+ Vị trí I: Vị trí tiếp nhận nắp vàng + Vị trí II: Vị trí đẩy nắp đỏ
+ Vị trí III: Xi lanh dập nắp
+ Vị trí IV: Nắp sau khi được đóng qua, motor siết xuống siết nắp chặt lại + Vị trí V: Khi nắp siết xong đến vị trí V rơi xuống thùng đựng sản phẩm
+ Vị trí VI: Trong trường hợp nắp ở vị trí chưa rơi mà dính vào mâm, ta dùng tay nhấc sản phẩm ra từ vị trí này
Cơ cấu này sử dụng động cơ giảm tốc (step) gắn với hộp số bước để điều
khiển mâm xoay sao cho chính xác, cung cấp một momen xoắn lớn. Sử dụng hộp số bước cho động cơ step giảm tỉ lệ quán tính của động cơ, gia tăng momen xoắn, giảm dư chấn, tăng độ ổn định trong quá trình hoạt động.
+ Giảm tỉ lệ quán tính của động cơ step: Một nguyên nhân của hiện tượng trượt bước trên step motor là lực quán tính. Tỉ số quán tính tải và khả năng chịu quán tính của động cơ quyết định đến việc động cơ cơ thể tải hay điều khiển (đặc biệt là những giai đoạn tăng tốc hay giảm tốc). Nếu quán tính tải trọng đáng kể hơn quán tính động cơ, động cơ sẽ điều khiển tải khó khăn hơn và quá tải, trượt bước.
43
Tỉ lệ quá tính cao cũng là nguyên nhân dẫn đến việc tiêu thụ nhiều điều, động cơ nóng lên và bị hỏng.
+ Gia tăng momen xoắn: Sử dụng hộp số bước với động cơ step để gia tăng momen giúp tải dễ dàng hơn. Khi đó, tải được điều khiển bằng bộ kết hợp động cơ và hộp số bước momen giảm rất nhanh khi tăng tốc độ.
- Để tìm được động cơ phù hợp ta phải biết được công suất cần thiết của động cơ qua công thức sau:
P_ct=P_lv/η (1)
Trong đó:
P_ct: cơng suất cần thiết của động cơ (kW). P_lv: công suất làm việc của động cơ (kW).
𝜂: tích các hiệu suất thành phần.
Từ công thức trên ta suy ra được P_lv:
P_lv=(F_đc.V)/1000 (2)
Trong đó:
P_lv: cơng suất làm việc của động cơ (kW). F_đc: lực kéo của động cơ (N).
V: vận tốc của động cơ (m/s). Từ cơng thức (2) ta có phép tính như sau:
P_(lv )= (200.2/6)/1000 = 0.066(kW) = 66(W)
➢ Ta chọn loại động cờ có cơng suất lớn hơn hoặc bằng 66 W
44
- Thông số kỹ thuật động cơ DKM 9PD 9IDKG 90F
+ Điện áp định mức: 3 pha 220V + Dòng điện định mức: 0.8A + Công suất định mức: 90W + Tần số: 50/60Hz
3.2.4. Cơ cấu đẩy nắp đỏ
Cơ cấu đẩy nắp đỏ tự động có chức năng cấp nắng tự động sau khi nắp vàng
được đưa đến vị trí, cơ cấu này địi hỏi yêu cầu cao về khả năng tự động và độ chính xác. Phải đảm bảo nắp đỏ khi rơi xuống phải khớp với nắp vàng để có thể đóng và siết chắc được.
Hình 3. 13: Cơ cấu đẩy nắp đỏ bản thiết kế
- Cấu tạo:
+ Hai thanh trụ lục giác 90mm
+ Một bát xi lanh đỡ xi lanh đẩy
+ Hai bát giữ nắp đỏ
+ Xi lanh vuông
- Nguyên lý hoạt động:
+ Cơ cấu đẩy nắp phải được lắp đặt đúng vị trí để đảm bảo cho việc đẩy nắp đỏ chính xác khi mâm xoay quay.
+ Khi nắp đỏ từ phễu đưa tới, đến vị trí hai bát giữ nắp sẽ ở trạng thái chờ. Khi nắp vàng được đưa tới vị trí sẵn sàng đón nắp đỏ, xi lanh thay đổi trạng thái, hành
45
trình đẩy ra đem theo nắp đỏ. Khi hành trình xi lanh đưa ra hết, nắp đỏ khơng được đỡ bởi bát xi lanh thì bắt đầu rơi xuống nắp vàng đang chờ sẵn. Xi lanh sau khi thả nắp đỏ thì quay trở về trạng thái đầu.
Hình 3. 14: Cơ cấu đẩy nắp đỏ sau khi cải tiến cơ khí
Xylanh cần mang khối lượng m = 0.2 kg = 0.0001 kg, g = ~ 10 m/𝑠 2 Hành trình cylinder là 20mm F = m.a = m.g = 0.2 x 10 = 2 N Áp suất sử dụng P = 4 bar Lực cần cho xylanh > 2 N P.S ≥ F ⇔ 4. (𝜋.𝐷^2 )/4 ≥ 2 ⇒ D ≥ 7.9 mm
Vậy ta chọn xylanh có đường kính lớn hơn hoặc bằng 7.9
Chọn xi lanh: Xi lanh được sử dụng cho việc đẩy nắp theo chiều ngang nên em lựa chọn xi lanh dạng chữ nhật hành trình 20mm. Xi lanh hình chữ nhật gắn chắc được trên bát xi lanh đường kính ống 10mm 2 trục 6mm phù hợp thiết kế bát giữ nắp đỏ. Nên xi lanh được chọn là Airtac với model TN10X20-S
46
Hình 3. 15: Xi lanh Airtac TN10X20-S
- Thông số kỹ thuật:
+ Đường kính trong piston: 10mm + Đường kính cần: 6mm
+ Chiều dài hành trình: 20Cm + Áp suất hoạt động: 0.1-1MPa + Port size: M5x0.8
+ Vận tốc: 30-500mm/s + Loại có từ tính
47
3.2.5. Cơ cấu đóng nắp
Cơ cấu đóng nắp tự động chuyển động tịnh tiến lên xuống bởi xi lanh. Yêu
cầu lực đóng nắp khơng q mạnh làm hư cơ cấu nắp, đóng vừa đủ để cân bằng nắp trước khi vặn.
Hình 3. 16: Cơ cấu đóng nắp bản thiết kế
Xylanh cần mang khối lượng m = 0.5 kg, g = ~ 10 m/𝑠 2 Hành trình cylinder là 60mm F = m.a = m.g = 0.5 x 10 = 5 N Áp suất sử dụng P = 4 bar Lực cần cho xylanh > 5 N P.S ≥ F ⇔ 4.( 𝜋.𝐷^2 )/4 ≥ 5 ⇒ D ≥ 12.6 mm
➢ Vậy ta chọn xylanh có đường kính lớn hơn hoặc bằng 12.6 mm
Chọn xi lanh: Đầu xi lanh gắn với tấm gá động cơ, có chức năng mang động
cơ chuyển động tịnh tiến lên xuống với hành trình 30 mm. Vì vậy yêu cầu xi lanh cứng vững, không bị lệch hướng trong q trình dịch chuyển, ngồi ra xi lanh phải chống xoay trong khi đóng. Dựa vào yêu cầu trên và hành trình của piston lựa chọn loại xi lanh tròn Airtac MAL 20X30SCA
- Thơng số kỹ thuật: + Đường kính: 20 mm + Hành trình: 30 mm
48 + Kích thước cổng kết nối :9.6 mm + Lưu chất: Khí nén
+ Loại có tác động từ
+ Nhiệt độ làm việc: -5oC – 70oC + Áp suất làm việc: 0.1 Mpa- 0.9 Mpa + Tốc độ: 30- 80mm/s
Hình 3. 17: Cơ cấu đóng nắp
- Cấu tạo:
+ Hai thanh trụ lục giác 150mm + Một cục nhựa
+ Bát xi lanh đỡ xinh lanh + Xi lanh tròn
- Nguyên lý hoạt động:
Nắp vàng sau khi cấp nắp đỏ được mâm xoay đưa đến vị trí đóng nắp. Tại đây, xi lanh đi xuống có gắn đầu đóng nắp để đóng nắp đỏ vào nắp vàng. Sau khi đóng xong, xi lanh trở về chờ đến nắp tiếp theo, còn nắp vàng và đỏ sau khi được đóng mâm xoay đưa đến cơ cấu tiếp theo để siết.
- Thiết kế đầu vặn nắp chai:
+ Đầu vặn được gắn với trục động cơ thông qua nối trục và thực hiện chuyển động quay, kích thước của nắp chai phù hợp để vừa với nắp chai.
49
+ Yêu cầu đầu vặn phải có kích thước phù hợp với kích thước của nắp chai. Bề mặt trong có độ nhám đảm bảo tiếp xúc tốt với nắp chai để q trình vặn nắp khơng bị trượt.
Chọn xi lanh: Đầu xi lanh gắn với tấm gá động cơ, có chức năng mang động
cơ chuyển động tịnh tiến lên xuống với hành trình 30 mm. Vì vậy yêu cầu xi lanh cứng vững, khơng bị lệch hướng trong q trình dịch chuyển, ngồi ra xi lanh phải chống xoay trong khi đóng. Dựa vào yêu cầu trên và hành trình của piston lựa chọn loại xi lanh tròn Airtac MAL 20X30SCA
- Thơng số kỹ thuật: + Đường kính: 20 mm + Hành trình: 30 mm + Kích thước cổng kết nối :9.6 mm + Lưu chất: Khí nén + Loại có tác động từ
+ Nhiệt độ làm việc: -5oC – 70oC + Áp suất làm việc: 0.1 Mpa- 0.9 Mpa + Tốc độ: 30- 80mm/s
3.2.6. Cơ cấu siết nắp
50 Cơ cấu siết nắp gồm 2 truyền động: + Truyền động tính tiến của xi lanh
+ Truyền động quay của động cơ step để vặn nắp
- Cấu tạo:
+ Hai thanh trụ đứng để đỡ bát đỡ động cơ + Bát động cơ
+ Hai con trượt tròn lmk20uu + Động cơ step
+ Xi lanh vuông + Đầu vặn nắp
- Nguyên lý hoạt động:
Sau khi nắp từ vị trí đóng nắp đưa đến vị trí để vặn. Khi ấy xi lanh vuông nằm trên bát động cơ chuyển động tịnh tiến đưa động cơ xuống vị trí vặn nắp với yêu cầu chuyển động không bị lệch hướng. Động cơ vặn quay liên tục từ khi khởi động hệ thống để đảm bảo khi siết không bị thiếu. Sau khi vặn xong, xi lanh đẩy về vị trí ban đầu để chờ nắp tiếp theo.
- Thiết kế đầu vặn nắp:
Đầu vặn được gắn với trục động cơ thông qua nối trục để thực hiện chuyển
động quay, đầu văn gồm 2 cơ cấu nối với nhau bởi một chiếc lò xo để khi động cơ siết không bị lệch tâm, đầu siết có đường kính 11mm.
Kích thước đầu vặn bằng đảm bảo ôm được nắp đỏ để siết, bề mặt trong đầu vặn sử dụng nhựa dẻo có độ nhám đảm bảo tiếp xúc tốt với nắp để trong q trình vặn khơng bị trượt và khơng làm xước nắp.
51
Hình 3. 19: Cơ cấu siết nắp
Để tìm được động cơ phù hợp ta phải biết được công suất cần thiết của động cơ qua công thức sau:
P_ct=P_lv/η (1)
Trong đó:
P_ct: cơng suất cần thiết của động cơ (kW). P_lv: công suất làm việc của động cơ (kW).
𝜂: tích các hiệu suất thành phần.
Từ công thức trên ta suy ra được P_lv:
P_lv=(F_đc.V)/1000 (2)
Trong đó:
P_lv: cơng suất làm việc của động cơ (kW). F_đc: lực kéo của động cơ (N).
V: vận tốc của động cơ (m/s). Từ cơng thức ta có phép tính như sau:
P_(lv )= (200.0.5/6)/1000 = 0.016(kW) = 16(W)
- Chọn động cơ: Lựa chọn đông cơ tạo ra momen lớn để vặn chặt được
nắp. Vì vậy, động cơ giảm tốc step được chọn là Oriental 4IK25GN- SYN - Thông số kỹ thuật:
+ Tên sản phẩm: Động cơ giảm tốc 4IK25GN – SYN + Công suất: 25W
+ Điện áp: 3 pha 200 VAC + Mặt bích: 80x80 mm + Chu kỳ: 50/60 Hz
52 + Dòng điện: 0.2/0.22 A
+ Momen xoắn: 1300/1550 r/min + Điện trở cách điện: >100 Mohm + Lớp cách nhiệt: Loại E
Hình 3. 20: Động cơ giảm tốc Oriental 4IK25GN- SYN
Chọn xi lanh: Sử dụng 2 xi lanh ở vị trí siết nắp
- Xi lanh vuông: Được gắn vào bát motor, làm nhiệm vụ nâng lên hạ xuống
motor siết nắp, chuyển động lên xuống trơn tru và chắc chắn bát động cơ nhờ 2 trụ trọn chạy trong bị trượt gắn trên bát. Xi lanh cần phải tải khối lượng của bát và động cơ nên chọn xi lanh vng Airtac SC32X25 vơi đường kính 32mm, hành trình 25mm.
Thơng số kỹ thuật:
+ Kích thước nịng: 32mm + Hành trình: 25mm
+ Kiểu tác động: 2 tác động, 1trục
+ Nhiệt độ lưu chất và môi trường: -20 – 80oC + Tốc độ piston: 30 – 800 mm/s
+ Lưu chất: Khí nén
+ Áp suất phá hủy: 1.5Mpa
+ Áp suất hoạt động cực đại: 1.0Mpa + Áp suất hoạt động cực tiểu: 0.15Mpa
53
Hình 3. 21:Xi lanh vng Airtac SC32X25
- Xi lanh trịn: Được gắn dưới bàn máy đồng tâm với đầu siết nắp, làm nhiệm
vụ giữ nắp vàng giúp cho việc siết khơng bị thiếu.
Hình 3. 22: Vị trí đặt xi lanh chặn dưới
- Xi lanh tròn được sử dụng để chặn dưới là xi lanh Airtac MAL 20X20 Thơng số kỹ thuật:
+ Kích thước nịng: 20mm + Hành trình: 20mm
+ Áp suất hoạt động 0.1 – 1.0 MPa + Vận tốc: 30 – 800 mm/s
+ Port size: G1/8 ren 9.6mm + Nhiệt độ: -20 – 70oC
54
3.2.7 Cảm biến quang
Trong máy đóng nắp, sử dụng hai cảm biến quang cho nắp vàng và nắp đỏ. + Cảm biến quang dùng để phát hiện nắp vàng là cảm biến quang OMRON E3Z
Hình 3. 23: Cảm biến quang OMRON E3Z - LS61– LS61
Thông số kỹ thuật:
- Cảm biến quang E3Z loại khuếch tán
- Khoảng cách phát hiện: 20~200mm
- Nguồn cấp: 12~24VDC ±10%
- Ngõ ra: NPN, 26.4VDC max., 100mA max.
- Được lựa chọn ngõ ra Light-ON / Dark-ON
- Nguồn sáng: Infrared LED (860nm)
- Thời gian đáp ứng: 1ms max.
- Ổn định với ánh sáng môi trường: Đèn huỳnh quang: 3,000 lx max.; Ánh sáng
mặt trời: 10,000 lx max.
- Nhiệt độ môi trường: -20 ~ 55oC
- Tiêu chuẩn: IEC, IP67
- Mạch bảo vệ: Ngược cực nguồn cấp, ngõ ra; ngắn mạch ngõ ra
+ Cảm biến quang dùng để phát hiện nắp đỏ là cảm biến quang AUTONICS BF4R
55
Hình 3. 24: Cảm biến sợi quang AUTONICS BF4R
Thông số kỹ thuật:
- Nguồn sáng: LED đỏ ( 660nm)
- Thòi gian đáp ứng: + Tần số 1: Max 0.5ms
+ Tần số 2: Max 0.7ms
- Nguồn cấp: 12 – 24 VDC ±10%(sóng P-P: max. 10%)
- Chế độ hoạt động: Light ON/Dark ON ( Cài đặt bằng nút ON/OFF)
- Ngõ ra điều khiển NPN mạch thu hở
- Dòng tiêu thụ: Max 45 mA
- Ánh sáng xung quanh: + Ánh sáng mặt trời: Max. 11,000lx,
+ Đèn huỳnh quang: Max. 3,000lx
- Chức năng định thời: OFF Delay (40ms)
- Nhiệt độ xung quanh: -10 đến 50oC
56
Hình 3. 25: Vị trí đặt cảm biến quang phát hiện nắp vàng và đỏ 3.2.8 Cảm biến tiệm cận 3.2.8 Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận được lựa chọn sử dụng trên máy đóng nắp với mục đích phát hiện miếng kim loại gắn trên trục động cơ mâm xoay là AUTONICS PR12 – 4DN
57
Hình 3. 27: Đầu kim loại để cảm biến phát hiện
Hình 3. 28: Vị trí đặt cảm biến trên máy đóng nắp
Thơng số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận Autonics PR12 – 4DN + Loại: Hinh trụ phi 12mm
+ Nguôn cấp: 12 – 24VDC
+ Khoảng cách phát hiện: 0 – 4mm
58 + Vật phát hiện: Kim loại có từ tính + Tần số đáp ứng: 500Hz
+ Ngõ ra điều khiển DC 3 dây: NPN NO + Kiểu đấu nối: Cáp liền 2M
+ Cấp bảo vệ: IP67 + Tiêu chuẩn: IEC
3.2.9 Van điện khí nén
Van điện từ khí nén 5/2 mà em lựa chọn cho máy đóng nắp là loại van AirTAC 4V110 – 06. Sử dụng 4 van cho 4 xi lanh hoạt động trên máy.
Hình 3. 29: Van điện từ khí nén AirTAC 4V110 - 06
Thơng số kỹ thuật:
+ Loại: Van hơi 5 cửa 2 vị trí ( 1 đầu coid điện) + Kích thước cổng: 1/8”. ren 9,6
+ Kích thước cổng xả: 1/8”. ren 9,6
+ Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 Mpa ( 1.5 – 8 kg/cm2) + Nhiệt độ hoạt động: -20 – 70oC
+ Hãng sản xuất: AIRTAC
3.2.10 Rơ le trung gian
Trên thị trường có nhiều loại rơ le trung gian như: rơ le trung gian 12V, rơ le trung gian 8 chân, rơ le trung gian 14 chân,… Vì chỉ cần sử dụng 1 tiếp điểm cho mỗi thiết bị nên em lựa chọn rơ le trung gian 8 chân 24VDC của OMRON mode LY2N.
59
Hình 3. 30: Rơ le trung gian OMRON LY2N
Thơng số kỹ thuật:
+ Loại 8 chân dẹt to
+ Điện áp cuộn coil: 24VDC + Kiểu lắp đặt: Chân cắm + Dùng trên đế PTF08A-E + Dòng điện định mức: 10A + Độ bền: Đóng cắt 500.000 lần
3.2.11 Bộ nguồn 24V
Bộ nguồn 24V 2A được sử dụng cho máy đóng nắp. Nguồn 24V sẽ được sử dụng
cho việc cấp nguồn cho rơ le hoạt động.
Hình 3. 31: Bộ nguồn tổ ong 24V 2A
Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp đầu vào: AC 220V ( chân L và N)
60 + Điện áp điều chỉnh: +/- 10%
+ Công suất: 48V
+ Nhiệt độ làm việc: 0 – 45oC + Nhiệt độ bảo quản: - 20 – 85oC + Độ ẩm môi trường: 0 – 95%
+ Bảo vệ: Quá tải, quá áp, ngắn mạch
3.2.12 Nút nhấn, đèn báo
Máy đóng nắp sử dụng 3 nút nhấn: Start, stop và reset, ngồi ra cịn sử dụng
thêm nút nhấn khẩn cấp và 1 đèn báo nguồn.