Hệ thống điều khiển bao gồm:
- Bốn relay 24VDC. - Bộ PLC CPU 224.
- Bốn cảm biến quang thu phát chung. - Động cơ điện một chiều 24V.
47
- Nguồn xoay chiều 220V và nguồn một chiều 24V.
3.2.3 Mô phỏng hệ thống khí nén
Sử dụng phần mềm Automation Studio 5.0 để mơ phỏng hệ thống khí nén (Hình 3.3).
48
CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG 4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống
Phương pháp tính chọn [5]
4.1.1 Tính tốn cơng suất động cơ
Công suất động cơ được xác định theo công thức: Pct = Pt
η
Trong đó Pct , Pt: là công suất cần thiết trên trục động cơ và cơng suất tính tốn. Giả thiết hệ dẫn động băng tải làm việc ổn định với tải trọng khơng đổi ta có: - Cơng suất cơng tác:
Pt = F.v 1000 = (F1+ F2).v 1000 = (60 + 5) . 0.2 1000 = 0.013 kW = 13W Với: v = 0.2 m/s (vận tốc băng tải).
F1 = 60N (lực kéo băng tải). F2 = 5N (lực kéo sản phẩm).
- Hiệu suất hệ dẫn động:
η = η1 . η22 . η3 . η4 Trong đó:
η: hiệu suất trên tồn máy.
η1 = 0.97 : hiệu suất bộ truyền bánh răng. η2 = 0.995 : hiệu suất của một cặp ổ bi. η3 = 0.75 : hiệu suất của băng chuyền. η4 = 0.95 : hiệu suất của bộ truyền đai răng.
Tra bảng (2.3) trang 19 - Giáo trình “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí” ta được:
η1 = 0.97 ; η2 = 0.995 ; η3 = 0.75 ; η4 = 0.95 Do đó:
η = 0.97 . 0.9952 . 0.75 . 0.95 = 0.67 Vậy:
49 Pct = Pt
η = 13
0.67 = 19.2 (W) 4.1.2 Tính tốn tốc độ của động cơ điện một chiều
- Số vịng quay của trục máy cơng tác nlv: nlv = 60 . 1000 . v π . D = 60 . 1000 . 0.2 3.14 . 25 = 153 (vịng/phút) Trong đó: v = 0.2 m/s : vận tốc băng tải. D = 25 mm : đường kính con lăn.
Ud: tỉ số truyền ngoài với bộ truyền đai răng. Ud = 1.5 Uh : tỉ số truyền hộp giảm tốc Uh = 6.5
Vậy tỉ số truyền của hệ dẫn động: U = Ud . Uh = 1.5 . 6.5 = 9.75
Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính theo cơng thức: n = U . nlv = 9.75 . 153 = 1492 (vòng/phút)
Chọn động cơ:
- Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện: Pđc > Pct ; nđc ≈ n - Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđc = 1500 (vòng/phút)
Từ những tính tốn như trên ta thấy cơng suất của động cơ rất nhỏ nên ta có thể chọn động cơ một chiều điện áp 24V với tốc độ 1500 vịng/phút, cơng suất 20W có sẵn trên thị trường.
Nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ một chiều sử dụng trong mơ hình hệ thống. Đó là động cơ 57A-AM-18-A268 (Hình 4.1).
50
Hình 4.1 Động cơ điện một chiều 57A-AM-18-A268. Với những thông số kỹ thuật:
- Điện áp: Một chiều 24VDC.
- Đường kính trục: 6 mm, chiều dài trục: 15 mm. - Đầu giảm tốc độ có kích thước: 43 x 43 (mm). - Đường kính thân máy: 36 mm.
- Máy tổng chiều dài: 122 mm. - Số vòng quay: 1500 vịng/phút. - Cơng suất: 20W. 4.1.3 Tính tốn tốc độ quay các trục Phương pháp tính tốn [6] Ta có: nđc = 1500 vịng/phút Trục I : nI = nđc Uh = 1500 6.5 = 230 (vòng/phút) Trục II : nII = nI Ud = 230 1.5 = 153 (vòng/phút) Trục III : nIII = nII 1.5 = 102 (vịng/phút) Trong đó:
51 Trục I : trục hộp giảm tốc.
Trục II : trục dẫn động băng chuyền. Trục III : trục bị dẫn của băng chuyền. 4.1.4 Tính cơng suất trên các trục
Gọi công suất trên các trục I, II, III lần lượt là PI, PII, PIII - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ:
Pđc = Plv = 30W
- Công suât danh nghĩa trên trục của hộp số: PI = Pđc . η1 = 30 . 0.97 = 29.1 (W)
- Công suất danh nghĩa trên trục dẫn động băng chuyền: PII = PI . η2 . η4 = 29.1 . 0.995 . 0.95 = 27.5 (W) - Công suất danh nghĩa trên trục bị dẫn của băng chuyền: PIII = PII . η3 = 27.5 . 0.75 = 20.6 (W)
4.1.5 Tính moment xoắn trên các trục Phương pháp tính chọn [6] Phương pháp tính chọn [6]
Gọi moment xoắn trên các trục I, II, III lần lượt là: MI, MII, MIII ta có kết quả sau: - Trục động cơ: Mđc = 9.55 ∙ Pđc nđc = 9.55 ∙ 30 1500 ∙ 10 3 = 191 (N.mm) - Trục I: MI = 9.55 ∙ PI nI = 9.55 ∙ 29.1 230 ∙ 10 3 = 1208 (N.mm) - Trục II: MII = 9.55 ∙ PII nII = 9.55 ∙ 27.5 153 ∙ 10 3 = 1717 (N.mm) - Trục III : MIII = 9.55 ∙ PIII nIII = 9.55 ∙ 20.6 102 ∙ 10 3= 1929 (N.mm)
52
Từ tính tốn trên ta chọn đai dẫn động cho hệ thống băng tải là loại đai răng S2M có trên thị trường:
+ Bánh răng dẫn động có: D = 1cm, Z = 20 răng + Bánh răng bị dẫn có: D = 2 cm, Z = 34 răng Trong đó: D: đường kính.
Z: số răng.
- Chọn trục dẫn động cho băng tải là trục Φ8 mm. - Chọn ổ bi Φ16 mm.
4.1.6 Tính tốn lựa chọn piston Tính chọn Piston tài liệu [2] Tính chọn Piston tài liệu [2]
Dùng piston xylanh đẩy sản phẩm điều khiển bằng khí nén. Ta có: F ≥ Fmsmax
Trong đó:
F: là lực đẩy piston.
Fmsmax là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt sản phẩm và băng chuyền. Fmsmax = K . N
Với: K là hệ số ma sát giữa bề mặt sản phẩm và băng chuyền, chọn K =
0.8
N là phản lực của băng chuyền với sản phẩm N = G = 5N Suy ra: Fmsmax = 0.8 . 5 = 4 (N)
Để đẩy được sản phẩm thì: F ≥ Fmsmax ↔ P . A ≥ 4 ↔ P . π . d 2 4 ≥ 4 ↔ d ≥ 4.4 P.
Với: d: là đường kính piston. P: là áp suất khí nén.
53 Chọn P = 8150 (N/m2)
Suy ra:
d ≥ 4.4
8150 . 3.14 = 2.5 (cm)
54
CHƯƠNG V : THI CƠNG 5.1 Thi cơng mơ hình hệ thống
Nhóm em đã thiết kế và thi cơng hồn thiện mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu
Dưới đây là các chi tiết của nhóm gia cơng để lắp ráp tạo thành hệ thống phân loại sản phẩm :
Hình 5.1 Khung băng tải. - Kích thước : - Kích thước :
+ Dài : 1000mm + Rộng : 210mm + Cao : 200mm
Ước lượng thời gian gia công: 4 tiếng
Quy cách gia công : cắt, phay, tiện, khoan lỗ. Công dụng : năng đỡ, cố định các thiết bị.
55 Hình5.2 Khay đựng phơi - Kích thước : + Dài : 330mm + Rộng : 130mm + Cao : 200mm
Ước lượng thời gian thi công : 3 tiếng Quy cách gia công : phay, cắt.
Công dụng : đựng phôi.
- Ống cấp phôi : Với chiều cao là 600mm và ø 108
56 Ước lượng thời gian thi công : 6 tiếng Quy cách gia công : phay, khoan.
Công dụng : đựng phôi cung cấp phôi cho băng tải.
- Piston cấp phơi :
Hình 5.4 Piston cấp phơi. Ước lượng thời gian thi công : 2 tiếng
Quy cách gia công : Cắt, phay, khoan. Công dụng : đẩy phôi đi.
- Đỡ piston :
Hình 5.5 Đỡ piston. Ước lượng thời gian thi công : 1 tiếng
Quy cách gia công : phay, cắt.
57 - Đỡ cảm biến :
Hình 5.6 Đỡ cảm biến
Ước lượng thời gian thi công : 30 phút Quy cách gia công : phay, khoan lỗ.
Công dụng : để đỡ các cảm biến được chọn.
- Đỡ cảm biến và piston :
Hình 5.7 Đỡ cảm biến và piston
Ước lượng thời gian gia công : 3 tiếng. Quy cách gia công : Phay, cắt, khoan lỗ.
58
CHƯƠNG VI : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1 Kết quả
Hình 6.1 mơ hình sản phẩm hồn thiện
Sau quá trình làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm”, đến nay nhóm em đã hồn thành xong đồ án với kết quả thu được cụ thể như sau:
Phần kiến thức:
- Tìm hiểu về bộ điều khiển lập trình PLC S7-200
- Tìm hiểu quy trình cơng nghệ băng chuyền phân loại sản phẩm. - Tìm hiểu về cảm biến quang.
- Tìm hiểu về hệ thống điều khiển: xylanh tác động kép, van đảo chiều 5/2 - Vận dụng phần mềm Solidwork, Orcad, Automation Studio mô phỏng hệ thống.
Phần thiết kế thi công:
- Xây dựng sơ đồ khối.
- Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm STEP7-MICROWIN. - Thi cơng hệ thống cơ khí.
59 - Thi cơng hệ thống điện.
- Thi cơng hệ thống khí nén. Phần cơ khí:
- Thiết kế và chế tạo hệ thống khung cơ khí đỡ băng truyền, cảm biến và piston. - Tính tốn lựa chọn động cơ, đai dẫn động, trục dẫn động.
- Thiết kế, thi công hệ thống căng đai. - Thiết kế, thi công hộp chứa sản phẩm. Phần điện:
- Lựa chọn rơ le, cảm biến. - Đấu nối cảm biến, rơ le, PLC. Phần khí nén:
- Lựa chọn piston.
- Lắp ráp hệ thống piston xilanh, dây dẫn khí và van đảo chiều 5/2 tác động điện.
6.2 Đánh giá
Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và thi cơng, mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu đã được chế tạo thành cơng. Nhìn chung, hệ thống đáp ứng được các yêu cầu của đề tài đặt ra, tuy nhiên hệ thống vẫn còn một số nhược điểm, cần phải khắc phục.
Những ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu của đề tài.
- Hệ thống điều khiển hoàn tồn tự động: Việc áp dụng cơng nghệ lập trình PLC đã đem lại cho mơ hình những tính năng vượt trội về điều khiển, tuổi thọ của các thiết bị được nâng cao.
- Có thể thay đổi, tác động trực tiếp vào chương trình điều khiển của mơ hình. - Đơn giản trong thao tác, vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng.
- Hệ thống khí nén ổn định.
- Mơ hình hệ thống hoạt động an tồn.
60
Những nhược điểm: - Tính thẩm mỹ chưa cao.
- Động cơ chạy còn gây tiếng ồn. - Giá thành của bộ PLC cao.
6.3 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục a) Nguyên nhân a) Nguyên nhân
Trong quá trình hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu xuất hiện nhiều lỗi khiến hệ thống làm việc gặp nhiều hạn chế: lỗi động cơ, các bố trí các phần tử chưa đạt thẩm mỹ cao. Các lỗi này do nhiều nguyên nhân khách quan cũng như chủ quan gây ra nhưng nhìn chung do một số nguyên nhân sau:
- Thiết kế cơ khí chưa đạt được độ ổn định cao vẫn cịn hơi rung lắc. - Chưa có hệ thống ổn định q dịng.
- Cách bố trí các phần tử chưa hợp lý. b) Biện pháp khắc phục
- Tối ưu hóa hệ thống cơ khí sao cho hệ thống đảm bảo tạo thành một khối liên kết chắc chắn.
- Hồn thiện hệ thống lý thuyết để có thể đưa sản phẩm ra thực tiễn. 6.4 Hướng phát triển
- Trong tương lai, mơ hình hệ thống sẽ được nghiên cứu sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế trong các ngành cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp tự động hóa nói riêng.
- Hệ thống có thể phân loại được nhiều sản phẩm với các tiêu chí khác nhau trong nhiều trường hợp.
Mong rằng đề tài này sẽ được các bạn sinh viên khóa sau tiếp tục thực hiện những yêu cầu trên và khắc phục những hạn chế của đề tài này, để có thể tạo ra một hệ thống có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất và đời sống xã hội.
61
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS. TS Bùi Quốc Khánh - TS. Nguyễn Văn Liễn, “Truyền động điện”, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2005.
[2]. Th.S Lê Văn Tiến Dũng, “Điều khiển khí nén và thủy lực”, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2005.
[3]. Khoa Cơ khí - Bộ môn Cơ điện tử, “Cảm biến và hệ thống đo”, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, 2013.
[4]. “Khí cụ điện”, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội, 2005.
[5]. PGS. TS Trịnh Chất – TS. Lê Văn Uyển, “Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” Tập I, Nhà xuất bản Giáo Dục, 1998. [6]. GS. TS Phan Kì Phùng, Th.S Thái Hoàng Phong, “Sức bền vật liệu” Nhà