Chương 2 : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Sử dụng động cơ tuyến tính để điều khiển mơ hình Cross Belt Sorters
phân loại đai chéo)
Máy phân loại đai chéo được sử dụng để phân loại bưu kiện, quần áo và các mặt hàng nhỏ ở tốc độ cao, khó để phân loại như là các mặt hàng dễ vỡ hoặc có độ ma sát cao. Ưu điểm của mơ hình phân loại kiểu này là có một trung tâm chuyển hướng chặt chẽ và có tỷ lệ phân loại lên tới 500 thùng mỗi phút.
Thành phần chính của máy phân loại này là thùng chứa, bao gồm một loạt các xe thực sự là các băng tải hai chiều nhỏ. Cấu hình của máy phân loại đai chéo có thể theo đường thằng hoặc vịng lặp và các máy phân loại này có thể xử lý từ 60 tới 500 bộ phận mỗi phút. Sự phóng điện theo phương ngang của sản phẩm xảy ra ở góc 90 độ so với chất mang, cung cấp mật độ rất cao của các vị trí chuyển hướng.
Máy phân loại dây đai chữ thập thế hệ hiện tại sử dụng công nghệ động cơ cảm ứng tuyến tính, dẫn đến thiết kế đơn giản hơn và ít hao mịn cơ học hơn. Động cơ tuyến tính cũng giống các loại motor quay vì cùng là thiết bị điện có cấu trúc gồm các cuộn dây cùng nam châm và đều được dùng để chuyển đổi năng lượng điện
SVTH: Phạm Việt Tú 15 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
thành động năng. Điểm khác biệt trong tính năng của động cơ tuyến tính và các loại động cơ quay là chúng chuyển động tuyến tính thay vì chuyển động xoay. Đối với motor tuyến tính, bộ phận thực hiện vai trị chuyển động của roto trong một động cơ quay sẽ không quay bên trong bất cứ phần stato đứng yên nào. Thành phần có nhiệm vụ di chuyển sẽ thực hiện chuyển động tịnh tiến, dọc theo phần tĩnh được thiết kế trải thẳng. Phần tĩnh trong động cơ tuyến tính được tạo nên bằng nam châm siêu dẫn làm lạnh ở nhiệt độ cực thấp để giảm tiêu thụ điện năng. Trong cấu tạo của motor tuyến tính khơng có các bộ phận truyền động học như hộp số, dây đai, vịng bi,…Thiết bị này hồn tồn sử dụng từ trường để chuyển động.
Ưu điểm của động cơ tuyến tính:
Do sử dụng nam châm siêu dẫn để tạo chuyển động giúp hạn chế ma sát giữa các thành phần, nên động cơ tuyến tính có tỉ lệ bảo trì cực thấp, thời gian sử dụng lâu.
Độ chính xác cao do sử dụng từ trường để tạo chuyển động khiến ma sát giảm được tối đa.
Những tính năng của động cơ cũng không tác động bởi các vấn đề như sự xuống cấp theo thời gian của các thành phần linh kiện trong cấu trúc. Không ma sát cũng
SVTH: Phạm Việt Tú 16 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
đồng nghĩa với khơng có tiếng ồn và sự rò rỉ chất lỏng nào. Một ưu điểm đặc biệt của động cơ này là thanh ray trượt của chúng có thể dài vơ hạn.
Cross Belt Sorters mang lại lợi ích quan trọng về năng suất cho các hệ thống xử lý đơn vị như: Thơng lượng cao của một loạt các sản phẩm, tích hợp linh hoạt vào các bố trí hiện có, chi phí vận hành thấp, cấu tạo cơ học đơn giản và mật độ địa điểm phân loại cao hơn, cung cấp phân loại nhanh chóng, nhẹ nhàng và an tồn.
Cross Belt Sorters được sử dụng nhiều trong các ứng dụng bưu chính, giải trí và may mặc do tốc độ cao và khả năng phân loại rất nhiều loại sản phẩm nhỏ.
2.2 Sử dụng động cơ tang trống để điều khiển mơ hình Pop Up Sorter (Strip belt Sorter Conveyor)
Pop Up Sorter sử dụng một loạt các dây đai mỏng để mang sản phẩm đi phân loại. Các thùng chuyển hướng được lắp đặt dọc theo bề mặt có thể chuyển hướng sản phẩm bằng cách sử dụng chuyển hướng con lăn 900 hoặc cấu hình bánh xe bật lên 300. Mơ hình phân loại này hoạt động êm ái hơn hầu hết các máy phân loại khác và có tốc độ xử lý khoảng 200 thùng/phút
Một số tính năng của Pop Up Sorter
• Các cơ chế sắp xếp 900, 450, 300 có sẵn
• Hệ thống căng đai cá nhân
• Nhiều kiểu module chuyển hướng khác nhau
SVTH: Phạm Việt Tú 17 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
• Nhiều kích thước khác nhau cho bưu kiện nhỏ, túi và chuyển hướng hai mặt
• Nhiều cấu hình bánh xe để phân loại sản phẩm khó
Pop up Sorter sử dụng các Drum motor (động cơ tang trống) để làm hệ thống bật lên mỗi khi hành hóa đi ngang qua, các Drum motor sẽ bật lên và chuyển hướng của hàng hóa. Động cơ tang trống là một bộ truyền động băng tải một thành phần trong đó động cơ, bộ truyền động bánh răng và tất cả các bộ phận chuyển động được bao bọc bên trong trống. Động cơ và bánh răng hoạt động trong bể dầu kín đảm bảo bơi trơn và làm mát thích hợp. Khơng cần động cơ bên ngoài, hộp giảm tốc, nhơng xích, xích hoặc bộ bảo vệ xích OSHA, khơng cần bảo dưỡng linh kiện bên ngoài. Ưu điểm của Drum motor là có kết cấu gọn, hiệu suất cao, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố của môi trường như bụi, nước, dầu mỡ … Việc lắp đặt, vận hành và bảo trì các loại động cơ tang trống cũng dễ dàng hơn so với các hệ thống truyền động khác.
HÌNH 2. 4 Drum Motor
Pop up Sorter mang lại nhiều lợi ích như: Yên tĩnh và tiêu thụ năng lượng thấp, bảo trì dễ dàng, dễ dàng cấu hình lại để phù hợp với nhu cầu kinh doanh thay đổi, tỷ lệ thông lượng cao.
SVTH: Phạm Việt Tú 18 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Pop up Sorter hoạt động trong nhiều ứng dụng khác nhau. Phần cứng có thể cấu hình cho các bưu kiện nhỏ hoặc lớn, giấy xếp hoặc túi và cho thông lượng phân loại thấp hoặc cao.
2.3 Sử dụng công cụ điều hướng trong Sliding Shoe Sorter (Máy phân loại giày trượt) trượt)
Sliding Shoe Sorter bao gồm một băng tải dài và thường thẳng, trên băng tải có gắn hàng loạt các thanh để vận chuyển sản phẩm. Các thanh này được đặt rất gần nhau để hạn chế khả năng sản phẩm rơi vào máy móc, nhưng vẫn duy trì một rãnh nhỏ giữa mỗi thanh. Các thanh này chính là sliding shoe, cái mà sẽ hoạt động như cơ chế chuyển hướng chính. Khi sản phẩm được vận chuyển đến hướng thích hợp, một hoặc nhiều các sliding shoe sẽ được kích hoạt và sẽ chuyển hướng sản phẩm.
Slibing Shoe Sorter được sử dụng để thực hiện một ứng dụng duy nhất đó là phân loại tốc độ cao. Máy này ngày nay có thể phân loại túi, tote, thùng, hộp tùy thuộc vào nhu cầu của mỗi doanh nghiệp, máy này cũng có thể được sử dụng hiệu quả trong việc phân loại các mặt hàng dễ vỡ.
Các yêu cầu mà Slibing Shoe Sorter có thể đáp ứng
• u cầu sắp xếp tốc độ trung bình đến cao
• Có u cầu thơng lượng 100-300 thùng mỗi phút
• Xử lý các kích thước đơn hàng đa dạng
• Xử lý nhiều loại bao bì, từ túi đến hộp đến tote
• Yêu cầu xử lý nhẹ nhàng.
SVTH: Phạm Việt Tú 19 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Những tiến bộ gần đây của Slibing Shoe Sorter: Khả năng đạt tốc độ cao hơn; sự phát triển của chuyển hướng “chạm nhẹ”, giúp tăng độ chính xác và giảm lực va chạm, lý tưởng cho các mặt hàng dễ vỡ; sự phát triển của các thành phần đặc biệt và thiết kế tốt hơn, có thể cho phép hệ thống xử lý túi poly và bao bì kín bằng nhựa.
2.4 Sử dụng khí nén điều khiển xi lanh trong mơ hình Pusher Sorter (Bộ phân loại đẩy) loại đẩy)
Đối với các ứng dụng tốc độ phân loại trung bình, Pusher Sorter có thể là một sự lựa chọn để cung cấp thêm tính linh hoạt thơng qua khả năng tương thích với băng tải tiêu chuẩn và băng tải con lăn, chi phí bảo trì thấp. Pusher Sorter có thể chuyển sản phẩm từ băng tải phân loại sang băng tải mang đi song song hoặc 90 độ có hỗ trợ hoặc khơng được cấp điện thông qua một công cụ để đẩy sản phẩm.
Pusher Sorter có cấu tạo khá đơn giản, khi cơng cụ chính để phân loại chỉ bao gồm một xi lanh khí nén. Khi cảm biến phát hiện hàng hóa, van điện từ khí nén sẽ cung cấp khí nén cho xi lanh đẩy hàng qua băng chuyền khác hay tới nơi phân loại.
HÌNH 2. 6 Máy phân loại đẩy
* Đặc trưng của máy phân loại đẩy
• Hiệu suất phân loại khoảng 40 thùng/phút trên băng chuyền phân loại hoặc băng tải con lăn chạy với tốc độ 250 ft/phút (76,2m/phút).
• Với chuyển hướng đẩy tích cực, thanh đẩy đảm bảo tất cả mặt hàng được phân loại rất chính xác bất kể hình dạng, trọng lượng hoặc vật liệu
SVTH: Phạm Việt Tú 20 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
• Tính linh hoạt: Độ nghiêng, rẽ trải, rẽ phải, thậm chí thay đổi tầng, xoắn ốc, pusher sorter đều có thể hoạt động.
• Có thể xử lý nhiều loại hàng hóa
• Tính module và đơn giản: Bộ xử lý này có thể dễ dàng mở rộng hoặc cấu hình lại khi muốn phát triển.
• Lý tưởng để sử dụng trong các khu vực hạn chế khơng gian tuyến tính.
• Chi phí cho mơ hình này là tương đối rẻ.
2.5 Sử dụng động cơ Servo để điều khiển cánh tay trong Linear Arm Sorter (Bộ phân loại bằng cánh tay tuyến tính) (Bộ phân loại bằng cánh tay tuyến tính)
Linear Arm Sorter sử dụng một thanh gạt với chức năng là một cánh tay để chuyển hướng các mặt hàng đến các vị trí cụ thể. Cánh tay này có thể được điều khiển bằng động cơ servo hay động cơ step để điều khiển cánh tay mở ra hay thu về. Động cơ servo hay còn gọi là servo motor là một loại động cơ máy móc chuyên dùng để cung cấp cơ năng cho một số thiết bị, dây chuyền hay cơ cấu hoạt động nào đó trong quy trình sản xuất và chế tạo. Chúng đóng vai trị là đầu tàu cung cấp lực kéo, giúp cho các dây chuyền hay các cơ cấu động cơ khác hoạt động theo.
HÌNH 2. 7 Động cơ Servo
Động cơ servo được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ các ưu điểm: Điều khiển tốc độ cực tốt, điều khiển một cách trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, đặc biệt chúng không hề dao động, hiệu suất hoạt động cao hơn 90%. Đặc biệt động cơ servo sản sinh ít nhiệt, điều khiển được ở tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ chính xác cao. Động cơ dùng mô men xoắn, quán tính thấp, đồng thời tiếng ồn thấp,
SVTH: Phạm Việt Tú 21 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
khơng có bàn chải mặc, với chế độ bảo trì miễn phí áp dụng cho mơi trường khơng có khói bụi, chất dễ gây nổ.
Mơ hình Liner Arm Sorter có tốc độ phân loại từ 3000 - 6000 sản phẩm mỗi giờ
SVTH: Phạm Việt Tú 22 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Sau một khoảng thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm quyết định lựa chọn phương pháp dùng khí nén để điều khiển mơ hình Pusher Sorter.
3.1 Pusher Sorter
Pusher Sorter là một mơ hình phân loại sản phẩm theo kiểu đẩy, nó bao gồm một loạt các máy đẩy hoạt động bằng xi lanh khí nén được gắn trên băng tải. Khi có tín hiệu từ cảm biến, xi lanh sẽ đẩy theo góc vng với băng tải, làm chuyển hướng hàng hóa, sản phẩm sang băng tải khác hay máng phụ để xử lý tiếp. Thông thường tốc độ phân loại của mơ hình này rơi vào khoảng 10 - 40 thùng/phút.
HÌNH 3. 1 Cánh tay xi lanh đẩy vật
Ưu điểm của mơ hình này là có cấu tạo tương đối đơn giản (chỉ bao gồm cảm biến nhận diện và xi lanh khí nén để đẩy sản phẩm) cung cấp một lựa chọn phân loại với giá cả phải chăng. Chất lượng các thùng carton kém và sản phẩm có khối lượng khơng đồng đều rất dễ bị xử lý bởi mơ hình phân loại này. Mơ hình sử dụng nguồn năng lượng khơng độc hại là khí nén để điều khiển xi lanh.
Nhược điểm Máy phân loại đẩy khơng nhẹ nhàng hoặc nhanh chóng như các tùy chọn phân loại khác, chẳng hạn như máy phân loại giày trượt và bánh xe bật lên,
SVTH: Phạm Việt Tú 23 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
hạn chế khối lượng sản phẩm hoặc đơn đặt hàng mà chúng phù hợp để xử lý. Các hoạt động có tốc độ tăng trưởng cao có thể muốn xem xét một máy phân loại khác nếu mức tăng trưởng dự kiến của họ sẽ vượt quá phạm vi của máy phân loại này.
Mơ hình dự kiến sẽ bao gồm một băng chuyền có tác dụng đưa vật phẩm đến vị trí của cảm biến, cảm biến để nhận diện các vật, một PLC để điều khiển tất cả các hoạt động của mơ hình, nguồn để cung cấp cho PLC và một cánh tay có tác dụng phân loại sản phẩm, van điện từ để điều khiển nguồn khí vào xi lanh dưới sự điều khiển của PLC.
3.2 Xi lanh khí nén
Với trữ lượng khổng lồ, chưa bao giờ cạn kiệt, xanh và sạch, khí nén trở thành nguồn năng lượng mới mà con người tập trung đẩy mạnh khai thác. Để làm được điều này cần phải có hệ thống thiết bị kỹ thuật hiện đại. Và trong đó, khơng thể thiếu xi lanh khí nén một thiết bị chấp hành quan trọng. Ngày nay, chúng ta có thể nhìn thấy những xi lanh hơi trong bất kỳ các hệ thống phục vụ cho sản xuất, gia công, chế biến, lắp ráp, đóng gói cơng nghiệp, thủ cơng nghiệp và thậm chí là đời sống hằng ngày của con người. Xi lanh khí nén hiểu đơn giản là một thiết bị cơ học sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động. Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thơng qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động.
Cấu tạo của xi lanh khí nén là khá đơn giản bao gồm
SVTH: Phạm Việt Tú 24 Hồ Ngọc Cao Trần Minh Quang • Thân trụ • Piston • Trục piston • Lỗ cấp khí và lỗ thốt khí
Ngun lí hoạt động của xi lanh khí nén: Trên thị trường hiện nay có 2 loại xi lanh thơng dụng.
Xi lanh khí nén 1 chiều: Khi cấp nguồn khí nén vào cửa cấp khí của xi lanh, áp suất của khí nén sẽ đẩy cần piston đi theo 1 hướng chỉ định, khi ngừng cung cấp khí, lượng khí trong xy lanh sẽ thốt ra nhờ cửa thốt khí, xi lanh sẽ thu về thông qua lực tác động của lị xo hoặc một lực đẩy từ bên ngồi.
Xi lanh khí nén 2 chiều: hay thường được gọi là xi lanh khí nén tác động kép. Thường xi lanh loại này sẽ có 2 cửa ở 2 đầu xi lanh vừa có tác dụng cấp khí vừa có tác dụng xả khí. Ví dụ xi lanh có cửa A và cửa B, khi cấp nguồn khí vào cửa A áp suất của khí nén sẽ đẩy cần piston tới, cửa B lúc này có tác dụng là cửa thốt khí; để tác động ngược lại, ta khơng cung cấp khí cho cửa A nữa và sẽ cung cấp nguồn khí cho cửa B lúc này khí nén sẽ tạo áp suất đẩy xi lanh ngược lại.
3.3 Điều khiển xi lanh bằng van điện từ khí nén
Đối với mỗi loại xi lanh thì thường sẽ có một loại van điện từ phù hợp để điều khiển cho xi lanh đó. Ví dụ dùng van điện từ 3/2 để điều khiển xi lanh một chiều, van điện từ 5/2 để điều khiển xi lanh hai chiều.
3.3.1 Van khí nén 3/2
Van điện từ khí nén 3/2 hay van điện từ 3/2 đều là tên gọi của 1 loại van đó là loại van điện từ 3 cửa 2 vị trí loại này được điều khiển chủ yếu bằng cuộn coil điện từ, van có chức năng đóng mở và xả (1 cổng vào, 1 cổng ra, 1 cổng xả), chỉ sử dụng hơi khí nén, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén 1 chiều