Băng tải
Hình 3.4 Kết cấu bản vẽ 2D băng tải
Hình 3.5 Mô hình băng tải 3D Loại băng tải
Vải cao su, tiết diện hình chữ nhật (b×h).Chọn chiều rộng của băng là b =60 mm, độ dày h=5 mm, khối lượng riêng là 1250 kg/m3. Chọn đường kính tang của băng tải sao cho:
23 ℎ
𝑑𝑡𝑎𝑛𝑔 ≥ 1
40=> 𝑑𝑡𝑎𝑛𝑔 ≤ 200𝑚𝑚 (3.1)
Chọn dtang = 80 mm để đảm bảo điều khiện hoạt động ổn định của băng tải. Hệ số ma sát trượt giữa tang thép với băng tải là µ= 0,3
Tính lực căng băng tải ban đầu
Chọn chiều dài cho băng tải đầu ra là L=1.2 m. Do hệ thống chiết rót liên tục 2 chai trong một quá trình chiết rót do vậy trên băng chuyền ra luôn có 4 chai dầu.
Chai có thể tích ở mức 1000 ml nên tải trọng tương ứng của 4 chai là:
Msp = Khối lượng riêng của dầu*1000*4 = 0,89 x 4 = 3.56 kg (3.2)
Trong quá trình chiết rót 2 chai sẽ chiết rót cùng một lúc, coi 2 chai là một sản phẩm được chiết rót duy nhất, và khoảng cách giữa sản phẩm được chiết rót là 500 mm.
Ở thời điểm ban đầu chuyển động lực căng của băng tải đạt giá trị max, bao gồm băng tải và 4 chai dầu có trên băng tải là:
Fc = ∑M.g = ( Msp+M bt ).g.µ (3.3)
Fc = [ Mmax+(2L+π dtang)hbρ ].g .µ Trong đó:
o Khối lượng của sản phẩm có trên băng tải Mmax = 3.56 kg o Chiều dài băng tải L = 1.2 m
o Đường kính tang băng tải dtang = 80 mm o Chiều rộng của băng tải b = 60 mm = 0.06 m o Chiều dày của băng tải h = 5mm
Fc = [3.56 + (2.1,2+ π0,08 )0,005.0,06.1250 ].9,81.0.3 Fc = 44.67 N
Băng tải muốn chuyển động được thì lực vòng Ft tạo ra do ma sát giữa băng tải và tang thép phải thỏa mãn điều kiện:
Ft ≥ Fc = 44.67 (N) chọn Ft = 45 (N).
Ta đi xác định mối liên hệ giữa lực căng ban đầu F0 với lực vòng Ft (bỏ qua ma sát do lực ly tâm gây ra)
Ta có :
24 F0 =𝐹1+𝐹2
2 (3.5)
Hình 3.6 Các lực căng tác động lên băng tải
Mặt khác áp dụng phương trình Euler ta có
F1= eµα F2 (3.6)
Trong đó:
o µ là hệ số ma sát giữa băng tải và tang thép: µ=0,3 o α là góc ôm: α =180o = π (rad). Thay (3.6) vào (3.4) và (3.5) ta có : { Ft = F2× (eµα− 1) F0 = 1 2F2× (e µα + 1) → Ft Fo =2(e μα−1) eμα+1 → F0 = (e μα+1) 2(eµα−1)Ft = e 0,3π+1 2(e0,3π−1)×45 => F0 = 51.23 N
=> Chọn lực căng đai ban đầu là F0 =55 N
Động cơ băng tải
Momen xoắn T cần truyền trên trục tang băng tải là: T = Ft
𝐷
2= 45.0.08
2 = 1.8 (N.m) (3.7)
Công suất cần thiết trên trục tang băng tải là:
Pct=Ft.v =45.0,05 = 2.25 (W) (3.8)
25 ntang =60v
πD =60×0,05π×0,08 = 11.94 (vòng/phút) (3.9)
Theo bảng (4.4) ta chọn động cơ: DS-42RP7750242100-67K có: Pđc =4.18 (W) và 𝑛đ𝑐= 29.4 (v/ph) Phân phối tỷ số truyền U = 29.4
11.94 = 2.46
Tính toán bộ truyền đai
Công suất động cơ và số vòng quay của động cơ: Pdc = 4.18 W; ndc = 29.4 v/ph
Tính đường kính bánh đai
Đường kính bánh đai d1:
3
1 1
d (5, 2...6, 4). T (3.10)
Moment trên trục động cơ là:
Tđc =Pđc.9,55.10 6 nđc (3.11) Tđc =Pđc.9,55.10 6 nđc = 0,00418.9,55.106 29.4 = 1357.8 (N.mm) d1 = (5,2…6,4). 3√Tđc= (57.6...70) Chọn d1 theo tiêu chuẩn chọn đai là: d1 = 63 mm. Đường kính bánh đai d2: d 1 2 u .d d 1 (3.12)
Chọn - hệ số trượt của đai lấy bằng 0,02 => d2 = 158.1 Chọn theo tiêu chuẩn là: 160 mm
Kiểm nghiệm tỉ số của bộ truyền
Tỉ số truyền thực tế: 𝑈′𝑑 = 𝑑2(1 − 0.01) 𝑑1 (3.13) 𝑈′𝑑 = 𝑑2(1 − 0.01) 𝑑1 = 160(1 − 0.01) 63 = 2.514 Tỉ số truyền sơ bộ: Usb = 2.5
26 Sai lệch tỷ số truyền là 𝑈′𝑑 =2.514−2.5
2.5 ×100% =0.56 % < 4 %
Vậy tỉ số truyền đảm bảo theo yêu cầu tính toán.
Khoảng cách trục a
Khoảng cách trục sơ bộ được chọn theo công thức:
sb 1 2
a (1,5...2)(d d )mm (3.14)
asb = (1,5…2).(63+160) =(334.5…446) (mm) Ta chọn asb = 350 (mm)
Chiều dài đai
2 1 2 2 1 d d (d d ) l 2a 2 4a (3.15) l = 1057 mm Chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn: l = 1060 mm Xác định lại khoảng cách trục a: 1 2 1 2 2 2 2 1 d d (d d ) l [l ] 4(d d ) 2 2 a 4 (3.16) Vây khoảng cách trục thực tế: a = 348 mm Tính góc ôm trên bánh đai nhỏ
α1=180o -57. (d2−d1)
a (3.17)
α1=180o -57. (d2−d1)
a = 163,11
o > 120o Thỏa mãn yêu cầu về góc ôm
27
Xác định tiết diện đai
Tiết diện đai dẹt được xác định dựa vào chỉ tiêu về khả năng kéo của đai. Tiết diện đai xác định bởi công thức:
A = b.δ = Ft
Kđ
[σk] (3.18)
Trong đó:
o b và s lần lượt là chiều rộng và chiều dày đai (mm) o Ft là lực vòng (N)
o Kđ là hệ số tải trọng động
o [σk] là ứng suất có ích cho phép (MPa) Chọn độ dày đai δ:
Chiều dày δ của đai sợi tổng hợp nên dùng trong khoảng: δ =(1 70÷ 1 50)𝑑1=(1 70÷ 1 50).63 (3.19) δ =(1 70÷ 1 50)𝑑1=(1 70 ÷ 1 50).63 = (0,9÷ 1,26) (mm) Chọn δ theo tiêu chuẩn của đai sợi tổng hợp δ =1,2 (mm). Xác định lực vòng 𝐹𝑡 bởi công thức: 𝐹𝑡=1000𝑃𝑣 𝑐𝑡 (3.20) 𝐹𝑡=1000𝑃𝑐𝑡 𝑣 =1000.0,00418 0,1 = 41,8 (N) 𝑣ớ𝑖 v = 𝜋𝑑1𝑛đ𝑐 60 =𝜋.0,063.29.4 60 = 0,1 (m/s) Chọn hệ số tải trọng động 𝐾đ=1,1. Tính ứng suất có ích cho phép [σt] : [σt] = [σt]0.𝐶𝛼. 𝐶𝑣. 𝐶0 (3.21) Trong đó:
28
[σt]0 là ứng suất có ích cho phép của bộ truyền chuẩn, được chọn làm thí nghiệm để xác định ứng suất có ích cho phép. Bộ truyền chuẩn có góc a1 = 1800, vận tốc làm việc v1 = 10 cm/s, đặt nằm ngang, tải trọng không có va đập. Chọn [σt]0 = 2 MPa
𝐶𝛼: Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm xác định bởi:
𝐶𝛼 = 1-0,003(180-𝛼) =1-0,003(180-168,18) = 0,95454
𝐶𝑣: Hệ số kể đến ảnh hưởng của lực li tâm đến độ bám của đai, được xác định bởi:
𝐶𝑣= 1-𝑘𝑣(0,01𝑣2 − 1) = 1-0,01.(0,01. 12− 1) =1,0098
𝐶0:Hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền trong không gian và phương pháp căng đai, ta chọn 𝐶0=1
⇛ [σt]=[σt]0.𝐶𝛼. 𝐶𝑣. 𝐶0=2 . 0,95454. 1,0098.1 = 1.92 (MPa) ⇛ Tiết diện đai A=b.δ = 𝐹𝑡 𝐾đ
[𝜎𝐹]=41,8.1,1
1.92 = 23.95(𝑚𝑚2)
Mà 𝛿=1,2 (mm) → b = 𝐴
𝛿 = 23.95
1,2 = 19.96 (mm)
→ Chọn chiều rộng đai theo tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn b = 25 (mm) → Chọn tiết diện đai theo tiêu chuẩn A = b.s = 25.1,2 = 30 (𝑚𝑚2) Lực tác dụng lên trục bánh đai: 𝐹𝑟 = 2. 𝐹0. 𝑍. sin𝛼1 2 (3.22) 𝐹𝑟 = 2. 𝐹0. 𝑍. sin𝛼1 2 = 2. 55.1.sin164.11 2 = 108.94 (N)
29
Bảng 3.1 Thông số cuối cùng của bộ truyền đai băng tải
Thông số Ký hiệu Đơn vị Kết quả tính
toán
Loại đai - - Đai thường
Tiết diện đai - 𝑚𝑚2 24
Số đai 𝑍đ - 1
Chiều dài đai L Mm 1060
Đường kính bánh đai nhỏ 𝑑1 Mm 63 Đường kính bánh đai lớn 𝑑2 Mm 160 Chiều rộng bánh đai B Mm 20 Tỷ số truyền thực tế 𝑢𝑡 - 2.514 Sai lệch tỷ số truyền Δ𝑢 % 0.58 Khoảng cách trục 𝑎 Mm 348
Góc ôm trên bánh đai nhỏ α Độ 164.11
30
3.2.2 Thiết kế cơ cấu dán nhãn Mô tả hoạt động của cơ cấu Mô tả hoạt động của cơ cấu
Hình 3.7 Cơ cấu dán nhãn 2D
31
Cuộn nhãn dán đặt trên mâm xoay bị động, cuộn nhãn sau đó được kéo vòng qua trục số 1 rồi tới bộ phận căng nhãn ở trục số 2, tiếp theo đó nhãn sẽ kéo qua trục số 3 và tới vị trí lưỡi gà, tại đây nhãn sẽ được tách ra khỏi dây nhãn. Phần thừa của nhãn dán sẽ đi qua trục số 4 và số 5 rồi về vị trí thu hồi vỏ nhãn tịa vị trí con lăn chủ động.
Khối lượng của cuộn nhãn có khối lượng là 2kg.
Tốc độ quá trình dán nhãn phụ thuộc vào tốc độ của quá trình chiết rót, quá trình cấp nắp và đóng nắp của hệ thống.
Kích thước nhãn dán được thiết kế phù hợp với kích thước của chai dầu 1000ml.
Hình 3.9 Chai dầu chiết rót
Nhãn được dùng để dán lên chai dầu có kích thước 40x60 mm.
Xác định lực cản
Các lực cản của hệ thống dãn nhãn:
Fc = F1 + F2 + F3 + F4 (3.23)
32
o F1 : Lực ma sát giữa cuộn băng dán nhãn và trục xoay chủ động. o F2 : Lực căng đàn hồi của lò xo tác động lên bộ phận căng nhãn.
o F3 : Lực ma sát giữa ổ bi, tuy nhiên lực ma sát lăn này là rất nhỏ nên sẽ bỏ qua trong phần tính chọn moment cho động cơ kéo nhãn.
o F4 : Lực ma sát giữa băng nhãn dán và các trục xoay bị động, tuy nhiên lực ma sát lăn này là rất nhỏ nên sẽ bỏ qua trong phần tính chọn moment cho động cơ kéo nhãn.
Lực ma sát của cuộn dán nhãn và trục bị động là:
F1 = Fms1 = m.g. 𝜌 (3.24)
Trong đó:
o m: khối lượng cuộn nhãn: m = 2kg
o 𝜌 : Hệ số ma sát giữa cuộn nhãn và trục xoay, 𝜌 = 0,2 (Hệ số ma sát giữa thép và vật liệu làm nhãn Polyethene).
Fms1 = 2.10.0.2 = 4 N
Lực đàn hồi của lò xo tác động lên bộ phận căng nhãn:
33 Chọn lò xo có thông số như sau:
o Chiều dài lò xo L = 80 mm o Độ cứng lò xo K = 100 N/m o Độ biến dạng đàn hồi ∆𝑙 = 40 𝑚𝑚 Lực đàn hồi của lò xo là: F2 = Fdh = ∆𝑙 ∗ 𝐾 = 0.4 ∗ 100 = 4 𝑁 Tính chọn động cơ Yêu cầu:
Cuộn tem có bán kính R = 6 cm, khối lượng m= 2kg, thời gian để dán tem = 1s, 1 vòng dây tối đa 9 tem.
Coi cuộn tem là vật rắn hình trụ chuyển động quay nhanh dần đều, phương trình động lực học của cuộn tem:
𝑀 = 𝐼𝛾 + 𝑀𝑐 (3.25) Trong đó: o M là momen lực, công thức 𝑀 = 𝐹. 𝑑 o 𝑀𝑐: momen cản o I: momen quán tính o 𝛾: là gia tốc góc
Tính momen quán tính của cuộn tem
Mô men quán tính của vật rắn hình trụ được tính bởi công thức: 𝐼 = 𝑚𝑅
2
2 (3.26)
Trong đó:
o m: khối lượng của vật
o R: bán kính của vật tính từ tâm 𝐼 =𝑚𝑅2 2 2 = 2. 0.062 2 = 0.0036 (𝑁. 𝑚) Tính gia tốc góc trung bình
34 𝜑 = 𝜔0𝑡 +1
2𝛾𝑡
2 (3.27)
Trong đó:
o 𝜑: Góc quét được trong thời gian t o 𝜔0: vận tốc góc ban đầu ( ở đây 𝜔0 = 0) o 𝛾: gia tốc góc trung bình
o t: thời gian quét Theo đề ra, ta có: 2𝜋 9 = 𝛾 2 𝛾 =2𝜋.2 9 = 1.4 ( rad/𝑠2) Từ (1), ta có: 𝑀 = 𝐹. 𝑑 = 𝐼𝛾 + 𝐹𝑚𝑠1. 𝑑 = 0,0036.1,4 + 4.0,06 = 0.245 N.m 𝐹 =0.245 𝑑 =0.245 0.06 = 4.08 N F ở đây là lực căng T của dây tem
𝑇 = √𝐹𝑑ℎ2 + 𝐹𝑘2+ 2𝐹𝑑ℎ𝐹𝑘cos (𝛼) (3.28)
Trong đó:
o 𝐹𝑑ℎ: Lực căng đàn hồi của dây o 𝐹𝑘: Lực kéo của động cơ o 𝛼: góc lệch
4.075 = √42+ 𝐹𝑘2+ 2𝐹𝑘cos (120)
𝐹𝑘 = 1.425 N
Giả thiết trục con lăn chủ động có bán kính 𝑅1=1 cm, để cuộn tem có thể quay được thì:
𝑀đ𝑐 > 𝑀𝑘 Trong đó:
35 o 𝑀đ𝑐: momen xoắn của động cơ
o 𝑀𝑘: momen xoắn cần thiết để con lăn bị động quay o 𝑀đ𝑐 > 𝑀𝑘 = 𝑅1𝐹𝑘= 1.425 N.m
o Vậy chọn động cơ bước có momen xoắn lớn hơn 1.5 N.m
Hình 3.11 Động cơ bước KH65QM2U038 Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật động cơ KH65QM2U038
Thông số kĩ thuật
Hãng sản xuất: Nidec Servo
Model: KH56QM2U038
Loại: Động cơ bước 2 pha
Điện áp: 36V - 40V
Moment xoắn: 1.5Nm
Góc bước: 1.8 độ (fullstep 200 xung)
Số dây: 6 dây
Kích thước: 6 dây
Đường kính trục: 6.35mm
Dòng điện: 2A
36
3.2.3 Tính toán thiết kế cơ cấu chiết rót
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chiết rót
Phương án chiết rót:
Sau khi thử nghiệm mô phỏng phương án 1 nhóm nhận thấy để thay đổi được lưu lượng dầu hay thể tích dầu cần chiết sẽ gây ra nhiều sai số, nguyên nhân là do theo phương án 1 thì dầu sẽ chảy tự do từ bình xuống khi này thì áp xuất của dầu trên bình thay đổi liên tục làm cho lưu lượng dầu và thời gian chiết rót sẽ bị ảnh hưởng.
Để khắc phục nhóm đã tiến hành lắp đặt lại bình dầu ở dưới và sử dụng bơm dầu kết hợp với cảm biến đo lưu lượng, bơm dầu sẽ đảm bảo tính ổn định khi lưu lượng dầu qua cảm biến và sẽ đảm bảo thời gian đặt ra cho mỗi lần chiết rót dầu nhớt.
Giả sử thời gian thời gian chiết dầu vào chai 1 lít là 10 giây, tương đương với lưu lượng dòng chảy là 6 lít/ phút, chọn loại máy bơm DC 12V 80W 6L Smartpumps.
37
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật
Thương hiệu SMARTPUMPS
Model 12V-80W-YB
Điện áp 12V DC
Công suất 80W
Lưu lượng 6.0 L/P
Áp lực 1.0 MPA – 10 BAR – 145 PSI
38
3.2.4 Tính toán thiết kê cơ cấu cấp nhắp chai và đóng nắp chai dầu
Hình 3.15 Cơ cấu đóng nắp
Chọn động cơ đóng nắp
Yêu cầu hoạt động
o Chọn nắp chai dầu và chai đựng dầu có 3 ren xoáy vào nhau, khoảng cách các ren là 5mm.
o Chọn thời gian xoáy hết 3 vòng ren là 3s, do vậy ta có tốc độ của động cơ là: Ndc_xoay = 60 (vòng/phút)
39
Dựa theo số vòng quay mong muốn nhóm chọn động cơ có thông số như sau:
Bảng 3.4 Yêu cầu kĩ thuật động cơ đóng nắp
Yêu cầu kĩ thuật
Điện áp định mức 12V - 24V
Tốc độ chạy 60 vòng / phút
Khối lượng 245 g
Hình 3.16 Động cơ giảm tốc LK0226
3.2.5 Tính chọn các thành phần cơ khí khác Xylanh nâng hạ động cơ Xylanh nâng hạ động cơ
Tốc độ trung bình: 0.05m/s. Gia tốc a = 0.05 m/s2
Khối lượng của bộ phận đóng nắp:
m = 451 g = 0.45 kg (3.29)
Các kích thước cơ bản của xy lanh lực là: đường kính trong của xy lanh, chiều dài hành trình pittong, đường kính cần pittong. Để xác định các kích thước cơ bản của xy lanh lực truớc tiên phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên pittong. Tài trọng đó bao
40
gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động. Tải trọng động xuất hiện khi pittong tăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định được bằng công thức:
Pd = m.a (3.30)
Trong đó:
o m : khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến.
o a: gia tốc của vật thể chuyển động trước khi đạt vận tốc ổn định Đường kính của xy lanh lực được xác định theo công thức:
𝐷 = √4𝑃
𝜋𝑝𝐾 (3.31)
Trong đó:
o P = Pt+Pd
o K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất (1,3) o p : áp suất chất lỏng làm việc p = 0.35 N/cm2 Tải trọng động: Pd= ma =m.∆𝑣 ∆𝑡 = 0,345.0,05 =0.01725 N Tải trọng tổng cộng: P = Pd + Pt =3,45 + 0,01725 = 3,47 N Lực ma sát giữa trục định hướng và tấm đỡ động cơ là:
F1 = Fms1 = P. 𝜌 (3.32)
Trong đó:
o P : Tổng tải trọng tĩnh và tải trọng động P = 3.47 N
o 𝜌 : Hệ số ma sát giữa tấm đỡ động cơ và trục dẫn hướng, 𝜌 = 0,4 (Hệ số ma sát giữa thép và thép).
Fms1 = 3,47.0.4 = 1,38 N Ta có Pxilanh là lực mà xilanh cần thắng để có thể đi ra:
41 Pxilanh = P + Fms (3.33) Pxilanh = P + Fms = 3,47 + 1,38 = 4,85 N ==> D = √4.𝑃𝑥𝑖𝑙𝑎𝑛ℎ 𝜋.𝑝 . 𝐾 = √4.4,85.1,3 3,14.0,35 = 4.79 𝑚𝑚 Lấy tròn đường kính theo tiêu chuẩn D=10mm
Chọn được xylanh theo nhà sản xuất với D = 10 mm và hành trình 100 mm
Xylanh chặn sản phẩm
Khối lượng của bộ phận chiết rót: m1 = 225 g Tốc độ trung bình: 0.05m/s.
Gia tốc a = 0.05 m/s2
Các kích thước cơ bản của xy lanh lực là: đường kính trong của xy lanh, chiều dài hành trình pittong, đường kính cần pittong. Để xác định các kích thước cơ bản của xy