2.4 Xác định các nguyên nhân gây ra vấn đề:
- Do tình hình dịch bệnh lây lan giữa người nhận và người phân phối. - Do phương thức cung cấp ở các cơ sở nhỏ lẻ chưa thực sự hiệu quả. - Chi phí để duy trì nhân viên ở các nơi cung cấp gạo cao.
- Thời gian hoạt động có giới hạn.
- Các cơ sở chưa áp dụng kĩ thuật máy móc vào dây chuyền cung cấp gạo . + Biểu đồ xương cá phân tích cấu trúc nguyên nhân của vấn đề:
Hình 2. 16: Biểu đồ xương cá phân tích cấu trúc nguyên nhân của vấn đề.
2.5 Minh họa các giải pháp:2.5.1 Giải pháp 1: 2.5.1 Giải pháp 1:
Nghiên cứu và chế tạo hệ thống phân phối tự động hiện đại có dây chuyền lớn nhằm mục đích cơng nghệ hóa hiện đại hóa sản suất.
- Ưu điểm:
+ Cơng nghệ hiện đại đưa nền công nghiệp đất nước đi lên. + Sản xuất với năng suất lớn, tích hợp nhiều quy trình hiện đại. - Nhược điểm:
+ Giá thành lắp đặt q lớn, chưa thích hợp trong hình hình dịch hiện nay. + Khơng phù hợp trong các cơ sở bn bán gạo nhỏ lẻ.
+ Khó tiếp cận với người sử dụng.
2.5.2 Giải pháp 2:
Nghiên cứu và chế tạo máy cấp gạo tự động theo khối lượng sử dụng xi lanh và băng tải hoạt động.
Hình 2. 17: Thiết kế máy cấp gạo tự động theo khối lượng bằng phần mềm Solidworks 2018.
- Điểm mạnh:
+ Sử dụng máy móc để thay thế con người.
+ Tích hợp hệ thống cân đảm bảo khơng bị thất thốt. + Ngăn ngừa lây lan dịch bệnh giữa người với người. + Hệ thống đơn giản dễ điều khiển.
- Điểm yếu:
+ Chưa tính hợp được nhiều tình năng như đóng gói, phân loại,… + Hệ thống vẫn cần người điều khiển chưa tích hợp chế độ thơng minh. + Tốn chi phí để lắp đặt bảo trì bảo dưỡng.
Hình 2. 18: Máy cấp gạo sử dụng hệ thống băng tải và hệ thống khí nén.- điểm mạnh: - điểm mạnh:
+ Có thể di chuyển gạo đến tận tay người nhận.
+ Ngăn ngừa tiếp xúc giữa người nhận và người cấp phát. + Thệ thống máy móc vận hàng đỡ tốn nhân cơng lao động. - điểm yếu:
+ Cần bảo trì bảo dưỡng thường xuyên. + Cần người quản lý và vận hành.
-Điểm mạnh:
+ Giúp người dùng điều khiển dễ dàng.
+ Có thể thay đổi được khối lượng gạo phát cho từng người.
+ Có thể canh chỉnh tốc độ tùy thuộc vào khoảng cách người đến nhận -Điểm yếu:
+ Phải kiểm tra định kì hệ thống thường xun + Tốn chi phí cho nguồn điện
+ Các linh kiện dễ bị hư hỏng khi gặp nước và yếu tố môi trường.
Giải pháp cuối cùng của nhóm em là: “Thiết kế và chế tạo máy cấp gạo tự động theo khối lượng tự động”
2.6 Giới hạn đề tài:
- Đề tài nghiên cứu và chế tạo máy cấp gạo theo khối lượng tự động với mục đích đáp ứng như cầu của cuộc sống, đem các kiến thức lý thuyết và thực tế áp dụng để làm nên một bộ máy hoàn thiện.
- Với những yêu cầu của đồ án tốt nghiệp và trở ngại của nhóm trong tình hình dịch bệnh, Chúng em sẽ nghiên cứu và phát triển đề tài theo hướng mơ hình hóa từ đó phát triển lên một bộ máy hồn chỉnh trong tương lai.
- Mục đích chúng em đưa ra là giải quyết tính cấp thiết của hồn cảnh dịch bệnh hiện nay nên chúng em đã tối giản hệ thống nhằm đưa vào thực tiễn một cách nhanh và hiệu quả nhất.
- Hiện tại đề tài thiết kế với mơ hình chỉ sử dụng các chức năng như: + Bộ chuyển băng tải.
+ Bộ chuyển động xi lanh khí nén để đẩy sản phẩm.
+ Cùng các linh kiện điện tử điều khiển đơn giản như: Urduino, ULN 2801,… - Hạn chế trong mơ hình chúng em chưa đạt được:
Chương 3:
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ 3.1 Giới thiệu về giải pháp “ Máy cấp gạo theo khối lượng tự động”.
- Hiện nay, các cơ sở cấp phát gạo vẫn đang thực hiện bằng các phương pháp thủ công. Hiện vài nơi đã tạm chế tạo ra các công vụ thô sơ để tạm thời giải quyết vấn đề tiếp xúc giữa người với người. Chúng em mong rằng đề tài máy cấp gạo tự động sẽ được thay thế để nhằm mục đích nâng cao hiệu quả cơng việc và cải thiện nguy cơ lây nhiễm ở các tụ điểm cấp phát gạo ở các nơi phong tỏa hiện nay.
3.2 Sơ đồ khối và chức năng từng khối.
Hình 3.1: Sơ đồ khối.
3.2.1 khối nguồn:
- Nguồn sử dụng cho mơ hình máy cấp gạo tự động là nguồn 12VDC cung cấp cho tồn hệ thống trong mơ hình.
3.2.2 Khối sử lý trung tâm:
-Đây là khối đảm nhiệm xử lý các tín hiệu đầu vào bằng các nút nhất để làm cho các hệ thống vận hành như đã lập trình. Khối sử lý được điều khiển bởi mạch vi điều
3.2.3 Khối điều khiển động cơ:
-Khối điều khiển động cơ DC có chức năng điều khiển băng chuyền một chiều. - Điều khiến xi lanh đóng mở nắp cấp gạo khi đủ khối lượng và đẩy sản phẩm ra khỏi băng chuyền.
3.2.4 Khối cảm biến:
-Khối cảm biến có chức năng nhận tín hiệu từ bên ngồi bằng cảm biến hồng ngoại E18-D80NK và cảm biến Loadcell 1Kg chuyển tín hiệu về khối xử lý trung tâm để xử lý tín hiệu, điều khiển khối động cơ và khối hiển thị.
3.2.5 Khối hiển thị:
-Khối hiển thị dùng màn hình LCD để hiện thị thơng tin cho người dùng.
3.3 Sơ đồ hoạt động.
Hình 3. 2: Sơ đồ kết cấu của hệ thống.- Giải thích nguyên lý hoạt động: - Giải thích nguyên lý hoạt động:
chuyền thông tin sẽ được chuyển về mạch hiển thị LCD.
+ Bước 2: Nhấn nút để bắt đầu cấp nguồn cho hệ thống băng tải hoạt động đưa hũ nhận gạo vào vị trí cấp gạo
+ Bước 3: cảm biến nhận tín hiệu phát hiệu hũ nhận gạo đã vào vị trí tạo tín hiệu cho khối động cơ kích hoạt xi lanh mở nắp xả gạo.
+ Bước 4: Gạo được cấp đủ khối lượng, cân Loadcell bắt tín hiệu về khối sử lý trung tâm điều khiển xi lanh đóng nắp xả gạo và tiếp tục chạy băng tải chạy tiếp hành trình.
+ Bước 5 hũ đựng gạo chạy trên băng tải chạm vào cơng tắc hành trình, khi nhận tín hiệu cơng tắc hành trình dừng băng tải.
+ Bước 6: Khi băng tải dừng hoạt động, cơng tác hành trình phát tín hiệu xi lanh 2 đẩy hũ nhận gạo ra khỏi băng tải và xi lanh về lại vị trí ban đầu tiếp tục hành trình sau.
- Ưu điểm:
+Dễ lắp đặt và sử dụng.
+ Chi phí lắt đặt máy thấp, dễ bảo trì bảo dưỡng máy.
+ Giảm tiếp xúc giữa người với người ngăn ngừa dịch bệnh. + Năng suất hơn, có thể sử dụng lâu dài
- Nhược điểm:
+ Còn hạn chế trong các chức năng.
+ Chưa áp dụng được nhiều công nghệ kết nối khơng dây. + Vẫn bị hỏng hóc do yếu tố môi trường tác động.
3.4 Lưu đồ giải thuật.
Chương 4:
QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Thiết kế phần cơ khí
4.2 Tính tốn bộ chuyền trong máy cấp gạo:4.2.1 Băng tải 4.2.1 Băng tải
Băng tải chủ yếu gồm dây đai, con lăn, thiết bị truyền dẫn… Đai truyền được làm từ dây PVC, có độ dày 2mm, thường có màu xanh lá. Nâng lực vận chuyển cao, tiếng ồn nhỏ. Cấu trúc đơn giản, lắp đặt thuận tiện , tu bảo dưỡng tiện lợi, tiêu thụ điện năng thấp.
4.2.2 Bộ truyền đai
Bộ truyền đai hoạt động theo ngun lí ma sát : cơng suất từ bánh chủ động truyền cho bánh bị động nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai và bánh đai .
Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt xác định theo công thức : Fms= f.N
Như vậy , để có lực ma sát thì cần phải có áp lực pháp tuyến . Trong bộ truyền đai, để tạo lực pháp tuyến thì phải tạo lực căng đai ban đầu , kí hiệu là F0.
Ưu điểm :
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (< 15m ) .
- Làm việc êm , không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn .
- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác động lên cơ cấu .
- Nhờ vào sự trơn trượt của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ . - Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành hạ.
Nhược điểm :
- Tỉ số chuyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai ( ngoại trừ đai răng) .
- Bộ truyền có khả năng tải khơng cao. Kích thước của bộ truyền lớn hơn các bộ truyền khác khi làm việc với tải trọng như nhau.
- Tuổi thọ của bộ truyền tương đối thấp, đặc biệt khi làm việc với vận tốc cao. - Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, có thể gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng - Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác; xích, bánh răng. Phạm vi sử dụng bộ truyền đai :
- Bộ truyền đai được dùng nhiều trong các máy đơn giản. Khi cần truyền chuyển động giữa các trục xa nhau. Kết hợp dùng làm cơ cấu an tồn để bảo vệ đơng cơ. - Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình. Tải trọng cực
đại có thể đến 50 kW.
- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình. Vận tốc thường dùng khơng nên q 20 m/s, vân tốc lớn nhất có thể dùng là 30 m/s.
- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 3 cho đại dẹt, từ 2 đến 6 cho đai thang. Tỷ số truyền tối đa cho một bộ truyền đai dẹt không nên quá 5, cho bộ truyền đai thang không nên quá 10.
- Hiệu suất trung bình trong khoảng 0.92 đến 0.97.
Kết luận: Dựa vào kết cấu của mơ hình, ta chọn bộ truyền đai. Với bộ truyền đai thì rất dễ chế tạo, giá thành rẻ, tính tốn dễ dàng…Trong khối băng tải ta sử dụng bộ truyền đai để truyền động từ động cơ đến trục tang, ngồi những lí do đã phân tích ở trên cịn có một số ngun nhân sau:
- Phổ biến trên thị trường. - Giá thành rẻ, lắp đặt đơn giản.
4.2.3 Tính tốn bộ truyền đai:
hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn. Tuy nhiên cũng do ma sát lớn hơn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt
Để dễ tính tốn, chúng em sẽ sử dụng bộ tài liệu Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập một) của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển biên soạn áp dụng vào đề tài
Chọn loại đai và tiết diện đai
Chọn tiết diện đai là O
Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Theo bảng 4.13 chọn đường kính bánh đai nhỏ d1= 70 mm Vận tốc tối đa v = ��1�1/6000=� . 70.300/60000 ≈1,1 m/s
Nhỏ hơn vận tốc cho phép Vmax= 25 m/s
Theo công thức 4.2, với� = 0.02, đường kính bánh đai lớn d2= ud1(1-�) = 1,5.70 .(1-0.02)≈103 mm
Theo bảng 2.26 chọn đường kính tiêu chuẩn d2 = 112 mm
Như vậy tỉ số truyền thực tế ut= d2/[d1(1-�)] = 112/[70.(1-0,02)]≈1,63% < 4% Theo bảng 4.14 chọn sơ bộ khoảng cách trục a = d2 = 112 mm, theo công thức 4.4, chiều dài đai:
l = 2a + 0.5�(d1+ d2) + (d2-d1)2/4a = 2.112 + 0,5.3,14(70 + 112) + (112 – 70)2/4.112
≈ 513,6 ��
Theo bảng 4.13 chọn chiều dai tiêu chuẩn l = 500mm. Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây
i =�� =1,10,5= 2,2 < 10 (thỏa)
Theo 4.6, a = ( λ + �2− 8�2 ) / 4 Với λ = l -� �1 + �2 / 2 = 214,11 Δ = (d2 – d1) / 2 = 21 a = (214,11 + 214,112− 8. 212 / 4 = 266 mm Theo 4.7 góc ơm α1 = 180° - (d2 -d1)57° / a = 180° -57.(112−70)266 = 171° α1≥ 150°<=>171°≥150°
Chọn đai vải cao su
Xác định số đai Theo công thức 4.16 z = P1Kđ/([ P0]��������) Theo bảng 4.7, Kđ= 1 Với α1= 171°,�� = 0,98 (bảng 4.16) Với� � 0 =500 500= 1, �� = 1 (bảng 4.16) Theo bảng 4.17, với u = 1,5,��= 1,11 Theo bảng 4.19, [P0] = 0,33Kw ( v = 1,1 m/s, d1= 70 mm) P1/[P0] = 0,5.1/0,33≈1,52 do đó��= 0,93 Z = 1 đai
Chiều rộng bánh đai, theo 4.17 và bảng 4.21 B = (Z-1)t + 2e = (1-1).12 + 2.8 = 16 mm
Đường kính ngoài của bánh đai da= d1+ 2h0= 70 + 2.2,5 = 75 mm Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:
Trong đó Fv= qmv2( định kì điều chỉnh lực căng), với: qm= 0,061 Kq/m (bảng 4.22) Fv= 0,061.1,12≈0,07N, do đó F0= 780.0,5.1/(1,1.0,98.1) + 0,07 = 361,85 N Theo 4.21 lực tác dụng lên trục Fr= 2F0zSin(�1/2) = 2.361,85.1.Sin(171°/2) = 721,4 N 4.3 Chọn động cơ
Cho vận tốc băng tải là v = 0.5 m/s Trục tang đường kính D = 10 mm
4.3.1 Xác định cơng suất động cơ
Pct= Pt/ɳ Trong đó:
- Pt: Cơng suất tính tốn trên trục máy công tác: - ɳ : Hiệu suất truyền động, tra bảng 2.3, ɳ = 0,95.0,992
Pt= Plv=1000�.� =451,2 . 0,51000 ≈023 Kw
Pct=0,95.0,990.23 2 ≈0,25 Kw
4.3.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ
nlv= 60000v/(��)= 6000.0,5/(3,14.10) = 955 vg/p
Từ utvà nlvcó thể tính được số vịng quay sơ bộ của động cơ nsb= nlv.ut= 955.3 = 2865
Theo bảng P1.3 phụ lục với Pct= 0,25 và nđb= 2800 vg/p
4.4 Tính tốn chọn xi lanh khí nén.4.4.1. Cơ cấu sinh lực bằng khí nén 4.4.1. Cơ cấu sinh lực bằng khí nén
Khí nén được sử dụng khá rộng rãi trong sản xuất cơng nghiệp. Khí nén là khơng khí sạch được máy nén khí nén đến áp suất 6-7atm để khi đi qua các ống dẫn đến đồ gá có áp suất làm việc 3-4 atm
Ưu điểm:
- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
- Do có khả năng chịu nén ( đàn hồi) lớn của khơng khí, nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để dành lập một trạm trích chưa khí nén
- Khơng khí dùng để nén, hầu như có số lượng khơng giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rị rỉ khơng khí nén ở hệ thống dẫn, do đó khơng tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, các nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
Hệ thống phịng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của q tình sử dụng hệ thống bằng khí nén thấp.
Các thành phần vận hành tỏng hệ thống ( cơ cấu dẫn động, van,..) có cấu tạo đơn giản và giá thành khơng đắt.
Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic,