑦.𝐵𝑢.𝑍𝑃 . 𝑘𝑣 Theo bảng 5-39 [2] ta có bảng sau: Cv m x y u q p 42 0,15 0,1 0,4 0,1 0,2 0,1
Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt tính đến các diều kiện cắt thực tế:
+ Ta có : 𝑘𝑣= 𝑘𝑀𝑣. 𝑘𝑛𝑣. 𝑘𝑢𝑣 (Bảng 5-9 [2]) + Ta có : k𝑀𝑣=(190 𝐻𝐵)𝑛𝑣trong đó 𝑛𝑣= 1,25 (Bảng 5-2 [2]) 𝑘𝑀𝑣= (190 190)1,2=1 (HB 170-229 chọn HB = 190) • Có 𝑘𝑛𝑣 = 0,8 (Bảng 5-5 [2]) • Có 𝑘𝑢𝑣= 1 (Bảng 5-6 [2]) 𝑘𝑣= 1.08.1 = 0,8
+ Số răng dao: Z = 8 (răng)
+ Đường kính dao: D = 100 (mm)
+ Chu kỳ bền dao: T = 180 (phút)
+ Chiều sâu cắt: t = 1,5 (mm)
+ Bề rộng lớn nhất mặt gia công: B = 25 (mm)
+ Lượng chạy dao: SZ = 0,23 (mm/ răng)
• Thay vào công thức trên ta có
V= 42.100
0,2
1800,15.20,1.0,20,4.550,1.80,1 .0,8= 35,392 m/phút Tốc độ trục chính n =1000.𝑉
𝜋.𝐷 = 1000.35,392
3,14.100 =112,71 vg/ph tra theo máy ta chọn n=118 vg/ph Vt= 𝜋.𝐷.𝑛 1000= 37,68 m/ph Lực cắt Pz : ta có công thức 𝑃𝑧= 10.𝐶𝑝.𝑡 𝑥.𝑆𝑧𝑦.𝐵𝑢.𝑍 𝐷𝑞𝑛𝑤 .𝐾𝑀𝑝 Tra bảng 5.41 [2] được:
CP xP yP up qP 82,5 1 0,75 1,1 1,3 0,2 Theo bảng 5.9 [2] ta có: 𝐾𝑃 = 𝐾𝑚𝑝 = (190 𝐻𝐵) 𝑛 = (190 190) 1 0,55 = 1 𝑃𝑧= 10.82,5.1,5 1.0,230,75.551,1.8 1001,3.1180,2 . 1 = 261,188 kG = 2611,88 N Công suất cắt N= 𝑃𝑧.𝑉 1020.60= 1,6 Kw < Nm. η => Máy làm việc an toàn và đạt yêu cầu.
Thời gian gia công
Ta có: T0 =𝐿1+𝐿
𝑛.𝑆 . 𝑖 (ph). Trong đó:
L1 - Chiều dài gia công; L1 = 100 (mm)
L- chiều dài thoát dao (thường thì L = (2 5) (mm); lấy L = 3 (mm)) i - Số lần cắt; cắt 1lần i = 1.
Thay vào ta có: T0 phay thô = 100+3
1,6.118.1 = 0,56 phút
b.Phay tinh
+ Dùng dao phay tiếp của phần trên
+ Chiều sâu cắt t =0,5 mm + Tra bảng 5-37 [2] ta có : Sz= S(mm/vg)/Z= 1,2/8= 0,15 mm/răng Tính vận tốc cắt : V = u p y z x m q Z B S t T D Cv . . .