3.1. Phương án xây dựng mơ hình
Trước khi bắt tay vào thiết kế lựa chọn thiết bị, thì chúng ta đều phải lên phương án thực hiện, với mục đích xác định những cơng việc cần làm, phương án càng chi tiết sẽ giúp ích rất nhiều cho việc thi cơng được thuận lợi. Chính vì vậy trước khi bắt tay vào làm mơ hình, chúng em đã xác định những cơng việc cần phải hồn thành trong các khâu, mà cơ bản ở đây là:
+ Khoan phôi.
- Xác định vật liệu làm phơi là phi kim (do kết cấu cơ khí chỉ dừng lại ở mức mơ hình) chọn phơi có kích cỡ 5x5x3.5cm, khoan thủng. Phơi sẽ được khoan nhờ mũi khoan được tịnh tiến trên dàn khoan dẫn động trục vitme.
- Dàn khoan: Động cơ chạy mũi khoan được gắn cố định tại bầu khoan trên bàn dẫn trục vitme,chạy tốc độ cao. Động cơ chạy trục vitme sẽ là loại có hộp giảm tốc mơ men quay lớn và tốc độ chậm.
+ Cấp phôi và kẹp phôi.
- Để khoan thì phơi phải được đẩy từ vị trị cấp đến vị trí khoan và kẹp chặt để tiến hành khoan,xác định có một Xilanh để đẩy phơi vào vị trí khoan và một Xilanh thứ hai để kẹp.
+ Phân loại.
- Xác định yêu cầu công nghệ là phân loại 2 sản phẩm theo màu sắc bằng việc chuyển sản phẩm(phôi đã khoan) ra băng tải quay 2 chiều để đưa về 2 thùng chứa khác nhau.
3.2. Thiết kế chế tạo phần cơ khí 3.2.1. Dàn khoan
- Dàn khoan là kết cấu cơ khí chính cho hệ thống khoan tự động. Sau khi các chi tiết trục Vitme, gối đỡ trục và bàn dẫn trục được gia công xong sẽ được căn chỉnh và lắp ráp lên bàn đỡ trục khoan. Thêm vào đó là thiết kế lắp đặt động cơ khoan lên bàn dẫn trục, để tạo thành bầu khoan có thể chuyển động tịnh tiến khi quay trục vitme, và không thể thiếu dẫn động quay trục vitme bằng 1 động cơ khác, mà đặc tính cơ của mỗi động cơ sẽ được tính chọn 1 cách chi tiết ở phần tính chọn thiết bị điện.
Hình 3.1 Dàn khoan đã được cân chỉnh và lắp động cơ
Một chi tiết cơ khí cần được chú ý là khớp nối giữa trục Vitme và động cơ kéo trục vitme, do phải kéo 1 trục dài lên để căn chỉnh đồng trục giữa truc động cơ và trục vitme là vơ cùng khó, giải pháp đã được tìm hiểu tính tốn là sử dụng khớp mềm. Kết cấu của khớp mềm gồn 2 nửa, được gia công đồng dạng
và lắp ăn khớp với nhau có giảm trấn cao su ở giữa. Có như vậy khi động cơ kéo trục quay mới ổn định, giảm rung do chuyển động ở khớp nối.
Hình 3.2 Khớp nối mềm
3.2.2 Máng dẫn và ổ chứa phôi.
Máng dẫn được thiết kế đồng thời là giá đỡ kẹp phơi, nên phải được tính tốn đảm bảo 1 số u cầu về hình dạng-kích thước, về độ cứng vững, đồng thời cũng là kết hợp với ổ chứa chứa cấp phôi vào, để bắt đầu thực hiện quá trình khoan tư động, khi hệ thống đã ở chế độ sẵn sàng.
- Yêu cầu về kích thước: Chiều dài của máng dẫn phụ thuộc và chiều dài của xilanh đẩy phôi, mà xilanh đẩy phôi lại được chúng em thiết kế làm việc đẩy ở 2 hành trình, hành trình thứ nhất là đẩy phơi từ ổ chứa cấp phơi vào đúng vị trí khoan và hành trình thứ 2 là đẩy phơi sản phẩm đã được khoan gia cơng xong từ vị trí khoan ra khỏi máng vào băng tải để thực hiện phân loại. Chiều dài máng dẫn là 26cm.
Chiều rộng của máng phù hợp với hình dạng phơi. Mà ở đây chúng em quyết định lựa chọn phơi hình khối vng 5*5cm và cao 4cm (5*5*4cm)
.
Hình 3.3 Hình dạng phơi
Chọn thiết kế máng dẫn phơi có chiều rộng 5cm.
+ Yêu cầu về độ cứng vững: Phụ thuộc và vật liệu phôi. Với lý do xác định xây dựng ở mức mơ hình khoan tự động, để giảm đầu tư chi phí về việc gia cơng cơ khí và tính chọn phần cơ của tồn bộ hệ thống, cùng với sự cho phếp của Cô giáo hướng dẫn, chúng em quyết định sư dụng phôi làm bằng vật liệu là phi kim. Vì vậy lên làm máng dẫn bằng vật liệu Inox, chúng em thấy là đủ đảm bảo yêu cầu về độ cứng cũng như mỹ quan của mơ hình.
+ Một số yêu cầu khác về độ cao, tạo hình dáng vị trí khoan kẹp phơi và các điểm lắp đặt đầu cảm biến… Đã được chúng em suy nghi tính chon cho phù hợp nhất có thể.
Hình 3.4 Ổ chứa cấp phôi và máng dẫn
+ Băng tải trong hoạt động sản xuất.
Băng tải chuyền là 1 phần không thể thiếu trong các dây chuyền sản xuất tự động, làm tăng năng suất và tính khoa học chính xác trong vận chuyển. Thơng qua tìm hiểu 1 số dây chuyền sản xuất cơng nghiệp, và hoạt động của 1 số dạng băng chuyền… Chúng em thấy được có rất nhiều kỹ thuật trong việc xây lắp các hệ thống băng tải như: băng tải xích, băng tải con lăn tự do, băng tải kéo dẫn động con lăn đồng trục…
Từ đó chúng em kết hợp với mục đích sử dụng băng tải trong mơ hình đồ án, cần đảm bảo 1 số yêu cầu như sau:
- Về kích thước: Để phù hợp với hình dáng và trọng lượng vật cần vận chuyển, mà ở đây xét đến là phôi phi kim cỡ 5*5*4cm, vậy lên lựa chọn thiết kế băng tải có độ rộng là 6cm, và có thành chắn 2 cạnh bên để chống không cho vật bi rơi khỏi băng tải trong quá trình vận chuyển. Về chiều dài: với mục đính nhằm phâm loại đưa 2 sản phẩm có màu khác nhau về 2 hướng ngược nhau, nên tính chọn băng tải quá dài sẽ làm mơ hình trở lên cồng kềnh, chọn chiều dài 22cm. - Phương thức dẫn động sử dụng con lăn ở hai đầu, 1 con lăn tự do có thể tăng chỉnh độ căng của dây băng tải cho phu hợp, 1 con lăn chủ động được dẫn động bởi 1 động cơ nối đồng trục.
Hình 3.5 Dự tính kích thước cho băng tải + Tính chọn thiết kế băng tải và động cơ kéo băng tải.
+ Khi tính chọn cơng suất động cơ băng tải ta tính theo các thành phần sau: - Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu
- Công suất P2 để khác phục ma sát do ổ bi con lăn - Công suất P3 để nâng tải nếu băng tải nghiêng + Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
F1= L.δ.k1.g.cosβ= L’. δ. k1.g (với β=0 băng tải nằm ngang)
F=0,22.100.10.0,05=11(N)
Với L=22cm; δ=100(g); g=10 Β: Góc nghiêng của băng tải
L: Chiều dài của băng tải
δ : Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải
k1: Hệ số tình đến khi dịch chuyển vật liệu. (k1=0,05) Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu
P1= F1.v
P1=11 .1 = 11 (w)
Lực cản do ma sát sinh ra khi băng tải chuyển đông không tai: F2= 2.L. δb.k2.g.cosβ
F2= 2.0,22.1000.10.0,005= 2,2(w) Trong đó:
k2 tính đến là hệ số lực cản khi không tải k2= 0,005 δb khối lượng băng tải trên chiều dài 1m băng tải(1kg/m) Công suất cần thiết để khác phục lực cản ma sát:
P2= F2.v
P2= 2,2.1= 2,2
P= P1+P2=11+2,2=13,2 (w)
Công suất truyền động của động cơ băng tải được tính như sau:
Pđc=P. k3 = 1,2.13,2 = 16(w)
Với tốc độ chuyền mong muốn khoảng 10cm/s
Vì là dây chuyền băng tải phân loại sản phẩm nên ta chọn băng tải con lăn, dựa theo thực tế loại động cơ trên thị trường lựa chọn động cơ kéo là 1 chiều 24v, có hộp giảm tốc chạy ở 60 vịng/phút, momen quay lớn đủ để dẫn động băng tải làm việc ổn định.
Hình 3.6 Băng tải vận chuyển phân loại phơi được thiết kế trong mơ hình.
3.3 Tính chọn thiết bị điện và thiết kế mạch 3.3.1 Động cơ chạy mũi khoan.
Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Vật liệu cấu tạo lên phơi ảnh hưởng mang tính quyết định đến tốc độ ăn phơi, hay còn được hiểu là tốc độ hạ tịnh tiến của bầu khoan khi trục vitme quay, vậy nên để quá trình khoan diễn ra 1 cách ổn định, thì việc tính chọn tốc độ quay của động cơ kéo trục vitme cân đối cùng momen và tốc độ của động cơ chạy mũi khoan, để phù hợp với độ bền của vật cấu thành lên phôi là hết sức quan trọng.
Dựa vào hướng dẫn mang tính kinh nghiệm của nhân viên kỹ thuật phân mơn cơ khí, chúng em chọn sử dụng động cơ có tốc độ cao cỡ 1000 vòng/phút, momen quay đủ khỏe chọn loại động cơ 24v DC cơng suất 35w.
Hình 3.7 Động cơ dẫn động chạy mũi khoan
3.3.2. Động cơ kéo trục vitme.
+ Định hướng ban đầu.
Trong cơ cấu làm việc của dàn khoan tịnh tiến trục vitme, có thể hiểu 1
cách đơn giản là cơ cấu biến chuyển động quay của trục vitme thành chuyển động tịnh tiến của bầu khoan ở trên bàn trượt trục vitme. Mà ở đây chuyển động quay trục vitme nhờ vào động cơ là điều khiển thiết bị điện mà ta sẽ thực hiện. Với thiết kế gia cơng cơ khí, bước zen trên trục vitme là i=2mm, hay nói cách khác khi trục vitme quay 1 vịng thì bầu khoan sẽ tịnh tiến được 2mm (với sai số test thử không quá 20%, gây ra bởi độ zơ trong thiết kế cơ khí ăn khớp giữa trục vitme và bàn trượt trục vitme).
Vì vậy yêu cầu với động cơ kéo trục vitme là phải có momen quay rất lớn và tốc độ nhỏ. Đó là hướng đi ban đầu cho chúng em đi đến việc tìm hiều loại động cơ 1 chiều 24 VDC có gắn hộp giảm tốc, xác định với loại động cơ có tốc độ khoảng 100 vịng/phút trở xuống.
+ Yêu cầu công nghệ của động cơ kéo trục vitme.
Do yêu cầu thiết kế kỹ thuật, ban đầu bầu khoan sẽ ở vị trí hành trình trên, sao cho mũi khoan cách phơi 1 khoảng cách cố định sẵn. Vì vậy yêu cầu tốc độ tịnh tiến hạ bầu khoan lúc đầu và khi mũi khoan ăn phôi là khác nhau (ban đầu nhanh, sau ăn phôi chậm). Vậy chúng em quyết định điều khiển động cơ kéo trục vitme chạy 2 cấp tốc độ, bằng việc sử dụng thay đổi đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều bằng cách giảm điện áp cấp cho dây quấn phần ứng động cơ.
* Lựa chọn thực tế loại động cơ có thơng số như sau: - Điện áp nguồn cấp 24 V DC
- Cơng suất định mức vào khoảng 48 W, dịng 2A
-Là loại động cơ có hộp giảm tốc, chạy test thử với vận tốc khoảng 58 vòng/phút khi đã mang tải, là kéo trục vitme
3.3.3. Tính tốn thiết kế mạch nguồn.
Mạch nguồn là 1 khối không thể thiếu trong mọi thiết bị điện.
Để cung cấp được nguồn 1 chiều có 1 số giải pháp như sử dụng acquy, máy phất điện 1 chiều, nhưng ở đây chúng em đề cập đến phương pháp sử dụng phổ biến nhất đó là mạch nguồn chỉnh lưu lắn điiện áp từ dạng xoay chiều hình sin sang 1 chiều bằng phẳng về biên độ.
Do yêu cầu của mạch điện sử dụng nguồn 1 chiều, mà chi tiết được tính đến ở đây là:
+ Nguồn 1 chiều 24v, để cung cấp cho khối chấp hành là động cơ và van điện từ khí nén.
+Nguồn 12v, để cung cấp cho động cơ kéo trục vitme, tạo đặc tính làm việc giảm tốc độ động cơ khi mũi khoan ăn phôi.
+ Nguồn 5v, để cung cấp cho khối mạch cảm biến màu và cảm biến quang thu phát.
Vì lý do đó chúng em bắt tay vào thiết kế mạch chỉnh lưu để lấy nguồn 1 chiều có đầu vào là AC220v, đầu ra là DC 5v, 12v, 24v.
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu lấy nguồn 1 chiều.
3.3.4. Thiết kế mạch cảm biến phân biệt 2 màu và cảm biến quang thu phát.
Trên thực tế sử dụng trong cơng nghiệp có nhiều loại cảm biến màu đã được tích hợp sẵn, mà độ phân giải màu phân biệt rất cao, dựa trên phân tích quang phổ của từng màu phát ra, hay ít hơn cũng là phân biệt 1 số màu đã được định sẵn.
Trong đề tài của chúng em với much đích là phân loại nhận biết 2 màu, xét thấy không nhất thiết phải sử dụng cảm biến màu cơng nghiệp với mức chi phí rất cao. Qua sự hướng dẫn và tìm hiểu chúng em tính đến mạch sử dụng đến led kết hợp với quang trở. Dựa trên nguyên tắc phản xạ ánh sang của từng loại màu sắc khi được chiếu 1 nguồn sáng khơng thay đổi vào bề mặt đó, và quang trở sẽ là linh kiên tích cực tiếp nhận sự thay đổi của ánh sáng phản hồi đó, biến nó thành sự thay đổi về điện trở để phân áp.
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến phân loại 2 màu.
Về bố chí: một Led siêu sáng sẽ được đặt bên cạnh song song ngăn cách không cho ánh sáng chiếu trực tiếp vào quang trở, Led và quang trở sẽ được bó chung lại với nhau tạo thành 1 đầu cảm biến phân biệt màu.
- Nguyên lý hoạt động của mạch:
+ Đặc tính của quang trở: Khi bị che kín hoặc nằm trong bóng tối, giá trị điện trở của quang trở tăng cao, cịn khi ở mơi trường có ánh sáng hay được chiếu sáng thì điện trở nhỏ. Sử dụng tính chất này trong mạch, ta sẽ có được sự thay đổi điện áp trên cầu phân áp của quang trở khi ánh sáng chiếu vào nó thay đổi.
+ Khi cấp nguồn cho mạch Led phát sáng nhưng ánh sáng nay ko ảnh hưởng trưc tiếp đến quang trở, điên trở quang trở lớn, cầu phân áp quang trở có điện áp cao đưa đến chân Đảo của 1 trong Cổng khuếch đại thuật toán IC LM358, khuếch đại làm việc ở dạng so sánh 2 tín hiệu vào này có giá trị áp ở chân Đảo lớn hơn nên đầu ra ở mức thấp, transistor C2383 khóa, role khơng được cấp điện chưa đóng.
+ Khi có vật chắn tối màu đi gần vào đầu cảm nhận tín hiệu, độ phản xạ ánh sáng của vật thể tối màu từ led vào lại quang trở là quá ít chưa đủ làm thay đổi thế ở 2 đầu vào Đảo và không Đảo của bô so sánh nên role vẫn chưa tác động.
+ Khi có vật thể sáng màu đi tới, độ phản xạ ánh sáng đủ lớn. làm điên trở quang trở giảm, phân áp nối gần về mas, bộ khuếch đại so sánh đưa tín hiệu ra ở mức cao kích dẫn C2383 cấp nguồn cho role.
+ Sử dụng tín hiệu đóng cắt là tiếp điểm của role, ta sẽ phân biệt được có vật sáng màu đi qua qua đầu cảm biến hay không.
* Mạch cảm biến sử dụng quang Thu-Phát
Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến quang thu phát
- Nguyên lý của mạch quang sử dụng led thu phát hồng ngoại: một cách dễ hiểu là khi led Thu nhận được tín hiệu của led Phát, tức lad 2 con được chiếu thẳng nhau khơng có vật chắn ở giữa thì điên trở của lè Thu giảm nhỏ, cực điều khiển Bazo của Transistor C2383 gần như nối mas, C2383 khóa role khơng tác động. Khi có vật chắn giữa 2 led Thu-Phát, điện trở led Thu tăng lên, phân áp dương cho TZT dẫn làm role tác động. Một lần nữa tín hiệu đóng ngắt tiếp điểm role sẽ giúp ta nhận biết có vaath thể đi qua chắn giữa 2 đầu led Thu-Phát hay không.
Kết hợp tín hiệu của 2 role trên, khi đặt 2 đầu cảm biến gần nhau ta sẽ xác